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Tipo: Dissertação
Título: Otimização da adsorção de gás natural em tanque de combustível veicular através de redes neurais artificiais e carbonos ativados
Autor(es): Machado, Marcos André Queiroz
Orientador: Lucena, Sebastião
Coorientador: Pereira, Andrea
Palavras-chave em português: Adsorção;Carbono ativado;Gás Natural;Redes neurais (Computação)
Palavras-chave em inglês: Adsorption;Carbon, activated;Natural gas;Neural networks (Computer science)
Data do documento: 2025
Citação: MACHADO, M. A. Q. Otimização da adsorção de gás natural em tanque de combustível veicular através de redes neurais artificiais e carbonos ativados. Orientador: Dr. Sebastião Mardônio Pereira de Lucena. 2025. 124 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia Química, Departamento de Engenharia Química, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, Ceará, 2025.
Resumo: Neste estudo, explora-se a aplicação de modelos de inteligência artificial para prever as curvas de desativação energética em leitos de adsorção, compostos por 17 variedades de carbonos ativados, ao longo dos ciclos operacionais de um tanque de combustível veicular. Utilizando dados simulados da adsorção de metano, etano, propano e butano, três métodos de caracterização dos carbonos ativados foram empregados: parâmetros de equilíbrio de Langmuir, distribuição de tamanho de poros completa (PSD Completa) e distribuição de tamanho de poros representativa (PSD Representativa). O modelo de tanque, juntamente com a Teoria da Solução Adsorvida Ideal (IAST), foi iterativamente resolvido no software gPROMS para obter dados ao longo de 200 ciclos de operação. A técnica de Latin Hypercube Sampling (LHS) foi utilizada para determinar combinações eficientes das frações molares dos componentes do gás natural, empregadas nos cálculos. Posteriormente, Redes Neurais Artificiais (RNAs) foram treinadas e avaliadas para prever as curvas de desativação energética dos leitos de adsorção, otimizando suas arquiteturas por meio da metodologia Particle Swarm Optimization (PSO). Os resultados indicam que as RNAs, treinadas com dados de caracterização mais simplificados, como a PSD Representativa, apresentaram desempenho comparável ou superior aos modelos mais complexos, evidenciando-se como uma abordagem eficaz na predição desse fenômeno. A escolha por modelos mais simples não apenas facilita o treinamento das RNAs, mas também proporciona uma perspectiva valiosa sobre a influência dos diferentes métodos de caracterização dos carbonos ativados nas previsões das variáveis de interesse associadas ao complexo fenômeno da adsorção.
Abstract: In this study, the application of artificial intelligence models to predict energy deactivation curves in adsorption beds composed of 17 different types of activated carbons over the operational cycles of a vehicular fuel tank is explored. Using simulated data from the adsorption of methane, ethane, propane, and butane, three methods of characterizing the activated carbons were employed: Langmuir equilibrium parameters, complete pore size distribution (Complete PSD), and representative pore size distribution (Representative PSD). The tank model, coupled with the Ideal Adsorbed Solution Theory (IAST), was iteratively solved in the gPROMS software to obtain data over 200 operational cycles. The Latin Hypercube Sampling (LHS) technique was used to determine efficient combinations of molar fractions of natural gas components used in calculations. Subsequently, Artificial Neural Networks (ANNs) were trained and evaluated to predict the energy deactivation curves of the adsorption beds, optimizing their architectures through the Particle Swarm Optimization (PSO) methodology. The results indicate that ANNs, trained with simpler characterization data such as Representative PSD, demonstrated comparable or superior performance to more complex models, emerging as an effective approach in predicting this phenomenon. Opting for simpler models not only streamlines the training of ANNs but also provides valuable insights into the influence of different methods of characterizing activated carbons on predictions of variables of interest related to the complex phenomenon of adsorption.
Descrição: Este documento está disponível online com base na Portaria nº 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/80229
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/9121122854705865
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/1829773217661534
Currículo Lattes do Coorientador: http://lattes.cnpq.br/1309887348950359
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
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