Methods for melting temperature calculation

Melting temperature calculation has important applications in the theoretical study of phase diagrams and computational materials screenings. In this thesis, we present two new methods, i.e., the improved Widom's particle insertion method and the small-cell coexistence method, which we developed in order to capture melting temperatures both accurately and quickly.

We propose a scheme that drastically improves the efficiency of Widom's particle insertion method by efficiently sampling cavities while calculating the integrals providing the chemical potentials of a physical system. This idea enables us to calculate chemical potentials of liquids directly from first-principles without the help of any reference system, which is necessary in the commonly used thermodynamic integration method. As an example, we apply our scheme, combined with the density functional formalism, to the calculation of the chemical potential of liquid copper. The calculated chemical potential is further used to locate the melting temperature. The calculated results closely agree with experiments.

We propose the small-cell coexistence method based on the statistical analysis of small-size coexistence MD simulations. It eliminates the risk of a metastable superheated solid in the fast-heating method, while also significantly reducing the computer cost relative to the traditional large-scale coexistence method. Using empirical potentials, we validate the method and systematically study the finite-size effect on the calculated melting points. The method converges to the exact result in the limit of a large system size. An accuracy within 100 K in melting temperature is usually achieved when the simulation contains more than 100 atoms. DFT examples of Tantalum, high-pressure Sodium, and ionic material NaCl are shown to demonstrate the accuracy and flexibility of the method in its practical applications. The method serves as a promising approach for large-scale automated material screening in which the melting temperature is a design criterion.

We present in detail two examples of refractory materials. First, we demonstrate how key material properties that provide guidance in the design of refractory materials can be accurately determined via ab initio thermodynamic calculations in conjunction with experimental techniques based on synchrotron X-ray diffraction and thermal analysis under laser-heated aerodynamic levitation. The properties considered include melting point, heat of fusion, heat capacity, thermal expansion coefficients, thermal stability, and sublattice disordering, as illustrated in a motivating example of lanthanum zirconate (La₂Zr₂O₇). The close agreement with experiment in the known but structurally complex compound La₂Zr₂O₇ provides good indication that the computation methods described can be used within a computational screening framework to identify novel refractory materials. Second, we report an extensive investigation into the melting temperatures of the Hf-C and Hf-Ta-C systems using ab initio calculations. With melting points above 4000 K, hafnium carbide (HfC) and tantalum carbide (TaC) are among the most refractory binary compounds known to date. Their mixture, with a general formula Ta_xHf_1-xC_y, is known to have a melting point of 4215 K at the composition Ta₄HfC₅, which has long been considered as the highest melting temperature for any solid. Very few measurements of melting point in tantalum and hafnium carbides have been documented, because of the obvious experimental difficulties at extreme temperatures. The investigation lets us identify three major chemical factors that contribute to the high melting temperatures. Based on these three factors, we propose and explore a new class of materials, which, according to our ab initio calculations, may possess even higher melting temperatures than Ta-Hf-C. This example also demonstrates the feasibility of materials screening and discovery via ab initio calculations for the optimization of "higher-level" properties whose determination requires extensive sampling of atomic configuration space.

Modelagem do Equilíbrio de Fases entre Hidrocarbonetos Leves e Pesados

O comportamento de fases para sistemas binários com um hidrocarboneto leve e um pesado é muito importante tanto para o projeto real de um processo quanto para o desenvolvimento de modelos teóricos. Para atender a crescente demanda por informação experimental de equilíbrio de fases a altas pressões, o objetivo deste estudo é obter uma metodologia que substitua parcialmente ou maximize a pouca informação experimental disponível. Para isto propõe-se a modelagem do equilíbrio de fases em misturas de hidrocarboneto leve com um pesado, sem o conhecimento da estrutura molecular do pesado, inferindo-se os parâmetros do modelo a partir da modelagem de dados de ponto de bolha obtidos na literatura. Esta metodologia implica não só na descrição do equilíbrio de fases de um sistema como na estimação das propriedades críticas do pesado, de difícil obtenção devido ao craqueamento destes a altas temperaturas. Neste contexto, este estudo apresenta uma estratégia que estima indiretamente as propriedades críticas dos compostos pesados. Para isto, foram correlacionados dados experimentais de ponto de bolha de misturas binárias contendo um hidrocarboneto leve e um pesado, usando-se dois modelos: o de Peng-Robinson e o TPT1M (Teoria da Polimerização Termodinâmica de primeira ordem de Wertheim modificada). Os parâmetros ajustados com o modelo de Peng-Robinson correspondem diretamente às propriedades críticas do composto pesado, enquanto os ajustados com o modelo TPT1M foram usados para obtê-las. Esta estratégia fornece parâmetros dependentes do modelo, porém permite o cálculo de outras propriedades termodinâmicas, como a extrapolação da temperatura dos dados estudados. Além disso, acredita-se que a correlação dos parâmetros obtidos com as propriedades críticas disponíveis ajudará na caracterização de frações pesadas de composição desconhecida

Stress and load calculation for unknown building

Not available.

Towards a standard methodology to evaluate internal cluster validity indices

The evaluation and comparison of internal cluster validity indices is a critical problem in the clustering area. The methodology used in most of the evaluations assumes that the clustering algorithms work correctly. We propose an alternative methodology that does not make this often false assumption. We compared 7 internal cluster validity indices with both methodologies and concluded that the results obtained with the proposed methodology are more representative of the actual capabilities of the compared indices.

Impacto solvencia II en un seguro de vida

La actividad aseguradora supone la transferencia de riesgos del asegurado al asegurador. El asegurador se compromete al pago de una prestación si el riesgo se realiza. Se produce un cambio en el ciclo productivo. El asegurador vende una cobertura sin conocer el momento y el coste exacto de dicha cobertura. Esta particularidad de la actividad aseguradora explica la necesidad para una entidad aseguradora de ser solvente en cada momento y ante cualquier imprevisto. Por ello, la solvencia de las entidades aseguradoras es un aspecto que se ha ido recogiendo en las distintas normativas que han regulado la actividad aseguradora y al que se ha ido dando cada vez más importancia. Actualmente la legislación vigente en materia de solvencia de las aseguradoras esta regulada por la directiva europea Solvencia I. Esta directiva establece dos conceptos para garantizar la solvencia: las provisiones técnicas y el margen de solvencia. Las provisiones técnicas son las calculadas para garantizar la solvencia estática de la compañía, es decir aquella que hace frente, en un instante temporal determinado, a los compromisos asumidos por la entidad. El margen de solvencia se destina a cubrir la solvencia dinámica, aquella que hace referencia a eventos futuros que puedan afectar la capacidad del asegurador. Sin embargo en una corriente de gestión global del riesgo en la que el sector bancario ya se había adelantado al sector asegurador con la normativa Basilea II, se decidió iniciar un proyecto europeo de reforma de Solvencia I y en noviembre del 2009 se adoptó la directiva 2009/138/CE del parlamento europeo y del consejo, sobre el seguro de vida, el acceso a la actividad de seguro y de reaseguro y su ejercicio mas conocida como Solvencia II. Esta directiva supone un profundo cambio en las reglas actuales de solvencia para las entidades aseguradoras. Este cambio persigue el objetivo de establecer un marco regulador común a nivel europeo que sea más adaptado al perfil de riesgo de cada entidad aseguradora. Esta nueva directiva define dos niveles distintos de capital: el SCR (requerimiento estándar de capital de solvencia) y el MCR (requerimiento mínimo de capital). Para el calculo del SCR se ha establecido que el asegurador tendrá la libertad de elegir entre dos modelos. Un modelo estándar propuesto por la Autoridad Europea de Seguros y Pensiones de Jubilación (EIOPA por sus siglas en inglés), que permitirá un calculo simple, y un modelo interno desarrollado por la propia entidad que deberá ser aprobado por las autoridades competentes. También se contempla la posibilidad de utilizar un modelo mixto que combine ambos, el estándar y el interno. Para el desarrollo del modelo estándar se han realizado una serie de estudios de impacto cuantitativos (QIS). El último estudio (QIS 5) ha sido el que ha planteado de forma más precisa el cálculo del SCR. Plantea unos shocks que se deberán de aplicar al balance de la entidad con el objetivo de estresarlo, y en base a los resultados obtenidos constituir el SCR. El objetivo de este trabajo es realizar una síntesis de las especificaciones técnicas del QIS5 para los seguros de vida y realizar una aplicación práctica para un seguro de vida mixto puro. En la aplicación práctica se determinarán los flujos de caja asociados a este producto para calcular su mejor estimación (Best estimate). Posteriormente se determinará el SCR aplicando los shocks para los riesgos de mortalidad, rescates y gastos. Por último, calcularemos el margen de riesgo asociado al SCR. Terminaremos el presente TFG con unas conclusiones, la bibliografía empleada así como un anexo con las tablas empleadas.

Methodology of the Lake Victoria Fisheries Research Project's Co-management survey

In this book section, the theoretical background to the methodology is outlined, questionnaire development described, sample selection outlined and biases and shortcomings to the survey noted.

Record of a colloquium organised by IUBS on the methodology of radiation measurement under water. [Translation from: Mem. Inst. Ital. Idrobiol. 17, 57-79, 1964]

These minutes report on colloquium on the methodology of radiation measurement under water. The meeting was held on 3-5 January 1957, at the Biological Station, Lunz, Austria. The participants of the colloquium discussed various methodologies of radiation measurements, basic methods such as Secchi Disc and underwater photometer as well as specialist equipment like the absolute radiation apparatus.

Análise de viabilidade técnica e econômica da geração de energia através do biogás de lixo em aterros sanitários.

A geração de energia a partir do biogás do lixo em aterros sanitários é uma maneira de produzir energia elétrica renovável e limpa, reduzindo os impactos globais provocados pela queima dos resíduos sólidos urbanos. A contribuição ambiental mais relevante é a redução de emissões dos gases de efeito estufa (GEE), por meio da conversão do metano em dióxido de carbono, visto que o metano possui um potencial de aquecimento global cerca de 21 vezes maior, quando comparado ao dióxido de carbono (através da combustão do mesmo). De acordo com o Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL), os países ricos podem comprar créditos de carbono (CERs) dos países em desenvolvimento (que possuam projetos sustentáveis) para cumprir suas metas ambientais. O objetivo é transformar um passivo ambiental (destinação final dos resíduos sólidos urbanos) em um recurso energético, além do estudo da alternativa de obtenção de recursos financeiros através dos CERs. São analisadas as tecnologias de conversão energética (tecnologia de gás de lixo, incineração, entre outras), com a seleção da melhor alternativa para a geração de energia através do biogás de lixo em aterros sanitários. A metodologia utilizada é a recomendada pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos - USEPA (2005). Serão apresentadas outras duas metodologias de cálculo da geração de metano: a do Banco Mundial e a do IPCC (Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas). São apresentados estudos comparativos demonstrando quando as turbinas a gás, motores de combustão interna (ciclos Otto ou Diesel) ou outras tecnologias de conversão energética serão viáveis na área técnica e econômica para implantação de Unidades Termoelétricas a biogás. No caso do Aterro de Gramacho, o projeto é viável com a utilização de motores a combustão interna e a obtenção de receitas com a venda da produção de energia e créditos de carbono. Por fim, será apresentada a alternativa do uso do biogás como substituto do gás natural para fins energéticos ou outros fins industriais.

Cálculo de área de poligonais geodésicas ou loxodrômicas sobre o elipsóide do Sistema Geodésico WGS-84.

O cálculo da área de poligonais geodésicas é um desafio matemático instigante. Como calcular a área de uma poligonal sobre o elipsóide, se seus lados não possuem parametrização conhecida? Alguns trabalhos já foram desenvolvidos no intuito de solucionar este problema, empregando, em sua maioria, sistemas projetivos equivalentes ou aproximações sobre esferas autálicas. Tais métodos aproximam a superfície de referência elipsoidal por outras de mais fácil tratamento matemático, porém apresentam limitação de emprego, pois uma única superfície não poderia ser empregada para todo o planeta, sem comprometer os cálculos realizados sobre ela. No Código de Processo Civil, Livro IV, Título I, Capítulo VIII, Seção III artigo 971 diz, em seu parágrafo único, que não havendo impugnação, o juiz determinará a divisão geodésica do imóvel. Além deste, existe ainda a Lei 10.267/2001, que regula a obrigatoriedade, para efetivação de registro, dos vértices definidores dos limites dos imóveis rurais terem suas coordenadas georreferenciadas ao Sistema Geodésico Brasileiro (SGB), sendo que áreas de imóveis menores que quatro módulos fiscais terão garantida isenção de custos financeiros.Este trabalho visa fornecer uma metodologia de cálculo de áreas para poligonais geodésicas, ou loxodrômicas, diretamente sobre o elipsóide, bem como fornecer um programa que execute as rotinas elaboradas nesta dissertação. Como a maioria dos levantamentos geodésicos é realizada usando rastreadores GPS, a carga dos dados é pautada em coordenadas (X, Y, Z), empregando o Sistema Geodésico WGS-84, fornecendo a área geodésica sem a necessidade de um produto tipo SIG. Para alcançar o objetivo deste trabalho, foi desenvolvida parametrização diferente da abordagem clássica da Geodésia geométrica, para transformar as coordenadas (X, Y, Z) em geodésicas.