Processo para classificação de biodiesel e instrumento para classificação de biodiesel

  • Número do pedido da patente:
  • PI 1104468-3 A2
  • Data do depósito:
  • 21/09/2011
  • Data da publicação:
  • 29/01/1991
Inventores:
  • Classificação:
  • G06F 19/00
    Equipamentos ou m?todos de computação digital ou de processamento de dados, especialmente adaptados para aplica??es espec?ficas;
    ;
    G01N 21/00
    Investiga??o ou an?lise de materiais pelo uso de meios ?pticos, i.e. usando raios infravermelhos, vis?veis ou ultravioletas;
    ;
    G06F 17/10
    Equipamentos ou m?todos de computação digital ou de processamento de dados, especialmente adaptados para fun??es espec?ficas; / Operações matem?ticas complexas;
    ;
    G01J 3/00
    Espectrometria; Espectrofotometria; Monocromadores; Medi??o das cores;
    ;

PROCESSO PARA CLASSIFICAÇÃO DE BIODIESEL E INSTRUMENTO PARA CLASSIFICAÇÃO DE BIODIESEL. Refere-se a um processo e instrumento para a classificação de biodiesel a partir da matéria prima, pertencente ao campo dos equipamentos científicos; apesar da necessidade da análise do biodiesel por vários aspectos, tais como políticos, requisitos técnicos, barreiras técnicas, asociados com a qualidade propriamente dita do biodiesel, e as barreiras não tarifárias, que possuem fins protecionistas, não existe no mercado mundial um instrumentos que permita classificar o biodiesel por matéria-prima através de técnica não invasiva e não destrutiva e que permita obtenção de resultado em menos de um minuto, com instrumento portátil e micro controlado; a fim de solucionar esses incovenientes foi desenvolvido o objrto do presente pedido de patente, para classificação de biodiesel a partir da matéria-prima, óleo, de origem; o protocolo de tratamento dos dados é baseado em modelagem quimiométrica, conduzida por espectroscopia NIR.

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Documento

"PROCESSO PARA CLASSIFICAÇÃO DE BIODIESEL E INSTRUMENTO PARA CLASSIFICAÇÃO DE BIODIESEL"

Campo da invenção

5    A presente patente de privilégio de invenção,

"PROCESSO PARA CLASSIFICAÇÃO DE BIODIESEL E INSTRUMENTO PARA CLASSIFICAÇÃO DE BIODIESEL", tem por objeto um método para classificação de biodiesel a partir da matéria-prima e o instrumento para essa classificação, pertencente 10 ao campo dos equipamentos científicos, de uso mais precisamente na análise do biodiesel para a verificação da sua fonte vegetal.

Tem-se, portanto, no pedido de patente em questão, um processo e instrumento especialmente projetado e desenvolvido para obter enorme praticidade e que traz grandes 15 vantagens, tanto em sua utilização como em sua fabricação.

É ainda, objetivo do presente pedido, apresentar um processo para classificação de biodiesel e instrumento para classificação de biodiesel com baixos custos para sua exequibilidade industrial, porém aliado aos requisitos de 20 robustez, segurança e praticidade utilitária, oferecendo assim ao público consumidor, um inédito equipamento no mercado de instrumentos científicos, que oferece inúmeras possibilidades e benefícios a seus usuários, tornando-se um instrumento de grande aceitação no mercado consumidor.

25    Histórico da invenção

Como é de conhecimento técnico a pesquisa sobre biodiesel vem crescendo continuamente nos últimos tempos, motivado pelos aspectos ambientais e político-estratégicos envolvidos na substituição, parcial ou total, do diesel combustível proveniente do petróleo, que é uma fonte energética esgotável e com maiores reservas em países com instabilidade política e social. Estes estudos passam pela obtenção de matérias-primas adequadas e politicamente estratégicas, pela produção por rotas economicamente viáveis e ambientalmente corretas, pelos aspectos econômicos e mercadológicos de viabilização comercial e pela logística de atendimento das demandas de consumo.

Entretanto, da mesma forma que os estudos e a própria produção crescem em todo o mundo, também surge a necessidade de um forte programa de controle de qualidade deste biocombustível, em atendimento aos requisitos técnicos impostos pelos órgãos fiscalizadores e pelo mercado.

Dentre os aspectos impostos pelos órgãos fiscalizadores, existentes devido aos fortes subsídios patrocinados, existem os requisitos técnicos, barreiras técnicas, associados com a qualidade propriamente dita do biodiesel, e as barreiras não tarifárias, que possuem fins protecionistas, em que se destaca a política do governo alemão, que permite apenas a produção e comercialização de biodiesel proveniente da colza, em detrimento de outras matérias-primas tais como a soja, algodão e girassol.

Pontos deficientes do estado da técnica

Entretanto, apesar de diversos países restringirem os subsídios estarem associados a definidas matérias-primas, não existe no mercado mundial um instrumento que permita classificar o biodiesel por matéria-prima através de técnica não invasiva e não destrutiva e que permita obtenção de resultado em menos de um minuto, com instrumento portátil e micro controlado.

Sumário da invenção

Foi pensando nesses inconvenientes que, após inúmeras pesquisas e estudos, o inventor, pessoa ligada ao ramo, criou e desenvolveu o objeto da presente patente, idealizando um processo e instrumento para classificação de biodiesel em que nem só as qualidades mecânicas e funcionais foram consideradas no projeto de sua fabricação, mas também a forma, a disposição e a localização de suas partes e componentes que, corretamente posicionadas, trouxeram um aumento de eficiência sem acarretar ônus algum.

Assim, a presente patente foi projetada visando obter um processo e instrumento de análise do biodiesel com menor número de peças possível, convenientemente configuradas e arranjadas para permitir que o processo e instrumento para classificação de biodiesel desempenhe suas funções com eficiência e versatilidade inigualáveis, sem os inconvenientes já mencionados.

Apresenta-se no presente pedido de patente, um processo e um prático instrumento para classificação de biodiesel com todas as qualidades estéticas e funcionais, projetado e desenvolvido segundo as mais modernas técnicas, possibilitando dessa maneira a sua utilização imediata no mercado europeu, principalmente na Alemanha, que já mantém uma forte política de embargar a entrada de biodiesel que não seja da fonte vegetal delimitada, com garantia da procedência do produto.

Entretanto, o mercado mundial, com o avanço da produção mundial também necessitará de tecnologias deste porte para implementar políticas tarifárias e não tarifárias para entrada em seus mercados consumidores.

O objeto da presente patente, compreende um processo e um instrumento portátil para classificação de biodiesel, utilizando micro controlador para controle do processo, aquisição e tratamento dos dados e apresentação dos resultados, e utilização de uma faixa de radiação do Infra Vermelho Próximo.

É de se compreender assim que o processo 5 e o instrumento em questão são extremamente simples em sua construtividade, sendo, portanto, de fácil exequibilidade, porém, são obtidos excelentes resultados práticos e funcionais, oferecendo um instrumento inovador sobre os modelos conhecidos.

Idealizado com desenho inovador, resulta em 10 um conjunto harmônico, de aspecto bastante peculiar e, sobretudo característico, sendo que, além do aspecto construtivo, o instrumento destaca-se pela sua versatilidade e comodidade de utilização.

Breve descrição dos desenhos da invenção 15    A seguir, para melhor entendimento e

compreensão de como se constitui o "PROCESSO PARA CLASSIFICAÇÃO DE BIODIESEL E INSTRUMENTO PARA CLASSIFICAÇÃO DE BIODIESEL", que aqui se pleiteia, apresentam-se os gráficos em anexo, onde se vê:

20    A FIG. 1 - Média dos espectros das

amostras de biodiesel de algodão, canola, girassol e soja.

A FIG. 2 - Média dos espectros pré-processados das amostras de biodiesel.

A FIG. 3 - Gráfico de escores PC1 x PC2 25 para o conjunto completo das amostras de biodiesel; onde • = algodão; * = soja; ▲ = girassol; ■ = canola.

A FIG. 4 - Gráfico de "Coomans SIMCA" dos modelos de biodiesel de soja e algodão para o conjunto de teste.

Descrição detalhada da invenção

De conformidade com o quanto ilustram as figuras acima relacionadas, o "PROCESSO PARA CLASSIFICAÇÃO DE BIODIESEL E INSTRUMENTO PARA CLASSIFICAÇÃO DE BIODIESEL", refere-se a um processo e instrumento para a classificação de biodiesel a partir da matéria prima.

Metodologia

O espectro de refletância difusa de cada amostra do conjunto de classificação na região do infravermelho próximo, na faixa de 5.000 a 4.500 cm'1, foi medido em triplicata. Os espectros de cada urna das amostras foram tratados usando a primeira derivada com pontos ajustados por um polinômio de segunda ordem e janela de 21 pontos pelo algoritmo Savitzky-Golay.

Em seguida foi desenvolvida a análise por componentes principais das amostras para construção do modelo de classificação para cada um dos grupos (soja, algodão, girassol e canola), utilizando duas "PCs", com confiança estatística de 95 %. O modelo foi testado utilizando validação cruzada "leave-one-out". Construído o modelo de classificação para cada grupo de biodiesel por matéria-prima, faz-se a medida em triplicata de amostras e verifica-se a distância da amostra em relação aos grupos formados. A distância da amostra em relação ao grupo é computada pela raiz quadrada da variância residual da amostra comparado à variância residual do grupo pelo teste F de Snedecor, pelos graus de liberdade, igual ao número de medidas menos um para cada uma das variâncias.

Os componentes do instrumento, fonte de radiação, fototransdutor, recipiente para acondicionar cubeta,

display de cristal líquido, botões, são encontrados comercialmente. O circuito eletrônico desenvolvido permite converter proporcionalmente a radiação eletromagnética na região de trabalho em fluxo de elétrons no tempo, corrente elétrica, que por sua vez é 5 transformada em diferença de potencial (ddp). Esta ddp é filtrada em termos de ruídos de alta e baixa frequência, e amplificada para trabalhar em toda a faixa permitida do micro controlador, 0 a 5 V. Todo o controle do instrumento, tratamento dos dados ocorre com o controle do micro controlador, circuito integrado que atua como 10 memória RAM, possibilitando gravar programa computacional. O sinal purificado e amplificado pode ser lido no display de cristal líquido que apresenta os resultados, sendo utilizando como interface do instrumento com o analista. O instrumento pode ser alimentado eletricamente pela rede elétrica ou por meio de baterias, 15 permitindo sua portabilidade para trabalhos in situ.

Resultados

As médias dos espectros de amostras de biodiesel são mostradas na figura 1, na região da faixa espectral de trabalho. Percebe-se uma forte sobreposição espectral das 20 amostras de cada grupo de biodiesel.

Na figura 2 é visualizado o gráfico dos dados tratados pela primeira derivada com pontos ajustados por um polinômio de segunda ordem e janela de 21 pontos pelo algoritmo Savitzky-Golay. Este tratamento permite realçar as informações 25 relevantes dos grupos de amostras.

Na figura 3 é apresentado o gráfico de PC1 por PC2 para as amostras de biodiesel estudadas, com 93% e 6% de variância explicada, demonstrando que são formados quatro agrupamentos das amostras de biodiesel. Este resultado permite

averiguar a possibilidade de classificação das amostras de biodiesel pelo procedimento desenvolvido. PC1 separa o biodiesel de algodão do biodiesel de soja. A diferença entre os dois biodiesel é a presença dos ésteres dos ácidos graxos linolênico, eicosanoico e 5 eicosenoico no óleo de soja. PC2 pode separar as amostras de biodiesel de canola, girassol e algodão/soja. A diferença está na proporção dos ésteres dos ácidos graxos oléico e linoléico nas amostras de soja e de girassol e linoléico na soja/ algodão.

O conjunto de classificação para cada um 10 dos grupos de biodiesel foi baseado em 21 medidas espectrais. O conjunto de teste foi constituído de seis espectros para cada tipo de biodiesel. Foi verificado que em todos os casos, as amostras do conjunto foram classificadas corretamente, sem erros de tipo I ou de tipo II. Como exemplo da separação de classe, o gráfico de 15 Coomans a 95 % de nível de confiança, que mostram a distância ortogonal das amostras do conjunto de teste do modelo de biodiesel de algodão pelo biodiesel de girassol, são apresentadas na figura 4. Resultados similares são obtidos com os outros gráficos de Coomans.

20    Nesta descrição é proposto um instrumento

para classificação de biodiesel a partir da matéria-prima, óleo, de origem. O protocolo de tratamento dos dados é baseado em modelagem quimiométrica, conduzida por espectroscopia NIR. Os resultados de PCA mostram a formação de distintos grupamentos 25 para cada tipo de biodiesel, demonstrando que o grupo de canola difere consideravelmente dos demais. Também foi mostrado nos modelos SI MCA para classificação das amostras de biodiesel baseado nos óleos de origem não possuem erros do tipo I ou do tipo II.

Os resultados apresentam-se promissores para transferência de tecnologia para empresas de construção de instrumentos analíticos, mesmo de baixo custo, associadas a desenvolvedores de programas computacionais e empresas de 5 design. Este instrumento pode ter utilização imediata no mercado europeu, principalmente na Alemanha, que já mantém uma forte política de embargar a entrada de biodiesel que não seja da fonte vegetal delimitada, com garantia da procedência do produto. Entretanto, o mercado mundial, com o avanço da produção mundial 10 também necessitará de tecnologias deste porte para implementar políticas tarifárias e não tarifárias para entrada em seus mercados consumidores.

Pode-se assim, constatar através do exposto que o "PROCESSO PARA CLASSIFICAÇÃO DE BIODIESEL E 15 INSTRUMENTO PARA CLASSIFICAÇÃO DE BIODIESEL" processo e instrumento de grande utilidade, apresentando todas as qualidades práticas e de funcionalidade que justificam plenamente o pedido de patente de privilégio de invenção.

REIVINDICAÇÕES

1. "PROCESSO PARA CLASSIFICAÇÃO DE BIODIESEL E INSTRUMENTO PARA CLASSIFICAÇÃO DE BIODIESEL", refere-se a um processo e instrumento para a 5 classificação de biodiesel a partir da matéria prima; apesar da necessidade da analise do biodiesel por vários aspectos, tais como políticos, requisitos técnicos, barreiras técnicas, associados com a qualidade propriamente dita do biodiesel, e as barreiras não tarifárias, que possuem fins protecionistas, não existe no mercado 10 mundial um instrumento que permita classificar o biodiesel por matéria-prima através de técnica não invasiva e não destrutiva e que permita obtenção de resultado em menos de um minuto, com instrumento portátil e micro controlado; a fim de solucionar esses inconvenientes foi desenvolvido o objeto do presente pedido de 15 patente, caracterizado por um método, no qual o espectro de reflectância difusa de cada amostra do conjunto de classificação na região do infravermelho próximo, na faixa de 5.000 a 4.500 cm'1, é medido em triplicata; os espectros de cada urna das amostras são tratados usando a primeira derivada com pontos ajustados por um 20 polinômio de segunda ordem e janela de 21 pontos pelo algoritmo Savitzky-Golay; em seguida é desenvolvida a análise por componentes principais das amostras para construção do modelo de classificação para cada um dos grupos (soja, algodão, girassol e canola), utilizando duas "PCs", com confiança estatística de 95 %; o 25 modelo é testado utilizando validação cruzada "leave-one-out", construído o modelo de classificação para cada grupo de biodiesel por matéria-prima, faz-se a medida em triplicata de amostras e verifica-se a distância da amostra em relação aos grupos formados; a distância da amostra em relação ao grupo é computada pela raiz

quadrada da variância residual da amostra comparado à variância residual do grupo pelo teste F de Snedecor, pelos graus de liberdade, igual ao número de medidas menos um para cada uma das variâncias.

5    2.    "INSTRUMENTO    PARA

CLASSIFICAÇÃO DE BIODIESEL", de acordo com a reivindicação 1, o instrumento é constituído a partir de uma fonte de radiação, fototransdutor, recipiente para acondicionar cubeta, display de cristal líquido, botões, encontrados comercialmente e um circuito 10 eletrônico, caracterizado pelo fato de ter sido desenvolvido para permitir converter proporcionalmente a radiação eletromagnética na região de trabalho em fluxo de elétrons no tempo, corrente elétrica, que por sua vez é transformada em diferença de potencial (ddp); esta ddp é filtrada em termos de ruídos de alta e baixa frequência, e 15 amplificada para trabalhar em toda a faixa permitida do micro controlador, 0 a 5 V; todo o controle do instrumento, tratamento dos dados ocorre com o controle do micro controlador, circuito integrado que atua como memória "RAM", possibilitando gravar programa computacional; o sinal purificado e amplificado pode ser lido no 20 display de cristal líquido que apresenta os resultados, sendo utilizando como interface do instrumento com o analista; o instrumento pode ser alimentado eletricamente pela rede elétrica ou por meio de baterias.

FIG. 1

FIG. 2

FIG.3


FIG.4



RESUMO

"PROCESSO PARA CLASSIFICAÇÃO DE BIODIESEL E INSTRUMENTO PARA CLASSIFICAÇÃO DE BIODIESEL", refere-se a um processo e instrumento para a 5 classificação de biodiesel a partir da matéria prima, pertencente ao campo dos equipamentos científicos; apesar da necessidade da analise do biodiesel por vários aspectos, tais como políticos, requisitos técnicos, barreiras técnicas, associados com a qualidade propriamente dita do biodiesel, e as barreiras não tarifárias, que 10 possuem fins protecionistas, não existe no mercado mundial um instrumento que permita classificar o biodiesel por matéria-prima através de técnica não invasiva e não destrutiva e que permita obtenção de resultado em menos de um minuto, com instrumento portátil e micro controlado; a fim de solucionar esses inconvenientes 15 foi desenvolvido o objeto do presente pedido de patente, para classificação de biodiesel a partir da matéria-prima, óleo, de origem; o protocolo de tratamento dos dados é baseado em modelagem quimiométrica, conduzida por espectroscopia NIR.