El análisis de flexibilidad es una de las disciplinas del diseño de sistemas de tuberías, se realiza en la etapa final de diseño y comprende principios de concentración de esfuerzos, expansiones térmicas y deformaciones elásticas. Este análisis es crítico en aplicaciones donde el fluido a transportar trabaja a condiciones extremas, como plantas térmicas y generadoras de energía, donde el sistema está sometido a altos gradientes de temperatura que conllevan a la generación de tensiones debido a expansiones o contracciones térmicas. El análisis teórico es de carácter limitativo debido el comportamiento aleatorio del sistema frente a ciertas condiciones de trabajo Por esta razón, los diseñadores optan por la utilización de softwares de análisis como CAEPIPE, CEASAR II, ANSYS, entre otros. Estas herramientas ofrecen resultados confiables; sin embargo, son vistos como “cajas negras”, donde el usuario manipula las variables de entrada. La teoría detrás de estas herramientas de cálculo, muchas veces, son ignoradas por los usuarios. Este trabajo apunta a desarrollar los principios teóricos utilizados para realizar este tipo de análisis, ofrecer herramientas de cálculo sencillas para analistas e investigadores independientes sin acceso a softwares de diseño y mostrar elementos de alivio de tensiones ofrecidos en el mercado actual. La estructura de la trabajo consiste en cuatro capítulos, donde se desarrollarán los principios teóricos básicos de la generación de esfuerzos; el desarrollo de la metodología de diseño de los códigos según ASME; tipos, principios de funcionamiento y criterios de selección de soluciones constructivas para aliviar las tensiones generadas; y, finalmente, el desarrollo de un ejemplo de cálculo que ponga en práctica los conceptos vertidos en los capítulos anteriores, así como, la presentación de casos comunes que complementen las nociones básicas para brindar flexibilidad a sistemas de tuberías. / Tesis

En la actualidad, el Perú presenta una gran demanda en la utilización de estructuras metálicas que trabajan con equipos mecánicos tales como zarandas, chancadoras, fajas transportadoras, entre otros. El campo de aplicación abarca todo tipo de industrias, donde la que más resalta es la minería, ya que el Perú es considerado un país minero (actividad principal). Es por ello, la importancia de conocer el comportamiento dinámico de dichas estructuras tiene un valor agregado muy importante. El presente trabajo de tesis tiene como objetivo implementar un módulo de laboratorio en base a una estructura metálica, la cual trabaje con equipos mecánicos. Para así poder mostrar la influencia y mejorar la comprensión sobre la influencia de los parámetros de inercia, rigidez y fuerza excitatriz. La primera parte abarcó todos los conceptos necesarios para poder abordar los problemas de vibraciones mecánicas en las estructuras metálicas. Se explicó con mayor detalle los conceptos de los parámetros que influyen y estén relacionados con el comportamiento dinámico y la estabilidad. También se indicaron las herramientas necesarias para determinar las frecuencias naturales en n GDL mediante el análisis modal. En cuanto a la parte del diseño, se contemplaron las recomendaciones mencionadas por la norma VDI 2225; desde el estudio del arte, hasta obtener el concepto de solución óptimo, para luego realizar los planos de fabricación. La siguiente parte abarcó la experimentación que se realizó en el Laboratorio de Física de la PUCP, con ello se obtuvo datos experimentales (análisis modal) para luego contrastarlos con los elementos finitos. Luego, se comprobó que hay una variación menor al 10 % en el primer modo de los datos conceptuales con los experimentales. También, se mostró la influencia del tipo de uniones y cómo estos afectaron a las condiciones de borde. Además, se logró mostrar la diferencia de los modos y frecuencias naturales al cambiar cambió la configuración del sistema. Por último, se logró cumplir con los objetivos planteados al mostrar la influencia de los parámetros de inercia, rigidez y fuerza excitatriz. Como también se resaltó, la importancia de las condiciones de borde para tener una mejor representación del modelo actual, en este caso se resaltó la influencia del tipo de uniones. / Tesis

En varios países altamente sísmicos existen columnas sueltas que no se han volcado a pesar de haber soportado fuertes terremoto. Es claro, entonces que, estas columnas han tenido un comportamiento oscilante alrededor de su base (Pitilakis & Tavouktsi, 2010). Esta resistencia ante la volcadura de las columnas ha sido un tema interesante de estudio durante décadas (Housner, 1963)(Pitilakis & Tavouktsi, 2010)(Hogan, 1989)(Makris & Zhang, 1999)(Caliò & Marletta, 2003)(Manos, Petalas, & Demosthenous, 2013). Las ecuaciones que rigen el comportamiento oscilante de la columna son difíciles de resolver. Sin embargo, hoy en día, el avance de la tecnología permite hallar soluciones numéricas precisas y estables. Este estudio resume el análisis dinámico de estabilidad de columnas basculantes sometidas a sismos de subducción. Primero, se desarrollaron las ecuaciones del movimiento de una columna simplemente apoyada sobre un terreno rígido que oscila o no ante movimientos en su base. Luego, se resolvieron numéricamente estas ecuaciones ante excitaciones armónicas (método de aceleración angular lineal). Se variaron los parámetros más importantes como las dimensiones características de la columna, el coeficiente de restitución, las características del sismo (amplitud y frecuencia), el periodo natural de la columna, frecuencia de muestreo de fijación del movimiento del suelo y la respuesta de la columna. Finalmente, se visualizaron los movimientos de las columnas con animaciones. / Tesis

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Analiza el comportamiento del fenómeno de cavitación, basándose en los conceptos de la mecánica de fluidos, haciendo uso de la dinámica de fluidos computacional y utilizando la herramienta de simulación ANSYS CFX, tendremos una visión mucho más amplia del fenómeno. La metodología realizada en este estudio podrá ser tomada como una referencia para posteriores trabajos de optimización y diseño en turbinas Francis o implementaciones de estas en centrales hidroeléctricas. / Tesis

Ingeniero Civil Mecánico / La aplicación de la dinámica estructural en la manufactura tradicional (torneado, fresado, entre otros ) ha permitido predecir la ocurrencia de vibraciones catastróficas o chatter en la herramienta durante un proceso de corte. Esto posibilita mejorar los parámetros de corte de manera de incrementar la tasa de remoción de material (MRR) sin que dañe a la herramienta o a la pieza trabajada. El Process Damping corresponde al amortiguamiento que se agrega al sistema debido a las fuerzas de fricción que se generan en la interacción entre una de las caras de la herramienta y la superficie ondulada de la pieza de trabajo. Este amortiguamiento permite aumentar la estabilidad durante el proceso de corte a bajas velocidades. El objetivo del presente trabajo es incorporar este fenómeno a modelos numéricos de un proceso de torneado a través de parámetros de la herramienta y condiciones de operación dadas (velocidad de corte y profundidad de corte). En la primera parte de este reporte se presentan las bases teóricas para los dos modelos dinámicos desarrollados: la simulación de las vibraciones y fuerzas de corte en el dominio temporal; y un modelo en el dominio de frecuencias que permita la obtención de los diagramas de estabilidad. La principal contribución del trabajo corresponde a la incorporación de Process Damping a los dos modelos dinámicos desarrollados para el proceso de torneado. El método usado se basó en la energía disipada durante el corte, donde los dos factores más importantes para la modelación de Process Damping fueron el coeficiente de indentación y la identificación del área de penetración durante el proceso de corte. Se realizó un análisis de sensibilidad del fenómeno de Process Damping ante distintas condiciones de operación y propiedades del material y herramienta. Luego, se analizó los dos modelos para tres tests declarados desde la literatura. Por último, se estudió que las simulaciones en el dominio temporal se complementaran con el diagrama de estabilidad generado por la simulación en el dominio de frecuencias. Para cada test se analizaron los diagramas de estabilidad obtenidos, y los gráficos de desplazamiento de la herramienta y fuerzas de corte para casos específicos, donde se observó gráficamente la influencia de la fuerza de Damping en el corte. Entre el Test #1 y Test #2 se identificó el efecto del radio de punta de la herramienta en el diagrama de estabilidad, y entre el Test #3 y los otros dos Tests se analizó la diferencia del efecto de Process Damping entre el aluminio y el acero, respectivamente. Finalmente, a partir de los resultados exhibidos se validaron los dos modelos dinámicos propuestos que incluyen los efectos del Process Damping en el torneado, permitiendo predecir las zonas de estabilidad a bajas velocidades de corte para condiciones de operación dadas. El presente trabajo de investigación se realizó en el Centro de Manufactura Avanzada de la Universidad de Sheffield, en el grupo de Machining Dynamics del área de proyectos tecnológicos.

No description available.

Con las nuevas tecnologías en fisión y fusión nuclear, aparecen requerimientos crecientes de nuevos materiales que soporten las condiciones extremas de temperatura y radiación en reactores de última generación. Estudios recientes muestran que algunos materiales nanoestructurados presentan un comportamiento de ``auto-sanación'' en donde el daño producido por la radiación es parcialmente eliminado, en comparación al material masivo. A escala microscópica el daño radiativo puede verse como el advenimiento de partículas (neutrones) sobre el material, induciendo la creación de defectos en la red cristalina, que con el paso del tiempo, permiten el desarrollo de daño macroscópico en el material, reduciendo su vida útil. El proceso de daño radiativo comienza a escala microscópica con el choque de un neutrón con un átomo de la red, al cual le confiere parte de su energía, iniciando una cascada de desplazamientos en que átomos son sacados, mediante choques, de sus posiciones de equilibrio, generando sucesivas oleadas de defectos puntuales o pares de Frenkel, que luego se recombinan para dar lugar a una cantidad de defectos que permanecen en el material. Este estudio pretende caracterizar el daño radiativo a escala microscópica para niobio nanoestructurado, para complementarse luego por estudios a escalas mayores como parte de una investigación multiescala. Es de gran interés, por otro lado, comprender cómo influye el borde de grano en la recombinación de defectos y caracterizar este nuevo material respecto de su respuesta al daño por radiación. El estudio consiste por tanto, en la simulación numérica mediante el método de la dinámica molecular clásica, que simula mediante dinámica clásica la evolución a nivel atómico de la red policristalina de granos en nanoscópicos (cristal nanoestructurado). Para simular el impacto de un neutrón se otorga una energía de 10 keV a un átomo central en una celda cúbica de niobio nanoestructurado de alrededor de 24 nm de lado. Se caracteriza entonces la producción de defectos y se presta especial énfasis en comprender la dinámica del borde de grano, cuyo aporte al proceso de reducción de daño ha sido poco estudiado. El material estudiado presenta una evolución característica, ya observada para el daño radiativo en estudios previos para otros materiales, con fases claras de generación y recombinación de defectos para finalizar con un remanente de cerca de 491 defectos. Asimismo, se caracteriza la dinámica del borde de grano, que se mantiene dinámico potenciando la recombinación, mediante mecanismos de absorción de defectos y emisión de átomos, notando que se absorben átomos de energía alta y se emiten átomos con energías menores. Además se observa que el borde de grano finalmente pierde átomos, manifestando un deterioro del borde de grano mismo en el proceso. Finalmente se observa que el borde de grano intenta contener el daño de la radiación.

En vista de que estamos escasos en este campo; con escasez de papers, artículos, publicaciones, y que en las bibliotecas se encuentra muy poco, el objetivo de este trabajo es llenar ese vacío, no hay así nomás una tesis de ésta naturaleza, que profundice el estudio analítico de este caso aerodinámico para plasmar físicamente resultados de su análisis y dar respuestas a diversas incógnitas que se generan en el investigador. Este trabajo servirá de ayuda y como medio de consulta para mis amigos, compañeros de promoción, y para enriquecer la fecunda producción de investigaciones en mi amada escuela de INGENIERÍA MECANICA DE FLUIDOS, de la Facultad de Ciencias Físicas y para el enriquecimiento de nuestra querida Universidad es que me permito desarrollar este método que puede servir para el curso de aerodinámica de otras universidades. / Tesis

El presente trabajo de tesis apunta a estudiar, mediante si-mulaciones de dinámica molecular, la conexión entre estruc-tura y dinámica en los sistemas complejos. Particularmente, nos concentraremos en sistemas muy diversos como los sis-temas vítreos, el agua sobreenfriada y el agua de hidratación, siempre con énfasis en la relación existente entre la estruc-tura microscópica y la dinámica compleja de los mismos. Este trabajo de tesis esta estructurado de la misma forma en que se fue desarrollando el trabajo de investigación, es por es que esperamos que para el lector sea igual de natural el tránsito por los distintos capítulos de esta tesis. En el capítulo 2 abor-daremos un modelo de Lennard-Jones de un líquido formador de vidrio arquetípico, donde presentaremos al lector una serie de conceptos relacionados con la dinámica compleja [1] y las heterogeneidades dinámicas [2] de los sistemas vítreos en ge-neral. Además, presentaremos algunas herramientas sumamen-te útiles (como la matriz de distancia [3,4] y el método iso-configuracional [5]) que serán de relevancia para los capítulos posteriores. En cuanto al trabajo de investigación en sí, pre-sentaremos los resultados referentes al análisis de las partícu-las de acuerdo a su propensión dinámica [5,6] y su direccio-nalidad [7], donde observaremos su distribución espacial en el sistema y estudiaremos la participación que tienen estas partí-culas en los eventos denominados d-clusters [8], los cuales resultan responsables de la relajación estructural del sistema. En el capítulo 3 presentaremos un sistema de agua sobreen-friada, cuyo comportamiento demostraremos que se enmarca dentro del cuadro expuesto en el capítulo 2, lo que nos habla de la generalidad que posee la dinámica de relajación vítrea [9]. Además bosquejaremos la hipótesis de una transición líqui-do-líquido en el agua sobreenfriada [10], la cual está soporta-da por distintas evidencias que mostraremos. Asimismo, descri-biremos algunos parámetros estructurales útiles a la hora de cuantificar la estructuración del agua, y finalmente en la sección de resultados veremos aplicados los conceptos del capítulo 2 respecto a la distribución espacial de las partículas con distinta propensión dinámica en la vinculación entre la es-tructura y la dinámica del sistema. Este vínculo entre la es-tructura y la dinámica en sistemas vítreos no es un tema tri-vial y ha resultado bastante elusivo, al punto de haber sido considerado un hecho de fe en un review influyente en el campo [11]. Es por que denotamos la importancia del hallazgo de un vínculo entre estructura y dinámica. La existencia de evidencias que indican que el agua de hidratación presentaría una menor densidad local y resultaría más lenta que el bulk [12, 87-94], con ciertas reminiscencias al comportamiento ví-treo, nos indican que los resultado del capítulo 3 serán de gran utilidad en el estudio del comportamiento del agua de hidratación y/o (nano)confinada. Es por ello que en el capítulo 4 analizaremos el agua de hidratación de distintas superficies hidrofóbicas (grafeno, nanotubos de carbono y fullerenos) vin-culando los hallazgos del capítulo 3 respecto de la dinámica lenta del agua sobreenfriada al agua superficial de hidratación Mostraremos como estas superficies simples desde lo geomé-trico y desde la química nos permiten sentar una base que uti-lizaremos para el abordaje del agua de hidratación de otros sistemas más complejos como las proteínas. En los resultados mostraremos el análisis estructural y dinámico de la capa de hidratación, en comparación con el agua del seno del sistema, y mostraremos como la relación estructura dinámica prevalece en estos sistemas. Finalmente en el capítulo 5 analizaremos el agua de hidratación alrededor del grafeno y de una proteína, intentando identificar cuál es la influencia que tiene la geome-tría en la estructuración del agua superficial. Además estudia-remos la denominada transición vítrea en proteínas hidrata-das [13] evidenciando que el fenómeno se debe al agua que esclaviza conformacionalmente a la proteína y que sufre lo que parece ser una transición líquido-liquido [10], hipótesis que presentamos en el capítulo 3. Cabe mencionar que este trabajo de tesis generó un total de 6 publicaciones en revis-tas internacionales [13], una de los cuales se encuentra en proceso de publicación y otra recién ha sido enviada a los editores. También merced a este trabajo de tesis se realizaron distintas participaciones en congresos entre los que se desta-can las reuniones TREFEMAC (Taller Regional de Física Esta-dística y Aplicaciones a la Materia Condensada), los Congre-sos Argentinos de Fisicoquímica y Química Inorgánica y los Congresos de la Asociación de Física Argentina (AFA), asi como participación en el PASI (Panamerican Advanced Studies Institute) NanoBio 2010 y en el congreso 6th International Discussion Meeting on Relaxations in Complex Systems (Roma, 2009). / This thesis is aimed at studying, by means of molecular dy-namics simulations, the link between structure and dynamics in complex systems. Particularly, we shall focus on a variety of systems, like glassy systems, supercooled water and hy-dration water, always making emphasis on the relationship between microscopic structure and complex dynamics. The organization of this thesis follows essentially the same order in which our research work was carried out. Thus, we expect the reader to find this sequence equally natural. In Chapter 2 we shall consider a Lennard-Jones system, an archetypical model of glass-forming liquid, and we shall present the reader an overview of general concepts related to complex dynamics [1] and dynamical heterogeneities[2] in glassy systems. We shall also introduce some useful tools (such as the distance matrix [3,4] and the isoconfigurational method [5]) that will be relevant for the studies presented in later chapters. In which concerns our research work , we shall present the re-sults of the analysis of the particles according to their dyna-mical propensity [5,6] and directionality [7], determining their spatial distribution in the system and studying their partici-pation in the events known as d-clusters [8] which are res-ponsible for the structural relaxation of the system.In Chapter 3 we will introduce a supercooled water system whose beha-vior will be shown to conform to the framework expounded in Chapter 2, thus evidencing the generality of glassy relaxation [9]. We will also outline the hypothesis of a liquid-liquid transi-tion in supercooled water [10] which, as will be shown, is supported by several evidences. We shall also describe some structural parameters useful for quantifying the structure of the water molecules and finally we will apply the concepts of Chapter 2 regarding the spatial distribution of particles with different dynamic propensity to the relationship between structure and dynamics in this system. Far from being a trivial issue, the existence of a causal link between structure and dynamics in glassy systems has been regarded as an article of faith in an influential review within this field [11] since its finding has remained elusive for long times. Hence, we wish to note the importance of the results of this section. The exis-tence of evidences indicating that hydration water presents a lower local density and would be slower than the "bulk" [12] (thus reminiscent of glassy behavior) makes the results of Chapter 3 useful for the study of the behavior of hydration and / or (nano) confined water. For this we will analyze the hydration water of different hydrophobic surfaces (graphene, carbon nanotubes and fullerenes) linking the findings of Chap-ter 3 on the slow dynamics of supercooled water to the beha-vior of surface hydration water. We will show that these simple (both from the geometric and from the chemical view-points) surfaces can provide a basis for the study of hydra-tion water in more complex systems like proteins. Our results will determine the structural and dynamical behavior of the hydration shell as compared with bulk water and will make evi-dent the prevailing role of the relationship between structure and dynamics in this system. Finally, Chapter 5 will analyze the hydration water both around graphene and a protein, trying to identify the influence of geometry on the structure of vicinal hydration water. We will also study the so-called glass transition of hydrated proteins [13] showing that the phenomenon is in fact due to the behavior of water which enslaves the conformation of the protein and suffers what appears to be a liquid-liquid transition [10] (a hypothesis presented in Chapter 3). This thesis generated 6 publications in international journals [13], one of which is in press and another one has just been sent for publication. Some of these results have also been presented in different scientific mee-tings like TREFEMAC (Regional Workshop on Statistical Physics and Applications to Condensed Matter), the Argentine Con-gress of Physical Chemistry and Inorganic Chemistry and the Congress of the Argentinian Physical Association (AFA), as well as the PASI (Panamerican Advanced Studies Institute) NanoBio 2010 and the 6th International Discussion Meeting on Relaxations in Complex Systems (Rome, 2009).

En esta Tesis estudiamos mediante simulaciones de dinámica molecular el comportamiento estructural y dinámico del agua pura o bulk como así también en diferentes contextos de nanocon finamiento, particularmente en sistemas biológicos y en superficies modelo como lo son una una placa de grafeno, nanotubos de carbono y monocapas autoensambladas de alcanos (SAMs). Específicamente nos interesa estudiar la relevancia del agua en la unión de proteínas y en el diseño de drogas, como así también en procesos de autoensamble de materiales sintéticos en ciencia de materiales y química supramolecular en medio acuoso. Nuestras simulaciones de agua pura (Capítulo 2) o bulk avalan y profundizan el hecho de que, tanto en el régimen de temperaturas de líquido normal como de líquido sobreenfriado, el agua está formada por zonas de alta y baja densidad local (HDL y LDL respectivamente) [140, 145, 133, 111, 142, 134, 135, 27]. Específicamente, en colaboración con el Prof. Francesco Sciortino de la Universidad de Roma, La Sapienza, exploramos la robustez y validez (para diferentes densidades y temperaturas) de un método para determinar ambos tipos de moléculas (HDL y LDL) (Subsección 2.2.1), como así también determinamos la calidad geométrica de la estructura local de las mismas. Estudiamos la dependencia con la temperatura de la fracción de moléculas estructuradas (Subsección 2.2.4) y observamos que la misma puede ajustarse con una exponencial negativa, lo cual brinda un sustento al modelo de doble estado o two state para agua propuesto por el Prof. H. Tanaka [142, 134, 135]. Por otro lado estudiamos la estructura y orientación, en función de la temperatura, del agua de hidratación de la proteína lisozima y de una superficie modelo como lo es una placa de grafeno (Capítulo 3). Observamos que el ordenamiento local tetraédrico del agua mejora con el descenso de la temperatura, y en el caso de la placa de grafeno, las primeras capas de hidratación muestran una tendencia a asemejarse estructuralmente al hielo hexagonal Ih (Subsección 3.2.2), hecho similar al que ocurre en la interfase agua-aire pero en el sentido contrario a lo largo del ejec del plano basal [86]. En cambio, en el caso de las primeras capas de hidratación de la lisozima encontramos indicios de ambos tipos de comportamientos mencionados, junto con la tendencia de algunas moléculas de agua más próximas a la superficie a formar puentes de hidrógeno con la proteína (Subsección 3.2.2). Mostramos que estas primeras capas de hidratación presentan una mejor estructura local que el bulk a temperatura ambiente, sin embargo la interfase introduce una restricción geométrica que reduce tanto la coordinación tetraédrica típica del agua bulk como la densidad local de las moléculas de agua adyacentes a la superficie. Por lo tanto dichas moléculas de agua tienden a formar tres puentes de hidrógeno con sus moléculas vecinas con el fin de lograr la máxima coordinación posible por puente de hidrógeno. Abordamos también la hipótesis de la existencia de una transición de primer orden entre las dos fases líquidas del agua propuestas (agua líquida de baja densidad local y alta densidad local, LDL y HDL respectivamente). Esta supuesta transición líquido-líquido del agua estaría dada por la continuación de la línea de coexistencia de las fases HDA y LDA (donde HDA y LDA son simplemente las correspondientes formas vítreas) en el diagrama de fases del agua líquida sobreenfriada y la cual terminaría en un segundo punto crítico del agua, un punto crítico líquidolíquido [140, 108]. La extensión de la supuesta línea de coexistencia entre estas dos fases líquidas más allá del supuesto punto crítico líquido-líquido, se conoce con el nombre de línea de Widom [87]. Así nuestras simulaciones evidencian, a través de diferentes parámetros estructurales, la existencia de una transición dinámica en el agua de hidratación, compatible con la transición líquido-líquido, incorrectamente asociada con una transición vítrea de proteínas (Subsección 3.2.3). El conocimiento desarrollado sobre el agua de hidratación nos condujo naturalmente a estudiar específicamente el papel que juega el agua en diferentes sistemas biológicos. De esta manera y en colaboración con el Prof. Ariel Fernández, estudiamos la dinámica del agua de hidratación en proteínas en base a un enfoque, basado en sus desarrollos previos [2, 48, 113, 114, 79], que codifica el comportamiento del agua nanoconfinada en un motivo estructural, los llamados dehidrones, los cuales representan defectos de empaquetamiento dados por puentes de hidrógeno, de la cadena principal de la proteína, desprotegidos o expuestos al efecto disruptivo del agua de hidratación. Los dehidrones resultan ser \pegajosos" al requerir del \arropamiento" o protección intermolecular por parte de grupos hidrofóbicos promoviendo así la asociación con ligandos. En este sentido demostramos (Capítulo 4) que dichos motivos estructurales en proteínas muestran una propensión a la deshidratación local y por ende representan regiones de alta hidrofobicidad local en proteínas. Es esta tendencia a la labilización del agua circundante que poseen dichos motivos la que promueve la asociación de ligandos (otras proteínas o drogas) que deben reemplazar al agua de hidratación y así completar la desolvatación o secado de estas interacciones. Este efecto, en el cual basicamente un tercer cuerpo no polar \protege" a una interacción electrostática contribuyendo a la deshidratación o exclusión del agua de la misma se denomina cooperativismo molecular (Sección 4.2). En consecuencia el tratamiento y estudio de las interfases proteína-proteína en base a este enfoque presentado anteriormente, implica un cambio de paradigma o, cuanto menos, un cambio en el nivel de análisis de este tipo de sistemas. Así, en el marco de esta colaboración desarrollamos en el seno de nuestro grupo de investigacion un alanine scanning in silico o computacional (Subsección 5.2.1), basado en estos conceptos, y así logramos predecir satisfactoriamente los hot spots de un conjunto de complejos proteína-proteína y verificar la importancia de las interacciones de tres cuerpos o cooperativas en la asociación de proteínas [18]. Específicamente logramos racionalizar la naturaleza de los hot spots y así de las interacciones en las interfases proteína-proteína, un problema que desde hace mucho tiempo no ha podido resolverse dado que solo se han considerado enfoques basados en la aditividad de las interacciones de a pares [2]. Estos conceptos son también de vital importancia para el dise~no racional de peque~nas moléculas disruptivas de interfases proteína-proteína, las cuales, en base a un dise~no racional, pueden imitar la capacidad \protectora" de los hot spots. Consecuentemente verficamos la importancia de las interacciones de tres cuerpos o cooperativas en la interacción entre drogas y proteínas (Capítulo 6) al verificar que un conjunto de drogas disruptivas de interfases proteína-proteína tienden a mimetizar las interacciones cooperativas intermoleculares de la proteína que reemplazan [19]. En base a estos conceptos también estudiamos el caso particular de la mutación oncogénica Y220C de la proteína p53 (Sección 6.2) [59, 149, 137, 115, 90, 69] conocido como el \guardián del genoma", el cual se encuentra mutado en la mitad de los casos de cancer en seres humanos, como así también estudiamos y optimizamos la función de rescate sobre el p53 de la molécula PhiKan083 desarrollada por el grupo del Prof. Alan Fersht. Finalmente en la última parte de esta Tesis extendemos preliminarmente las nociones anteriores al ámbito de la ciencia de materiales en medio acuoso (Capítulo 7). Sin embargo, en estos contextos mucho más amplios la existencia de un motivo estructural prevalente no emerge claramente dada la heterogeneidad de sistemas de estudio. Por lo tanto, como primer paso, es necesario para este contexto desarrollar medidas eficaces de la hidrofobicidad local. Así, resulta de interés estudiar modelos simples de los cuales extraer principios generalizables. Estas cuestiones se~nalan un camino de continuidad de todo el trabajo expuesto hasta esta etapa, donde esperamos que el desarrollo de enfoques más generales, sean de gran utilidad en el ámbito de la ciencia de materiales y la bioingeniería, en donde también operan otras interacciones no covalentes no contempladas en los temas expuestos anteriormente y en donde se necesite un grado de detalle o resolución mayor al que hemos utilizado anteriormente. En ese sentido estudiamos diferentes parámetros como las uctuaciones de densidad y tiempos de residencia de agua alrededor de una placa de grafeno, en el exterior de nanotubos de carbono de pared simple (Subsección 7.2.1), en superficies de monocapas autoensambladas de alcanos (SAMs) y en poros o cavidades de diferente tamaño talladas en la superficie de las SAMs (Subsección 7.2.2). En ese sentido verificamos el concepto de que las uctuaciones de densidad de agua representan una buena medida de la hidrofobicidad/hidrofilicidad de las superficies [70]. Por último, en el marco de una colaboración con el Prof. Pablo Debenedetti de Princeton University demostramos que las uctuaciones de densidad de agua alrededor de una placa de grafeno (un material ampliamente considerado como prototipo hidrofóbico) son practicamente idénticas a las uctuaciones sobre una superficie hidrofílica y muy diferentes de aquellas para una superficie hidrofóbica como las SAMs, lo cual denota un comportamiento hidroffilico de las superficies graffíticas [37]. Mostramos que dicho comportamiento hidrofíico del grafeno se traduce en un comportamiento de interés práctico: previene la agregación de dos placas de grafeno. / In this Thesis we studied, by means of molecular dynamic simulations, the structural and dynamic behavior of both bulk water and water within diferent nanoconfnemet conditions. Particularly, we studied biological systems like proteins and model surfaces like graphene sheets, carbon nanotubes and self-assembled monolayers (SAMs). We focused on the role of water in protein binding, in drug design, and also in the self-assembling of synthetic materials within an aqeous environment. Our simulations of bulk water (Chapter 2) both support and deepen the picture of water as being composed by zones of high density liquid water and low density liquid water (HDL and LDL respectively) for a range of temperatures between normal and supercooled liquid [140, 145, 133, 111, 142, 134, 135, 27]. Specifically, in collaboration with Prof. Francesco Sciortino (Universitá di Roma, La Sapienza), we studied the robustness and validity (for diferent temperatures and densities) of a method to determine both kind of molecules (HDL and LDL) (Subsection 2.2.1). We also determined the geometrical quality of the local structure of these kinds of molecules. In this context, we investigated the temperature dependence of the fraction of structured molecules (Subsection 2.2.4) and we observed that it might be described by a negative exponential function, which provides support to the two state model for water of Prof. H. Tanaka [142, 134, 135]. On the other hand, we studied the structure and orientation, as a function of temperature, of the hydration water of the lysozyme protein and of a model surface, namely a graphene sheet (Chapter 3). We observed an improvement of the tetrahedrical local order of water with decreasing temperature. In the case of the graphene sheet, we demonstrated that the first hydration layers exhibit a tendency to resemble hexagonal ice Ih (Subsection 3.2.2), similarly to the water-air interface but in the opposite way along the c-axis of the basal plane [86]. In turn, in the case of the first hydration layers of the lysozyme protein we found evidence of both kinds of behaviors, along with a clear trend of a fraction of the water molecules close to the surface to form hydrogen bonds with the protein (Subsection 3.2.2). We showed that these first hydration layers present a better local structure than the bulk at room temperature. However, the interface introduces a geometrical restriction that reduces both the tetrahedrical coordination typical of bulk water and the local density of the water molecules adjacent to the surface. Therefore these molecules tend to form three hydrogen bonds with neighboring water molecules to achieve the maximum coordination possible. Also, we addressed the hypothesis of the existence of a first order transition between two phases of liquid water (HDL and LDL). This supposed liquid-liquid transition of water would be given by the continuation of the coexistence line of the HDA and LDA phases (where HDA and LDA are the respectively vitreous forms) in the supercooled liquid phase diagram of water which would end in a second critical point of water, a liquid-liquid critical point [140, 108]. The extension of this coexistence line beyond the supposed liquid-liquid critical point is known as the Widom line [87]. Within this context, our simulations showed, by means of diferent structural parameters, the existence of a dynamic transition in hydration water, compatible with the proposed liquid-liquid transition and usually incorrectly associated with a \protein glass transition" (Subsection 3.2.3). The knowledge developed for hydration water led us to study the role of water for diferent biological systems. Thus, and in collaboration with Prof. Ariel Fernandez, we studied the dynamical behavior of protein hydration water based on an approach derived by his previous studies [2, 48, 113, 114, 79] which encodes the behavior of nanoconfined water in a structural motif, the so-called dehydron, which represents a packing defect given by backbone hydrogen bonds exposed to the disruptive efect of water. Dehydrons are found to be \sticky" since they require additional intermolecular \wrapping" (protection by hydrophobic groups) thus promoting protein association. In this sense, we showed (Chapter 4) that such protein structural motifs exhibit a local dehydration propensity, thus representing regions of high local hydrophobicity. This labilization of vicinal water promotes the association of ligands (other proteins or drugs) which must replace hydration water in order to bind and which thus complete the dehydration of the underwrapped intramolecular interactions of the target protein. This efect, in which a third non polar body \protects" an electrostatic interaction from the disruptive efect of water is defined as a molecular cooperativity process (Section 4.2). Thus, the study of protein-protein interfaces based on this approach implies the introduction of a new paradigm or, at least, a change in the level of analysis of this kind of systems. In the context of a collaboration with Prof. Ariel Fernandez, we designed an in silico alanine scanning scheme (Subsection 5.2.1) which succeeded in predicting the hot spots of a group of proteinprotein complexes and verified the relevance of the three-body interactions for protein association [18]. Specifically, we rationalized the nature of the protein hot spots and, thus, of the proteinprotein interactions, a problem that had been unsolved for many years due to the fact that it had only been considered in terms of the additivity of pairwise interactions [79]. These concepts are also very important for the rational design of small molecules disruptive of protein-protein interfaces which could mimic the protective function of the hot spots. Therefore we studied the importance of the three-body interactions for drug binding (Chapter 6), thus verifying that a group of drugs disruptive of protein-protein interfaces do in fact tend to mimic the cooperative interactions of the protein that they replace [19]. Within this framework we also studied the particular case of the oncogenic mutation Y220C in protein p53 (Section 6.2) [59, 149, 137, 115, 90, 69], a protein known as the \genome guardian" which is mutated in half of the cases of human cancer. Besides, we studied and optimized the rescue function of the small molecule PhiKan083 for the Y220C mutation developed by the group of Prof. Alan Fersht. Finally, the last part of this Thesis is devoted to a preliminary study to extend the abovementioned notions to the eld of materials science within an aqueous enviroment (Chapter 7). However, the existence of a prevalent structural motif is not evident for this wider context because of the heterogeneity of the systems under study. Thus, as a rst step it becomes necessary to develop e ective measures of local hydrophobicity of relevance for this context. Thus, we studied simple models from which to extract generalizable principles. These issues point out a way of continuity for our work, where we expect that the development of more general approaches would be useful for the elds of materials science and bioengineering where other non-covalent interactions might be operative and where a resolution higher than the one we used in previous works would be demanded. In this sense we studied di erent parameters like water density uctuations and water residence times at a graphene sheet, outside single-wall carbon nanotubes (Subsection 7.2.1), on the surface of alkane SAMs and inside pores of di erent size carved on the surface of the SAMs (Subsection 7.2.2). In that way we veri ed that the quanti cation of water density uctuations represents a good measure of the surface hydrophobicity/hydrophilicity [70]. 12 Within this context, and in collaboration with Prof. Pablo Debenedetti of Princeton University, we calculated water density uctuations for graphene (a material widely regarded as a prototype hydrophobe) to show a typical hydrophilic behavior [37], and we demonstrated that parallel graphene sheets present a tendency to remain fully hydrated and thus, they do not autoensemble to undergo a hydrophobic collapse like model hydrophobic surfaces we used as a control