Avaliação de espectrômetros Raman e modelos de classificação multivariada para monitoramento da estabilidade oxidativa do biodiesel

dc.creatorDébora Ribeiro da Silva
dc.date.accessioned2025-03-19T21:12:26Z
dc.date.accessioned2025-09-09T01:27:07Z
dc.date.available2025-03-19T21:12:26Z
dc.date.issued2025-02-14
dc.description.abstractBiodiesel 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.
dc.description.sponsorshipCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
dc.description.sponsorshipFAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
dc.description.sponsorshipOutra Agência
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/80781
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso Aberto
dc.subjectQuímica analítica
dc.subjectQuimiometria
dc.subjectRaman, Espectroscopia de
dc.subjectBiodiesel
dc.subjectOxidação
dc.subjectAprendizagem supervisionada (Aprendizado do computador)
dc.subject.otherSORS
dc.subject.otherBalanceamento de classes
dc.subject.otherAmostras sintéticas
dc.subject.otherPLS-DA
dc.subject.otherFloresta aleatória
dc.titleAvaliação de espectrômetros Raman e modelos de classificação multivariada para monitoramento da estabilidade oxidativa do biodiesel
dc.title.alternativeEvaluation of Raman spectrometers and multivariate classification models for monitoring the oxidative stability of biodiesel
dc.typeDissertação de mestrado
local.contributor.advisor-co1Vânya Marcia Duarte Pasa
local.contributor.advisor1Mariana Ramos de Almeida
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6690913086860156
local.contributor.referee1Monica Benicia Mamian Lopez
local.contributor.referee1João Paulo Ataide Martins
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/9480333941102652
local.description.resumoAs 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.
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Química

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