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http://hdl.handle.net/1843/80781
Type: | Dissertação |
Title: | Avaliação de espectrômetros Raman e modelos de classificação multivariada para monitoramento da estabilidade oxidativa do biodiesel |
Other Titles: | Evaluation of Raman spectrometers and multivariate classification models for monitoring the oxidative stability of biodiesel |
Authors: | Débora Ribeiro da Silva |
First Advisor: | Mariana Ramos de Almeida |
First Co-advisor: | Vânya Marcia Duarte Pasa |
First Referee: | Monica Benicia Mamian Lopez |
Second Referee: | João Paulo Ataide Martins |
Abstract: | As reações de oxidação do biodiesel resultam na formação de produtos indesejáveis que podem causar o entupimento e a deposição de sólidos nos motores a diesel. O controle de qualidade do biodiesel é regulamentado no Brasil pela Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis – ANP, de acordo com a Resolução n° 920/2023, que estabelece que a estabilidade oxidativa do biodiesel deve ser igual ou superior a 13 horas, sendo determinada por meio do método Rancimat com aproximadamente 12 horas de duração. Este trabalho propõe o uso da espectroscopia Raman associada a ferramentas quimiométricas para classificação rápida de amostras de biodiesel B100 em relação à sua estabilidade oxidativa. Na primeira parte do trabalho, dois espectrômetros Raman foram avaliados: um espectrômetro Raman portátil com tecnologia SORS e laser de excitação em 830 nm e um espectrômetro compacto de bancada com laser em 1064 nm. Os modelos de classificação multivariada (SIMCA, PLS-DA e floresta aleatória) construídos com os dados obtidos foram avaliados em termos de sensibilidade, especificidade, eficiência e coeficiente de Matthews. Os resultados demonstraram que ambos os espectrômetros são adequados para serem utilizados na análise da estabilidade oxidativa do biodiesel, sendo que o modelo de classificação empregando floresta aleatória apresentou melhor desempenho. Na segunda parte do trabalho, dois métodos de balanceamento de classes foram comparados, o ADASYN e o SMOTE. O método ADASYN apresentou melhor desempenho no balanceamento da classe minoritária, resultando em um modelo com maior eficiência. Com a proposta de um modelo hierárquico, as amostras classificadas como conformes foram novamente classificadas, alcançando eficiência de 94,7% na classificação das amostras conformes com estabilidade oxidativa maior e menor que 17 horas. O emprego da espectroscopia Raman associada a métodos de classificação multivariada mostrou-se adequada para a análise de amostras de biodiesel, reduzindo o tempo de análise em comparação ao Rancimat e viabilizando sua aplicação em diferentes etapas do processo. |
Abstract: | Biodiesel oxidation reactions result in the formation of undesirable products that can cause clogging and solids deposition in diesel engines. Biodiesel quality control is regulated in Brazil by the National Agency of Petroleum, Natural Gas and Biofuels (ANP), according to Resolution No. 920/2023, which establishes that the oxidative stability of biodiesel must be equal to or greater than 13 hours, being determined by the Rancimat method with approximately 12 hours of duration. This work proposes the use of Raman spectroscopy associated with chemometric tools for rapid classification of B100 biodiesel samples in relation to their oxidative stability. In the first part of the work, two Raman spectrometers were evaluated: a portable Raman spectrometer with SORS technology and excitation laser at 830 nm and a compact benchtop spectrometer with laser at 1064 nm. The multivariate classification models (SIMCA, PLS-DA and random forest) constructed with the obtained data were evaluated in terms of sensitivity, specificity, efficiency and Matthews coefficient. The results demonstrated that both spectrometers are suitable for use in the analysis of the oxidative stability of biodiesel, with the classification model using random forest presenting better performance. In the second part of the work, two class balancing methods were compared, ADASYN and SMOTE. The ADASYN method presented better performance in balancing the minority class, resulting in a model with greater efficiency. With the proposal of a hierarchical model, the samples classified as compliant were classified again, reaching an efficiency of 94.7% in the classification of compliant samples with oxidative stability greater than and less than 17 hours. The use of Raman spectroscopy associated with multivariate classification methods proved to be suitable for the analysis of biodiesel samples, reducing the analysis time compared to Rancimat and enabling its application in different stages of the process. |
Subject: | Química analítica Quimiometria Raman, Espectroscopia de Biodiesel Oxidação Aprendizagem supervisionada (Aprendizado do computador) |
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 |
URI: | http://hdl.handle.net/1843/80781 |
Issue Date: | 14-Feb-2025 |
Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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