Formulação teórica dos fundamentos da otimização global topográfica com análise de desempenho e aplicações à estabilidade de fases de misturas termodinâmicas

Métodos de otimização que utilizam condições de otimalidade de primeira e/ou segunda ordem são conhecidos por serem eficientes. Comumente, esses métodos iterativos são desenvolvidos e analisados à luz da análise matemática do espaço euclidiano n-dimensional, cuja natureza é de caráter local. Consequentemente, esses métodos levam a algoritmos iterativos que executam apenas as buscas locais. Assim, a aplicação de tais algoritmos para o cálculo de minimizadores globais de uma função não linear,especialmente não-convexas e multimodais, depende fortemente da localização dos pontos de partida. O método de Otimização Global Topográfico é um algoritmo de agrupamento, que utiliza uma abordagem baseada em conceitos elementares da teoria dos grafos, a fim de gerar bons pontos de partida para os métodos de busca local, a partir de pontos distribuídos de modo uniforme no interior da região viável. Este trabalho tem dois objetivos. O primeiro é realizar uma nova abordagem sobre método de Otimização Global Topográfica, onde, pela primeira vez, seus fundamentos são formalmente descritos e suas propriedades básicas são matematicamente comprovadas. Neste contexto, propõe-se uma fórmula semi-empírica para calcular o parâmetro chave deste algoritmo de agrupamento, e, usando um método robusto e eficiente de direções viáveis por pontos-interiores, estendemos o uso do método de Otimização Global Topográfica a problemas com restrições de desigualdade. O segundo objetivo é a aplicação deste método para a análise de estabilidade de fase em misturas termodinâmicas,o qual consiste em determinar se uma dada mistura se apresenta em uma ou mais fases. A solução deste problema de otimização global é necessária para o cálculo do equilíbrio de fases, que é um problema de grande importância em processos da engenharia, como, por exemplo, na separação por destilação, em processos de extração e simulação da recuperação terciária de petróleo, entre outros. Além disso, afim de ter uma avaliação inicial do potencial dessa técnica, primeiro vamos resolver 70 problemas testes, e então comparar o desempenho do método proposto aqui com o solver MIDACO, um poderoso software recentemente introduzido no campo da otimização global.

Investigação da estabilidade de fases da zircônia-escândia

Nesse trabalho foi proposto investigar a estabilidade de fases do sistema zircônia-escândia (ScSZ) por meio do estudo termodinâmico de nanopartículas, na faixa de 0 a 20% em mol de Sc2O3, e a partir da introdução de um segundo aditivo (Dy2O3 e Nb2O5) ao ZrO2 contendo 10% em mol de Sc2O3 (10ScSZ). A estabilidade de fases do ScSZ foi avaliada com base em dados termodinâmicos determinados pelas técnicas de microcalorimetria de adsorção de água e calorimetria de dissolução à alta temperatura. As soluções sólidas foram sintetizadas pelo método de coprecipitação de hidróxidos. Dados termodinâmicos foram determinados para as formas polimórficas encontradas (monoclínica, tetragonal, cúbica, romboédrica β e γ) por difração de raios X no ScSZ. Esse trabalho resultou no diagrama de fases em nanoescala de tamanho de partícula-composição. Os efeitos produzidos pela introdução de aditivos na matriz de 10ScSZ foram investigados visando obter a possível estabilização da estrutura cúbica (c) e a supressão da transformação de fase c-β, característica do sistema binário. As composições foram sintetizadas por coprecipitação de hidróxidos e por reações em estado sólido para fins comparativos. Os materiais foram sinterizados convencionalmente e por sinterização assistida por campo elétrico. A estabilização completa da fase cúbica ocorreu a partir de teores molares de 1% de Dy2O3 e 0,5% de Nb2O5. O menor teor de Nb2O5 necessário para a estabilização da fase foi atribuído à provável formação da fase líquida durante a sinterização e ao menor tamanho do íon Nb5+. Os resultados de difratometria de raios X em alta temperatura e análise térmica mostraram que houve supressão da transição c-β. As amostras contendo 0,5% mol de Nb2O5 apresentaram valores de condutividade iônica similares aos do 10ScSZ sem aditivos em uma ampla faixa de temperatura com elevada estabilidade em um período de 170 h a 600 °C.

Análise global da estabilidade termodinâmica de misturas: um estudo com o método do conjunto gerador

O cálculo do equilíbrio de fases é um problema de grande importância em processos da engenharia, como, por exemplo, na separação por destilação, em processos de extração e simulação da recuperação terciária de petróleo, entre outros. Mas para resolvê-lo é aconselhável que se estude a priori a estabilidade termodinâmica do sistema, a qual consiste em determinar se uma dada mistura se apresenta em uma ou mais fases. Tal problema pode ser abordado como um problema de otimização, conhecido como a minimização da função distância do plano tangente à energia livre de Gibbs molar, onde modelos termodinâmicos, de natureza não convexa e não linear, são utilizados para descrevê-lo. Esse fato tem motivado um grande interesse em técnicas de otimização robustas e eficientes para a resolução de problemas relacionados com a termodinâmica do equilíbrio de fases. Como tem sido ressaltado na literatura, para proporcionar uma completa predição do equilíbrio de fases, faz-se necessário não apenas a determinação do minimizador global da função objetivo do teste de estabilidade, mas também a obtenção de todos os seus pontos estacionários. Assim, o desenvolvimento de metodologias para essa tarefa desafiadora tem se tornado uma nova área de pesquisa da otimização global aplicada à termodinâmica do equilíbrio, com interesses comuns na engenharia química e na engenharia do petróleo. O foco do presente trabalho é uma nova metodologia para resolver o problema do teste de estabilidade. Para isso, usa-se o chamado método do conjunto gerador para realizar buscas do tipo local em uma rede de pontos previamente gerada por buscas globais efetuadas com uma metaheurística populacional, no caso o método do enxame de partículas.Para se obter mais de um ponto estacionário, minimizam-se funções de mérito polarizadas, cujos pólos são os pontos previamente encontrados. A metodologia proposta foi testada na análise de quatorze misturas polares previamente consideradas na literatura. Os resultados mostraram que o método proposto é robusto e eficiente a ponto de encontrar, além do minimizador global, todos os pontos estacionários apontados previamente na literatura, sendo também capaz de detectar, em duas misturas ternárias estudadas, pontos estacionários não obtidos pelo chamado método de análise intervalar, uma técnica confiável e muito difundida na literatura. A análise do teste de estabilidade pela simples utilização do método do enxame de partículas associado à técnica de polarização mencionada acima, para a obtenção de mais de um ponto estacionário (sem a busca local feita pelo método do conjunto gerador em uma dada rede de pontos), constitui outra metodologia para a resolução do problema de interesse. Essa utilização é uma novidade secundária deste trabalho. Tal metodologia simplificada exibiu também uma grande robustez, sendo capaz de encontrar todos os pontos estacionários pesquisados. No entanto, quando comparada com a abordagem mais geral proposta aqui, observou-se que tal simplificação pode, em alguns casos onde a função de mérito apresenta uma geometria mais complexa, consumir um tempo de máquina relativamente grande, dessa forma é menos eficiente.

Estudo do equilíbrio líquido-líquido e da estabilidade de sistemas envolvendo biodiesel, álcoois e água

O estudo da estabilidade de emulsões de biocombustíveis destaca-se, dentre outros aspectos, pela necessidade de identificação das características destas. Esta necessidade reforça-se pela dificuldade de detecção de biodiesel e suas misturas quando estão fora de especificação, além de se aplicar aos processos de separação e purificação do biodiesel após a transesterificação. O entendimento deste problema poderá ser alcançado a partir de estudos de estabilidade associados aos modelos termodinâmicos de equilíbrio líquido-líquido (modelo NRTL) em sistemas ternários, que serão a base da modelagem proposta neste trabalho. O levantamento de dados envolve técnicas de observação direta em titulação, e ensaios de estabilidade e tensiometria, com algumas alterações das técnicas clássicas. Desta forma, o objetivo principal do trabalho é propor uma maneira de identificar e caracterizar as interfaces das emulsões formadas e estudar a estabilidade das fases envolvidas. Além disso, estuda-se a introdução de alcoóis como agentes tensoativos para viabilizar a utilização de misturas de combustíveis, mesmo na região de mais de uma fase. Para o desenvolvimento do trabalho, emulsões envolvendo os constituintes básicos serão combinadas entre si em diferentes proporções. A etapa inicial constitui-se de um mapeamento das misturas e proporções que formam as emulsões, baseadas nas curvas de equilíbrio. Em seguida, faz-se o estudo de caracterização e estabilidade destes sistemas. Com estas informações é possível mapear o sentido de incremento de tensão na interface e instabilidade da separação de fases das emulsões em relação aos diagramas ternários correspondentes. Por fim, propõe-se uma estratégia para estimar os parâmetros termodinâmicos do NRTL para as espécies presentes nos sistemas estudados e prever o comportamento dos mesmos e de sistemas similares. Este modelo matemático proposto tem como objetivo complementar a técnica experimental adotada para construção das curvas de equilíbrio, sendo bem sucedido

Obtenção e caracterização óptica e elétrica de 'La''Ta'O IND.4' e LiTaO Ind.3 puros e dopados com Eu POT.3+

Eletronicalceramics are used in many applications such as: multilayer capacitor, transducer, pyroelectric sensors and electrooptic devices. In recent years there has been a growing demand for eletronicalceramics with better performance and functionality. This demand has accelerated the development of synthesis techniques to produce powders with well-defined particle size, shape and crystallinity. The eletronicalceramics in the form of bulk are determined by their performance characteristics of the powders used and the preparation process. So, physical and chemical properties of powders, such as chemical control of stoichiometry, purity, homogeneity, particle size and shape should be observed when choosing the methods of synthesis. Among the techniques used so far, the polymeric precursor method, also known as Pechini, has been considered ideal for the preparation of nanosized powders. Thus, this research project aims to use the polymeric precursor method to prepare powders of lithium tantalate and lanthanum tantalate, with good chemical stability. In this aspect is proposed to investigate the effects of variation of the concentration of europium about the properties of tantalate because doping with Eu3 + indicates that they may occupy different sites in the crystal structure, as in the case of LiTaO3. Effects of things like occupation sites, stability of phases and formation temperature have been previously investigated by the group, which motivated the formulation of this project. Our proposal aims to introduce the Eu3 + LaTaO4 and LiTaO3 and study the structural and optical properties of the powders obtained by Pechini method, as well as correlate these studies with the electrical properties of the material, mainly the Ironelectricty Hysteresis.

Otimização termodinâmica do sistema binário Ti-Si.

A otimização de sistemas do tipo Ti-Si-X requer que os sistemas binários estejam constantemente atualizados. O sistema Ti-Si foi investigado experimentalmente desde a década de 50 e poucos estudos usaram os dados experimentais para calcular o diagrama de fases Ti-Si usando modelamento termodinâmico. A otimização mais recente do sistema Ti-Si foi realizada em 1998, descrevendo a fase Ti5Si3 como um intermetálico não estequiométrico contendo três sub-redes e mostrando a presença da fase intermetálica estequiométrica Ti3Si. Dada a recente disputa sobre a cinética de precipitação e a estabilidade das fases Ti3Si e Ti5Si3 nos sistemas Ti-Si e Ti-Si-X, o canto rico em titânio do sistema Ti-Si (estável e metaestável) foi otimizado no presente trabalho. Os limites de estabilidade de fases, os valores dos erros pelo método dos mínimos quadrados do procedimento de otimização e os desvios padrões relativos das variáveis calculadas foram discutidos para inspirar a realização de mais trabalhos experimentais para investigar as reações eutetóides estáveis e/ou metaestáveis, ?->? + Ti3Si e ?->? + + Ti5Si3; e para melhorar cada vez mais as otimizações termodinâmicas do diagrama de fases do sistema Ti-Si.

Estabilidade do tecido urbano e formas de propriedade do solo : interferências no processo de crescimento e de segregação - o caso de Porto Alegre

O processo de crescimento urbano por substituição do tecido, caracterizado morfologicamente pela verticalização e pela densificação do tecido construído, possui no Brasil íntima relação com a estrutura fundiária, na medida em que vem ocasionando a alteração do sistema de propriedade unifamiliar do solo por um novo padrão fundiário condominizado. O tecido urbano resultante desta forma de crescimento é morfologicamente mais estável que o anterior. A análise das formas de crescimento e de estruturação intraurbana, da questão fundiária e mais especificamente a questão do valor do solo urbano, bem como a formação do acesso à propriedade do solo no Brasil, serve como subsídio para discutir a distribuição das diversas classes sociais no espaço da cidade, especialmente nas fases recentes de reestruturação do capitalismo, e como forma de introduzir a questão da gentrificação e os conceitos de diferença de renda("rent gap") de Neil Smith, com vistas a verificar sua aplicabilidade no contexto brasileiro. No presente estudo, procura-se identificar algumas especificidades ou limitações ao conceito de gentrificação e de reabilitação urbana entre nós Nos contextos americanos e europeus apresentados, quando o tecido construído degrada-se e o solo valoriza-se, estabelece-se uma diferença de renda que gera o processo de gentrificação, com a requalificação do tecido e o "retorno" das classes altas as áreas centrais. No caso brasileiro, em que o tecido era originalmente unifamiliar, a diferença de renda entre o valor da edificação e do solo gera, conforme estudo de casos nos bairros Centro, Mont'Serrat e Bela Vista, em Porto Alegre demonstra, a demolição do tecido. O tecido resultante se condominiza e se estabiliza dentro de uma nova configuração morfológica marcada pela verticalização, densificação e crescente segregação social.

Emulsões de óleo de copaíba: determinação do equilíbrio hidrófilo-lipófilo crítico (EHLC), propriedades e estabilidade físico-químicas

Durante as últimas décadas, as indústrias farmacêuticas têm despertado grande interesse em óleos vegetais e vários extratos de planta por causa da sua baixa toxicidade e alta biodegrabilidade. O óleo de copaíba (Cop) é usado in natura na medicina popular como anti-inflamatório e antimicrobiano para tratar várias doenças, tais como inflamação da garganta, úlceras e infecções urinárias e pulmonares. Emulsões são sistemas dispersos termodinamicamente instáveis que consistem em dispersões de gotículas microscópicas em outro líquido imiscível. O objetivo deste trabalho foi preparar diferentes emulsões de Cop, determinar o EHL crítico deste óleo e avaliar a sua estabilidade, além de realizar estudos comparativos entre diferentes métodos de construção de diagramas de fases. As emulsões foram preparadas pelo método de inversão de fases variando as proporções de EHL de 4,7 a 16,7. A estabilidade foi determinada por vários métodos e os diagramas de fases foram produzidos pelo método de titulação usando diferentes procedimentos de agitação. As emulsões a base de Cop com EHL entre 12,7 e 15,7 foram as mais estáveis. As emulsões apresentaram boa estabilidade em curto e longo prazo, aspecto leitoso e baixos valores de índice de cremagem. Diferentes sistemas coloidais foram produzidos a partir dos diagramas de fases dependendo do processo de agitação. Baseado nesses métodos, o valor determinado de EHL do Cop foi 14,8, as emulsões permaneceram estáveis por mais de um ano e estes resultados indicam que o estudo das emulsões de Cop pode ser um promissor veículo de liberação tópica de fármacos e ativos cosméticos

Influência de fármacos lipofílicos na estabilidade de emulsões de uso terapêutico

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico

Dispersões sólidas de sinvastatina: preparação, caracterização, no estado sólido utilizando técnicas emergentes e estudo de estabilidade

This thesis aimed to assess the increase in solubility of simvastatin (SINV) with solid dispersions using techniques such as kneading (MA), co-solvent evaporation (ES), melting carrier (FC) and spray dryer (SD). Soluplus (SOL), PEG 6000 (PEG), PVP K-30 (PVP) e sodium lauryl sulphate (LSS) were used as carriers. The solid dispersions containing PEG [PEG-2(SD)], Soluplus [SOL-2(MA)] and sodium lauryl sulphate [LSS-2(ES)] were presented with a greater increase in solubility (5.02, 5.60 and 5.43 times respectively); analyses by ANOVA between the three groups did not present significant difference (p<0.05). In the phase solubility study, the calculation of the Gibbs free energy (ΔG) revealed that the spontaneity of solubilisation of SINV occurred in the order SOL>PEG >PVP 75%>LSS, always 80%. The phase diagrams of PEG and LSS presented solubilization stoichiometry of type 1:1 (type AL). The diagrams with PVP and SOL tend to 1:2 stoichiometry (type AL + AP). The stability coefficients (Ks) of the phase diagrams revealed that the most stable reactions occurred with LSS and PVP. The solid dispersions were characterized by Fourier transform infrared (FTIR), differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscopy (SEM), particle size distribution (PSD), near-infrared spectroscopy imaging (NIR-CI) and X-ray diffraction of the powder using the Topas software (PDRX-TOPAS). The solid dispersion PEG-2(SD) presented the greatest homogeneity and the lowest degree of crystallinity (18.2%). The accelerated stability study revealed that the solid dispersions are less stable than SINV, with PEG-2(SD) being the least stable, confirmed by FTIR and DSC. The analyses by PDRX-TOPAS revealed the amorphous character of the dispersions and the mechanism of increasing solubility

Estabilidade do antígeno de célula total de Brucella abortus para uso no diagnóstico sorológico da brucelose bovina pela reação de fixação de complemento

A reação de fixação de complemento é um dos testes usados no diagnóstico confirmatório da brucelose bovina, e para sua realização emprega-se o mesmo antígeno usado na prova de soroaglutinação lenta, porém não foi possível encontrar na literatura estudos sobre a estabilidade desse antígeno para uso na prova de fixação de complemento, de modo a estabelecer um prazo de validade para o mesmo. Por isso, esta investigação teve por objetivo avaliar a estabilidade do antígeno de célula total de Brucella conservado sob refrigeração, para uso na reação de fixação de complemento. Analisaram-se 14 partidas de antígeno, preparado com Brucella abortus amostra 1119/3 e padronizado para uso na prova de soroaglutinação lenta, com tempo de fabricação variando de 9 meses a 23 anos e 11 meses. Testaram-se 167 soros bovinos com títulos variáveis de anticorpos contra Brucella, adotando-se a técnica com incubação a 37ºC nas duas fases da reação e 5 unidades hemolíticas 50% de complemento. Considerou-se como positivo o soro com pelo menos 25% de fixação de complemento na diluição 1:4. Compararam-se os resultados obtidos com as 13 partidas de antígeno com aqueles obtidos com a partida com 9 meses de fabricação, usando o teste de chi2 de McNemar e o coeficiente kappa. A grande maioria dos soros apresentou resultados muito próximos quando testados com as diversas partidas de antígeno, e não se observou relação entre tempo de fabricação do antígeno e diferenças nos resultados obtidos.

Investigação da estabilidade térmica e das propriedades elétricas do TiO2 em função da dopagem com Ce(SO4)2

The metalic oxides have been studies due to differents applications as materials semiconductor in solar cells, catalysts, full cells and, resistors. Titanium dioxide (TiO2) has a high electric conductivity due to oxygen vacancies. The Ce(SO4)2.2H2O doped samples TiO2 and TiO2 pure was obtained sol-gel process, and characterized by X-ray diffractometry,thermal analysis, and impedance spectroscopy. The X-ray diffraction patterns for TiO2 pure samples shows at 700°C anatase phase is absent, and only the diffraction peaks of rutile phase are observed. However, the cerium doped samples only at 900°C rutile in the phase present with peaks of cerium dioxide (CeO2). The thermal analysis of the TiO2 pure and small concentration cerium doped samples show two steps weight loss corresponding to water of hydration and chemisorbed. To larger concentration cerium doped samples were observed two steps weight loss in the transformation of the doped cerium possible intermediate species and SO3. Finally, two steps weight loss the end products CeO2 and SO3 are formed. Analyse electric properties at different temperatures and concentration cerium doped samples have been investigated by impedance spectroscopy. It was observed that titanium, can be substituted by cerium, changing its electric properties, and increased thermal stability of TiO2 anatase structure

Estabilidade locomotora durante a condução de um cão

The purpose of this study was to evaluate how walking a dog on a leash influenced haptic perception and stability during human locomotion. Fourteen adults, with and without sight restriction, walked on a narrow balance beam by themselves, or holding a leash attached to a dog that walked on a parallel narrow bench. The performance of participants who walked with the dog, but blindfolded, significantly (p < 0.05) improved as compared to the condition without the dog. Their locomotion performance was assessed via the duration of the total displacement on the balance beam, durations of the double support phase, swing phase, stepping cycle, stepping length, and linear velocity, as well as variability of the inter-limb relative phase. With vision, these parameters were not affected by the presence of the dog. We conclude that these adults were able to use the dog's leash to detect haptic properties in order to achieve postural control (e.g., stability in speed performance) while walking.

Efeito da percepção háptica obtidapor meio da condução de um cão na estabilidade locomotora do ser humano

Pós-graduação em Ciências da Motricidade - IBRC

Estudo da eletrocatálise da reação de oxidação do glicerol sobre as fases intermetálicas ordenadas PtSn e AuSn

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)