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Type: Dissertação
Title: Desenvolvimento de modelos quimiométricos baseados em espectroscopia no infravermelho próximo portátil para quantificação de óleo vegetal hidrotratado (HVO) em misturas com biodiesel e diesel de petróleo
Authors: Maria José de Magalhães Firmino
First Advisor: Marcelo Martins de Sena
First Co-advisor: Júlio César Laurentino Alves
First Referee: Mariana Ramos de Almeida
Second Referee: Camila Nunes Costa Corgozinho
Abstract: O óleo vegetal hidrotratado (HVO), também conhecido como diesel renovável, tem se mostrado uma alternativa viável ao uso de combustíveis derivados de petróleo. O método de referência usado para quantificação desse combustível em diesel de petróleo, ASTM D6866-18, baseado na medição do teor de radiocarbono, é complexo e de custo relativamente alto. Além disso, ele quantifica o teor total de combustíveis derivados de base biológica em uma mistura, não quantificando teores individuais de diferentes biocombustíveis. Diante disso, o objetivo do presente trabalho foi o desenvolvimento de um método analítico direto, simples e de baixo custo para a quantificação de diesel renovável HVO em misturas com biodiesel e diesel de petróleo, usando espectroscopia portátil no infravermelho próximo (NIRS) associada ao método de calibração multivariada de mínimos quadrados parciais (PLS). Amostras de HVO, diesel de petróleo e biodiesel foram fornecidas pela Vibra Energia S. A. (São Paulo, Brasil). Misturas foram preparadas com diferentes proporções entre os três componentes e analisadas utilizando o equipamento MicroNIR® 1700. Os espectros obtidos foram pré-processados usando variação normal padrão (SNV), e centrados na média. As amostras foram divididas em conjuntos de calibração e de validação de duas formas diferentes, e foi construído um modelo com as amostras separadas de cada forma. Também foram testados modelos com variáveis selecionadas baseadas nos escores de importância de projeção de variáveis (VIP escores) e modelos de quantificação de biodiesel. Os modelos foram avaliados quanto à linearidade, veracidade, precisão, inverso da sensibilidade analítica, viés, limites de detecção e quantificação e robustez. Os menores valores de raiz quadrada dos erros quadráticos médios de calibração (RMSEC) e previsão (RMSEP) para quantificação de HVO foram 0,93% (v/v) e 0,81% (v/v), respectivamente, obtidos com o modelo construído com amostras selecionadas pelo algoritmo Kennard-Stone e variáveis selecionadas. Para quantificação de biodiesel, os menores valores foram obtidos com o modelo construído com todas as variáveis (RMSEP 0,38% (v/v) e RMSEC 0,29% (v/v)). Todos os modelos foram considerados precisos, lineares e robustos a variações na temperatura do ambiente e tipo de agitação no preparo das misturas.Não foi detectada a presença de erros sistemáticos. O método desenvolvido demonstrou ser uma alternativa viável ao método de referência. Os resultados obtidos foram adequados, baseado nas figuras de mérito estimadas, e o método é mais simples, rápido, verde (não consome reagentes/solventes) e de menor custo em comparação ao método de referência ASTM D6866-18. Além disso, as análises podem ser feitas no local de uso da amostra.
Abstract: Hydrotreated vegetable oil (HVO), also known as renewable diesel, has proven to be a viable alternative to the use of petroleum derived fuels. The reference method used to quantify this fuel in petroleum diesel, ASTM D6866-18, based on the measurement of radiocarbon content, is complex and relatively expensive. In addition, it quantifies the total content of bio-based fuels in a blend, not quantifying individual contents of different biofuels. Therefore, the objective of this work was to develop a direct, simple and low-cost analytical method for the quantification of renewable diesel HVO in blends with biodiesel and petroleum diesel, using portable near infrared spectroscopy (NIRS) associated with the multivariate partial least squares (PLS) calibration method. Samples of HVO, petroleum diesel, and biodiesel were supplied by Vibra Energia S. A. (São Paulo, Brazil). Blends were prepared with different proportions of the three components and analyzed using the equipment MicroNIR® 1700. The obtained spectra were preprocessed using standard normal variation (SNV) and mean centering. The samples were divided into calibration and validation sets in two different ways, designed calibration and the algorithm Kennard-Stone, and a model was built with the samples separated from each way. Models with selected variables based on variable importance in projection (VIP) scores, and biodiesel quantification models built with designed calibration were also tested. The models were evaluated by estimating linearity, accuracy, precision, inverse of analytical sensitivity, bias, detection and quantification limits, and robustness. The lowest root mean square errors of calibration (RMSEC) and prediction (RMSEP) for HVO quantification were 0.93% (v/v) and 0.81% (v/v), respectively, obtained by the model built with samples selected by the Kennard Stone algorithm and selected variables. For biodiesel quantification, the lowest values were obtained with the model built with all variables (RMSEP 0.38% (v/v) and RMSEC 0.29% (v/v)). All models were considered accurate, linear, and robust to variations in room temperature and type of agitation during mixture preparation. No systematic errors were detected. The developed method proved to be a viable alternative to reference methods. The results obtained were adequate, based on the estimated figures of merit, and the method is simpler, faster, environmentally friendly (does not consume reagents/solvents) and of lower cost compared to the reference method ASTM D6866-18. In addition, the analyses can be performed at the site of sample use.
Subject: Química analítica
Quimiometria
Análise espectral
Óleos vegetais como combustível
Biodiesel
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Química
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/80217
Issue Date: 6-Feb-2025
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