Estimación de la Pérdida de Presión en Flujos Adiabáticos de Dos Fases en Tubos Lisos: Desarrollo de Pipelines Basados en Aprendizaje Automático
Autores: Bolourchifard, Farshad; Ardam, Keivan; Dadras Javan, Farzad; Najafi, Behzad; Vega Penichet Domecq, Paloma; Rinaldi, Fabio; Colombo, Luigi Pietro Maria
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Estimación de la Pérdida de Presión en Flujos Adiabáticos de Dos Fases en Tubos Lisos: Desarrollo de Pipelines Basados en Aprendizaje Automático
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Investigación experimental
Caída de presión
Mezcla de agua y aire
Aprendizaje automático
Metodología de selección de características
Optimización basada en algoritmos genéticos.
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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El estudio actual comienza con una investigación experimental centrada en medir la caída de presión de una mezcla de agua y aire bajo diferentes condiciones de flujo en un sistema que consiste en tubos horizontales lisos. Luego se implementan tuberías basadas en aprendizaje automático (ML) para proporcionar estimaciones de los valores de caída de presión empleando características adimensionales obtenidas. Posteriormente, se emplea una metodología de selección de características para identificar las características clave, facilitando la interpretación de los fenómenos físicos subyacentes y mejorando la precisión del modelo. En el siguiente paso, utilizando un enfoque de optimización basado en algoritmos genéticos, se determina el algoritmo de aprendizaje automático preeminente, junto con sus parámetros de ajuste óptimos asociados. Finalmente, los resultados de la tubería óptima proporcionan un Error Porcentual Absoluto Medio (MAPE) del 5.99% en el conjunto de validación y del 7.03% en la prueba. Dado que el conjunto de datos empleado y los modelos óptimos obtenidos estarán disponibles para el acceso público, el enfoque presente proporciona una reproducibilidad y facilidad de uso superiores en contraste con los modelos físicos existentes reportados en la literatura, logrando una precisión significativamente mayor.
Descripción
El estudio actual comienza con una investigación experimental centrada en medir la caída de presión de una mezcla de agua y aire bajo diferentes condiciones de flujo en un sistema que consiste en tubos horizontales lisos. Luego se implementan tuberías basadas en aprendizaje automático (ML) para proporcionar estimaciones de los valores de caída de presión empleando características adimensionales obtenidas. Posteriormente, se emplea una metodología de selección de características para identificar las características clave, facilitando la interpretación de los fenómenos físicos subyacentes y mejorando la precisión del modelo. En el siguiente paso, utilizando un enfoque de optimización basado en algoritmos genéticos, se determina el algoritmo de aprendizaje automático preeminente, junto con sus parámetros de ajuste óptimos asociados. Finalmente, los resultados de la tubería óptima proporcionan un Error Porcentual Absoluto Medio (MAPE) del 5.99% en el conjunto de validación y del 7.03% en la prueba. Dado que el conjunto de datos empleado y los modelos óptimos obtenidos estarán disponibles para el acceso público, el enfoque presente proporciona una reproducibilidad y facilidad de uso superiores en contraste con los modelos físicos existentes reportados en la literatura, logrando una precisión significativamente mayor.