As aplicações no setor espacial, quando se trata da estrutura porosa da zeólita, têm sido amplamente investigadas ao longo dos anos, por possuir diversas características, sendo uma delas a seletividade molecular, que lhes concede reconhecimento por parte dos pesquisadores como peneira molecular, além disso o material zeolítico possui os requisitos específicos para ambientes desse segmento, uma vez que o material possui uma certa resistência a ambientes extremos, estabilidade térmica e eficiência em processos de adsorção e purificação de ar em ambiente fechado, como cabines em aeronaves ou na estação espacial, servindo para controle de contaminantes como 𝑁𝐻3, 𝐻2𝑂 e 𝐶𝐻4, uma vez que, o uso já possui histórico consolidado. Diante disso, este trabalho tem o objetivo de investigar possíveis potencializações das propriedades da zeólita RUB-11, com a dopagem metálica por substituição do átomo de silício e por ramificação em pontos previamente calculados pela análise populacional, por meio do método computacional DFT com funcional PBE-GGA. Inicialmente, a estrutura da zeólita RUB-11 apresentou característica de material isolante, no entanto, os resultados da dopagem com metais de transição apresentam consideráveis alterações nas características da estrutura de origem, fazendo com que o material zeolítico se torne mais reativo. Além disso, confirma-se a viabilidade com as propriedades termodinâmicas (Entalpia, 𝐶𝑝, Entropia e Energia livre de Gibbs) e a reatividade através da energia de gap com a concordância dos resultados de óptica, tendo somente uma variação esperada, em razão aos métodos utilizados. Os estudos com adsorção tiveram como resultado a adsorção para todos os gases propostos nesta pesquisa, entretanto, a amônia e o dióxido de enxofre obtiveram melhores resultados. Enfim, a análise da estabilidade dos materiais demonstrou que a massa, o raio atômico dos metais inseridos na estrutura e a interação com os átomos de oxigênio são fatores determinantes para a estabilidade das variações do processo de dopagem.

Esta dissertação foca na modelagem matemática e computacional de bioprocessos voltados à
produção de biocombustíveis, com aplicação ao estudo de biocombustíveis para foguetes. O
estudo aborda as limitações do modelo cinético clássico de Monod e propõe uma abordagem
inovadora utilizando o cálculo fracionário para descrever de forma mais precisa a cinética de
reações em sistemas biológicos. A introdução de derivadas de ordem fracionária (como as de
Riemann-Liouville e Caputo) permite incorporar efeitos de memória e a natureza não local,
características inerentes a muitos bioprocessos. O objetivo geral do trabalho é criar e aplicar
computacionalmente um modelo de Monod fracionário para a análise e otimização da produção
de biocombustíveis. A metodologia adotada inclui a implementação computacional do modelo
em linguagem Python, utilizando o método iterativo regularizado de diferenças finitas (MIRDF)
para a resolução numérica das equações diferenciais fracionárias. O estudo também prevê a simulação do modelo em diferentes configurações de reatores biológicos (batelada, CSTR e PFR)
e uma análise comparativa do desempenho do modelo fracionário em relação ao modelo clássico. A pesquisa justifica-se pela necessidade de ferramentas matemáticas mais robustas para a
modelagem de bioprocessos e visa contribuir com valor tecnológico e científico, e de energias
renováveis, destacando o potencial do modelo proposto para otimizar bioprocessos voltados
à produção de biocombustíveis, com aplicações promissoras na propulsão aeroespacial, contribuindo assim para o desenvolvimento de fontes de energia renováveis e eficientes no setor
espacial.

Os dicalcogenetos de metais de transição (transition metal dichalcogenides-TMDs) possuem a
forma estrutural XY2, em que X é um metal de transição e Y equivale a um elemento
calcogênico e são bem promissores em aplicações na indústria aeroespacial, transitores,
produção de sensores entre outros. Estes materiais são caracterizados por ligações covalentes
entre os elementos X e Y apresentando polarização causada pela transferência eletrônica entre
os átomos metálicos e calcogênicos. Sendo assim, percebeu-se a necessidade de estudar novas
estruturas bidimensionais nesse setor. Então realizou-se um estudo e modelagem
computacional das propriedades optoeletrônicas e termodinâmicas da monocamada 1T’-
RuOsSe2 via formalismo da teoria do funcional da densidade (density fuctional theory-DFT)
usando cálculos ab initio, considerando principalmente a aproximação do gradiente
generalizado (GGA) e adota-se o funcional hibrido HSE06 para estimativa de bandgap, a
partir das nanoestruturas no estado de mínima energia. Os parâmetros de rede calculados para
o 1T’-RuOsSe2 são comparáveis com as estruturas conhecidas na literatura, 1T’-OsSe2 e 1T’-
RuSe2. As estruturas de bandas eletrônicas apresentam bandgaps indiretos para as
nanoestruturas 1T’-RuOs , 1T’-Os , e 1T’-Ru , com valores de 1,0, 0,96, e 0,93 eV,
respectivamente, sendo o limite superior de energia na banda de valência entre os pontos de
alta simetria Γ-Y, e limite inferior de energia na banda de condução no ponto Γ, para a
monocamada híbrida 1T’-RuOs (ΓY→Γ=1,0 eV). A investigação da absorção óptica
mostra que a monocamada de RuOsSe2 exibe uma absorção significativa nas regiões
ultravioleta e visível do espectro eletromagnético. Potenciais termodinâmicos e calor
específico a volume constante foram calculados, cuja dependência com a temperatura é
discutida. Prevemos uma nova monocamada de RuOsSe2 da fase 1T' que pode potencialmente
ser sintetizada para futuros dispositivos eletrônicos e trazer potenciais aplicações
tecnológicas.

Investigação acerca das propriedades termodinâmicas e cinéticas nas reações de combustão do diborano como combustível de foguete, à luz da literatura especializada. Para tanto, objetiva compreender as características e propriedades termodinâmicas e cinéticas da decomposição térmica das matérias de alta energia em busca de desenvolver um mecanismo das reações químicas de combustão. Do ponto de vista metodológico, trata-se de um estudo aplicado, com fins descritivos, abordagem quantitativa, cuja geometrização das moléculas foi modelada usando a programa Gaussview 5.0, considerando os dados experimentais para as ligações de cada molécula de interesse B-B, B-H, B-O, O-O, H-H, O-H, mencionadas nas reações isódesmicas. Evidencia-se que as otimizações das moléculas de equilíbrio no estado fundamental, foram realizadas usando o modelo B3LYP funcional de DFT para as geometrias das moléculas. Afirma-se que os cálculos das reações foram computados em temperaturas distintas de 100K, 298K, 500K e 1000K, assim fora possível extrair do arquivo de saída do Gaussian 09 as propriedades termodinâmicas tais como Variação de entalpia, Energia Livre de Gibbs, e Constante de equilíbrio. As constantes de equilíbrio Keq, foram computadas a partir das propriedades termodinâmicas dos reagentes e produtos em função da temperatura, e a variação de entalpia (∆H), foram calculadas tomando como base a diferença entre as entalpias dos produtos e reagentes. Reforça que na Teoria funcional da densidade (B3LYP) foi utilizado o conjunto de base cc-pVTZ (Tripla Zeta) para determinar a entalpia de formação das espécies neutras e críticas na decomposição térmica. A apresentação dos dados computacionais das geometrias moleculares foi apresentada nas formas de tabelas e gráficos. Concluiu-se que a técnica de reação isodésmicas tem muito sucesso em determinar os tipos de reações de combustão, e nos ajudou a esclarecer quais das reações estão envolvidas na absorção do calor produzido durante o processo. Observou-se que as reações I, II e III são reações com alto valor da variação da energia de Gibbs (negativa) e que liberam alta valor de energia para o meio.

Os combustíveis na aero especial e nas suas indústrias de aviação têm requisitos muito específicos relacionados com especificações militares e normas ASTM. Atualmente, Querosene e Gasolina de aviação são principais combustíveis utilizados, que são derivados de combustíveis fosseis (fontes não-renováveis), e considerados responsáveis por grande parte das emissões de gases de efeito estufa (aquecimento global) lançados na atmosfera. No Laboratório Associado de Combustão e Propulsão (LCP) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) foi desenvolvido um novo combustível limpo e mais barato, tem a base de etanol e etanolamina é combinado ao peróxido de hidrogênio concentrado. Este combustível começa a queimar espontaneamente sem a necessidade de uma fonte de ignição externa. Sendo assim, esta pesquisa fica em busca de encontrar a potencialidade de combustíveis benignas ou como aditivos nos combustíveis tradicionais. Neste sentido, destaca-se a possibilidade de caráter de combustíveis de butanol e propanol com amplas aplicabilidades. O objetivo dessa trabalho é analisar os relacionamentos e efeitos das estruturas isoméricas das moléculas de propanol e butanol como aditivados, bem suas propriedades termodinâmicas utilizando os métodos teóricos de DFT (B3LYP e PBE0) e método semiempírico PM6. Nota-se que os métodos de DFT tiveram uma boa aproximação na computação de energia livre de Gibbs e outras parâmetros termoquímicos para os isômeros do propanol, n-butanol e sec-butanol ao método PM6 e também se aproximaram aos valores de referência. Observou-se, no estudo de excitação eletrônicas na perspectiva espectro de absorção e dos Orbitais de Fronteira (HOMO-LUMO), revelando-se pôr a diferença dos orbitais de HOMO-LUMO, a reatividade e os possíveis formação de radicais nas câmeras de reação de combustão. Enfim, a minúscula variação e diferenças das propriedades termodinâmicas entre as estruturas de interesse das moléculas energéticas foram diagnosticadas pela método de Análise de componentes principais.