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Tipo: TCC
Título: Avaliação de eficiência energética em sistemas de água gelada para refinarias de óleo vegetal utilizando mineração de dados
Autor(es): Pinheiro, Larissa Souza
Orientador: Pereira, Andréa da Silva
Palavras-chave: Eficiência energética;Refrigeração;COP;Mineração de dados;Aprendizado de máquinas
Data do documento: 2022
Citação: PINHEIRO, Larissa Souza. Avaliação de eficiência energética em sistemas de água gelada para refinarias de óleo vegetal utilizando mineração de dados. 2022. 96 f. Monografia (Graduação em Engenharia Química) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2022.
Resumo: Eficiência energética é um tema atemporal quando se pensa em plantas industriais, sobretudo em sistemas de refrigeração. Em geral, tais sistemas funcionam por meio da compressão de fluidos refrigerantes. Consequentemente, para essa operação, é exigido trabalho de eixo do motor - fonte elétrica - para que o fluido seja comprimido, e depois, respectivamente, condensado, expandido e evaporado, retornando ao seu estado inicial. Para que esse ciclo termodinâmico seja minimamente eficiente, é preciso que a capacidade de refrigeração, em kW, seja maior do que a energia elétrica fornecida. Contudo, esse tipo de indicador não é estático, e depende de diversas variáveis de processo. Neste ponto, o uso cada vez maior de tecnologias para a digitalização de instrumentos de medição em equipamentos torna-se um fator competitivo para a análise e predição de um grande volume de dados em tempo real. Dessa forma, o principal objetivo deste trabalho foi o de minerar dados de um circuito de resfriamento de água gelada (Chiller) a fim de extrair conhecimento útil do sistema. Por tratar-se de uma planta em operação, a metodologia utilizada foi o CRISP-DM, na qual foram listadas, coletadas e tratadas as variáveis que supostamente impactam a capacidade de refrigeração do circuito. A variável alvo calculada foi o COP (Coeficiente Operacional de Performance), o qual mede a relação da carga térmica de refrigeração pela energia fornecida ao ciclo. A partir daí, separou-se os dados do COP em duas regiões de operação denominadas “Ruim” ou “Regular”, nas quais as outras variáveis de operação foram classificadas. Para isso, foram testados três modelos de aprendizado de máquina: Árvore de Decisão, Floresta Aleatória e XGBoost, com os três possuindo mais de 80% de desempenho. O XGBoost mostrou-se ser o melhor modelo, o qual apontou que as variáveis mais significativas para o COP são: temperatura de entrada e saída do evaporador, perda de carga no evaporador, temperatura de saída do condensador, perda de carga no condensador, temperatura de superaquecimento de descarga, temperatura de entrada do condensador, corrente do motor do compressor e volume da câmara de compressão. O projeto visa trazer um tema real de melhoria industrial atrelado a uma abordagem moderna de resolução, utilizando linguagens computacionais, como Python e SQL, e ilustrando como é o perfil cada vez mais exigido de um engenheiro químico hoje na indústria.
Abstract: Energy efficiency is an ageless subject in industrial plants, mainly in refrigeration systems. Overall, these systems work by refrigerant fluid compression. Hence, it is requested power from the engine – an electric source – to compress, condense, expand and evaporate the fluid, returning to its outset state. For this thermodynamic cycle occurs in its minimal efficiency, it is necessary that the cooling capacity (kW) be higher than the provided electrical power. Nevertheless, this type of indicator is not static, depending on several process variables. Thus, the increasing use of digital technologies for equipment measurement instruments has become a competitive condition for the analyse and prediction of a huge volume of data in current time. Thereby, the main objective of this work was mining data from a chill water refrigeration circuit (Chiller) in order to take out knowledge from the system. Once the plant was fully operating, the methodology used was CRISP-DM, in which the seeming variables that influence the cooling capacity were listed, collected and treated. The target variable calculated was OCP (Operational Coefficient of Performance), which measure the ratio between heat load and the supplied energy to the cycle. Then, the OCP data was split in two operational ranges labelled “Bad” and “Regular”, in which the other variables were classified. For that, three machine learning based models were tested: Decision Tree, Random Forest and XGBoost, with all three models owning more than 80% in score metrics. XGBoost was the best model tested, which pointed out the most feature importance for OCP: inlet and outlet temperatures from evaporator, head loss in the evaporator, outlet condenser temperature, head loss in the condenser, superheat discharge temperature, inlet condenser temperature, electrical current in the engine and compression camara volume. The project aims to bring a real industrial improvement case connected with a modern resolution approach, using computational languages, like Python and SQL, highlighting which is the chemical engineer profile searched in industries nowadays.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/70204
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