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Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/34075
Tipo: TCC
Título: Aprendizado de máquina para a determinação das composições de sistemas em equilíbrio químico e de fases: uma comparação com um método de minimização da energia livre de Gibbs
Autor(es): Ramos, Bianca Rafaela Amaral
Primeiro Orientador: Morais Junior, Arioston Araújo de
Resumo: O equilíbrio químico e físico é crucial na análise de fases fluidas em diversos processos de separação, porém o cálculo apresenta certa complexidade e é computacionalmente custoso. Os métodos para a solução desse problema se baseiam em cálculos estequiométricos, não estequiométricos e via minimização da energia livre de Gibbs. O método da minimização da energia livre de Gibbs (min G) se destaca por resolver simultaneamente o problema e fornecer a solução das composições das fases de forma menos onerosa computacionalmente. Para que se encontre o ponto de mínimo global, o min G necessita que a função seja convexa. Assim, recentemente foi empregado ao problema de min G o método de programação geométrica (PG), garantindo convergência independentemente da análise de convexidade da função. Neste sentido, o aprendizado de máquina oferece uma alternativa promissora, com redes neurais artificiais (RNA) para prever os valores de equilíbrio de forma precisa e rápida. Logo, este trabalho tem como objetivo analisar o desempenho de dois tipos de redes neurais, a perceptron multicamadas (MLP, multilayer perceptron) e a rede de base radial (RBF, radial basis function), para a solução simultânea do equilíbrio químico e de fases, aplicadas em dois problemas típicos da engenharia química. Os dados de entrada para o treinamento das redes foram gerados através da solução base via min G com o algoritmo de PG. Por fim, os resultados obtidos indicaram que as RNA são ferramentas eficazes para esse tipo de cálculo, com a MLP destacando-se por seu desempenho para os dois problemas abordados, menor valor de erro quadrático médio (MSE) e de coeficiente de determinação (R2). A RNA do RBF apresentou resultados inferiores em ambos os casos, haja vista a sua limitação de única camada e a dificuldade de lidar com dados não linearmente dependentes.
Abstract: Chemical and physical equilibrium are crucial in the analysis of fluid phases in various separation processes; however, the calculation presents certain complexities and is computationally costly. Methods for solving this problem are based on stoichiometric and nonstoichiometric calculations and on Gibbs free energy minimization. The Gibbs free energy minimization (min G) method stands out by simultaneously solving the problem and providing phase composition solutions in a less computationally intensive way. For finding the global minimum point, min G requires the function to be convex. Thus, recently, the geometric programming (GP) method has been applied to the min G problem, ensuring convergence regardless of the function's convexity. In this context, machine learning offers a promising alternative, with artificial neural networks (ANNs) accurately and quickly predicting equilibrium values. Therefore, this work aims to analyze the performance of two types of neural networks, the multilayer perceptron (MLP) and the radial basis function network (RBF), for the simultaneous solution of chemical and phase equilibrium, applied to two typical chemical engineering problems. The input data for training the networks were generated through the min G baseline solution using the GP algorithm. Finally, the results indicated that ANNs are effective tools for this type of calculation, with the MLP standing out for its performance in both problems addressed, showing a lower mean squared error (MSE) and higher coefficient of determination (R2). The RBF ANN showed inferior results in both cases due to its single-layer limitation and difficulty handling non-linearly dependent data.
Palavras-chave: Redes neurais
equilíbrio
RBF
MLP
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal da Paraíba
Sigla da Instituição: UFPB
Departamento: Engenharia Química
Tipo de Acesso: Acesso aberto
URI: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/34075
Data do documento: 11-Out-2024
Aparece nas coleções:TCC - Engenharia Química

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