Previsão da vazão mássica em uma máquina frigorífica utilizando redes neurais artificiais

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Vinicius David Fonseca
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Minas Gerais
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://hdl.handle.net/1843/45082
Resumo: Measuring mass flow rate in refrigeration systems with flow meters can be expensive when taking into account the cost of the equipment itself and the costs related to installation and maintenance. A model based on Artificial Neural Networks (ANNs) can be used to predict the value of the mass flow, at low cost, through easily observed and measured parameters, like temperatures. Additionally, well-known correlations to calculate parameters that directly influence the mass flow rate can be used as input data for the ANN to improve its accuracy. Within this context, the present study aims to develop a Multilayer Perceptrons (MLP) model to predict the mass flow rate of a refrigeration systems. Later, it is presented an alternative mass flow rate meter, using an ANN model programmed in a microcontrolled circuit with only three temperatures as inputs, that was developed and tests using the software Proteus. To develop the ANN model, experimental data were collected in a refrigeration machine in several operating points. Step disturbances were introduced in the mass flow rate to produce transient data. Two different data set were considered in the training process. The first data set contained only steady-state data and in the second data set there were steady-state plus transient data. The mass flow rate estimated through the ANN presented an average error of 0.79 % when considering steady-state and transient data in the training process, and 0.81 % when considering only steadystate data in the training procedure. In both cases, the average error was smaller than the mass flow meter uncertainty.
id UFMG_eaee375d8844d084eef001bcc9889310
oai_identifier_str oai:repositorio.ufmg.br:1843/45082
network_acronym_str UFMG
network_name_str Repositório Institucional da UFMG
repository_id_str
spelling 2022-09-09T19:02:25Z2025-09-09T00:28:00Z2022-09-09T19:02:25Z2022-05-27https://hdl.handle.net/1843/45082Measuring mass flow rate in refrigeration systems with flow meters can be expensive when taking into account the cost of the equipment itself and the costs related to installation and maintenance. A model based on Artificial Neural Networks (ANNs) can be used to predict the value of the mass flow, at low cost, through easily observed and measured parameters, like temperatures. Additionally, well-known correlations to calculate parameters that directly influence the mass flow rate can be used as input data for the ANN to improve its accuracy. Within this context, the present study aims to develop a Multilayer Perceptrons (MLP) model to predict the mass flow rate of a refrigeration systems. Later, it is presented an alternative mass flow rate meter, using an ANN model programmed in a microcontrolled circuit with only three temperatures as inputs, that was developed and tests using the software Proteus. To develop the ANN model, experimental data were collected in a refrigeration machine in several operating points. Step disturbances were introduced in the mass flow rate to produce transient data. Two different data set were considered in the training process. The first data set contained only steady-state data and in the second data set there were steady-state plus transient data. The mass flow rate estimated through the ANN presented an average error of 0.79 % when considering steady-state and transient data in the training process, and 0.81 % when considering only steadystate data in the training procedure. In both cases, the average error was smaller than the mass flow meter uncertainty.CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoFAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas GeraisCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorporUniversidade Federal de Minas GeraisPrevisão da vazão mássicaMáquinas frigoríficasRedes neurais artificiaisEngenharia mecânicaRedes Neurais (Computação)Máquinas térmicasPrevisão da vazão mássica em uma máquina frigorífica utilizando redes neurais artificiaisMass flow prediction in a refrigeration machine using artificial neural networksinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisVinicius David Fonsecainfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGhttp://lattes.cnpq.br/5708362827300245Antônio Augusto Torres Maiahttp://lattes.cnpq.br/4340315896207802Tiago de Freitas PaulinoRicardo Poley Martins FerreiraA medição da vazão mássica em sistemas de refrigeração com medidores de vazão pode ter custo elevado quando se leva em consideração o valor do próprio equipamento e dos custos relacionados à instalação e manutenção. Um modelo baseado em Redes Neurais Artificiais (RNAs) pode ser utilizado para prever o valor da vazão mássica, a baixo custo, através de parâmetros facilmente observáveis e medidos, como temperaturas. Além disso, correlações bem conhecidas para calcular parâmetros que influenciam diretamente na vazão mássica podem ser usadas para se estimar o valor de alguns dos dados de entrada para a RNA melhorar sua precisão. Dentro deste contexto, o presente estudo tem como objetivo desenvolver um modelo Multilayer Perceptrons (MLP) para prever a vazão mássica de um sistema de refrigeração. Posteriormente é apresentado um medidor de vazão mássica alternativo, utilizando um modelo RNA programado em um circuito microcontrolado com apenas três temperaturas como entradas, desenvolvido e testado no software Proteus. Para desenvolver o modelo de RNA, os dados experimentais foram coletados em uma máquina de refrigeração em diversos pontos de operação. Distúrbios de degrau foram introduzidos na vazão mássica para produzir dados em regime transiente. Dois conjuntos de dados diferentes foram considerados no processo de treinamento. O primeiro conjunto de dados continha apenas dados de regime permanente e no segundo conjunto de dados havia dados de regime permanente mais dados transientes. Na validação do modelo, a vazão mássica estimada através da RNA apresentou erro médio de 0,79% ao considerar os dados permanentes e transientes no processo de treinamento, e 0,81 % ao considerar apenas os dados permanentes no procedimento de treinamento. Em ambos os casos, o erro médio ficou abaixo da incerteza do medidor de vazão utilizado.BrasilENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICAPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecanicaUFMGORIGINALDissertação.pdfapplication/pdf3702834https://repositorio.ufmg.br//bitstreams/7c6ba4e0-f64a-495d-9adc-69ab79d33ebf/downloadb529823a21a61abacab0db9058b45447MD51trueAnonymousREADLICENSElicense.txttext/plain2118https://repositorio.ufmg.br//bitstreams/4159c9ff-cea5-4ae9-af91-6b451855c51a/downloadcda590c95a0b51b4d15f60c9642ca272MD52falseAnonymousREAD1843/450822025-09-08 21:28:00.533open.accessoai:repositorio.ufmg.br:1843/45082https://repositorio.ufmg.br/Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oairepositorio@ufmg.bropendoar:2025-09-09T00:28Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)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
dc.title.none.fl_str_mv Previsão da vazão mássica em uma máquina frigorífica utilizando redes neurais artificiais
dc.title.alternative.none.fl_str_mv Mass flow prediction in a refrigeration machine using artificial neural networks
title Previsão da vazão mássica em uma máquina frigorífica utilizando redes neurais artificiais
spellingShingle Previsão da vazão mássica em uma máquina frigorífica utilizando redes neurais artificiais
Vinicius David Fonseca
Engenharia mecânica
Redes Neurais (Computação)
Máquinas térmicas
Previsão da vazão mássica
Máquinas frigoríficas
Redes neurais artificiais
title_short Previsão da vazão mássica em uma máquina frigorífica utilizando redes neurais artificiais
title_full Previsão da vazão mássica em uma máquina frigorífica utilizando redes neurais artificiais
title_fullStr Previsão da vazão mássica em uma máquina frigorífica utilizando redes neurais artificiais
title_full_unstemmed Previsão da vazão mássica em uma máquina frigorífica utilizando redes neurais artificiais
title_sort Previsão da vazão mássica em uma máquina frigorífica utilizando redes neurais artificiais
author Vinicius David Fonseca
author_facet Vinicius David Fonseca
author_role author
dc.contributor.author.fl_str_mv Vinicius David Fonseca
dc.subject.por.fl_str_mv Engenharia mecânica
Redes Neurais (Computação)
Máquinas térmicas
topic Engenharia mecânica
Redes Neurais (Computação)
Máquinas térmicas
Previsão da vazão mássica
Máquinas frigoríficas
Redes neurais artificiais
dc.subject.other.none.fl_str_mv Previsão da vazão mássica
Máquinas frigoríficas
Redes neurais artificiais
description Measuring mass flow rate in refrigeration systems with flow meters can be expensive when taking into account the cost of the equipment itself and the costs related to installation and maintenance. A model based on Artificial Neural Networks (ANNs) can be used to predict the value of the mass flow, at low cost, through easily observed and measured parameters, like temperatures. Additionally, well-known correlations to calculate parameters that directly influence the mass flow rate can be used as input data for the ANN to improve its accuracy. Within this context, the present study aims to develop a Multilayer Perceptrons (MLP) model to predict the mass flow rate of a refrigeration systems. Later, it is presented an alternative mass flow rate meter, using an ANN model programmed in a microcontrolled circuit with only three temperatures as inputs, that was developed and tests using the software Proteus. To develop the ANN model, experimental data were collected in a refrigeration machine in several operating points. Step disturbances were introduced in the mass flow rate to produce transient data. Two different data set were considered in the training process. The first data set contained only steady-state data and in the second data set there were steady-state plus transient data. The mass flow rate estimated through the ANN presented an average error of 0.79 % when considering steady-state and transient data in the training process, and 0.81 % when considering only steadystate data in the training procedure. In both cases, the average error was smaller than the mass flow meter uncertainty.
publishDate 2022
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2022-09-09T19:02:25Z
2025-09-09T00:28:00Z
dc.date.available.fl_str_mv 2022-09-09T19:02:25Z
dc.date.issued.fl_str_mv 2022-05-27
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://hdl.handle.net/1843/45082
url https://hdl.handle.net/1843/45082
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Minas Gerais
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Minas Gerais
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFMG
instname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
instacron:UFMG
instname_str Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
instacron_str UFMG
institution UFMG
reponame_str Repositório Institucional da UFMG
collection Repositório Institucional da UFMG
bitstream.url.fl_str_mv https://repositorio.ufmg.br//bitstreams/7c6ba4e0-f64a-495d-9adc-69ab79d33ebf/download
https://repositorio.ufmg.br//bitstreams/4159c9ff-cea5-4ae9-af91-6b451855c51a/download
bitstream.checksum.fl_str_mv b529823a21a61abacab0db9058b45447
cda590c95a0b51b4d15f60c9642ca272
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
repository.mail.fl_str_mv repositorio@ufmg.br
_version_ 1862105659113209856