Simulações computacionais são ferramentas essenciais para a compreensão num nível microscópico de diversos fenômenos que ocorrem na natureza. Em particular, simulações ab initio, isto é, de primeiros princípios, podem predizer novas propriedades e auxiliar na interpretação de resultados experimentais, sem a necessidade de potenciais empíricos os quais são ajustados para uma específica configuração do sistema. No entanto, mesmo para simulações ab initio são necessárias aproximações tanto para o cálculo de estrutura eletrônica quanto para a descrição dos movimentos nucleares. Nesta tese, novas aproximações para o funcional de energia de troca e correlação da Teoria do Funcional da Densidade (DFT) são propostas e testadas no cálculo de estrutura eletrônica de átomos, moléculas e sólidos. Para a descrição dos movimentos nucleares a técnica de Monte Carlo é utilizada, porém as energias totais são obtidas com a DFT. Propomos também uma nova metodologia que permite descrever movimentos intramoleculares de sistemas cujas frequências de vibração não podem ser tratadas classicamente. Como aplicações estudamos aglomerados de água e água líquida, mostrando a relevância dessa nova metodologia na descrição de propriedades estruturais, vibracionais e de momento de dipolo desses sistemas. / Computer simulations are essential tools for a microscopic understanding of many processes that occur in nature. In particular, ab initio simulations, i.e., first principles simulations, can predict new properties and support experimental results, without the need to use empirical potentials which are fitted for a specific configuration of the system. However, even in ab initio simulations it is necessary to do approximations for the electronic structure calculations and for the description of the nuclear movements. In this thesis, new approximations for the exchange-correlation energy functional of Density Functional Theory (DFT) are proposed and tested for atoms, molecules and solids. The description of the nuclear movements was done using the Monte Carlo technique, however the total energy calculations were obtained by DFT. We also propose a new methodology which allows the description of intramolecular movements whose vibrational frequencies can not be treated classically. As an illustration, we have studied water clusters and liquid water, showing the relevance of this new methodology on the description of structural, vibrational and of the dipole moment of these systems.

A Astrobiologia é uma área de pesquisa crescente no Brasil, na qual se estuda o fenômeno da vida no Universo. Um de seus subtemas estuda as bioassinaturas: substâncias que evidenciam da presença de vida, passada ou presente. Foram investigadas em laboratório a detectabilidade de biomoléculas, que são potenciais bioassinaturas moleculares, e a fotoestabilidade de suas assinaturas espectroscópicas em ambientes extraterrestres simulados. Os experimentos foram baseados em irradiações no ultravioleta, que é a principal faixa da radiação solar responsável pela evolução e degradação de moléculas orgânicas em ambientes espaciais. Um maior foco foi dado aos pigmentos biológicos β-caroteno e clorofila a, os quais foram irradiados puros e/ou misturados a diferentes substratos inorgânicos, mimetizando superfícies de planetas rochosos, satélites e asteroides. Foram utilizadas as instalações do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), em especial a linha de luz TGM, na faixa do UV, VUV e EUV, e também lâmpadas de baixa pressão que emitem na faixa do UVC. Na Câmara de Simulação Espacial e Planetária (AstroCam), do Núcleo de Pesquisa em Astrobiologia da USP (NAP/Astrobio), diversos parâmetros ambientais foram controlados para simular as condições da superfície de Marte. E balões de alta-altitude foram utilizados para testar a resposta de biomoléculas na estratosfera, cujas condições são similares às da superfície marciana, além de validar experimentos que podem ser enviados em missões espaciais. As mudanças nas respostas espectroscópicas das biomoléculas foram medidas por absorbância no UV-Vis e no IR e por espalhamento Raman, algumas in situ e em tempo real e outras ex situ. As técnicas provaram ser adequadas para esses estudos pois forneceram informações sobre as fotoestabilidades das respostas espectroscópicas das biomoléculas, permitindo testar seus potenciais como bioassinaturas em diferentes superfícies do Sistema Solar. Os resultados também podem contribuir para missões espaciais, dando suporte ao desenvolvimento e otimização de técnicas e procedimentos para estudar os efeitos da exposição de biomoléculas a ambientes espaciais reais – em missões de pequeno porte e baixo custo, como CubeSats –, e até mesmo para a detecção de bioassinaturas em superfícies planetárias extraterrestres. / Astrobiology is a growing research area Brazil, which studies the phenomenon of life in the Universe. One of its sub-themes studies biosignatures: substances which evidence the presence of life, past or present. The detectability of biomolecules, which are potential molecular biosignatures, and the photostability of their spectroscopic signatures in simulated extraterrestrial environments were investigated in laboratory. The experiments were based on irradiations in the ultraviolet, which is the main range of solar radiation responsible for the evolution and degradation of organic molecules in space environments. The research was focused in the biological pigments β-carotene and chlorophyll a, which were irradiated in both pure form and/or mixed with different inorganic substrates, mimicking the surfaces of rocky planets, satellites and asteroids. The facilities of the Brazilian Synchrotron Light Laboratory (LNLS) were used, especially the TGM beamline in the UV, VUV and EUV range, as well as low pressure lamps emitting in the UVC range. In the Space and Planetary Simulation Chamber (AstroCam) of the Astrobiology Research Unit of USP, several environmental parameters were controlled to simulate the surface conditions of Mars. And high-altitude balloons were used to test the response of biomolecules in the stratosphere, where the conditions are similar to those of the Martian surface, in addition to validate experiments which can be sent in space missions. Changes in the biomolecules spectroscopic responses were measured by UV-Vis and IR absorbance and by Raman scattering, either in situ and in real time or ex situ. The techniques proved to be adequate for these studies, since they provided information on the photostability of the biomolecules spectroscopic responses, allowing the testing of their potential as biosignatures on different surfaces of the Solar System. The results can also contribute to space missions, supporting the development and optimization of techniques and procedures, both for the exposure of biomolecules to real space environments – in small and low-cost missions, such as CubeSats –, as well as for the actual detection of biosignatures on extraterrestrial planetary surfaces.

Computer simulations have become a great tool to assist the medical field. The present work is a study of a non-invasive patient-specific methodology to evaluate the hemodynamic importance of coronary stenosis using computer simulations. The severity of the lesion is evaluated by the Fractional Flow Reserve, calculated by the pressure gradient before and after the lesion. The geometry models are obtained from medical images of Computed Tomography Angiography exams, and the simulations considers the pulsatile flow and the blood as a non-Newtonian fluid. The governing equations of the blood flow are solved by using Finite Element Method applied to the numerical method called Incremental Pressure Correction Scheme, and with the aid of the libraries from the open-source software FEniCS. Computer simulations of three different patients are performed and the results are compared with the invasive FFR measurements. The methodology proposed shows to be feasible in the study and analysis of stenosed coronaries. / Simulações computacionais tornaram-se uma excelente ferramenta para auxiliar a área médica. O presente trabalho é um estudo de uma metodologia não invasiva para avaliar a importância hemodinâmica de artérias coronárias com estenose através do uso de simulações computacionais. A severidade da lesão da artéria é avaliada através do Fractional Flow Reserve, calculado pelo gradiente de pressão antes e depois da lesão. Os modelos geométricos computacionais foram obtidos a partir de imagens médicas de exames de Angiografia por Tomografia Computadorizada e as simulações consideram o fluxo pulsátil e as propriedades não-Newtonianas do sangue. As equações governantes do fluxo de sangue são resolvidas utilizando o Método dos Elementos Finitos aplicado ao método numérico chamado Incremental Pressure Correction Scheme, e com o uso de bibliotecas do programa em código aberto FEniCS. Foram realizados simulações de três pacientes e os resultados foram confrontados com as medidas invasivas do FFR. A metodologia proposta mostrou-se viável para o estudo e análise de coronárias com estenose.

O tema deste trabalho compreende o estudo do impacto da educação no nível da renda e sua respectiva distribuição no Brasil ao longo dos anos (1993 a 2011). A metodologia adotada no estudo é um modelo de decomposição microeconométrica com simulações, no qual conseguimos avaliar o impacto da escolaridade sobre a pobreza e a desigualdade de renda. Destacamos dois principais resultados. Na simulação do efeito quantidade, temos que a educação explica 34% da queda no indicador de proporção de pobres entre 1993 e 2011, 43% da queda na proporção de extremamente pobres e 13% da queda no Gini (desigualdade de renda) no mesmo período. Para os anos entre 2001 e 2011, o efeito quantidade da educação explica 27% da queda na proporção de pobres e de extremamente pobres e apenas 1% da queda na desigualdade de renda ocorrida no período analisado. Já na simulação do efeito preço da educação, o impacto se mostrou relevante somente na queda na desigualdade de renda: a educação explica 15% da queda observada entre 1993 e 2011 e 33% da queda ocorrida entre 2001 e 2011. / The subject of this work is the impact of education on the level of income and its respective distribution in Brazil over the years (1993-2011). The methodology used in the study is a model of microeconometric decomposition with simulations in which we can isolate the impact of education on poverty and income inequality. We can highlight two main results. In the simulation of the quantity e ect, we have concluded that education explains 34% of the fall in the headcount index between the years 1993 and 2011, 43% of the fall in the headcount index using an indigence line and 13% of the fall in the Gini indicator (income inequality) in the same period . For the years between 2001 and 2011, the quantity e ect of education explains 27% of the fall in the headcount index (using both poverty and indigence lines) and only 1% of the fall in income inequality that happened during the period. In the simulation of the price e ect of education, the impact was also relevant but only in the fall in income inequality: education explains 15% of the fall observed between 1993 and 2011 and 33% of the fall that has occurred between 2001 and 2011.

Neste trabalho modela-se simplificadamente o fluxo da Geleira de descarga Lange (Ilha Rei George, Antártica) para estimar seu estado de equilíbrio e a sua resposta a mudanças na taxa de acumulação. O modelo, bidimensional, representativo e numericamente estável, fornece resultados qualitativos para a velocidade e distribuição da temperatura do gelo, baseado no método das diferenças finitas. Para calibrar o modelo, medidas da velocidade da geleira foram obtidas durante a XVIII Operação Antártica Brasileira no verão austral de 1999/2000. Primeiramente, 21 estacas foram implantadas na superfície da Geleira Lange, a posição geográfica levantada por GPS diferencial duas vezes no início e final de um período de dois meses, permitindo a determinação da velocidade superficial. O fluxo de geometria complexa foi então simulado através de um sistema curvilíneo de coordenadas. O modelo computa a distribuição de velocidade ao longo do eixo longitudinal usando a lei do fluxo do gelo para simular a deformação interna da geleira, desconsiderando o desiizamento basal. O modelo indica que variações na taxa de acumulação líquida menores que 20% do valor atual não resultariam em mudanças significativas da morfologia superficial da geleira. Mesmo a redução em 50% na taxa de acumulação resultaria somente no rebaixamento da superfície em 26 m. Estes resultados reforçam a idéia de uma geleira perto do estado de equilíbrio ( steady-state). / A simplified numerical model simulates the flow of the outlet Lange Glacier (King George Island, Antarctica) to estimate its equilibrium state and morphologicai responses to accumulation rate changes. The bidimensional model uses the finite difference method to provide qualitative information about the surface velocity and the internai temperature distribution. Fieldwork, carried out in the austral summer of 1999/2000, during the XVIII Brazilian Antarctic Operation, provides ice velocity data for calibration. Firstly, 21 stakes were fixed on the surface of Lange Glacier, their geographical position surveyed twice within a period of two months, using differential GPS. The glacial flow was simulated using complex curvilinear coordinates. The model computes the velocity distribution along the main longitudinal axis using the ice flow la\v to calculate the internai deformation with no basal sliding and responses to changes in the net accumulation rate. Variations in the net accumulation rate of less than 20% of the present value do not change significantly the surface glacier morphology. Even a reduction of 50% of this rate willlower the surface by only 26 m in 100 years. These results suggest a present glacier condition near to the steady-state.

O objetivo deste trabalho é a obtenção dos modos normais e das freqüências naturais de vigas com condições de contorno não-clássicas, descritas pelo modelo estrutural de Euler-Bernoulli. Para a obtenção dos modos são consideradas duas bases, a base espectral clássica e a base dinâmica associada à resposta impulso do modelo. O deslocamento de uma viga sob ação de uma força periódica é obtido através da análise modal e apresentado de maneira gráfica para as diversas condições de contorno. / The objective of this work is the obtention of the normal modes and natural frequencies of beams with non-classical boundary conditions described by t he structural Euler-Bernoulli model. For this, two basis are considered, a classical spectral basis and the dynamical basis associated with the impulse response of the model. The displacement of a beam under the action of a periodic force is obtained through modal analysis and presented graphically for such various boundary conditions.

Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-06-26T21:26:36Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Ayrlw Maynyson de Carvalho Arcanjo.pdf: 3055830 bytes, checksum: 91b7b2045f8bdfd7246dc0d54de24fa2 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-26T21:26:36Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Ayrlw Maynyson de Carvalho Arcanjo.pdf: 3055830 bytes, checksum: 91b7b2045f8bdfd7246dc0d54de24fa2 (MD5) Previous issue date: 2017-02-23 / CNPQ / Esta dissertação avalia o comportamento elétrico de espaçadores losangulares de linhas compactas de 13,8 kV em ambientes poluídos. Nas literaturas verifica-se que nesses espaçadores, quando submetidos a ambientes agressivos, fenômenos como trilhamento elétrico, centelhamentos, erosão e outros processos de degradação de dielétricos surgem sobre eles. A cobertura dos cabos de linhas compactas são em sua maioria semi-isolantes, ou seja, o campo elétrico produzido não é confinado no cabo, isto dá oportunidade para correntes trilharem caminhos de fase à fase ou de fase à terra. Tais correntes são denominadas de fuga. A corrente de fuga atrapalha o funcionamento dos espaçadores de linhas compactas, podendo acarretar perdas elétricas e desligamentos indesejados. Logo, o trabalho propõe um estudo comparativo entre dois tipos de espaçadores normalmente utilizados em redes compactas de 13,8 kV, buscando observar pontos positivos e negativos destes isolantes. Para isso, se faz uso de Laboratório de Alta Tensão, buscando medição de corrente fuga fase-fase e fase-terra, e de ferramentas computacionais, tais como, software COMSOL Multiphysics, software MATLAB e AutoCAD, buscando a distribuição de potencial elétrico ao longo da distância de escoamento, campo elétrico produzido e a tensão de flashover dos espaçadores. Toda a contaminação produzida artificialmente e geração de neblina é baseado segundo norma técnica CEI/IEC 60507:1991. Assim, a dissertação representa contribuições para a identificação de limitações nesses espaçadores em ambientes contaminados sob aspectos de distribuição de potencial elétrico, campo elétrico, tensão de flashover e corrente de fuga. / This dissertation evaluates the electrical behavior of lozenger spacers of compact lines of13.8kV in polluted environments. In the literature it appears that such spacers, when subjected to harsh environments, such as electrical tracking phenomena, sparks, dielectric erosion and other degradation processes occur on them. The cover of the compact lines cables are mostly semiinsulating, then, the electric field produced is not confined to the cable, this gives opportunity to current tread phase paths to phase or phase to ground such currents are called leakage. Leakage current hinders the proper functioning of spacers compact lines, which may cause electrical losses and unwanted disconnections. Therefore, the paper proposes a comparative study between two types of spacers commonly used in compact networks 13.8kV, seeking to observe positive and negative points of these insulators. Forth is, it makes use of High Voltage Laboratory, seeking measuring leakage current phase-phase and phase-to-earth, and computational tools such as COMSOL Multiphysics software, software MATLAB and AutoCAD, looking for an distribution of electric potential along the flow distance, electric field and a flashover voltage of the spacers. All artificially produced contamination and fog generation is based on the second technical standard CEI / IEC 60507: 1991. Thus, the dissertation represents contributions to the identification of these limitations spacers in contaminated environments under aspects of distribution of electric potential, electric field, flashover voltage and leakage current.

Made available in DSpace on 2018-06-27T18:55:59Z (GMT). No. of bitstreams: 3 Bruno Costa Tonetto.pdf: 4606277 bytes, checksum: 56a89ee85ff68359b60dc3584659891f (MD5) Bruno Costa Tonetto.pdf.txt: 131014 bytes, checksum: fa6728959cdd9a52eaf5099f7e039da5 (MD5) Bruno Costa Tonetto.pdf.jpg: 3151 bytes, checksum: efcabfce81a5016254f454fea90241eb (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / We studied the structural and electronic properties of paraquat, glyphosate, aminomethylphosphonic acid, methylamine and formaldehyde molecules interacting with carbon nanotubes in pristine form and carboxylated, through computer simulations based on Density Functional Theory (DFT). Carbon nanotubes (CNTs) is emerging as a material that presents a series of specific properties, making these compounds as promising systems for a variety applications. Among these, we highlight use carbon nanotubes as filters or sensors of toxic molecules. In this work, the objective is to use carbon nanotubes to removal or detection paraquat, glyphosate and its derivatives of food and environment. Our results showed the interaction between these molecules and the carbon nanotubes does not change the properties of these herbicides, with binding energies ranging from 0.12 eV to 0.82 eV. For the carboxylated carbon nanotubes obtained binding energies from 0.33eV to 1.41eV. Therefore, these values indicate that carboxylated nanotubes are not suitable for sensing and filtering because the high energy cost required for the eventual removal of these molecules of the tubes. Failure to change the molecules in the presence of carbon nanotubes is desired for future experimental application of carbon nanotubes as a sensor or filter of these pollutants, ie, our results suggest that either a filter based nanotubes can be reused several times to removal these molecules, as well as molecules after they are removed from the presence of nanotubes can be reused in agriculture again. / Através de simulações computacionais baseadas na Teoria do Funcional da Densidade (DFT) estudamos as propriedades eletrônicas e estruturais da molécula de paraquat, glifosato, ácido aminometilfosfônico, metilamina e formaldeído interagindo com nanotubos de carbono puros e carboxilados. Os nanotubos de carbono (NTs) vêm surgindo como promissores compostos para uma série de aplicações. Entre estas, podemos destacar a utilização de NTs como filtro ou sensores de moléculas tóxicas. Assim, neste trabalho, o objetivo é utilizar NTs puros e carboxilados para a remoção ou detecção das moléculas de paraquat, glifosato e seus derivados dos alimentos e do meio ambiente. Nossos resultados mostraram que a interação entre essas moléculas e os NTs ocorre via uma adsorção física, pois não altera as propriedades dos nanotubos, tendo energias de ligação que variam de 0,12 eV a 0,82 eV. Para os NT carboxilados obtivemos energias de ligação de 0,33 eV e 1,41 eV, respectivamente, sugerindo que os NTs carboxilados não são os mais indicados para o sensoriamento e filtragem destas moléculas, pois a remoção posterior destas moléculas do nanotubo teria um alto custo energético. A adsorção física entre os NTs e as moléculas dos poluentes estudada é de grande interesse para uma possível aplicação experimental desses NTs como sensor ou filtro destes poluentes. Um filtro a base de nanotubos poderia, em princípio ser reutilizado várias vezes para a remoção/filtragem destas moléculas, bem como as mesmas após serem retiradas da presença dos nanotubos poderão ser reutilizadas na agricultura novamente, sem grande custo energético.

Submitted by MARCIA ROVADOSCHI (marciar@unifra.br) on 2018-08-16T16:45:04Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_DanieleMorgensternAimi.pdf: 5748053 bytes, checksum: d57b44570d4e19a760d7a8379dcc9315 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-16T16:45:04Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_DanieleMorgensternAimi.pdf: 5748053 bytes, checksum: d57b44570d4e19a760d7a8379dcc9315 (MD5) Previous issue date: 2012-01-09 / The structural and electronic properties of biotin and cysteine molecules interacting with pure, carboxylated and vacancy-type defects carbon nanotubes was evaluated using ab initio simulations. Carbon nanotubes (NTC) have been used for a variety of applications. Among these, we highlight the use of NTC as sensors for biological molecules. Thus, the objective of this work is to use NTC pure carboxylated and defective molecules interacting with biotin and cysteine in the development of nanosensors for these molecules. Our results showed that the interaction between these molecules and the NTC occurs via a physical adsorption with binding energies ranging from 0.22 to 1.91 eV [0.12 to 1.14 eV] for NTC interacting with biotin [cysteine]. For the carboxylated nanostructure higher binding energies are observed. In this way, carboxylated NTC aren’t interesting for interaction with the molecules, because the eventual removal of these NTC had a high energy cost. The physical adsorption between the NTC and the molecules of biotin and cysteine is of great interest for a possible experimental application of NTC as a biological sensor for these molecules. / As propriedades eletrônicas e estruturais das moléculas de biotina e cisteína interagindo com nanotubos de carbono puros, carboxilados e com defeito do tipo vacância foram estudadas fazendo-se uso de simulações computacionais baseadas na Teoria do Funcional da Densidade (DFT). Os nanotubos de carbono (NTC) vem sendo utilizados para uma série de aplicações. Dentre estas, podemos destacar sua utilização como sensores para moléculas biológicas. O objetivo deste trabalho foi utilizar NTC puros, carboxilados e com defeito interagindo com as moléculas de biotina e cisteína no desenvolvimento de nanosensores para estas moléculas. Os resultados mostraram que a interação entre essas moléculas e os NTC ocorre via uma adsorção física, pois não altera as propriedades dos nanotubos, tendo energias de ligação que variam de 0,22 a 1,91 eV para NTC interagindo com a biotina e 0,12 a 1,14 eV para NTC interagindo com a cisteína, sendo que as energias mais altas, são aquelas às quais as moléculas interagem com os NTC carboxilados. Logo, NTC carboxilados não são os mais indicados para a interação com as moléculas, pois a remoção posterior destas do NTC teria um alto custo energético. A adsorção física entre os NTC e as moléculas de biotina e cisteína é de grande interesse para uma possível aplicação experimental destes NTC como sensores biológicos para estas moléculas.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The quantification of sediment production, released by the basin, assists in proposing methods, whose main purpose is to guide farmers, that will use natural resources in a sustainable way, aiming at the least possible degradation the areas used. Since the production of food, most often happens in an unplanned way in which almost all native vegetation is removed, it theoretically has no purpose in view of most farmers. However, the vegetation is considered by many researchers as the main barrier against the processes of land degradation, particularly for the control of erosion. This study aimed to simulate the sediment yield in the Sub-Basin of Riacho Jacaré, using the methodology of this MUSLE (Universal Soil Loss Equation Soil Modified). / A quantificação da produção de sedimentos, lançados pelas bacias hidrográficas, auxilia na proposição de metodologias, que tem como finalidade principal, orientar os produtores rurais, para que venham a utilizar os recursos naturais, de uma maneira mais sustentável, visando o mínimo possível de degradação das áreas utilizadas. Visto que, a produção de alimentos, na maioria das vezes acontece de maneira não planejada, em que quase toda vegetação nativa, é retirada, pois teoricamente não possui nenhuma finalidade, na visão da maioria dos produtores rurais. No entanto, a vegetação é considerada por muitos pesquisadores como a principal barreira contra os processos de degradação do solo e principalmente no controle dos processos erosivos. O presente trabalho teve como objetivo, simular a produção de sedimentos na Sub-Bacia Hidrográfica do Riacho Jacaré, utilizando para isso a metodologia da MUSLE (Equação Universal de Perda do Solo Modificada).