Solvent Effects in Chemical Processes. Water-Assisted Proton Transfer Reaction of Pterin in Aqueous Environment

Pterins are members of a family of heterocyclic compounds present in a wide variety of biological systems and may exist in two forms, corresponding to an acid and a basic tautomer. In this work, the proton transfer reaction between these tautomeric forms was investigated in the gas phase and in aqueous solution. In gas phase, the intramolecular mechanism was carried out for die isolated pterin by quantum mechanical second-order Moller-Plesset Perturbation theory (MP2/aug-cc-pVDZ) calculations and it indicates that the acid form is more stable than the basic form by -1.4 kcal/mol with a barrier of 34.2 kcal/mol with respect to the basic form. In aqueous solution, the role of the water molecules in the proton transfer reaction was analyzed in two separated parts, the direct participation of one water molecule in the reaction path, called water-assisted mechanism, and the complementary participation of the aqueous solvation. The water-assisted mechanism was carried out for one pterin-water cluster by quantum mechanical calculations and it indicates that the acid form is still more stable by -3.3 kcal/mol with a drastic reduction of 70% of the barrier, The bulk solution effect on the intramolecular and water-assisted mechanisms was included by free energy perturbation implemented on Monte Carlo simulations. The bulk water effect is found to be substantial and decisive when the reaction path involves the water-assisted mechanism. In this case, the free energy barrier is only 6.7 kcal/mol and the calculated relative Gibbs free energy for the two tautomers is -11.2 kcal/mol. This value is used to calculate the pK(a) value of 8.2 +/- 0.6 that is in excellent agreement with the experimental result of 7.9.

Sistema de produção sincronizado : uma aplicação em processos produtivos de propriedade contínuos segundo a teoria das restrições

Este trabalho de conclusão investiga o efeito da geração de estoques intermediários nos indicadores principais empregados na Teoria das Restrições (Ganho, Despesa Operacional e Inventário) em uma unidade industrial de processo produtivo de Propriedade contínuo, que emprega embalagens, matérias-primas obtidas em larga escala e cadeias logísticas de longo curso. Este tipo de indústria produz bens de consumo imediato, com pouca variabilidade, de modo “empurrado”. A principal conseqüência é a perda do sincronismo na cadeia logística, resultando em uma grande quantidade de estoques intermediários e custos crescentes, relacionados principalmente ao custo de manutenção destes estoques. Através dos cinco passos de focalização e das ferramentas lógicas da Teoria das Restrições, propõe-se uma alternativa gerencial, que inclui o algoritmo Tambor-Pulmão-Corda e insere a organização em um processo de melhoria contínua, cujos impactos são avaliados por simulação computacional. Através de técnicas estatísticas e software apropriados, constrói-se um modelo de simulação computacional baseado em dados reais de uma planta produtora de cimento. A partir deste modelo, diferentes cenários são testados, descobrindo-se a condição ótima. Chega-se a uma conclusão, considerando a mudança na política de geração de estoques intermediários e seus impactos na redução de custos e riscos.

Desenvolvimento de um programa de simulação computacional de sistemas de aquecimento solar para água

Esta Tese apresenta uma análise do comportamento térmico de um sistema de aquecimento solar operando por termossifão. Neste tipo de sistema o fluido no coletor solar é circulado por convecção natural, que acontece devido à diferença de massa específica da água ao longo circuito. Nestes sistemas a vazão mássica varia ao longo do dia e do ano, dependendo, dentre outros fatores, da irradiância solar absorvida, do perfil de temperaturas da água no sistema, da geometria, do volume e do perfil de demanda de água quente. Para uma avaliação detalhada do comportamento térmico de aquecedores solares operando por termossifão foram realizados ensaios experimentais e cálculos teóricos. Os resultados dos experimentos concordaram com aqueles apresentados na literatura e sua análise fundamentou o desenvolvimento do aplicativo TermoSim, um programa de simulação computacional do comportamento térmico de sistemas de aquecimento de água com energia solar. O tratamento matemático adotado no TermoSim compreende a modelagem dos coletores solares de acordo com a teoria de Hottel-Bliss-Whillier. O reservatório térmico é modelado com estratificação térmica, convecção e condução entre as camadas. A vazão mássica é obtida a partir do balanço da quantidade de movimento no circuito. Os modelos matemáticos empregados na construção do aplicativo TermoSim foram validados através do confronto dos resultados simulados com medidas experimentais. Foi demonstrado que a utilização destes modelos é adequada e permite reproduzir com precisão o comportamento térmico dos coletores solares e do reservatório térmico. Além do programa TermoSim, foi também desenvolvido o programa TermoDim, que é uma ferramenta para o dimensionamento de sistemas de aquecimento solar, que requer apenas o conhecimento dos parâmetros geométricos do sistema, dados meteorológicos em média mensal e informação a respeito do volume de demanda. O TermoDim é apropriado para estimar o desempenho de aquecedores solares operando por termossifão com tanques verticais e horizontais. O método de dimensionamento do TermoDim é baseado na correlação para a eficiência média mensal obtida neste trabalho a partir de um grande número de simulações.

Precificação em orquestradores de informação: maximizando redes estáveis

Em redes de inovação baseadas em trocas de informação, o agente orquestrador se apropria das informações dos atores periféricos, gera inovação e distribui em forma de valor agregado. É sua função promover a estabilidade na rede fazendo com que a mesma tenha taxas não negativas de crescimento. Nos mercados de análise de crédito e fraude, por exemplo, ou bureaus funcionam como agentes orquestradores, concentrando as informações históricas da população que são provenientes de seus clientes e fornecendo produtos que auxiliam na tomada de decisão. Assumindo todas as empresas do ecossistema como agentes racionais, a teoria dos jogos se torna uma ferramenta apropriada para o estudo da precificação dos produtos como mecanismo de promoção da estabilidade da rede. Este trabalho busca identificar a relação de diferentes estruturas de precificação promovidas pelo agente orquestrador com a estabilidade e eficiência da rede de inovação. Uma vez que o poder da rede se dá pela força conjunta de seus membros, a inovação por esta gerada varia de acordo com a decisão isolada de cada agente periférico de contratar o agente orquestrador ao preço por ele estipulado. Através da definição de um jogo teórico simplificado onde diferentes agentes decidem conectar-se ou não à rede nas diferentes estruturas de preços estipuladas pelo agente orquestrador, o estudo analisa as condições de equilíbrio conclui que o equilíbrio de Nash implica em um cenário de estabilidade da rede. Uma conclusão é que, para maximizar o poder de inovação da rede, o preço a ser pago por cada agente para fazer uso da rede deve ser diretamente proporcional ao benefício financeiro auferido pela inovação gerada pela mesma. O estudo apresenta ainda uma simulação computacional de um mercado fictício para demonstração numérica dos efeitos observados. Através das conclusões obtidas, o trabalho cobre uma lacuna da literatura de redes de inovação com agentes orquestradores monopolistas em termos de precificação do uso da rede, servindo de subsídio de tomadores de decisão quando da oferta ou demanda dos serviços da rede.

Modos projetuais de simulação: uso de ferramentas de simulação térmica no processo projetual de arquitetura

This thesis aims to describe and demonstrate the developed concept to facilitate the use of thermal simulation tools during the building design process. Despite the impact of architectural elements on the performance of buildings, some influential decisions are frequently based solely on qualitative information. Even though such design support is adequate for most decisions, the designer will eventually have doubts concerning the performance of some design decisions. These situations will require some kind of additional knowledge to be properly approached. The concept of designerly ways of simulating focuses on the formulation and solution of design dilemmas, which are doubts about the design that cannot be fully understood nor solved without using quantitative information. The concept intends to combine the power of analysis from computer simulation tools with the capacity of synthesis from architects. Three types of simulation tools are considered: solar analysis, thermal/energy simulation and CFD. Design dilemmas are formulated and framed according to the architect s reflection process about performance aspects. Throughout the thesis, the problem is investigated in three fields: professional, technical and theoretical fields. This approach on distinct parts of the problem aimed to i) characterize different professional categories with regards to their design practice and use of tools, ii) investigate preceding researchers on the use of simulation tools and iii) draw analogies between the proposed concept, and some concepts developed or described in previous works about design theory. The proposed concept was tested in eight design dilemmas extracted from three case studies in the Netherlands. The three investigated processes are houses designed by Dutch architectural firms. Relevant information and criteria from each case study were obtained through interviews and conversations with the involved architects. The practical application, despite its success in the research context, allowed the identification of some applicability limitations of the concept, concerning the architects need to have technical knowledge and the actual evolution stage of simulation tools

On developing efficient applications using conservative distributed simulation paradigm

This paper aims to present, using a set of guidelines, how to apply the conservative distributed simulation paradigm (CMB protocol) to develop efficient applications. Using these guidelines, even a user with little experience on distributed simulation and computer architecture can have good performance on distributed simulations using conservative synchronization protocols for parallel processes.The set of guidelines is focus on a specific application domain, the performance evaluation of computer systems, considering models with coarse granularity and few logical processes and running over two platforms: parallel (high performance communication environment) and distributed (low performance communication environment).

Numerical simulation of magnetic field enhanced plasma immersion ion implantation

The behavior of plasma and sheath characteristics under the action of an applied magnetic field is important in many applications including plasma probes and material processing. Plasma immersion ion implantation (PIII) has been developed as a fast and efficient surface modification technique of complex shaped three-dimensional objects. The PIII process relies on the acceleration of ions across a high-voltage plasma sheath that develops around the target. Recent studies have shown that the sheath dynamics is significantly affected by an external magnetic field. In this work we describe a two-dimensional computer simulation of magnetic field enhanced plasma immersion implantation system. Negative bias voltage is applied to a cylindrical target located on the axis of a grounded cylindrical vacuum chamber filled with uniform nitrogen plasma. An axial magnetic field is created by a solenoid installed inside the cylindrical target. The computer code employs the Monte Carlo method for collision of electrons and neutrals in the plasma and a particle-in-cell (PIC) algorithm for simulating the movement of charged particles in the electromagnetic field. Secondary electron emission from the target subjected to ion bombardment is also included. It is found that a high-density plasma region is formed around the cylindrical target due to the intense background gas ionization by the magnetized electrons drifting in the crossed ExB fields. An increase of implantation current density in front of high density plasma region is observed. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

A planar flexible robotic manipulator

Presents the dynamic modelling of a flexible robotic manipulator with two flexible links and two revolute joints, which rotates in the horizontal plane. The dynamic equations are derived using the Newton-Euler formulation and the finite element method, based on elementary beam theory, which is used to discretize the displacements such that the small motion is represented in terms of nodal displacements. Computer simulation results are presented to illustrate this study. The dynamic model becomes necessary for use in future design and control applications.

New approach to ideal inductors stored energy nature

Nonlinear load compensation required the definition of new concepts of electric power. With basis on these new concepts the nature of the stored energy stored in ideal inductors is theoreticaly characterized in this work. Computer simulation and theory agree when applied to an isolated alternator.

Efeito do campo elétrico em nanocones formados por aln e BN: um estudo por primeiros princípios

The development of computers and algorithms capable of making increasingly accurate and rapid calculations as well as the theoretic foundation provided by quantum mechanics has turned computer simulation into a valuable research tool. The importance of such a tool is due to its success in describing the physical and chemical properties of materials. One way of modifying the electronic properties of a given material is by applying an electric field. These effects are interesting in nanocones because their stability and geometric structure make them promising candidates for electron emission devices. In our study we calculated the first principles based on the density functional theory as implemented in the SIESTA code. We investigated aluminum nitride (AlN), boron nitride (BN) and carbon (C), subjected to external parallel electric field, perpendicular to their main axis. We discuss stability in terms of formation energy, using the chemical potential approach. We also analyze the electronic properties of these nanocones and show that in some cases the perpendicular electric field provokes a greater gap reduction when compared to the parallel field

Thermodynamics of a Peyrard-Bishop One-Dimensional Lattice with On-site Hump Potential

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Propriedades eletrônicas, estruturais e constantes elásticas do ZnO

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Jogo da Minoria: um modelo baseado em agentes aplicado ao mercado financeiro

Nos últimos anos houve uma contribuição significativa dos físicos para a construção de um tipo de modelo baseado em agentes que busca reproduzir, em simulação computacional, o comportamento do mercado financeiro. Esse modelo, chamado Jogo da Minoria consiste de um grupo de agentes que vão ao mercado comprar ou vender ativos. Eles tomam decisões com base em estratégias e, por meio delas, os agentes estabelecem um intrincado jogo de competição e coordenação pela distribuição da riqueza. O modelo tem demonstrado resultados bastante ricos e surpreendentes, tanto na dinâmica do sistema como na capacidade de reproduzir características estatísticas e comportamentais do mercado financeiro. Neste artigo, são apresentadas a estrutura e a dinâmica do Jogo da Minoria, bem como as contribuições recentes relacionadas ao Jogo da Minoria denominado de Grande Canônico, que é um modelo mais bem ajustado às características do mercado financeiro e reproduz as regularidades estatísticas do preço dos ativos chamadas fatos estilizados.

Numerical simulation of magnetic-field-enhanced plasma immersion ion implantation in cylindrical geometry

Recent studies have demonstrated that the sheath dynamics in plasma immersion ion implantation (PIII) is significantly affected by an external magnetic field. In this paper, a two-dimensional computer simulation of a magnetic-field-enhanced PHI system is described. Negative bias voltage is applied to a cylindrical target located on the axis of a grounded vacuum chamber filled with uniform molecular nitrogen plasma. A static magnetic field is created by a small coil installed inside the target holder. The vacuum chamber is filled with background nitrogen gas to form a plasma in which collisions of electrons and neutrals are simulated by the Monte Carlo algorithm. It is found that a high-density plasma is formed around the target due to the intense background gas ionization by the magnetized electrons drifting in the crossed E x B fields. The effect of the magnetic field intensity, the target bias, and the gas pressure on the sheath dynamics and implantation current of the PHI system is investigated.

Thermal diffusivity analysis of doped poly(methyl-methacrylate) with electron donor and acceptor molecules

A computer-assisted method for analysing photoacoustic spectra has been developed in the Windows(TM) environment with the use of an easy graphical interface, the computer simulation was carried out with the aim of using the entire expression of the Rosencwaig-Gersho theory, thus permitting multiple applications. The simulation was applied to a system that mimics the electron transfer process in which the concentration of octaethylporphin donor molecules was constant whereas the concentration of duroquinone and 2,3-dichloro-5,6-dicyano-1, l-benzoquinone acceptor molecules varied. The increment of the acceptor concentration influenced the photoacoustic amplitude and phase signals. In the phase signal a significant shift to smaller values was observed, denoting a faster heat generation. The analysis of the photoacoustic signal enabled the determination of the thermal diffusivity, the result obtained through the simulation was about (7 +/- 1) x 10(-7) m(2) s(-1) indicating that changes in the photoacoustic phase signals were due to the electron transfer process rather than changes in the thermal properties of the sample.