Modelagem da combustão da dinitramida de amônio por simulação computacional

In this work, the combustion process of ammonium dinitramide, ADN, has been modeled in two different situations: decomposition in open environment, with abundant air and decomposition in a rocket motor internal environmental conditions. The profiles of the two processes were achieved, based on molar fractions of the species that compose the products of ADN combustion. The velocity of formation and quantity of species in the open environment was bigger than the ones in the rocket motor environment, showing the effect of the different atmosphere in the reactions kinetics.

Propriedades dinâmicas de fluidos por simulação computacional: métodos híbridos atomístico-contínuo

Computational methods for the calculation of dynamical properties of fluids might consider the system as a continuum or as an assembly of molecules. Molecular dynamics (MD) simulation includes molecular resolution, whereas computational fluid dynamics (CFD) considers the fluid as a continuum. This work provides a review of hybrid methods MD/CFD recently proposed in the literature. Theoretical foundations, basic approaches of computational methods, and dynamical properties typically calculated by MD and CFD are first presented in order to appreciate the similarities and differences between these two methods. Then, methods for coupling MD and CFD, and applications of hybrid simulations MD/CFD, are presented.

Comparação da labilidade de metais empregando voltametria, difusão em filmes finos por gradiente de concentração (DGT) e modelo computacional

Speciation of metals in a synthetic freshwater was comparatively evaluated using Anodic Stripping Voltammetry, Diffusive Gradients in Thin Films and a Chemical Equilibrium Model. The labile fractions of Cu and Zn quantified by DGT were similar to the ones measured by ASV. The labile species of Cd and Pb could not be determined by both experimental methods due to the formation of inert complexes with organic ligands in the sample. Despite the differences among the methods, the speciation results obtained by the use of DGT and ASV agreed well with predictions made by the chemical equilibrium model.

Validação computacional de métodos compostos no estudo de propriedades moleculares

Composite methods using ONIOM and different basis sets have been used to calculate proton and electron affinities for a set of alcohols at QCISD(T)/6-311++G(2df,p) level of theory. The study was carried out considering HF, MP2 and DFT (25 exchange correlation functional) methods. The calculation performed at ONIOM2(QCISD(T)/6-311++G(2df,p):HF/6-31G(d))//ONIOM2(O3LYP/6-31G(d):HF/6-31G(d)) resulted in the smallest average absolute deviation for AP and AE, 4,75 kJ/mol e 0,43 eV, respectively.

Constantes de acidez de ácidos dipróticos a partir de titulações potenciométricas: ilustração dos princípios do cálculo através da construção de um algoritmo muito simples

This work describes the creation of an very simple calculation algorithm, based in basic chemical and mathematic principles, for the calculation of weak diprotic acid dissociation constants as, for example, amino acids, from potentiometric titrations. For an easier understanding of the algorithm the logical reasoning of this calculus is schematized in a diagram of blocks. In the second part of the work the algorithm is applied to an Excel calculation sheet to determine the dissociation constants of Nicotinic Acid and Glycine, from the respective potentiometric titration curves. The values obtained using this algorithm are compared with those estimated by Hyperquad2008 (program generally used for this type of calculus) and also with the values of a stability constants database.

Desenvolvimento de um algoritmo para identificação e correção de spikes em espectroscopia Raman de imagem

Raman imaging spectroscopy is a highly useful analytical tool that provides spatial and spectral information on a sample. However, CCD detectors used in dispersive instruments present the drawback of being sensitive to cosmic rays, giving rise to spikes in Raman spectra. Spikes influence variance structures and must be removed prior to the use of multivariate techniques. A new algorithm for correction of spikes in Raman imaging was developed using an approach based on comparison of nearest neighbor pixels. The algorithm showed characteristics including simplicity, rapidity, selectivity and high quality in spike removal from hyperspectral images.

Caracterização composicional e transesterificação de óleo de microalga: uma abordagem computacional

A procedure for compositional characterization of a microalgae oil is presented and applied to investigate a microalgae based biodiesel production process through process simulation. The methodology consists of: proposing a set of triacylglycerides (TAG) present in the oil; assuming an initial TAG composition and simulating the transesterification reaction (UNISIM Design, Honeywell) to obtain FAME characterization values (methyl ester composition); evaluating deviations of experimental from calculated values; minimizing the sum of squared deviations by a non-linear optimization algorithm, with TAG molar fractions as decision variables. Biodiesel from the characterized oil is compared to a rapeseed based biodiesel.

QSAR modeling: um novo pacote computacional open source para gerar e validar modelos QSAR

QSAR modeling is a novel computer program developed to generate and validate QSAR or QSPR (quantitative structure- activity or property relationships) models. With QSAR modeling, users can build partial least squares (PLS) regression models, perform variable selection with the ordered predictors selection (OPS) algorithm, and validate models by using y-randomization and leave-N-out cross validation. An additional new feature is outlier detection carried out by simultaneous comparison of sample leverage with the respective Studentized residuals. The program was developed using Java version 6, and runs on any operating system that supports Java Runtime Environment version 6. The use of the program is illustrated. This program is available for download at lqta.iqm.unicamp.br.

Eletroquímica computacional - princípios e diretrizes para utilização

In this paper, a detailed guide for the application of computational electrochemistry is presented. The basic framework of the electrochemical models and their computational solutions are described. We highlighted that the availability of commercial software allows application of the technique by experimentalists with minimal mathematical and computational expertise. The most used packages are indicated. Simulations of typical examples are presented and some references cited to illustrate the wide applicability of computational electrochemistry.

Propriedades relacionadas à acidez e basicidade a partir da abordagem em química computacional

Analytical Chemistry books lack a clear link between thermodynamic and equilibrium approaches involving acids and bases. In this work, theoretical calculations were performed to search for these relations. An excellent relationship was found between difference in Gibbs free energy, ∆G of acid dissociation reaction and ∆G of hydrolysis reaction of the corresponding conjugate base. A relationship between ∆G of hydrolysis reaction of conjugate acids and their corresponding atomic radius was also identified, showing that stability plays an important role in hydrolysis reactions. Finally, the importance of solvation in acid/base behavior was demonstrated when comparing the corresponding theoretical and experimental ∆G´s.

Metaheurística algoritmo genético para solução de problemas de planejamento florestal com restrições de integridade

Os objetivos deste trabalho foram desenvolver e testar um algoritmo genético (AG) para a solução de problemas de gerenciamento florestal com restrições de integridade. O AG foi testado em quatro problemas, contendo entre 93 e 423 variáveis de decisão, sujeitos às restrições de singularidade, produção mínima e produção máxima, periodicamente. Todos os problemas tiveram como objetivo a maximização do valor presente líquido. O AG foi codificado em ambiente delphi 5.0 e os testes foram realizados em um microcomputador AMD K6II 500 MHZ, com memória RAM de 64 MB e disco rígido de 15GB. O desempenho do AG foi avaliado de acordo com as medidas de eficácia e eficiência. Os valores ou categorias dos parâmetros do AG foram testados e comparados quanto aos seus efeitos na eficácia do algoritmo. A seleção da melhor configuração de parâmetros foi feita com o teste L&O, a 1% de probabilidade, e as análises foram realizadas através de estatísticas descritivas. A melhor configuração de parâmetros propiciou ao AG eficácia média de 94,28%, valor mínimo de 90,01%, valor máximo de 98,48%, com coeficiente de variação de 2,08% do ótimo matemático, obtido pelo algoritmo exato branch and bound. Para o problema de maior porte, a eficiência do AG foi cinco vezes superior à eficiência do algoritmo exato branch and bound. O AG apresentou-se como uma abordagem bastante atrativa para solução de importantes problemas de gerenciamento florestal.

Estimativa dos componentes do balanço de energia e da evapotranspiração em plantios de eucalipto utilizando o algoritmo sebal e imagem landsat 5 - TM

Variáveis climáticas são essenciais para a compreensão das condições ambientais que influenciam o crescimento e o desenvolvimento vegetal. Nos últimos anos, as pesquisas que utilizam dados climáticos e técnicas de sensoriamento remoto em análises espaço-temporais da demanda por água e energia das plantas têm-se intensificado. O SEBAL (Surface Energy Balance Algorithms for Land) é um dos algoritmos mais destacados em estudos que envolvem estimativas dos fluxos de energia em grandes áreas, e pode ser aplicado com poucas medições de campo. Este trabalho, realizado no Município de Santa Bárbara, Minas Gerais, objetivou estimar os componentes do balanço de energia e, por conseguinte, a evapotranspiração em plantios de eucalipto com aplicação do algoritmo SEBAL e de imagem do sensor TM do satélite Landsat 5. As estimativas foram realizadas para cena do dia 20/06/2003. Considerando apenas as áreas referentes aos plantios de eucalipto (sete anos de idade), foram obtidos valores médios de saldo de radiação (Rn), fluxo de calor no solo (G), fluxo de calor sensível (H), fluxo de calor latente (LE) de 420,12 W m-2, 81,80 W m-2, 149,93 W m-2, 188,39 W m-2, respectivamente. Para a evapotranspiração real horária (ETr h), o valor médio obtido foi de 0,28 mm h-1. As estimativas mostraram-se condizentes com dados da literatura, no entanto pesquisas com maior controle experimental devem ser realizadas.

Sistematização do dimensionamento técnico e econômico de sistemas fotovoltaicos isolados por meio de programa computacional

Uma das principais questões referentes à energia solar é como compará-la, técnica e economicamente, com outras fontes de energia, tanto alternativas quanto com as convencionais (como a rede elétrica). O propósito deste trabalho foi desenvolver um programa computacional que reúne os principais dados técnicos e econômicos, para identificar, por meio de métodos de análise microeconômica, a viabilidade comercial no dimensionamento de sistemas fotovoltaicos, além de considerar os benefícios provenientes da própria geração energética. Na análise microeconômica da energia solar, foram identificados os custos da energia proveniente da rede convencional durante o período de vida útil dos componentes do sistema gerador de eletricidade fotovoltaica, pelo estudo dos custos de investimentos iniciais e manutenção do sistema. Para comparação com as fontes convencionais - rede elétrica e grupo diesel - foram usados três cenários de custos de painéis fotovoltaicos e dois para o fator de disponibilidade do grupo diesel. Pelos resultados, verifica-se que, quanto mais baixo o custo dos painéis e mais distante o local situar-se da rede elétrica, o sistema fotovoltaico torna-se a opção mais vantajosa.

Rotina computacional para a determinação da velocidade de sedimentação das partículas do solo em suspensão no escoamento superficial

O presente trabalho teve como objetivo desenvolver uma rotina computacional para a determinação da velocidade de deposição de partículas em suspensão no escoamento superficial, verificar sua aplicação por intermédio de modelo de transporte de sedimentos e comparar os resultados obtidos com dados experimentais. Empregou-se na rotina o processo iterativo de Newton-Rapshon para a solução das equações empregadas na determinação da velocidade de deposição de partículas em suspensão no escoamento superficial, e na solução da equação do transporte de sedimentos empregou-se a técnica das diferenças finitas. Essas rotinas foram empregadas na implementação do modelo MTSES (Modelo para Transporte de Solutos no Solo e no Escoamento Superficial). As velocidades de queda das partículas obtidas pela rotina desenvolvida, em média, foram superestimadas, com erro relativo médio de 0,63%, o que possibilitou a utilização da rotina desenvolvida no MTSES. O modelo MTSES superestimou o total de sedimentos transportados pelo escoamento superficial para todas as intensidades de precipitação empregadas neste estudo, com variações porcentuais de 15,6 a 58,3%.

Projeto de um cortador de base para colhedora de cana-de-açúcar utilizando otimização matemática

Um cortador de base representado por um mecanismo de quatro barras foi desenvolvido utilizando-se do programa Autocad. Suas partes constituintes foram pré-dimensionadas em função das características operacionais de uma colhedora de cana-de-açúcar em sistema de cana crua e inteira, colhendo uma linha de cana por passada. A força normal de reação do perfil no ponto de contato foi determinada por meio da análise dinâmica, sendo as equações de equilíbrio dinâmico baseadas nas leis de Newton-Euler. O processo de otimização teve como objetivo minimizar a força normal de reação do solo, submetida a restrições de posição, trajetória, comprimento das barras, constante da mola e da força normal. Implementou-se o Algoritmo de Programação Quadrática Seqüencial - SQP do módulo de otimização do programa computacional Matlab. Os resultados mostraram melhora significativa no desempenho de flutuação do mecanismo, representada pela força normal de reação do perfil, a qual foi reduzida de 4.250,33 para 237,13 N. Posteriormente, outras variáveis foram incorporadas ao mecanismo otimizado e um segundo processo de otimização foi implementado.