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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/43750
ORCID: | http://orcid.org/0000-0003-0553-1727 |
Document type: | Dissertação |
Access type: | Acesso Aberto |
Title: | Previsão das propriedades do biodiesel e seu perfil ideal de ácidos graxos por meio de aprendizado de máquina |
Alternate title (s): | Forecasting the properties of biodiesel and its ideal fatty acid profile through machine learning |
Author: | Silva, Agaone Donizete |
First Advisor: | Altino, Sarah Arvelos |
First member of the Committee: | Gedraite, Rubens Gedraite |
Second member of the Committee: | Lemos, Diego Andrade |
Summary: | O biodiesel é um combustível produzido a partir de recursos renováveis, como óleos vegetais e gorduras animais. Ele é considerado uma alternativa mais limpa e sustentável ao diesel convencional, que é produzido a partir de petróleo. O biodiesel pode ser definido em termos das misturas de ésteres como um combustível composto por ésteres monoalquil de ácidos graxos de cadeia longa, os quais são produzidos, em geral por uma reação de transesterificação. Esta dissertação aborda a previsão das propriedades do biodiesel e seu perfil ideal de ácidos graxos por meio de aprendizado de máquina. As propriedades de interesse são a densidade, a viscosidade cinemática e o calor de combustão. O estudo buscou criar modelos que prevejam as propriedades do biodiesel com base em sua composição de ácidos graxos, permitindo identificar as melhores composições para o biocombustível em questão. O modelo empregado foi o de k-vizinhos mais próximos (KNN), um regressor clássico dentro do aprendizado de máquina. A metodologia detalha a base de dados utilizada para criação do modelo, a qual foi consultada na literatura e expandida via interpolação, computando 136 amostras e sua composição em termos de ésteres derivados de ácidos de 8 até 18 carbonos na cadeia, contendo insaturações ou não. Foi realizada a análise básica dos dados, visando-se comparar o banco de dados original e o banco de dados expandido. O modelo KNN foi preciso em realizar a regressão das 3 propriedades de interesse. Métodos de interpretabilidade foram utilizados para checar sua aderência ao fenômeno físico, a saber: escalas de importância e gráficos de dependência parcial. Observou-se que o modelo é capaz de representar de forma razoável os efeitos esperados em termos de composição de ésteres: misturas ricas em ácidos graxos saturados de cadeia curta são menos viscosas, mais densas e tem menor calor de combustão. O método de evolução diferencial permitiu buscar por composições de mistura que rendem os maiores valores possível de calor de combustão, estando em torno de 40 MJ/kg. |
Abstract: | Biodiesel is a fuel produced from renewable resources, such as vegetable oils and animal fats. It is considered a cleaner and more sustainable alternative to conventional diesel, which is produced from petroleum. Biodiesel can be defined in terms of ester mixtures as a fuel composed of monoalkyl esters of long-chain fatty acids, which are generally produced by a transesterification reaction. This dissertation addresses the prediction of biodiesel properties and its ideal fatty acid profile through machine learning. The properties of interest are density, kinematic viscosity, and heat of combustion. The study aimed to create models that predict the properties of biodiesel based on its fatty acid composition, allowing the identification of the best compositions for the biofuel in question. The model employed was the k-nearest neighbors (KNN), a classic regressor within machine learning. The methodology details the database used for model creation, which was consulted in the literature and expanded via interpolation, computing 136 samples and their composition in terms of esters derived from acids with 8 to 18 carbons in the chain, containing unsaturations or not. Basic data analysis was performed to compare the original database and the expanded database. The KNN model was accurate in performing the regression of the 3 properties of interest. Interpretability methods were used to check its adherence to the physical phenomenon, namely: importance scales and partial dependence plots. It was observed that the model is capable of reasonably representing the expected effects in terms of ester composition: mixtures rich in short-chain saturated fatty acids are less viscous, denser, and have lower heat of combustion. The differential evolution method allowed the search for mixture compositions that yield the highest possible values of heat of combustion, around 40 MJ/kg. |
Keywords: | biodiesel fatty acids ácidos graxos machine learning aprendizado de máquina physicochemical properties propriedades físico-químicas |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA |
Subject: | Engenharia química |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Química |
Quote: | SILVA, Agaone Donizete. Previsão das propriedades do biodiesel e seu perfil ideal de ácidos graxos por meio de aprendizado de máquina. 2024. 77 f . Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.686. |
Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.686 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/43750 |
Date of defense: | 26-Sep-2024 |
Sustainable Development Goals SDGs: | ODS::ODS 7. Energia limpa e acessível - Garantir acesso à energia barata, confiável, sustentável e renovável para todos. ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação. |
Appears in Collections: | DISSERTAÇÃO - Engenharia Química |
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