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dc.creatorSousa, Lhucas Tenório de Melo de-
dc.date.accessioned2023-09-08T19:03:41Z-
dc.date.available2023-09-08T19:03:41Z-
dc.date.issued2023-07-28-
dc.identifier.citationSOUSA, Lhucas Tenório de Melo de. Aprendizado de Máquina Aplicado à Modelagem da Permeação de Gases em Membranas Visando a Purificação de Metano. 2023. 145 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Faculdade de Engenharia Química, Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.416pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufu.br/handle/123456789/39065-
dc.description.abstractMachine learning models have gained prominence over the years for discovering patterns in data without the need for rule-based programming. The present work aimed to study the application of three machine learning algorithms (Random Forest, Support Vector Regression, and Artificial Neural Networks) to predict the performance of different membranes used in the permeation of pure gases. Additionally, the work aimed to investigate the main factors influencing this process. A data repository (called the Original Database) was built, comprising 1672 records referring to experimental work, from 42 different bibliographic references, focusing on those who have studied the permeation capacity of methane. For modeling, filtering was performed, resulting in a database consisting of 692 records from 19 different bibliographic references. These records were well-distributed in terms of membrane type and gas permeability. Furthermore, 3 different membrane types (Polymeric, Zeolite, and MOF) and 9 different feed stream gases (He, H2, CO2, O2, N2, CH4, ethylene, ethane, and SF6) were considered. Initially, 16 input attributes were used, with permeability as the target attribute. All machine learning models evaluated were adequate to predict the permeation performance of different membranes under various circumstances of the database. Different objective functions were investigated in the process of optimizing the model's hyperparameters. The main attributes that influenced the prediction were the Average Pore Size, the Feed Gas Kinetic Diameter, and the Specific Surface Area. Most other attributes (Average Thickness, Total Pore Volume, Age, Temperature, Pressure Difference, Sweep Gas Kinetic Diameter, Feed Gas Molar Mass, Feed Gas Polarizability, and Gas Fraction) can be considered of low relevance to model prediction. To simplify the modeling and remove the noise variables, some attributes were removed using the Random Forests (FA) model. In this process, six attributes were removed, and the prediction performance remained unchanged with a Mean Absolute Percent Error of 4.9 and 8.3% and an R2 of 0.98 and 0.96 for the training and test sets, respectively. Finally, the selectivities of four binary systems (He/CH4, H2/CH4, CO2/CH4, and N2/CH4) were estimated using the previously trained FA model, which also proved to be adequate with an R2 above 0.8 and an RMSE below 0.18 in all cases.pt_BR
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorpt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Uberlândiapt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/*
dc.subjectBanco de dadospt_BR
dc.subjectMembranaspt_BR
dc.subjectSeparação de gasespt_BR
dc.subjectAprendizado de máquinapt_BR
dc.subjectPermeabilidadept_BR
dc.subjectSeletividadept_BR
dc.subjectDatabasept_BR
dc.subjectMembranespt_BR
dc.subjectGas separationpt_BR
dc.subjectMachine learningpt_BR
dc.subjectPermeabilitypt_BR
dc.subjectSelectivitypt_BR
dc.titleAprendizado de máquina aplicado à modelagem da permeação de gases em membranas visando a purificação de metanopt_BR
dc.title.alternativeMachine learning applied to gas permeation modeling in membranes for methane purificationpt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR
dc.contributor.advisor-co1Coutinho Filho, Ubirajara-
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6765133716503854pt_BR
dc.contributor.advisor1Altino, Sarah Arvelos-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8375409235580771pt_BR
dc.contributor.referee1Cruz, Antonio José Gonçalves da-
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1812806190521028pt_BR
dc.contributor.referee2Gedraite, Rubens-
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/9579409657715325pt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/9122934193489509pt_BR
dc.description.degreenameDissertação (Mestrado)pt_BR
dc.description.resumoOs modelos de aprendizado de máquina vêm se destacando ao longo dos anos pelo fato de descobrir padrões em dados sem a necessidade de programação baseada em regras. O presente trabalho teve o objetivo de estudar a aplicação de três algoritmos de aprendizado de máquina (Floresta Aleatória, Regressão de Vetores de Suporte e Redes Neurais Artificiais) para a predição da performance de diferentes membranas empregadas na permeação de gases puros. Além disso, o trabalho visou investigar os principais fatores que influenciam nesse processo. Um repositório de dados (denominado Banco de Dados Original) foi construído, com 1672 registros referentes a trabalhos experimentais, provenientes de 42 referências bibliográficas diferentes, com foco naqueles que tenham estudado a capacidade de permeação do metano. Para a modelagem, foi realizada uma filtragem, de forma que foi utilizado um banco de dados constituído por 692 registros de 19 referências bibliográficas diferentes. Esses registros se mostraram bem distribuídos quanto ao tipo de membrana e à permeabilidade dos gases. Além disso, foram considerados 3 tipos de membranas diferentes (Polimérica, Zeolítica e de MOF) e 9 diferentes gases na corrente de alimentação (He, H2, CO2, O2, N2, CH4, eteno, etano e SF6) (alguns presentes em mistura binária). Inicialmente, foram considerados 16 atributos de entrada e a permeabilidade foi considerada como o atributo alvo. Todos os modelos de aprendizado de máquina testados se mostraram adequados para prever o desempenho de permeação pelas diferentes membranas em diferentes circunstâncias de utilização do banco de dados. Diferentes funções objetivo foram investigadas no processo de otimização dos hiperparâmetros do modelo. Os principais atributos que influenciaram na predição foram o Tamanho Médio de Poro, o Diâmetro Cinético do Gás de Alimentação e a Área Superficial Específica. A maioria dos outros atributos (Espessura Média, Volume Total de Poro, Idade, Temperatura, Diferença de Pressão, Diâmetro Cinético do Gás de Arraste, Massa Molar do Gás de Alimentação, Polarizabilidade do Gás de Alimentação e Fração do Gás) foram considerados pouco relevantes. Para simplificar a modelagem e retirar as variáveis ruído, alguns atributos foram retirados utilizando o modelo Florestas Aleatórias (FA). Nesse processo, seis atributos foram retirados e o desempenho de previsão permaneceu praticamente inalterado com Erro Percentual Absoluto Médio de 4,9 e 8,3 % e um R2 de 0,98 e 0,96 para o conjunto de treino e teste, respectivamente. Por fim, as seletividades de quatro sistemas binários (He/CH4, H2/CH4, CO2/CH4 e N2/CH4) foram estimadas utilizando o modelo FA treinado previamente, que também se mostrou adequado com a obtenção de um R2 acima de 0,8 e um RMSE abaixo de 0,18 em todos os casos.pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Químicapt_BR
dc.sizeorduration129pt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICApt_BR
dc.identifier.doihttp://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.416pt_BR
dc.orcid.putcode142022908-
dc.crossref.doibatchid613d4485-a6d0-438d-b2f7-39d327218e39-
dc.subject.autorizadoEngenharia química-
dc.subject.autorizadoDinâmica dos gases-
dc.subject.autorizadoAprendizado do computador-
dc.subject.autorizadoMembranas (Tecnologia)-
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Química

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