Bioenergetic scaling: metabolic design and body-size constraints in mammals.

The cytosolic phosphorylation ratio ([ATP]/[ADP][P(i)]) in the mammalian heart was found to be inversely related to body mass with an exponent of -0.30 (r = 0.999). This exponent is similar to -0.25 calculated for the mass-specific O2 consumption. The inverse of cytosolic free [ADP], the Gibbs energy of ATP hydrolysis (delta G'ATP), and the efficiency of ATP production (energy captured in forming 3 mol of ATP per cycle along the mitochondrial respiratory chain from NADH to 1/2 O2) were all found to scale with body mass with a negative exponent. On the basis of scaling of the phosphorylation ratio and free cytosolic [ADP], we propose that the myocardium and other tissues of small mammals represent a metabolic system with a higher driving potential (a higher delta G'ATP from the higher [ATP]/[ADP][P(i)]) and a higher kinetic gain [(delta V/Vmax)/delta [ADP]] where small changes in free [ADP] produce large changes in steady-state rates of O2 consumption. From the inverse relationship between mitochondrial efficiency and body size we calculate that tissues of small mammals are more efficient than those of large mammals in converting energy from the oxidation of foodstuffs to the bond energy of ATP. A higher efficiency also indicates that mitochondrial electron transport is not the major site for higher heat production in small mammals. We further propose that the lower limit of about 2 g for adult endotherm body size (bumblebee-bat, Estrucan shrew, and hummingbird) may be set by the thermodynamics of the electron transport chain. The upper limit for body size (100,000-kg adult blue whale) may relate to a minimum delta G'ATP of approximately 55 kJ/mol for a cytoplasmic phosphorylation ratio of 12,000 M-1.

Síntese, caracterização e modificação de superfícies de sílicas mesoporosas ordenadas para captura de CO2

Processos como a purificação do metano (CH4) e a produção de hidrogênio gasoso (H2) envolvem etapas de separação de CO2. Atualmente, etanolaminas como monoetanolamina (MEA), dietanolamina (DEA), metildietanolamina (MDEA) e trietanolamina (TEA) são as substâncias mais utilizadas no processo de separação/captura de CO2 em processos industriais. Entretanto, o uso destas substâncias apresenta alguns inconvenientes devido à alta volatilidade, dificuldade de se trabalhar com material líquido, também ao alto gasto energético envolvido das etapas de regeneração e à baixa estabilidade térmica e química. Com base nessa problemática, esse trabalho teve por objetivo a síntese de um tipo de sílica mesoporosa altamente ordenada (SBA-15) de modo a utilizá-la no processo de captura de CO2. O trabalho foi dividido em quatro etapas experimentais que envolveram a síntese da SBA-15, o estudo do comportamento térmico de algumas etanolaminas livres, síntese e caracterização de materiais adsorventes preparados a partir de incorporação de etanolaminas à SBA-15 e estudo da eficiência de captura de CO2 por esses materiais. Novas alternativas de síntese da SBA-15 foram estudadas neste trabalho, visando aperfeiçoar as propriedades texturais do material produzido. Tais alternativas são baseadas na remoção do surfatante, utilizado como molde na síntese da sílica mesoporosa, por meio da extração por Soxhlet, utilizando diferentes solventes. O processo contribuiu para melhorar as propriedades do material obtido, evitando o encolhimento da estrutura que pode ser ocasionado durante a etapa de calcinação. Por meio de técnicas como TG/DTG, DSC, FTIR e Análise Elementar de C, H e N foi realizada a caracterização físico-química e termoanalítica da MEA, DEA, MDEA e TEA, visando melhor conhecer as características destas substâncias. Estudos cinéticos baseados nos métodos termogravimétricos isotérmicos e não isotérmicos (Método de Ozawa) foram realizados, permitindo a determinação de parâmetros cinéticos envolvidos nas etapas de volatilização/decomposição térmica das etanolaminas. Além das técnicas acima mencionadas, MEV, MET, SAXS e Medidas de Adsorção de N2 foram utilizadas na caraterização da SBA-15 antes e após a incorporação das etanolaminas. Dentre as etanolaminas estudadas, a TEA apresentou maior estabilidade térmica, entretanto, devido ao seu maior impedimento estérico, é a etanolamina que apresenta menor afinidade com o CO2. Diferentemente das demais etanolaminas estudadas, a decomposição térmica da DEA envolve uma reação intramolecular, levando a formação de MEA e óxido de etileno. A incorporação destes materiais à SBA-15 aumentou a estabilidade térmica das etanolaminas, uma vez que parte do material permanece dentro dos poros da sílica. Os ensaios de adsorção de CO2 mostraram que a incorporação da MEA à SBA-15 catalisou o processo de decomposição térmica da mesma. A MDEA foi a etanolamina que apresentou maior poder de captura de CO2 e sua estabilidade térmica foi consideravelmente aumentada quando a mesma foi incorporada à SBA-15, aumentando também seu potencial de captura de CO2.

Influencia de las distorsiones cognitivas y las tipologías funcionales de la agresión sobre la reiteración delictiva en menores infractores

Un número importante de jóvenes se involucran en comportamientos antisociales o disruptivos a lo largo de su adolescencia, aunque este tipo de conductas suelen estar limitadas a infracciones de escasa gravedad. Tan sólo una pequeña parte de los adolescentes comete actos delictivos graves y un número aún menor lo hacen de manera habitual y persistente (Farrington, 2008; Howell, 2009; Rechea, 2008; Redondo y Garrido, 2001). Sin embargo, es este reducido grupo de jóvenes el que suscita una mayor preocupación social y el que requiere de un nivel de intervención más elevado, de cara a evitar la cronificación de estos comportamientos delictivos en la edad adulta. La conducta antisocial y delictiva en la adolescencia es un fenómeno amplio y complejo, determinado por una gran cantidad de factores que interactúan entre sí (Loeber, 1990; Peña, 2011; Slattery y Meyers, 2014; Viding y Larsson, 2007), de manera que el abordaje global de todo el conjunto de factores de riesgo implicados, deberá ser complementado por un estudio concreto y pormenorizado de cada una de las múltiples variables intervinientes. Existe un importante cuerpo teórico que sugiere que la emisión de conductas agresivas o antisociales se produce como consecuencia de déficits o alteraciones en la percepción e interpretación de los estímulos sociales (Bandura, 1991a; Crick y Dodge, 1994; Sykes y Matza, 1957; Yochelson y Samenow, 1976). Así, desde esta perspectiva socio-cognitiva, la conducta antisocial es concebida como el fruto de una serie de mecanismos o procesos cognitivos distorsionados, los cuales han podido generarse a lo largo de la historia personal del sujeto en virtud de la interacción de determinados factores ambientales con sus condiciones biológicas. Una perspectiva integradora que ha intentado estructurar las aportaciones de estos modelos socio-cognitivos es la teoría sociomoral de Gibbs (2003). Desde este marco teórico se concibe que el comportamiento antisocial y agresivo de los jóvenes es el resultado de determinados déficits en sus habilidades sociales y en el desarrollo de su juicio moral, junto con la presencia de distorsiones cognitivas auto-sirvientes...

Equilibrium fluid-solid coexistence of hard spheres

We present a tethered Monte Carlo simulation of the crystallization of hard spheres. Our method boosts the traditional umbrella sampling to the point of making practical the study of constrained Gibbs’ free energies depending on several crystalline order parameters. We obtain high-accuracy estimates of the fluid-crystal coexistence pressure for up to 2916 particles (enough to accommodate fluid-solid interfaces). We are able to extrapolate to infinite volume the coexistence pressure [p_(co) = 11.5727(10)k_(B)T/σ^(3)] and the interfacial free energy [γ_({100}) = 0.636(11)k_(B)T/σ^(2)].

Contexto e modularização em redes neurais recorrentes para aprendizagem de seqüências temporais

Este trabalho apresenta um sistema neural modular, que processa separadamente informações de contexto espacial e temporal, para a tarefa de reprodução de sequências temporais. Para o desenvolvimento do sistema neural foram considerados redes neurais recorrentes, modelos estocásticos, sistemas neurais modulares e processamento de informações de contexto. Em seguida, foram estudados três modelos com abordagens distintas para aprendizagem de seqüências temporais: uma rede neural parcialmente recorrente, um exemplo de sistema neural modular e um modelo estocástico utilizando a teoria de modelos markovianos escondidos. Com base nos estudos e modelos apresentados, esta pesquisa propõe um sistema formado por dois módulos sucessivos distintos. Uma rede de propagação direta (módulo estimador de contexto espacial) realiza o processamento de contexto espacial identificando a seqüência a ser reproduzida e fornecendo um protótipo do contexto para o segundo módulo. Este é formado por uma rede parcialmente recorrente (módulo de reprodução de sequências temporais) para aprender as informações de contexto temporal e reproduzir em suas saídas a seqüência identificada pelo módulo anterior. Para a finalidade mencionada, este mestrado utiliza a distribuição de Gibbs na saída do módulo para contexto espacial de forma que este forneça probabilidades de contexto espacial, indicando o grau de certeza do módulo e possibilitando a utilização de procedimentos especiais para os casos de dúvida. O sistema neural foi testado em conjuntos contendo trajetórias abertas, fechadas, e com diferentes situações de ambigüidade e complexidade. Duas situações distintas foram avaliadas: (a) capacidade do sistema em reproduzir trajetórias a partir de pontos iniciais treinados; e (b) capacidade de generalização do sistema reproduzindo trajetórias considerando pontos iniciais ou finais em situações não treinadas. A situação (b) é um problema de difícil ) solução em redes neurais devido à falta de contexto temporal, essencial na reprodução de seqüências. Foram realizados experimentos comparando o desempenho do sistema modular proposto com o de uma rede parcialmente recorrente operando sozinha e um sistema modular neural (TOTEM). Os resultados sugerem que o sistema proposto apresentou uma capacidade de generalização significamente melhor, sem que houvesse uma deterioração na capacidade de reproduzir seqüências treinadas. Esses resultados foram obtidos em sistema mais simples que o TOTEM.

Modelagem de dados de resposta ao item sob efeito de speededness

Em testes nos quais uma quantidade considerável de indivíduos não dispõe de tempo suciente para responder todos os itens temos o que é chamado de efeito de Speededness. O uso do modelo unidimensional da Teoria da Resposta ao Item (TRI) em testes com speededness pode nos levar a uma série de interpretações errôneas uma vez que nesse modelo é suposto que os respondentes possuem tempo suciente para responder todos os itens. Nesse trabalho, desenvolvemos uma análise Bayesiana do modelo tri-dimensional da TRI proposto por Wollack e Cohen (2005) considerando uma estrutura de dependência entre as distribuições a priori dos traços latentes a qual modelamos com o uso de cópulas. Apresentamos um processo de estimação para o modelo proposto e fazemos um estudo de simulação comparativo com a análise realizada por Bazan et al. (2010) na qual foi utilizada distribuições a priori independentes para os traços latentes. Finalmente, fazemos uma análise de sensibilidade do modelo em estudo e apresentamos uma aplicação levando em conta um conjunto de dados reais proveniente de um subteste do EGRA, chamado de Nonsense Words, realizado no Peru em 2007. Nesse subteste os alunos são avaliados por via oral efetuando a leitura, sequencialmente, de 50 palavras sem sentidos em 60 segundos o que caracteriza a presença do efeito speededness.

The Adsorption of Polyatomic Molecules on Carbon Surfaces

Carbon nanotubes exhibit the structure and chemical properties that make them apt substrates for many adsorption applications. Of particular interest are carbon nanotube bundles, whose unique geometry is conducive to the formation of pseudo-one-dimensional phases of matter, and graphite, whose simple planar structure allows ordered phases to form in the absence of surface effects. Although both of these structures have been the focus of many research studies, knowledge gaps still remain. Much of the work with carbon nanotubes has used simple adsorbates1-43, and there is little kinetic data available. On the other hand, there are many studies of complex molecules adsorbing on graphite; however, there is almost no kinetic data reported for this substrate. We seek to close these knowledge gaps by performing a kinetic study of linear molecules of increasing length adsorbing on carbon nanotube bundles and on graphite. We elucidated the process of adsorption of complex admolecules on carbon nanotube bundles, while at the same time producing some of the first equilibrium results of the films formed by large adsorbates on these structures. We also extended the current knowledge of adsorption on graphite to include the kinetics of adsorption. The kinetic data that we have produced enables a more complete understanding of the process of adsorption of large admolecules on carbon nanotube bundles and graphite. We studied the adsorption of particles on carbon nanotube bundles and graphite using analytical and computational techniques. By employing these methods separately but in parallel, we were able to constantly compare and verify our results. We calculated and simulated the behavior of a given system throughout its evolution and then analyzed our results to determine which system parameters have the greatest effect on the kinetics of adsorption. Our analytical and computational results show good agreement with each other and with the experimental isotherm data provided by our collaborators. As a result of this project, we have gained a better understanding of the kinetics of adsorption. We have learned about the equilibration process of dimers on carbon nanotube bundles, identifying the “filling effect”, which increases the rate of total uptake, and explaining the cause of the transient “overshoot” in the coverage of the surface. We also measured the kinetic effect of particle-particle interactions between neighboring adsorbates on the lattice. For our simulations of monomers adsorbing on graphite, we succeeded in developing an analytical equation to predict the characteristic time as a function of chemical potential and of the adsorption and interaction energies of the system. We were able to further explore the processes of adsorption of dimers and trimers on graphite (again observing the filling effect and the overshoot). Finally, we were able to show that the kinetic behaviors of monomers, dimers, and trimers that have been reported in experimental results also arise organically from our model and simulations.

Correlation of the liquid–liquid equilibrium data for specific ternary systems with one or two partially miscible binary subsystems

This paper presents the results of a liquid–liquid equilibrium data correlation for 11 ternary systems which have not been previously fitted using the NRTL model or, when they have, the results presented in the literature are inconsistent with the experimental behavior of the system. These ternary systems include mixtures with one or two partially miscible pairs. During the correlation process, new restrictions were imposed on the values for the NRTL binary parameters to ensure correct prediction of the total or partial miscibility for the binary pairs involved. In addition, topological concepts related to the Gibbs stability test have been applied in order to validate the results in the whole range of compositions.

Modelling liquid–liquid equilibria for island type ternary systems

Closed miscibility gaps in ternary liquid mixtures, at constant temperature and pressure, are obtained if phase separations occur only in the ternary region, whilst all binary mixtures involved in the system are completely miscible. This type of behaviour, although not very frequent, has been observed for a certain number of systems. Nevertheless, we have found no information about the applicability of the common activity coefficient models, as NRTL and UNIQUAC, for these types of ternary systems. Moreover, any of the island type systems published in the most common liquid–liquid equilibrium data collections, are correlated with any model. In this paper, the applicability of the NRTL equation to model the LLE of island type systems is assessed using topological concepts related to the Gibbs stability test. A first attempt to correlate experimental LLE data for two island type ternary systems is also presented.

Some examples of modeling in chemical engineering: thermal treatment of polymers, phase equilibrium calculations and process design

Presentation submitted to PSE Seminar, Chemical Engineering Department, Center for Advanced Process Design-making (CAPD), Carnegie Mellon University, Pittsburgh (USA), October 2012.

Pitfalls on computing liquid-liquid phase equilibria using the k-value method

Poster presented in the 11th Mediterranean Congress of Chemical Engineering, Barcelona, October 21-24, 2008.

Adsorbent density impact on gas storage capacities

In the literature, different approaches, terminologies, concepts and equations are used for calculating gas storage capacities. Very often, these approaches are not well defined, used and/or determined, giving rise to significant misconceptions. Even more, some of these approaches, very much associated with the type of adsorbent material used (e.g., porous carbons or new materials such as COFs and MOFs), impede a suitable comparison of their performances for gas storage applications. We review and present the set of equations used to assess the total storage capacity for which, contrarily to the absolute adsorption assessment, all its experimental variables can be determined experimentally without assumptions, ensuring the comparison of different porous storage materials for practical application. These material-based total storage capacities are calculated by taking into account the excess adsorption, the bulk density (ρbulk) and the true density (ρtrue) of the adsorbent. The impact of the material densities on the results are investigated for an exemplary hydrogen isotherm obtained at room temperature and up to 20 MPa. It turns out that the total storage capacity on a volumetric basis, which increases with both, ρbulk and ρtrue, is the most appropriate tool for comparing the performance of storage materials. However, the use of the total storage capacities on a gravimetric basis cannot be recommended, because low material bulk densities could lead to unrealistically high gravimetric values.

Pitfalls in the Evaluation of the Thermodynamic Consistency of Experimental VLE Data Sets

The thermodynamic consistency of almost 90 VLE data series, including isothermal and isobaric conditions for systems of both total and partial miscibility in the liquid phase, has been examined by means of the area and point-to-point tests. In addition, the Gibbs energy of mixing function calculated from these experimental data has been inspected, with some rather surprising results: certain data sets exhibiting high dispersion or leading to Gibbs energy of mixing curves inconsistent with the total or partial miscibility of the liquid phase, surprisingly, pass the tests. Several possible inconsistencies in the tests themselves or in their application are discussed. Related to this is a very interesting and ambitious initiative that arose within the NIST organization: the development of an algorithm to assess the quality of experimental VLE data. The present paper questions the applicability of two of the five tests that are combined in the algorithm. It further shows that the deviation of the experimental VLE data from the correlation obtained by a given model, the basis of some point-to-point tests, should not be used to evaluate the quality of these data.

Mapping Binary Liquid-Vapor or Liquid-Liquid-Vapor Equilibria Regions, including the Different Azeotropic Behaviours, as a Function of the NRTL Binary Parameters

13th Mediterranean Congress of Chemical Engineering (Sociedad Española de Química Industrial e Ingeniería Química, Fira Barcelona, Expoquimia), Barcelona, September 30-October 3, 2014

Improving some thermodynamic consistency tests for VLE data evaluation

Thermodynamics Conference 2013 (Statistical Mechanics and Thermodynamics Group of the Royal Society of Chemistry), The University of Manchester, 3-6 September 2013.