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Título: Predicting of temperatures profiles along an Earth-Air Heat Exchanger (EAHE) using artificial neural networks
Título(s) alternativo(s): Previsão de perfis de temperaturas ao longo de um Trocador de Calor Solo-Ar (TCSA) usando redes neurais artificiais
Autor(es): Foltran, Leonardo Bruno
Orientador(es): Santos, Gerson Henrique dos
Palavras-chave: Permutadores térmicos
Redes neurais (Computação)
Controle de temperatura
Energia elétrica - Consumo
Heat exchangers
Neural networks (Computer science)
Temperature control
Electric power consumption
Data do documento: 29-Out-2024
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Ponta Grossa
Citação: FOLTRAN, Leonardo Bruno. Predicting of temperatures profiles along an Earth-Air Heat Exchanger (EAHE) using artificial neural networks. 2024. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2024.
Resumo: No Brasil, os edifícios são responsáveis por aproximadamente 51% do consumo de eletricidade. Nos edifícios comerciais, os sistemas de ar-condicionado representam cerca de 70% desse consumo. Para colaborar na redução dessa demanda, este trabalho apresenta um Trocador de Calor Solo-Ar (TCSA) utilizado para climatização de ambientes. Este sistema passivo utiliza o solo como trocador de calor, aquecendo ou resfriando o ar, dependendo das condições climáticas. O sistema, que inclui dutos de 100 mm de diâmetro em PVC (Policloreto de Vinila) e um ventilador para controle do fluxo de ar, foi construído na Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Campus Ponta Grossa. Uma série de termopares tipo K foi inserida ao longo do TCSA, do solo e do ambiente. Redes Neurais Artificiais (RNAs) foram utilizadas para obter a distribuição de temperatura ao longo do trocador, a fim de prever o desempenho desses trocadores de calor submetidos a diferentes condições climáticas. A temperatura do ar na entrada do trocador, a temperatura do solo e a taxa de fluxo de ar foram usadas como dados de entrada para o modelo. Quatro estruturas diferentes de redes Perceptron Multicamadas (MLP, na sigla em inglês) foram utilizadas neste estudo, e todas elas foram capazes de prever adequadamente as temperaturas dos termopares ao longo do trocador de calor.
Abstract: In Brazil, buildings account for proximately 51% of electricity consumption. In commercial buildings, air conditioning systems are responsible for about 70% of this use. To collaborate to reduce this demand, this work presents an Earth-Air Heat Exchanger (EAHE) used for environment climatization. This passive system uses the soil as a heat exchanger, heating or cooling the air depending on the climatic conditions. The system, which includes 100 mm diameter Polyvinyl Chloride (PVC) ducts, and a fan for airflow control, was built at the Federal University of Technology of Paraná (UTFPR), Campus Ponta Grossa. A series of k-type thermocouples were inserted along the EAHE, the ground, and the environment. Artificial Neural Networks (ANNs) were used to obtain the temperature distribution along the exchanger to predict the performance of these heat exchangers subjected to different climatic conditions. Air temperature at the exchanger inlet, soil temperature, and airflow rate were used as input data for the model. Four different structures of Multilayer Perceptron (MLP) networks were used in this study, and all of them were capable of adequately predicting the temperatures of the thermocouples along the heat exchanger.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37206
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