Los autores desean agradecer a la Comisión de Tecnología e Innovación (CTI, Suiza) por su apoyo financiero (núm 13.236,1 PFFLI-LS).

Las investigaciones se realizaron con una configuración de bomba de tubería (Figu re 2), que permite a los experimentos de tensión mecánica en las tasas de flujo de hasta 60 L min -1 y caídas de presión hasta 2 bar a realizar. Como se muestra en la Fig u ra 2, la configuración experimental se compone de el recipiente de almacenamiento, el circuito de la bomba, y el equipo para la técnica de endoscopia en línea. El impulsor del recipiente de almacenamiento sólo se utiliza para mezclar el tensioactivo. Elementos periféricos se integraron en el circuito cerrado para monitorear el caudal V y caída de presión p en diferentes ajustes de la bomba. Las investigaciones se variaron con la válvula de mano-rueda. 1. Configuración Experimental <ol><li> Asegúrese de que el biorreactor (D = 0,15 m, H / D = 2.2) está equipado con un impulsor para la disolución de la surfactant y asegurarse de que el tubo de entrada se sumerge en el líquido para evitar la entrada de gas. </li><li> Equipar el bucle de la bomba con un puerto de la jeringa, la bomba investigado, un medidor de flujo de pinza, un sensor de presión de un solo uso y una válvula de rueda manual. Después de la conexión del bucle de la bomba al recipiente de almacenamiento, conectar el cabezal de la bomba al motor y preparar la sonda endoscopio. </li><li> Montar el plano de reflexión cambiable, un espejo de rodio en este caso, en la punta de la sonda y ajustar la distancia entre el espejo y la lente a 150 micras. Ajuste el tornillo a 100 micras para enfocar la nitidez del objetivo. </li><li> Conecte la sonda al estroboscopio a través de un cable de fibra óptica y la cámara del endoscopio al ordenador mediante un cable Ethernet. A continuación, conecte la cámara y el estroboscopio entre sí a través de un cable disparador de caja. </li><li> Inicie el ordenador y abrir el software proporcionado por el fabricante, que incluye una adquisición de imágenes y software de reconocimiento, así como el software analizador de resultado. </li><li> Seleccione el software de adquisición de imágenes en el menú principal. </li><li> Haga clic en el botón &quot;Detectar dispositivo&quot; en la esquina superior izquierda de la pantalla para detectar la cámara. </li><li> En &quot;Configuración de directorio&quot;, seleccione la ubicación en el equipo para guardar imágenes y activar el comando &quot;Crear subcarpetas gatillo&quot;. </li><li> Introduzca los parámetros del proceso en el apartado &quot;Modo de disparo: Ready&quot;. Velocidad de cuadros: 7.5 Hz Fotogramas por gatillo: 50 Número de disparadores: 60 Intervalo de disparo: 60 seg </li><li> Tras la finalización de todos los trabajos preparatorios, vierta 5 l de agua desionizada en el recipiente de almacenamiento y encender la bomba para llenar la bomba y el bucle de la bomba. </li><li> Apague la bomba y añadir 0,9 ml de tensioactivo (surfactante c = 0,18 ml L-1, surfactante ρ, 20 ° C = 1070 kg m -3, la concentración micelar crítica (cmc): ω cmc0; ≈ 0,018 ml L -1, ω tensioactivo ≈ 10 · ω cmc) con una pipeta de 10 ml bajo agitación. Después de 10 min el agente tensioactivo se haya disuelto completamente. </li><li> Apague el impulsor y encender la bomba. Coloque la sonda de endoscopio de manera que la lente se encuentra directamente debajo del tubo de entrada. </li><li> Ajuste la velocidad de flujo de 3.4 L min -1 y la caída de presión de 0,03, 0,3 o 0,61 bar variando la velocidad del impulsor y la válvula de rueda manual. </li><li> Pesar 6,3 g de aceite directamente en la jeringa (β = 1,26 g de aceite L -1, aceite ρ, 20 ° C = 989,5 kg m -3). </li><li> Inicie el software de adquisición de imágenes y añadir el aceite a través del puerto de la jeringa. La bomba ejecuta distribuye las gotas de la emulsión. </li><li> Después de 1 hr, terminar la investigación tensión de cizallamiento y limpiar el endoscopio en línea, así como el biorreactorcon el bucle de bomba integrada. Posteriormente, preparar la configuración experimental para el siguiente proceso de bombeo. </li></ol> 2. Medición y Análisis de Imágenes <ol><li> Abra el software de reconocimiento automático de imagen en el menú principal. </li><li> En &quot;Directorio raíz de lotes&quot;, seleccione la ubicación en el equipo para guardar los archivos (todos * .csv). </li><li> Seleccione la columna &quot;Ruta de la serie de imagen&quot; y haga clic en el botón &quot;Agregar Imagen serie subcarpetas&quot; en la esquina inferior izquierda de la pantalla para cargar la imagen de la serie. </li><li> Cargue los parámetros del proceso que son proporcionados por el fabricante. Seleccione la columna &quot;Configuración de búsqueda (* .PSS o auftrag _ *. Mat)&quot; y haga clic en el botón &quot;Establecer la configuración de búsqueda&quot; en la media-baja de la pantalla para cargar los parámetros del proceso a fin de especificar el reconocimiento de la gota. </li><li> Seleccione la columna &quot;Buscar Patrón (* .psp o F _ *. Colchoneta) y haga clic en el botón&quot; Set Patrón de búsqueda &quot;en la esquina inferior derecha de la pantalla para cargar los parámetros del proceso a fin de especificar el análisis de caída. </li><li> Inicie el reconocimiento de la imagen haciendo clic en el botón &quot;lotes Inicio&quot;. </li><li> Después de la terminación de reconocimiento de imágenes, expresan los tamaños de gota detectada por el diámetro medio Sauter (d 32), o cualquier otro representante valor medio o la distribución de elección mediante el software de analizador de resultado. </li><li> Abra el software analizador de resultado en el menú principal. </li><li> Activar el comando &quot;todos * .csv en 1 carpeta&quot; y haga clic en la &quot;Carpeta de carga (s)&quot; botón en la esquina superior izquierda de la pantalla para cargar el todo * archivo .csv guardado previamente. </li><li> Seleccione el valor correspondiente (por ejemplo, Sauter diámetro medio) en la lista desplegable en la mitad superior de la pantalla para visualizar los resultados. Para el cálculo del diámetro de entrar en la escala de 0,6591 micras pixel -1 a la derecha, que es proporcionada por el fabricante. </li></ol><img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig2.jpg" /> Figura 2. Montaje experimental circuito de la bomba para la configuración de la bomba por tubería utilizando la endoscopia en línea como la técnica de medición:. (1) recipiente de almacenamiento, (2) Puerto jeringa, (3) de la bomba, (4) el sensor de presión, (5) sensor de flujo, ( 6) estroboscopio, (7) ordenador con el software proporcionado por el fabricante, y (8) de la sonda endoscopio. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig2highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>

<ol>
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C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experience+with+the+Levitronix+CentriMag&#174;+in+the+pediatric+population+as+a+bridge+to+decision+and+recovery.">Experience with the Levitronix CentriMag&#174; in the pediatric population as a bridge to decision and recovery.</a> Artif. Organs. 33 (11), 1002-1004 (2009).</li><li>Khan, N. U., Al Aloul, M., Shah, R., Yonan, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Early+experience+with+the+Levitronix+CentriMag&#174;+device+for+extra+corporeal+membrane+oxygenation+following+lung+transplantation.">Early experience with the Levitronix CentriMag&#174; device for extra corporeal membrane oxygenation following lung transplantation.</a> Eur. 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J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Particle+Stress+in+Bioreactors.">Particle Stress in Bioreactors.</a> Adv. Biochem. Eng./ Biotechnol. 67, 35-82 (2000).</li><li>Sprow, F. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drop+size+distributions+in+strongly+coalescing+agitated+liquid-liquid+systems.">Drop size distributions in strongly coalescing agitated liquid-liquid systems.</a> AIChE J. 13 (5), 995-998 (1967).</li><li>Shinnar, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+behaviour+of+liquid+dispersions+in+mixing+vessels.">On the behaviour of liquid dispersions in mixing vessels.</a> J. 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Des. 87 (4), 565-572 (2009).</li><li>Maa&#223;, S., Metz, F., Rehm, T., Kraume, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Prediction+of+drop+sizes+for+liquid/liquid+systems+in+stirred+slim+reactors+-+Part+I:+Single+stage+impellers.">Prediction of drop sizes for liquid/liquid systems in stirred slim reactors - Part I: Single stage impellers.</a> Chem. Eng. 162 (2), 792-801 (2010).</li></ol>

Wolfgang Dornfeld y Reto Schöb son empleados de Levitronix, Ltd., fabricante de las bombas centrífugas MagLev.

El objetivo de este protocolo es demostrar la idoneidad de la técnica de endoscopia en línea para las mediciones de tamaño de gota en los procesos de bombeo. Para este propósito, la caída de tamaños de un sistema de emulsión de aceite-agua se determinaron y un diámetro medio Sauter medido se calculó para caracterizar la tensión mecánica de la centrífuga MagLev bombas, así como sus homólogos, un peristáltica y una bomba de diafragma 4-pistón. Los resultados mostraron baja variación de la medida medio Sauter diámetros, los cuales fueron cuantificados por desviaciones estándar por debajo de 15%, lo que indica que los tamaños de gota se han medido de forma fiable y precisa. Como consecuencia, el diámetro medio de Sauter medido con éxito podría ser utilizado como un criterio de comparación para evaluar la tensión mecánica de las bombas investigados. Las bombas centrífugas MagLev revelaron mayores medidos Sauter diámetros medios, indicando tensiones mecánicas más bajas en las gotas de emulsión en comparación con las bombas de diafragma peristálticos y 4 pistones. En StudIES hasta la fecha, la endoscopia inline se ha demostrado ser una técnica robusta y simple para la medición del tamaño de gota fiable 1,6,12-14,20-21, que también fue confirmado por este estudio. En comparación con las técnicas de medición alternativos, tales como el sensor de FBR de fibra óptica, la FBRM y la técnica 2D-ORM, la técnica endoscopio se pueden utilizar como el método estándar para la obtención de datos precisos en aplicaciones de líquido / líquido 12,14. El fácil manejo de la endoscopia en línea y de la simple producción del sistema de emulsión de aceite-agua no biológica permite un procedimiento claro para detecciones tamaño de gota de acuerdo con el texto del protocolo (véase más arriba). Sin embargo, se debe mencionar que la posición de la sonda endoscopio depende del flujo de fluido en el recipiente de almacenamiento. Otras investigaciones (datos no mostrados) han revelado que la lente de la sonda debe estar situado directamente debajo del tubo de entrada para caudales más bajos hasta 5 L min -1a fin de evitar una detección múltiple de una gota 19. Para imágenes nítidas a velocidades de flujo más de 5 L min -1, se recomienda colocar la sonda al menos 10 cm del tubo de entrada. Independiente de los parámetros del proceso, el titular de la endoscopia en línea debe ser estable a fin de evitar un desplazamiento de la sonda, lo que puede dar lugar a imágenes borrosas. Además, particularmente Cabe señalar que el tamaño de la gota detectada es cercana al límite inferior de detección del sistema de foto-óptico aplicada, donde el diámetro mínimo gota detectable es 6,5 m. A medida que el software proporcionado por el fabricante se ha mejorado, las técnicas de endoscopia en línea pueden detectar de manera fiable un tamaño de gota mínima de 1 m. Por otra parte, el tratamiento de la imagen se seguirá desarrollando para permitir el monitoreo en línea de aplicaciones industriales. Aunque el presente estudio se centró en relativamente bajas tasas de flujo de hasta 3,4 L<html> 60; min -1, los estudios futuros deben considerar una amplia gama de condiciones de operación. Las primeras investigaciones se han llevado a cabo a velocidades de flujo de hasta 20 L min -1 (datos no mostrados). Sin embargo, una dilución 1: 2 (c surfactante = 0,09 ml L-1, c = 0,64 ml de aceite L -1) del sistema de emulsión de aceite-agua se recomienda a caudales de más de 10 L min -1 19, como una mayor ruptura gota causado por el aumento de la tensión mecánica de lo contrario afectará caer la detección y reducir el número de gotas detectadas. Las pruebas se llevaron a cabo con una dilución 1: 2 y se comparan con los resultados de un sistema de emulsión de aceite-agua sin diluir. Para ambos enfoques, el medio Sauter diámetros han sido medidos con fiabilidad (desviación estándar por debajo de 5%). Por lo tanto, la fracción de volumen reducido (dilución 1: 2) no influyó en la medida medio Sauter diámetros, y por lo tanto una ruptura gota-gota era insignificante. nt &quot;&gt; Estos potentes enfoques experimentales proporcionan una buena base para la mejora de la técnica de endoscopia, así como el software de adquisición de imágenes, el reconocimiento y el resultado analizador relacionada. Además, la idoneidad de la técnica de endoscopia para clasificar tipos de bombas y series de acuerdo a su mecánico estrés fue demostrado con éxito. Los resultados obtenidos son esenciales para el desarrollo del diseño de la bomba y la optimización de bombas para reducir el daño celular.

Las bombas se utilizan para transferir los cultivos de células en las industrias farmacéuticas y biotecnológicas. Durante el proceso de bombeo, el estrés mecánico puede resultar en el daño celular irreversible, lo que podría poner en peligro la cantidad y la calidad del producto 1-4. El nivel de estrés mecánico depende de la configuración del tipo de bomba y la bomba, como se ha demostrado en estudios previos 5-6. Comúnmente, las bombas peristálticas, jeringas y el diafragma se utilizan para un solo uso de aplicaciones basadas en tecnología (SU). Estas bombas resultan en altas fuerzas de cizallamiento locales causadas por la compresión de la tubería de la bomba y el flujo pulsante 7. Para superar estos inconvenientes, bombas centrífugas de levitación magnética (bombas centrífugas MagLev) constituyen una alternativa prometedora. El motor es accionado magnéticamente a fin de evitar huecos estrechos entre el impulsor y la carcasa de la bomba (Figura 1). Un estudio anterior investigó la centrífuga MagLevbombas y mostró la tensión mecánica menor en células de ovario de hámster chino (CHO) en comparación con las bombas de diafragma 5 peristáltica y 4 pistones. Además, los análisis de hemólisis no revelaron trauma sangre y trombo formación significativa sobre un rango de condiciones de operación utilizando estas bombas 8-11. Los resultados demuestran que el uso de estas bombas diseñadas específicamente se aplica menos estrés mecánico sobre los sistemas biológicos en comparación con las bombas peristálticas y el diafragma. Para investigar la tensión mecánica con un gasto limitado experimental, un sistema modelo de emulsión de aceite-agua se recomienda debido a su costo (aproximadamente 99,8%) y (ca. 99,5%) la aplicación de tiempo reducido en comparación con los sistemas de cultivo de células biológicas. Como gota de ruptura del sistema de emulsión de aceite-agua es una función de la tensión mecánica, la caída de tamaños deben ser contados en el tiempo experimental de las investigaciones de estrés de cizallamiento. Muchas de las técnicas para el dimensionamiento gotas están disponibles, which se puede dividir en sonido, láser y técnicas de foto base 12. En particular, el uso de la sonda en línea endoscopia foto-óptico muestra tamaños de gota casi idénticos para las detecciones manuales y automáticas (desviación estándar por debajo de 10%) y permite una detección de 250 gotas por minuto 13. Debido a su exactitud y fiabilidad, la técnica endoscopio ha demostrado ser una técnica de medición estándar eficaz para distribuciones de tamaño de gota en dispersiones líquido / líquido cuando se compara con otras sondas comúnmente utilizados (por ejemplo, fibra óptica adelante-atrás-ratio (FBR) sensor , método de haz enfocado de reflectancia (FBRM) y la técnica de medición de reflectancia óptica de dos dimensiones (2D-ORM)) 12,14. Por otra parte, la adecuación de la endoscopia en línea para la medición de tamaños de gota en un recipiente agitado se ha demostrado varias veces en las investigaciones anteriores 15-18. Basado en un estudio previo 6, este protocolo describeel uso de la endoscopia en línea para determinar tamaños de gota (diámetro medio Sauter) de un sistema de emulsión de aceite-agua en las bombas. El diámetro medio Sauter fue utilizado como un criterio de comparación con el fin de estimar el esfuerzo mecánico de los multi-uso (MU) bombas centrífugas MagLev, un peristáltica y un solo uso (SU) 4-pistón de la bomba de diafragma. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig1.jpg" /> Figura 1. levitación magnética del sistema de bomba centrífuga. (A) El principio de un motor sin cojinetes y (B) la PuraLev 200mu se muestran como un ejemplo. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig1highres.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>CCD camera</td>
			<td>Allied Vision Technologies GmbH</td>
			<td>GX2750</td>
			<td>Equipment for inline endoscopy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C-Flex Biopharmaceutical Tubing</td>
			<td>Saint-Gobain Performance Plastics</td>
			<td>374-375-4</td>
			<td>Tube 
			Select a tubing length of about 45 cm 
			before the pump.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C-Flex Biopharmaceutical Tubing</td>
			<td>Saint-Gobain Performance Plastics</td>
			<td>374-375-3</td>
			<td>Tube 
			Select a tubing length of about 45 cm after the pump and clamp on the flow sensor to this tubing.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CLAVE Connector</td>
			<td>Victus</td>
			<td>011-C2000</td>
			<td>Sampling port</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Controller LPC-200.1-02</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-30030</td>
			<td>PuraLev 200MU controller</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Controller LPC-600.1-02</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-30033</td>
			<td>PuraLev 600MU controller</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LeviFlow Clamp-On Sensor LFSC-12</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-30329</td>
			<td>Flow sensor for flow rates below 5 L min-1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LeviFlow Converter LFC-1C-CS</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-30328</td>
			<td>Flow sensor output device&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Masterflex I/P Easy Load</td>
			<td>Fisher Scientific AG</td>
			<td>EW-77963-10</td>
			<td>Peristaltic pump</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mitos free flow valve</td>
			<td>Parker Hannifin Europe S&#224;rl</td>
			<td>FFLQR16S6S6AM</td>
			<td>Valve</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mobil Eal Arctic</td>
			<td>Exxon Mobil Corporation</td>
			<td>Mobil EAL Arctic 22</td>
			<td>Oil 
			Prepare the emulsion directly before 
			the experiment.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motor</td>
			<td>Elektromotorenwerk Brienz AG</td>
			<td>7WAC72N4THTF</td>
			<td>Motor for agitator shaft</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motor BSM-1.4</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-10005</td>
			<td>PuraLev 200MU motor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motor LPM-600.4</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-10038</td>
			<td>PuraLev 600MU motor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Norm-Ject 10 mL Luer Lock</td>
			<td>Restek Corporation</td>
			<td>22775</td>
			<td>Syringe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pump Head LPP-200.5</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-90525</td>
			<td>PuraLev 200MU pump head</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pump Head LPP-600.18</td>
			<td>Levitronix GmbH</td>
			<td>100-90548</td>
			<td>PuraLev 600MU pump head</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quattroflow 1200-SU</td>
			<td>Almatechnik AG</td>
			<td>QF 1200</td>
			<td>4-piston diaphragm pump</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SciPres Sensor</td>
			<td>SciLog</td>
			<td>080-695PSX</td>
			<td>Pressure sensor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SciPres Sensor Monitor</td>
			<td>SciLog</td>
			<td>080-690</td>
			<td>Pressure sensor output device&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SOPAT-VF Inline Endoscopic Probe</td>
			<td>SOPAT GmbH</td>
			<td></td>
			<td>Inline endoscopy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stroboscope</td>
			<td>Drello GmbH &#38; Co KG</td>
			<td>Drelloscop 255-01</td>
			<td>Equipment for inline endoscopy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton X-100</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>X100</td>
			<td>Surfactant 
			Handle with gloves and goggles. 
			(acute toxicity, eye irritation)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a cost-effective and reliable method to predict mechanical stress in single-use and standard pumps

Las bombas se utilizan principalmente cuando se transfieren caldos de cultivo estériles en los procesos de producción biofarmacéuticas y biotecnológicas. Sin embargo, durante el proceso de bombeo fuerzas de corte se producen, que puede conducir a la pérdida de productos cualitativa y / o cuantitativa. Para calcular el esfuerzo mecánico con un gasto limitado experimental, se utilizó un sistema de emulsión de aceite-agua, cuya idoneidad se demostró para detecciones tamaño de gota en biorreactores 1. Como gota de ruptura del sistema de emulsión de aceite-agua es una función de la tensión mecánica, la caída de los tamaños necesitan ser contados en el tiempo experimental de las investigaciones de estrés de cizallamiento. En estudios anteriores, la endoscopia inline se ha demostrado ser una técnica de medición precisa y fiable para las detecciones de tamaño de gota en dispersiones líquido / líquido. El objetivo de este protocolo es demostrar la idoneidad de la técnica de endoscopia en línea para las mediciones de tamaño de gota en los procesos de bombeo. Con el fin de expresar el tamaño de la gota, el diámetro medio de Sauterd 32 se utilizó como el diámetro representante de gotas en la emulsión aceite-agua. Los resultados mostraron baja variación en los diámetros medios Sauter, que se cuantificaron por desviaciones estándar por debajo de 15%, lo que indica la fiabilidad de la técnica de medición.

Evaluación óptica Fig u ra 3 muestra las imágenes de reconocimiento de las partículas después de un tiempo de bombeo de 1 hr. Los superiores cuatro imágenes muestran las gotas antes del reconocimiento y las cuatro imágenes inferiores muestran las gotas marcadas por el software de reconocimiento. Las gotas detectados aparecen resaltados con un borde verde. Comparando las imágenes superior e inferior muestra que los bordes de la gota se detectaron precisamente por el software de reconocimiento de imágenes. Las imágenes de la izquierda muestran la distribución de la gota para la centrífuga MagLev bombas PuraLev 200mu y PuraLev 600MU, y los de la derecha muestran el diafragma de 4 pistones y la bomba peristáltica. Una evaluación óptica permite una clasificación inicial de la tensión mecánica en el sistema modelo de emulsión. Esto reveló que tamaños de gota más grandes y gota cuenta inferiores fueron generadas por las bombas centrífugas MagLev comparación con el diaphr 4 pistonesbomba de agm y peristáltica. En consecuencia, las bombas centrífugas MagLev, especialmente el PuraLev 200mu, mostraron una reducción rotura gota, indicando tensiones mecánicas inferiores. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig3.jpg" /> Figura 3. Imágenes de la endoscopia en línea. Emulsión gotas antes (A, B, C, D) y después (E, F, G, H) el reconocimiento de las partículas después de 1 hora de bombear usando (A, E) el PuraLev 200mu, ( B, F) el PuraLev 600MU, (C, G) la bomba de diafragma de 4 pistones, y (D, H) de la bomba peristáltica en condiciones de funcionamiento idénticas (3,4 L min -1 y 0,03 bar). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig3highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta cifra.</a> Me Sauterun diámetro Investigaciones posteriores revelaron desviaciones estándar por debajo d 32 ± 0,4 micras y garantiza resultados reproducibles utilizando inline endoscopia 19. Por lo tanto, múltiples investigaciones no eran necesarios para este enfoque, que reduce adicionalmente el gasto experimental. Con el fin de expresar el tamaño de la gota, el diámetro medio Sauter d 32 (ver Ec. 1) se utilizó como el diámetro representante de gotas en la emulsión aceite-agua para este enfoque. En general, el diámetro medio Sauter disminuyó con el tiempo para todos los tipos de bombas y ajustes de la bomba hasta alcanzar el estado de equilibrio 12. Las investigaciones en este estudio confirmaron la progresión del diámetro medio Sauter (Fig u re 4A a D), curvas de la PuraLev 200mu (Fig u RE &amp;# 160; 4A) y la bomba peristáltica (fig u re 4D) están discutiendo ejemplarmente en este protocolo. En contraste con la PuraLev 200mu, el medio Sauter diámetros eran hasta 40% más pequeño para la bomba peristáltica a las mismas condiciones de operación (caudal = 3,4 L min -1; caída de presión = 0,03 bar). Como consecuencia de ello, las tensiones mecánicas superiores resultaron en un aumento de la ruptura de la gota y tamaños de gota, por lo tanto de menor tamaño. Además, el diámetro de Sauter media disminuyó con el aumento de la caída de presión en el PuraLev 200mu (Fig u re 4A), lo que indica la dependencia del tamaño de la gota en caída de presión. En contraste, la bomba peristáltica mostró un diámetro medio Sauter de 32,60min d = 10 micras, con el final del experimento para todos los parámetros del proceso (Figu re 4D). Por lo tanto, el diámetro medio Sauter se encontró que era independiente de la caída de presión. Sin embargo, los resultados reflejan la comprensión física de la ruptura caída: de mayor tensión mecánica, se determinaron Sauter diámetros medios más pequeños (véase también la Fig u ra 5). Para cada punto de medición, al menos 300 gotas se determinaron con el fin de garantizar la seguridad estadística. La desviación estándar máxima disminuyó por PuraLev 200mu de d 32,4min ± 42 micras y para el PuraLev 600MU de d 32,6min ± 21 micras a aproximadamente 32 d ± 0,5 micras, con el final del proceso de bombeo. La desviación estándar de la disminución se debió a una mayor distribución del tamaño de gota homogénea hasta que se alcanzó el estado de equilibrio. En comparación to las bombas centrífugas MagLev, las bombas de diafragma peristálticos y 4 pistones revelaron desviaciones estándar por debajo d 32 ± 10 micras. <img alt="Ecuación 1" src="/files/ftp_upload/53052/53052eq1.jpg" width="80" /> (1) <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig4.jpg" /> Figura 4. perfiles típicos de Sauter significan diámetros d 32 con el tiempo y la determinación de los diámetros medios medidos Sauter d 32, m. Comparación de Sauter diámetros medios d 32 (A) para el PuraLev 200mu, (B) para el PuraLev 600MU, (C) para la bomba de diafragma 4-pistón, y (D) para la bomba peristáltica. Los diámetros medios Sauter D 32 se determinaron con un caudal de 3,4 L min -1 y caídas de presión que van desde 0,03 hasta 0,61 bar.La medida Sauter diámetro medio d 32, se calculó m para los últimos 10 minutos (límite). La desviación estándar resultante de los diámetros medios Sauter d 32 (N ≥ 300) se muestra. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig4highres.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> Sauter diámetro medio medido como un sistema de comparación Como se describió anteriormente, el diámetro medio Sauter disminuyó con el tiempo hasta que los tamaños de gota alcanzaron el estado estacionario. En el último 10 min del tiempo experimental, el valor medio de la Sauter diámetro medio se calculó para determinar el diámetro medido Sauter, que se utilizó como criterio de comparación de medias (ver límite de la Fig u ra 4A-D). Los diámetros medios medidos Sauter d 32, m se muestran para una velocidad de flujo de 3,4 L &amp;# 160; min -1 y una caída de presión rango 0,03-0,61 bar en la Fig u ra 5. Más grandes medidos Sauter diámetros medios se determinaron para ambas bombas centrífugas MagLev (200mu y 600MU) y la bomba de diafragma 4-pistón en menores caídas de presión y las velocidades del impulsor. La bomba peristáltica reveló mide medio Sauter diámetros de d 32, m = 10 m para todos los parámetros del proceso. Como se mencionó anteriormente, las fuerzas de cizallamiento fueron independientes de la caída de presión para la bomba peristáltica. Los Sauter diámetros medios medidos más grande de d 32, m = 36 micras para el PuraLev 200mu yd 32, m = 34 micras para el PuraLev 600MU se obtuvieron a una caída de presión de 0,03 bar. En comparación con sus homólogos, el MagLev bomba centrífuga serie obtiene hasta un 59% más grande mide medio Sauter diámetros. Estos resultados indica una menor tasa de ruptura de la gota y por lo tanto menor tensión mecánica resultante de la utilización de las bombas centrífugas. La desviación estándar de la medida medio Sauter diámetros durante el estado estacionario fue inferior al 15%, confirmando de ese modo valores fiables y precisos para los tamaños de gota. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig5.jpg" /> Figura 5. Comparación de las medidas Sauter diámetros medios d 32, m. Medido Sauter diámetros medios de las bombas centrífugas MagLev y sus contrapartes en el 3,4 L min -1 y presión gotas de 0,03, 0,30 y 0,61 bar. Las desviaciones estándar resultantes de los Sauter diámetros medios medidos d 32, m durante el estado estacionario se muestran. Abreviaturas <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig5highres.jpg" target="_blank">Ple</a>ase clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td> 2D-ORM </td><td> medición de reflectancia óptica bidimensional </td></tr><tr><td> CCD </td><td> dispositivo de carga acoplada </td></tr><tr><td> CHO </td><td> Ovario de hámster chino </td></tr><tr><td> cmc </td><td> concentración micelar crítica </td></tr><tr><td> FBR </td><td> adelante-atrás-relación </td></tr><tr><td> FBRM </td><td> método de reflectancia haz enfocado </td></tr><tr><td> MU </td><td> multiuso </td></tr><tr><td> SU </td><td> de un solo uso </td></tr></tbody></table> Nomenclatura <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td><img alt="V" fo:content-="" src="/files/ftp_upload/53052/V.jpg" width="8
" /></td><td> [M 3 s -1] </td><td> velocidad de flujo </td></tr><tr><td> c </td><td> [M 3 m -3] </td><td> concentración </td></tr><tr><td> d 32 </td><td> [M] </td><td> Diámetro medio de Sauter </td></tr><tr><td> d 32, m </td><td> [M] </td><td> Sauter diámetro medio medido </td></tr><tr><td> d s </td><td> [M] </td><td> diámetro de la superficie </td></tr><tr><td> d v </td><td> [M] </td><td> diámetro de volumen </td></tr><tr><td> F </td><td> [Hz] </td><td> frecuencia </td></tr><tr><td> n </td><td> [S-1] </td><td> velocidad del impulsor </td></tr><tr><td> N </td><td> [-] </td><td> número de gotas </td></tr><tr><td> p </td><td> Papá </td><td> Presión </td></tr><tr><td> t </td><td> segundo </td><td> hora </td></tr><tr><td> β </td><td> [kg m -3] </td><td> concentración de masa </td></tr><tr><td> ρ </td><td> [kg m -3] </td><td> densidad </td></tr><tr><td>69; </td><td> [M 3 m -3] </td><td> fracción de masa </td></tr></tbody></table> Tabla 1. Tabla de abreviaturas y nomenclatura.

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A Cost-effective and Reliable Method to Predict Mechanical Stress in Single-use and Standard Pumps

Shear stress investigations on an oil-water emulsion system result in drop breakup over the experimental time. To count drop sizes in pumping processes, the suitability of inline endoscopy was successfully demonstrated in this protocol.

Un método rentable y fiable para predecir la tensión mecánica en un solo uso y Bombas estándar

Pumps are mainly used when transferring sterile culture broths in biopharmaceutical and biotechnological production processes. However, during the pumping ...

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9.3K vistas.  Zurich University of Applied Sciences. Shear stress investigations on an oil-water emulsion system result in drop breakup over the experimental time. To count drop sizes in pumping processes, the suitability of inline endoscopy was successfully demonstrated in this protocol. 

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A Method to Fabricate Disconnected Silver Nanostructures in 3D

The standard nanofabrication toolkit includes techniques primarily aimed at creating 2D patterns in dielectric media. Creating metal patterns on a submicron scale requires a combination of nanofabrication tools and several material processing steps. For example, steps to create planar metal structures using ultraviolet photolithography and electron-beam lithography can include sample exposure, sample development, metal deposition, and metal liftoff. To create 3D metal structures, the sequence is repeated multiple times. The complexity and difficulty of stacking and aligning multiple layers limits practical implementations of 3D metal structuring using standard nanofabrication tools. Femtosecond-laser direct-writing has emerged as a pre-eminent technique for 3D nanofabrication.1,2 Femtosecond lasers are frequently used to create 3D patterns in polymers and glasses.3-7 However, 3D metal direct-writing remains a challenge. Here, we describe a method to fabricate silver nanostructures embedded inside a polymer matrix using a femtosecond laser centered at 800 nm. The method enables the fabrication of patterns not feasible using other techniques, such as 3D arrays of disconnected silver voxels.8 Disconnected 3D metal patterns are useful for metamaterials where unit cells are not in contact with each other,9 such as coupled metal dot10,11or coupled metal rod12,13 resonators. Potential applications include negative index metamaterials, invisibility cloaks, and perfect lenses.
In femtosecond-laser direct-writing, the laser wavelength is chosen such that photons are not linearly absorbed in the target medium. When the laser pulse duration is compressed to the femtosecond time scale and the radiation is tightly focused inside the target, the extremely high intensity induces nonlinear absorption. Multiple photons are absorbed simultaneously to cause electronic transitions that lead to material modification within the focused region. Using this approach, one can form structures in the bulk of a material rather than on its surface.
Most work on 3D direct metal writing has focused on creating self-supported metal structures.14-16 The method described here yields sub-micrometer silver structures that do not need to be self-supported because they are embedded inside a matrix. A doped polymer matrix is prepared using a mixture of silver nitrate (AgNO3), polyvinylpyrrolidone (PVP) and water (H2O). Samples are then patterned by irradiation with an 11-MHz femtosecond laser producing 50-fs pulses. During irradiation, photoreduction of silver ions is induced through nonlinear absorption, creating an aggregate of silver nanoparticles in the focal region. Using this approach we create silver patterns embedded in a doped PVP matrix. Adding 3D translation of the sample extends the patterning to three dimensions.

Femtosecond-laser direct-writing is frequently used to create three-dimensional (3D) patterns in polymers and glasses. However, patterning metals in 3D remains a challenge. We describe a method for fabricating silver nanostructures embedded inside a polymer matrix using a femtosecond laser centered at 800 nm.

Un método para fabricar nanoestructuras desconectados de plata en 3D

The standard nanofabrication toolkit includes  techniques primarily aimed at creating 2D patterns in dielectric media. Creating  metal patterns on a ...

Investigación

Ingeniería

Micro 3D Printing Using a Digital Projector and its Application in the Study of Soft Materials Mechanics

Buckling is a classical topic in mechanics. While buckling has long been studied as one of the major structural failure modes1, it has recently drawn new attention as a unique mechanism for pattern transformation. Nature is full of such examples where a wealth of exotic patterns are formed through mechanical instability2-5. Inspired by this elegant mechanism, many studies have demonstrated creation and transformation of patterns using soft materials such as elastomers and hydrogels6-11. Swelling gels are of particular interest because they can spontaneously trigger mechanical instability to create various patterns without the need of external force6-10. Recently, we have reported demonstration of full control over buckling pattern of micro-scaled tubular gels using projection micro-stereolithography (P&mu;SL), a three-dimensional (3D) manufacturing technology capable of rapidly converting computer generated 3D models into physical objects at high resolution12,13. Here we present a simple method to build up a simplified P&mu;SL system using a commercially available digital data projector to study swelling-induced buckling instability for controlled pattern transformation.
A simple desktop 3D printer is built using an off-the-shelf digital data projector and simple optical components such as a convex lens and a mirror14. Cross-sectional images extracted from a 3D solid model is projected on the photosensitive resin surface in sequence, polymerizing liquid resin into a desired 3D solid structure in a layer-by-layer fashion. Even with this simple configuration and easy process, arbitrary 3D objects can be readily fabricated with sub-100 &mu;m resolution.
This desktop 3D printer holds potential in the study of soft material mechanics by offering a great opportunity to explore various 3D geometries. We use this system to fabricate tubular shaped hydrogel structure with different dimensions. Fixed on the bottom to the substrate, the tubular gel develops inhomogeneous stress during swelling, which gives rise to buckling instability. Various wavy patterns appear along the circumference of the tube when the gel structures undergo buckling. Experiment shows that circumferential buckling of desired mode can be created in a controlled manner. Pattern transformation of three-dimensionally structured tubular gels has significant implication not only in mechanics and material science, but also in many other emerging fields such as tunable matamaterials.

We demonstrate controlled pattern transformation of swelling gel tubes by elastic instability. A simple projection micro stereo-lithography setup is built using an off-the-shelf digital data projector to fabricate three-dimensional polymeric structures in a layer-by-layer fashion. Swelling hydrogel tubes under mechanical constraint display various circumferential buckling modes depending on dimension.

Micro 3D Impresión con un proyector digital y su aplicación en el estudio de la mecánica de materiales blandos

Buckling is a classical topic in mechanics. While buckling has long been studied as one of the major structural failure modes1, it has recently drawn new ...

Mechanical Expansion of Steel Tubing as a Solution to Leaky Wellbores

Wellbore cement, a procedural component of wellbore completion operations, primarily provides zonal isolation and mechanical support of the metal pipe (casing), and protects metal components from corrosive fluids. These are essential for uncompromised wellbore integrity. Cements can undergo multiple forms of failure, such as debonding at the cement/rock and cement/metal interfaces, fracturing, and defects within the cement matrix. Failures and defects within the cement will ultimately lead to fluid migration, resulting in inter-zonal fluid migration and premature well abandonment. Currently, there are over 1.8 million operating wells worldwide and over one third of these wells have leak related problems defined as Sustained Casing Pressure (SCP)1. 
The focus of this research was to develop an experimental setup at bench-scale to explore the effect of mechanical manipulation of wellbore casing-cement composite samples as a potential technology for the remediation of gas leaks. 
The experimental methodology utilized in this study enabled formation of an impermeable seal at the pipe/cement interface in a simulated wellbore system. Successful nitrogen gas flow-through measurements demonstrated that an existing microannulus was sealed at laboratory experimental conditions and fluid flow prevented by mechanical manipulation of the metal/cement composite sample. Furthermore, this methodology can be applied not only for the remediation of leaky wellbores, but also in plugging and abandonment procedures as well as wellbore completions technology, and potentially preventing negative impacts of wellbores on subsurface and surface environments.

This article reports on a laboratory scale investigation of an existing field procedure and its adaptation for sealing of leaky wellbores. It consists of mechanical expansion of metal pipe, which results in an improved metal/cement bond, ultimate sealing of hydraulic pathways and prevention of gas leaks caused by the presence of a microannular channel.

Expansión Mecánica de tubo de acero como una solución a los pozos con fugas

Wellbore cement, a procedural component of wellbore completion operations, primarily provides zonal isolation and mechanical support of the metal pipe ...

A Robotic Platform to Study the Foreflipper of the California Sea Lion

The California sea lion (Zalophus californianus), is an agile and powerful swimmer. Unlike many successful swimmers (dolphins, tuna), they generate most of their thrust with their large foreflippers. This protocol describes a robotic platform designed to study the hydrodynamic performance of the swimming California sea lion (Zalophus californianus). The robot is a model of the animal&#39;s foreflipper that is actuated by motors to replicate the motion of its propulsive stroke (the &#39;clap&#39;). The kinematics of the sea lion&#39;s propulsive stroke are extracted from video data of unmarked, non-research sea lions at the Smithsonian Zoological Park (SNZ). Those data form the basis of the actuation motion of the robotic flipper presented here. The geometry of the robotic flipper is based a on high-resolution laser scan of a foreflipper of an adult female sea lion, scaled to about 60% of the full-scale flipper. The articulated model has three joints, mimicking the elbow, wrist and knuckle joint of the sea lion foreflipper. The robotic platform matches dynamics properties&#8212;Reynolds number and tip speed&#8212;of the animal when accelerating from rest. The robotic flipper can be used to determine the performance (forces and torques) and resulting flowfields.

A robotic platform is described that will be used to study the hydrodynamic performance&#8212;forces and flowfields&#8212;of the swimming California sea lion. The robot is a model of the animal&#39;s foreflipper that is actuated by motors to replicate the motion of its propulsive stroke (the &#39;clap&#39;).

Una plataforma robótica para estudiar la Foreflipper del león marino de California

The California sea lion (Zalophus californianus), is an agile and powerful swimmer. Unlike many successful swimmers (dolphins, tuna), they generate most ...

Ice Generation and the Heat and Mass Transfer Phenomena of Introducing Water to a Cold Bath of Brine

We demonstrate a method for the study of the heat and mass transfer and of the freezing phenomena in a subcooled brine environment. Our experiment showed that, under the proper conditions, ice can be produced when water is introduced to a bath of cold brine. To make ice form, in addition to having the brine and water mix, the rate of heat transfer must bypass that of mass transfer. When water is introduced in the form of tiny droplets to the brine surface, the mode of heat and mass transfer is by diffusion. The buoyancy stops water from mixing with the brine underneath, but as the ice grows thicker, it slows down the rate of heat transfer, making ice more difficult to grow as a result. When water is introduced inside the brine in the form of a flow, a number of factors are found to influence how much ice can form. Brine temperature and concentration, which are the driving forces of heat and mass transfer, respectively, can affect the water-to-ice conversion ratio; lower bath temperatures and brine concentrations encourage more ice to form. The flow rheology, which can directly affect both the heat and mass transfer coefficients, is also a key factor. In addition, the flow rheology changes the area of contact of the flow with the bulk fluid.

Here, we present a protocol to demonstrate the generation of ice when water is introduced to a cold bath of brine, as a secondary refrigerant, at a range of temperatures well below the freezing point of water. It can be used as an alternative way of producing ice for industry.

Generación de hielo y la transferencia de calor y masa fenómenos de introducción de agua a un baño de agua fría de salmuera

We demonstrate a method for the study of the heat and mass transfer and of the freezing phenomena in a subcooled brine environment. Our experiment showed ...

Plasmonic Trapping and Release of Nanoparticles in a Monitoring Environment

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few can observe immobilized particles. Moreover, a limited number of studies have experimentally measured the exertable forces on the particles. The designs can be classified as the protruding nanodisk type or the suppressed nanohole type. For the latter, microscopic observation is extremely challenging. In this paper, a new plasmonic tweezer system is introduced to monitor particles, both in directions parallel and orthogonal to the symmetric axis of a plasmonic nanohole structure. This feature enables us to observe the movement of each particle near the rim of the nanohole. Furthermore, we can quantitatively estimate the maximal trapping forces using a new fluidic channel.

A microchip fabrication process that incorporates plasmonic tweezers is presented here. The microchip enables the imaging of a trapped particle to measure maximal trapping forces.

Plasmónica la captura y liberación de nanopartículas en un entorno de monitorización

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few ...

Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional component that should have high electrical conductivity, high mechanical properties, and high productivity.
In this regard, a carbon fiber/epoxy resin composite can be an ideal material to replace the conventional graphite bipolar plate, which often leads to the catastrophic failure of the entire system because of its inherent brittleness. Though the carbon/epoxy composite has high mechanical properties and is easy to manufacture, the electrical conductivity in the through-thickness direction is poor because of the resin-rich layer that forms on its surface. Therefore, an expanded graphite coating was adopted to solve the electrical conductivity issue. However, the expanded graphite coating not only increases the manufacturing costs but also has poor mechanical properties.
In this study, a method to expose fibers on the composite surface is demonstrated. There are currently many methods that can expose fibers by surface treatment after the fabrication of the composite. This new method, however, does not require surface treatment because the fibers are exposed during the manufacture of the composite. By exposing bare carbon fibers on the surface, the electrical conductivity and mechanical strength of the composite are increased drastically.

A protocol to expose bare fibers on the composite surface by eliminating resin rich area is presented. The fibers are exposed during fabrication of the composites, not by the post surface treatment. The exposed carbon composites exhibit high electrical conductivity in the through-thickness direction and high mechanical property.

Implementación experimental de un nuevo método de fabricación compuesto: exponer desnudas fibras en la superficie del compuesto por el método de capa suave

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional ...

Measurements of Waves in a Wind-wave Tank Under Steady and Time-varying Wind Forcing

This manuscript describes an experimental procedure that allows obtaining diverse quantitative information on temporal and spatial evolution of water waves excited by time-dependent and steady wind forcing. Capacitance-type wave gauge and Laser Slope Gauge (LSG) are used to measure instantaneous water surface elevation and two components of the instantaneous surface slope at a number of locations along the test section of a wind-wave facility. The computer-controlled blower provides airflow over the water in the tank whose rate can vary in time. In the present experiments, the wind speed in the test section initially increases quickly from rest to the set value. It is then kept constant for the prescribed duration; finally, the airflow is shut down. At the beginning of each experimental run, the water surface is calm and there is no wind. Operation of the blower is initiated simultaneously with the acquisition of data provided by all sensors by a computer; data acquisition continues until the waves in the tank fully decay. Multiple independent runs performed under identical forcing conditions allow determining statistically reliable ensemble-averaged characteristic parameters that quantitatively describe wind-waves&#39; variation in time for the initial development stage as a function of fetch. The procedure also allows characterizing the spatial evolution of the wave field under steady wind forcing, as well as decay of waves in time, once the wind is shut down, as a function of fetch.

This manuscript describes a fully computer-controlled procedure that allows obtaining reliable statistical parameters from experiments of water waves excited by steady and unsteady wind forcing in a small-scale facility.

Mediciones de las ondas en un tanque de ondas de viento con viento constante y varían con el tiempo obligando a

This manuscript describes an experimental procedure that allows obtaining diverse quantitative information on temporal and spatial evolution of water ...

Measurements of Local Instantaneous Convective Heat Transfer in a Pipe - Single and Two-phase Flow

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer coefficient as a function of the liquid flow rate in a transparent pipe. With certain amendments, the approach is extended to gas-liquid flows, with a particular emphasis on the effect of a single elongated (Taylor) air bubble on heat transfer enhancement. A non-invasive thermography technique is applied to measure the instantaneous temperature of a thin metal foil heated electrically. The foil is glued to cover a narrow slot cut in the pipe. The thermal inertia of the foil is small enough to detect the variation in the instantaneous foil temperature. The test section can be moved along the pipe and is long enough to cover a considerable part of the growing thermal boundary layer.
At the beginning of each experimental run, a steady state with a constant water flow rate and heat flux to the foil is attained and serves as the reference. The Taylor bubble is then injected into the pipe. The heat transfer coefficient variations due to the passage of a Taylor bubble propagating in a vertical pipe is measured as function of the distance of the measuring point from the bottom of the moving Taylor bubble. Thus, the results represent the local heat transfer coefficients. Multiple independent runs preformed under identical conditions allow accumulating sufficient data to calculate reliable ensemble-averaged results on the transient convective heat transfer. In order to perform this in a frame of reference moving with the bubble, the location of the bubble along the pipe has to be known at all times. Detailed description of measurements of the length and of the translational velocity of the Taylor bubbles by optical probes is presented.

This manuscript describes methods aimed at measuring the local instantaneous convective heat transfer coefficients in a single or two-phase pipe flow. A simple optical method to determine the length and the propagation velocity of an elongated (Taylor) air bubble moving at a constant velocity is also presented.

Mediciones de transferencia de calor convectivo instantánea Local en una pipa - flujo bifásico y solo

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer ...

Three-electrode Coin Cell Preparation and Electrodeposition Analytics for Lithium-ion Batteries

As lithium-ion batteries find use in high energy and power applications, such as in electric and hybrid-electric vehicles, monitoring the degradation and subsequent safety issues becomes increasingly important. In a Li-ion cell setup, the voltage measurement across the positive and negative terminals inherently includes the effect of the cathode and anode which are coupled and sum to the total cell performance. Accordingly, the ability to monitor the degradation aspects associated with a specific electrode is extremely difficult because the electrodes are fundamentally coupled. A three-electrode setup can overcome this problem. By introducing a third (reference) electrode, the influence of each electrode can be decoupled, and the electrochemical properties can be measured independently. The reference electrode (RE) must have a stable potential that can then be calibrated against a known reference, for example, lithium metal. The three-electrode cell can be used to run electrochemical tests such as cycling, cyclic voltammetry, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Three-electrode cell EIS measurements can elucidate the contribution of individual electrode impedance to the full cell. In addition, monitoring the anode potential allows the detection of electrodeposition due to lithium plating, which can cause safety concerns. This is especially important for the fast charging of Li-ion batteries in electric vehicles. In order to monitor and characterize the safety and degradation aspects of an electrochemical cell, a three-electrode setup can prove invaluable. This paper aims to provide a guide to constructing a three-electrode coin cell setup using the 2032-coin cell architecture, which is easy to produce, reliable, and cost-effective.

Three-electrode cells are useful in studying the electrochemistry of lithium-ion batteries. Such an electrochemical setup allows the phenomena associated with the cathode and anode to be decoupled and examined independently. Here, we present a guide for construction and use of a three-electrode coin cell with emphasis on lithium plating analytics.

Moneda de tres electrodos célula preparación y análisis de electrodeposición para baterías de iones de litio

As lithium-ion batteries find use in high energy and power applications, such as in electric and hybrid-electric vehicles, monitoring the degradation and ...