Uso de machine learning para predição da taxa de sedimentação de fluidos magneto-reológicos

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Teixeira, Guilherme Silva
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 Mato Grosso
Brasil
Instituto de Ciências Exatas e da Terra (ICET) – Araguaia
UFMT CUA - Araguaia
Programa de Pós-Graduação em Ciência de Materiais
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: http://ri.ufmt.br/handle/1/7308
Resumo: Magnetorheological fluids (MRFs) are smart materials whose rheological properties can be drastically altered by the application of an external magnetic field. These materials have a wide range of applications in industries such as construction, automotive, medicine, parts polishing, and others. Because of this, interest in understanding their properties has been growing in recent years. The material is composed of magnetic microparticles (e.g. ferrite, carbonyl iron, chromium dioxide, and iron oxide) dispersed in a carrier fluid (e.g. synthetic oil, mineral oil, water, and others) and additives. Due to the difference in density between the microparticles and the carrier fluid, in the absence of an external magnetic field, the particles settle by gravity. Several factors can improve the stability of these materials, such as size, shape, and coating of the microparticles, viscosity, density, and mixing of different carrier fluids, addition of nanoparticles of different compositions, and specific additives. However, testing the different combinations can be a challenge because it is an expensive material. At the same time, the application of machine learning (ML) models as an alternative to theoretical, experimental and computational methods has proven effective in solving fluid rheology problems. This tool emerges as an attractive approach, making it possible to investigate multiple variables with significantly fewer resources than other approaches. In this work, five machine learning models were used to predict the sedimentation rate of magnetorheological fluids based on several variables that are known to influence the stability of the material. The results showed that the Random Forest was the model with the best predictive capacity, based on the coefficient of determination and root mean square error.
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Due to the difference in density between the microparticles and the carrier fluid, in the absence of an external magnetic field, the particles settle by gravity. Several factors can improve the stability of these materials, such as size, shape, and coating of the microparticles, viscosity, density, and mixing of different carrier fluids, addition of nanoparticles of different compositions, and specific additives. However, testing the different combinations can be a challenge because it is an expensive material. At the same time, the application of machine learning (ML) models as an alternative to theoretical, experimental and computational methods has proven effective in solving fluid rheology problems. This tool emerges as an attractive approach, making it possible to investigate multiple variables with significantly fewer resources than other approaches. In this work, five machine learning models were used to predict the sedimentation rate of magnetorheological fluids based on several variables that are known to influence the stability of the material. The results showed that the Random Forest was the model with the best predictive capacity, based on the coefficient of determination and root mean square error.Fluidos magneto-reológicos (MRFs) são materiais inteligentes cujas propriedades reológicas podem ser drasticamente alteradas pela aplicação de um campo magnético externo. Esses materiais possuem uma vasta aplicabilidade em indústrias como construção civil, automobilismo, medicina, polimento de peças e outros. Por conta disso, o interesse no entendimento de suas propriedades vem crescendo nos últimos anos. O material é composto por micropartículas magnéticas (e.g. ferrita, ferro carbonílico, dióxido de cromo e óxido de ferro) dispersas em um líquido base (e.g. óleo sintético, óleo mineral, água e outros) e aditivos. Devido à diferença de densidade entre as micropartículas e o líquido base, na ausência de um campo magnético externo ocorre a sedimentação das partículas por gravidade. Diversos fatores podem melhorar a estabilidade desses materiais como tamanho, formato e revestimento das micropartículas, viscosidade, densidade e mistura de diferentes líquidos bases, adição de nanopartículas de diferentes composições e aditivos específicos. Entretanto, testar as diferentes combinações pode ser um desafio por se tratar de um material oneroso. Paralelamente, a aplicação de modelos de aprendizado de máquina (do inglês "machine learning, ML") como alternativa aos métodos teóricos, experimentais e modelos computacionais, tem se mostrado eficaz na solução de problemas de reologia de fluidos. Essa ferramenta surge como uma abordagem atrativa, tornando possível a investigação de múltiplas variáveis com recursos significativamente menores do que outras abordagens. Neste trabalho, foram utilizados cinco modelos de aprendizado de máquinas para predição da taxa de sedimentação de fluidos magneto-reológicos com bases em diversas variáveis que reconhecidamente influenciam a estabilidade do material. Os resultados mostraram que o modelo com melhor capacidade preditiva, baseado no coeficiente de determinação e raiz quadrada do erro médio foi o Random Forest.Universidade Federal de Mato GrossoBrasilInstituto de Ciências Exatas e da Terra (ICET) – AraguaiaUFMT CUA - AraguaiaPrograma de Pós-Graduação em Ciência de MateriaisStefani, Ricardohttp://lattes.cnpq.br/8302159085079133Stefani, Ricardo255.064.688-65http://lattes.cnpq.br/8302159085079133Cotrim, Weskley da Silva947.842.215-49http://lattes.cnpq.br/9535977973987932255.064.688-65Gertrudes, Jadson Castro018.755.795-08http://lattes.cnpq.br/2870519332050607Teixeira, Guilherme Silva2026-01-26T15:05:20Z2025-09-252026-01-26T15:05:20Z2025-08-15info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisTEIXEIRA, Guilherme Silva. Uso de machine learning para predição da taxa de sedimentação de fluidos magneto-reológicos. 2025. 55 f. 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