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Metamodelagem Kriging dinâmica aplicada em trocadores de calor.

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dc.contributor.advisor1 SILVA JÚNIOR, Heleno Bispo da.
dc.contributor.advisor1ID Bispo, H. pt_BR
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/0710351695395057 pt_BR
dc.contributor.advisor2 PEREIRA NETO, Antônio Tavernard.
dc.contributor.advisor2ID PEREIRA NETO, Antonio Tavernard pt_BR
dc.contributor.advisor2Lattes http://lattes.cnpq.br/5201054610951483 pt_BR
dc.contributor.referee1 SILVA, Sidinei Kleber da.
dc.contributor.referee2 ANDRADE, Tony Herbert Freire de.
dc.description.resumo Devido aos recentes avanços tecnológicos no âmbito industrial com o desenvolvimento dos pilares da indústria 4.0 como big data, manufatura aditiva, simulação e internet das coisas (IoT), conceitos e técnicas de inteligência artificial passaram a ser amplamente difundidas. O aprendizado de máquina (ML) apresenta-se como um ramo da inteligência artificial que passou a ter seu desenvolvimento potencializado juntamente com o aumento da capacidade de armazenamento e análise de dados. O método gaussian process regressor (Kriging) apresenta-se como um dos métodos de ML indicados para aplicação em processos industriais devido a sua capacidade em lidar com respostas altamente não-lineares além de fornecer uma estimativa referente ao erro estatístico, modelando-o por meio de processos gaussianos. Visando contribuir com os avanços no âmbito industrial utilizando técnicas de ML, o presente trabalho tem como objetivo o estudo da modelagem Kriging, por meio de uma metodologia desenvolvida para determinar o comportamento dinâmico de variáveis de processo. Como caso de estudo, utilizou-se um trocador de calor contracorrente, simulado no software Aspen Plus DynamicsTM pra obtenção dos dados dinâmicos das variáveis de maior grau de acoplamento do equipamento. A construção do modelo foi realizada no software PythonTM utilizando modelos de correlação estacionários (radial basis function (RBF), rational quadratic (RQ) e matern) e não estacionários (dot product) para avaliar qual modelo fornece a melhor predição. Os dados para treinamento (100 casos) e validação (10 casos) dos modelos foram gerados por meio da técnica de amostragem hipercubo latino (LHS). O modelo foi validado por meio da avaliação das métricas de erro médio quadrado (MSE), variância explicada (EVS) e coeficiente de determinação (R2), aplicadas a cada modelo de correlação. Por fim, um filtro de wavelet acoplado com um filtro média móvel foi proposto para suavização do comportamento predito pelos modelos. Os resultados indicam que para os dois outputs do modelo (temperatura de saída do fluido quente e frio), apenas a correlação dot product apresentou resultados significativos para ambos as temperaturas avaliadas, fornecendo comportamentos dentro dos limites de ± 4% de desvio para a simulação de validação escolhida para avaliação. Os testes de MSE, R2 e EVS corroboram com os resultados observados para comportamento predito das temperaturas de ambos os fluidos. Com a incorporação dos filtros foi possível confirmar a aplicabilidade dos mesmos em conjunto com modelo oriundo da correlação dot product. pt_BR
dc.publisher.country Brasil pt_BR
dc.publisher.department Centro de Ciências e Tecnologia - CCT pt_BR
dc.publisher.program PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA pt_BR
dc.publisher.initials UFCG pt_BR
dc.subject.cnpq Engenharia Química pt_BR
dc.title Metamodelagem Kriging dinâmica aplicada em trocadores de calor. pt_BR
dc.date.issued 2019-04-04
dc.description.abstract Due to the recent technological advances in the industrial segment with the development of the foundations of industry 4.0, such as big data additive manufacturing, simulation and internet of things (IoT), artificial intelligence concepts and techniques became widely known. The machine learning (ML) presents itself as a branch of artificial intelligence, which had its development propelled along with the rise in storage capabilities and data analysis. The gaussian process regressor method (Kriging) is one of the ML methods recommended for industrial processes applications due to its ability to deal with highly non-linear system responses, aside from the fact that it provides estimates regarding statistical error by modeling it as gaussian processes. Aiming to contribute to the advances in the industrial sphere by using ML techniques, the present work sets as goal to study Kriging modeling by the means of a methodology developed to determine the process variables dynamic behavior. As case study, it was used a counterflow heat exchanger simulated in the Aspen Plus DynamicTM software in order to obtain dynamic data of the highest coupled variables to the equipment. The model was built with the PythonTM programming language by using both stationary correlation models (radial basis function (RBF), rational quadratic (RQ) and matern) and non-stationary (dot product) to evaluate which one provided the best prediction. The model training (one hundred cases) and validation (ten cases) data sets were generated using the latin hypercube sampling (LHS) technique. The model was validated by evaluating the mean squared error (MSE), the explained variance score (EVS) and the determination coefficient (R2) applied to each correlation model. Ultimately, a wavelet filter coupled to a moving average filter was proposed to smoothen the behavior predicted by the models. The results indicate that for the two model outputs (output temperature of the hot and cold fluid) only the dot product correlation presented significant results, yielding behavior inside the range of ± 4% deviation in the validation scenario selected for appraisal. The MSE, R2 and EVS tests confirm the observed results for the predicted behavior for both fluid temperatures. The addition of filters made it possible to confirm the applicability of themselves while coupled with the resultant model from dot product correlation. pt_BR
dc.identifier.uri http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/6211
dc.date.accessioned 2019-08-26T19:24:03Z
dc.date.available 2019-08-26
dc.date.available 2019-08-26T19:24:03Z
dc.type Dissertação pt_BR
dc.subject Kriging pt_BR
dc.subject Modelos de Correlação pt_BR
dc.subject Comportamento Dinâmico pt_BR
dc.subject Wavelet pt_BR
dc.subject Correlation Models pt_BR
dc.subject Dynamic Behavior pt_BR
dc.rights Acesso Aberto pt_BR
dc.creator LIMA JÚNIOR, Gladson Euler.
dc.publisher Universidade Federal de Campina Grande pt_BR
dc.language por pt_BR
dc.title.alternative Dynamic kriging metamodeling applied in heat exchangers. pt_BR
dc.description.sponsorship CNPq pt_BR
dc.identifier.citation LIMA JÚNIOR, G. E. Metamodelagem Kriging dinâmica aplicada em trocadores de calor. 2019. 92 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2019. Disponível em: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/6211 pt_BR


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