Gli autori desiderano ringraziare la Commissione per la tecnologia e l&#39;innovazione (CTI, Svizzera) per il loro supporto finanziario (n 13.236,1 PFFLI-LS).

Le indagini sono state effettuate utilizzando una configurazione pompa in filodiffusione (Figu RE 2), che consente di esperimenti sollecitazioni meccaniche a portate fino a 60 L min -1 e la pressione scende fino a 2 bar da eseguire. Come mostrato in Fig re u 2, l&#39;apparato sperimentale è costituito dal serbatoio di stoccaggio, il circuito di pompa, e l&#39;attrezzatura per la tecnica in linea endoscopia. La girante del recipiente di accumulo è stato utilizzato solo per mescolare il tensioattivo. Elementi periferici sono stati integrati nel circuito chiuso per il controllo della portata V e perdita di carico p a differenti impostazioni della pompa. Le indagini sono state variate utilizzando la valvola di volantino. 1. Setup sperimentale <ol><li> Assicurarsi che il bioreattore (D = 0,15 m, H / D = 2,2) è dotata di una girante per la dissoluzione del surfactant e assicurarsi che il tubo di ingresso immerge nel liquido per evitare un ingresso gas. </li><li> Dotare il loop pompa con una porta siringa, la pompa indagato, un flussometro clamp-on, un sensore di pressione monouso ed una valvola volantino. Dopo il collegamento del circuito di pompa al serbatoio di stoccaggio, collegare la testa della pompa al motore e preparare la sonda dell&#39;endoscopio. </li><li> Montare il piano di riflessione variabile, uno specchio rodio in questo caso, al puntale e regolare la distanza tra lo specchio e la lente a 150 micron. Regolare la vite a 100 micron di focalizzare la nitidezza dell&#39;obiettivo. </li><li> Collegare la sonda al stroboscopio tramite un cavo in fibra ottica e la fotocamera dell&#39;endoscopio al computer tramite un cavo Ethernet. Quindi, collegare la fotocamera e il stroboscopio insieme tramite un cavo innesco-box. </li><li> Avviare il computer e aprire il software fornito dal produttore, che include l&#39;acquisizione delle immagini e software per il riconoscimento, così come il software analizzatore di conseguenza. </li><li> Selezionare il software di acquisizione di immagini nel menu principale. </li><li> Fare clic sul pulsante &quot;Rileva dispositivo&quot; nell&#39;angolo in alto a sinistra dello schermo per rilevare la fotocamera. </li><li> Sotto &quot;Impostazioni Directory&quot;, selezionare la posizione sul computer in cui salvare le immagini e attivare il comando &quot;Crea sotto grilletto cartelle&quot;. </li><li> Immettere i parametri di processo nella sezione &quot;Modalità Trigger: Pronto&quot;. Frame rate: 7.5 Hz Fotogrammi al grilletto: 50 Numero di trigger: 60 Intervallo di trigger: 60 sec </li><li> Dopo il completamento di tutti i lavori di preparazione, versare 5 L di acqua deionizzata nel recipiente di stoccaggio e accendere la pompa per riempire la pompa e il ciclo della pompa. </li><li> Spegnere la pompa e aggiungere 0,9 ml di tensioattivi (c tensioattivo = 0,18 ml L -1, tensioattivo ρ, 20 ° C = 1,070 kg m -3, concentrazione micellare critica (CMC): ω cmc0; ≈ 0.018 ml L -1, ω tensioattivo ≈ 10 · ω cmc) con una pipetta 10 ml sotto agitazione. Dopo 10 minuti il ​​tensioattivo è completamente sciolto. </li><li> Spegnere la girante e accendere la pompa. Posizionare la sonda dell&#39;endoscopio in modo che l&#39;obiettivo si trova direttamente sotto il tubo di ingresso. </li><li> Impostare la portata di 3,4 L min -1 e la caduta di pressione di 0,03, 0,3 o 0,61 bar variando la velocità della girante e la valvola volantino. </li><li> Pesare 6,3 g di olio direttamente nella siringa (β olio = 1,26 g L -1, olio ρ, 20 ° C = 989.5 kg m -3). </li><li> Avviare il software di acquisizione delle immagini e aggiungere l&#39;olio tramite la porta siringa. La pompa di esecuzione distribuisce le gocce di emulsione. </li><li> Dopo 1 ora, terminare l&#39;indagine sollecitazione di taglio e pulire l&#39;endoscopio in linea come pure il bioreattorecon il ciclo pompa integrata. Successivamente, preparare il setup sperimentale per il prossimo processo di pompaggio. </li></ol> 2. Misura e Image Analysis <ol><li> Aprire il software di riconoscimento automatico immagine nel menu principale. </li><li> Sotto &quot;Root Batch Directory&quot; selezionare la posizione sul computer in cui salvare i file (tutti * .csv). </li><li> Selezionare la colonna &quot;Percorso immagini Series&quot; e fare clic sul pulsante &quot;Aggiungi immagine Serie sottocartelle&quot; nell&#39;angolo in basso a sinistra dello schermo per caricare la serie di immagini. </li><li> Caricare i parametri di processo che sono forniti dal fabbricante. Selezionare la colonna &quot;Impostazioni di ricerca (* .pss o auftrag _ *. Mat)&quot; e fare clic sul pulsante &quot;Set Impostazioni di ricerca&quot; nel medio-inferiore dello schermo per caricare parametri di processo per specificare il riconoscimento goccia. </li><li> Selezionare la colonna &quot;Pattern (* .psp o F _ *. Mat) Ricerca e fare clic sul pulsante&quot; Set modello di ricerca &quot;nell&#39;angolo in basso a destra dello schermo per caricare i parametri di processo per specificare l&#39;analisi goccia. </li><li> Avviare il riconoscimento dell&#39;immagine facendo clic sul pulsante &quot;Start batch&quot;. </li><li> Dopo il completamento di riconoscimento di immagini, esprimono le dimensioni delle gocce rilevate dal Sauter diametro (d 32) significano, o qualsiasi altro valore rappresentativo o distribuzione di scelta significano utilizzando il software analizzatore risultato. </li><li> Aprire il software analizzatore risultato nel menu principale. </li><li> Attivare il comando &quot;tutto * .csv in 1 Cartella&quot; e fare clic sul pulsante &quot;Cartella Load (s)&quot; nell&#39;angolo in alto a sinistra dello schermo per caricare il precedentemente salvato tutti file * .csv. </li><li> Selezionare il valore corrispondente (ad esempio, Sauter diametro medio) nell&#39;elenco a discesa al centro superiore dello schermo per visualizzare i risultati. Per il calcolo del diametro immettere la scala di 0,6591 micron pixel -1 a destra, che è fornito dal produttore. </li></ol><img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig2.jpg" /> Circuito pompa per l&#39;installazione della pompa di sottofondo utilizzando l&#39;endoscopia in linea come la tecnica di misurazione Figura 2. Apparato sperimentale:. (1) nave di stoccaggio, (2) porta la siringa, (3) la pompa, (4) sensore di pressione, (5) sensore di flusso, ( 6) stroboscopio, (7) computer con il software fornito dal produttore, e (8) della sonda endoscopio. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig2highres.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa 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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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 e Reto Schöb sono dipendenti di Levitronix, Ltd., produttore di pompe centrifughe MagLev.

L&#39;obiettivo di questo protocollo è quello di mostrare l&#39;idoneità della tecnica endoscopica in linea per goccia misurazioni dimensionali nei processi di pompaggio. A questo scopo, goccia dimensioni di un sistema di emulsione olio-acqua sono stati determinati e un diametro medio Sauter misurata è stata calcolata per caratterizzare la sollecitazione meccanica della centrifuga MagLev pompe, così come i loro omologhi, un peristaltica e una pompa a membrana 4-pistone. I risultati hanno mostrato bassa variazione della misura Sauter significa diametro, che sono stati quantificati da deviazioni standard al di sotto del 15%, con l&#39;indicazione che le dimensioni goccia sono state valutate in modo affidabile e preciso. Di conseguenza, il diametro medio Sauter misurata potrebbe venir utilizzato come criterio di confronto per valutare lo stress meccanico delle pompe indagate. Le pompe centrifughe MagLev rivelato diametri medi grandi misurati Sauter, indicando minori sollecitazioni meccaniche su gocce di emulsione rispetto alle pompe a membrana peristaltiche e 4 pistoncini. In Studi fino ad oggi, in linea di endoscopia ha dimostrato di essere una tecnica solida e semplice per goccia affidabile misura di formato 1,6,12-14,20-21, che è stata confermata anche da questo studio. Rispetto alle tecniche di misura alternative, come il sensore FBR fibra ottica, la FBRM e la tecnica 2D-ORM, la tecnica endoscopio può essere utilizzato come metodo standard per ottenere dati precisi in applicazioni liquido / liquido 12,14. La maneggevolezza della endoscopia linea e la semplice produzione del sistema di emulsione olio-acqua non biologica permette una procedura semplice per rilevazioni formato goccia secondo il testo protocollo (vedi sopra). Tuttavia, va detto che la posizione della sonda dell&#39;endoscopio dipende dal flusso del fluido nel serbatoio di stoccaggio. Ulteriori indagini (dati non riportati) hanno rivelato che l&#39;obiettivo della sonda deve essere posizionato direttamente sotto il tubo di ingresso per portate inferiori fino al 5 L min -1al fine di evitare un rilevamento multiplo di una goccia 19. Per immagini nitide a portate oltre 5 L min -1, si consiglia di posizionare la sonda ad almeno 10 cm di distanza dal tubo di ingresso. Indipendente dei parametri di processo, il titolare della endoscopia linea deve essere stabile per evitare uno spostamento della sonda, che può produrre immagini sfocate. Inoltre, si dovrebbe in particolare osservato che la dimensione della goccia rilevato è vicino al limite inferiore di rilevamento del sistema di foto-ottico applicata, in cui il diametro minimo goccia rilevabile è 6,5 micron. Poiché il software fornito dal produttore è stata migliorata, tecniche di endoscopia in linea in grado di rilevare in modo affidabile una dimensione minima goccia di 1 micron. Inoltre, l&#39;elaborazione delle immagini verrà ulteriormente sviluppato per consentire il monitoraggio on-line di applicazioni industriali. Mentre il presente studio ha analizzato portate relativamente basse fino a 3,4 L<html> 60; min -1, gli studi futuri dovrebbero prendere in considerazione una gamma più ampia di condizioni di funzionamento. Primi indagini sono state effettuate a portate fino a 20 L min -1 (dati non mostrati). Tuttavia, una diluizione 1: 2 (c tensioattivo = 0,09 ml L -1, c = 0,64 ml olio L -1) del sistema di emulsione acqua-olio è indicato a portate oltre 10 L min -1 19, come un aumento rottura goccia causata da maggiori sollecitazioni meccaniche altrimenti influenzerebbe goccia individuazione e ridurre il numero di gocce rilevati. Le prove sono state effettuate con una diluizione 1: 2 e confrontati con i risultati di un sistema di emulsione olio-acqua non diluito. Per entrambi gli approcci, la Sauter significa diametri sono stati misurati in maniera affidabile (deviazione standard al di sotto del 5%). Pertanto, frazione di volume ridotto (diluizione 1: 2) non influenza la misura Sauter significa diametri, e quindi una rottura goccia-goccia era trascurabile. nt &quot;&gt; Questi potenti approcci sperimentali fornire una buona base per il miglioramento della tecnica endoscopica nonché l&#39;acquisizione delle immagini, riconoscimento e analizzatore risultato relativo software. Inoltre, l&#39;idoneità della tecnica endoscopica di classificare tipi di pompa e serie secondo la loro meccanica lo stress è stato dimostrato con successo. I risultati ottenuti sono essenziali per lo sviluppo del progetto della pompa e l&#39;ottimizzazione delle pompe per ridurre i danni delle cellule.

Le pompe sono usati per trasferire colture cellulari nelle industrie farmaceutiche e biotecnologiche. Durante il processo di pompaggio, stress meccanico può causare danni cellulari irreversibili, che potrebbero compromettere la quantità e la qualità del prodotto 1-4. Il livello di stress meccanico dipende dalle impostazioni del tipo di pompa e pompa, come dimostrato in studi precedenti 5-6. Comunemente, peristaltici, siringa e diaframma pompe sono utilizzate per monouso applicazioni basate su tecnologia (SU). Queste pompe producono elevate forze di taglio locale causati dalla compressione del tubo della pompa e il flusso pulsante 7. Per superare questi inconvenienti, pompe centrifughe a levitazione magnetica (pompe centrifughe MagLev) costituire una promettente alternativa. Il motore è azionato magneticamente per evitare spazi ristretti tra la girante e il corpo pompa (Figura 1). Un precedente studio ha indagato la centrifuga MagLevpompe e ha mostrato sollecitazioni meccaniche inferiore in ovaio di criceto cinese (CHO) cellule rispetto alle pompe a membrana peristaltica e 4 pistoncini 5. Inoltre, le analisi non hanno rivelato emolisi significativo trauma sangue e trombo formazione su una gamma di condizioni operative che utilizzano queste pompe 8-11. I risultati dimostrano che l&#39;uso di queste pompe specificamente progettati applica meno sollecitazioni meccaniche sui sistemi biologici in confronto con le pompe peristaltiche e membrana. Per studiare lo stress meccanico con spese sperimentale limitato, un sistema modello emulsione acqua-olio è raccomandato per la sua economicità (circa 99,8%) e in tempo ridotto (circa 99,5%) applicazione rispetto ai sistemi di colture cellulari biologici. Come goccia rottura del sistema di emulsione olio-acqua è funzione della sollecitazione meccanica, goccia dimensioni devono essere contati nel tempo sperimentale delle indagini sforzo di taglio. Molte tecniche per il dimensionamento gocce sono disponibili, which possono essere suddivisi in suono, laser e tecniche di fotografia a base 12. In particolare, l&#39;uso della foto-ottico sonda linea endoscopia mostra le dimensioni di goccia quasi identiche per rilevamenti manuale e automatico (deviazione standard inferiore al 10%) e consente un rilevamento di 250 gocce al minuto 13. A causa della sua precisione e affidabilità, la tecnica dell&#39;endoscopio ha dimostrato di essere una tecnica di misura standard efficace per distribuzioni dimensionali goccia a dispersioni liquide / liquido quando confrontato con altre sonde comunemente utilizzati (ad esempio, fibra ottica avanti-indietro-ratio (FBR) Sensore , fascio concentrato metodo di riflessione (FBRM) e la tecnica di misura ottica riflettanza bidimensionali (2D-ORM)) 12,14. Inoltre, l&#39;idoneità di endoscopia in linea per la determinazione delle misure goccia in un recipiente agitato è stato dimostrato più volte in precedenti indagini 15-18. Sulla base di uno studio preliminare 6, questo protocollo descrivel&#39;uso della linea endoscopia per determinare le dimensioni di goccia di un sistema di emulsione olio-acqua nelle pompe (Sauter diametro medio). Il diametro medio Sauter è stato utilizzato come criterio di confronto per valutare lo stress meccanico delle multiuso (MU) pompe centrifughe MagLev, una peristaltica e monouso (SU) pompa a membrana 4-pistone. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig1.jpg" /> Figura 1. levitazione magnetica centrifuga pompa-system. (A) Il principio di un motore senza cuscinetti e (B) il PuraLev 200mu sono mostrati come esempio. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig1highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa 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

Le pompe sono utilizzati principalmente per il trasferimento brodi di coltura sterile nei processi di produzione biofarmaceutici e biotecnologiche. Tuttavia, durante il processo di pompaggio forze di taglio si verificano che può portare alla perdita qualitativa e / o quantitativa prodotto. Per calcolare lo stress meccanico con spese sperimentale limitato, un sistema di emulsione acqua-olio è stato utilizzato, la cui idoneità è stata dimostrata per rilevazioni di dimensioni caduta in bioreattori 1. Come goccia rottura del sistema di emulsione olio-acqua è funzione della sollecitazione meccanica, goccia dimensioni devono essere contati nel tempo sperimentale delle indagini sforzo di taglio. In studi precedenti, l&#39;endoscopia linea ha dimostrato di essere una tecnica accurata e affidabile misurazione per rilevamenti formato goccia a dispersioni liquido / liquido. L&#39;obiettivo di questo protocollo è quello di mostrare l&#39;idoneità della tecnica endoscopica in linea per goccia misurazioni dimensionali nei processi di pompaggio. Per esprimere la dimensione della goccia, la Sauter diametro mediod 32 è stato utilizzato come il diametro rappresentante gocce in emulsione olio-acqua. I risultati hanno mostrato bassa variazione dei diametri medi Sauter, quantificati dalla deviazione standard di sotto del 15%, indicando l&#39;affidabilità della tecnica di misura.

Valutazione ottica Fig u ra 3 mostra le immagini di riconoscimento delle particelle dopo un tempo di pompaggio di 1 ora. Le quattro immagini superiori mostrano le gocce prima di riconoscimento e le basse quattro immagini mostrano le gocce segnati dal software di riconoscimento. Le gocce rilevati sono evidenziati con un bordo verde. Confrontando le immagini superiore e inferiore mostra che i bordi goccia stati precisamente rilevati dal software di riconoscimento dell&#39;immagine. Le immagini a sinistra mostrano la distribuzione di rilascio per la centrifuga MagLev pompe PuraLev 200mu e PuraLev 600MU, e quelli a destra mostrano il diaframma a 4 pistoncini e la pompa peristaltica. Una valutazione ottica consentito una classificazione iniziale della sollecitazione meccanica nel sistema modello emulsione. Ciò ha rivelato che le dimensioni goccia più grandi e goccia conta più bassi sono stati generati dalle pompe centrifughe MagLev rispetto al diaphr 4 pistoncinipompa AGM e peristaltica. Di conseguenza, le pompe centrifughe MagLev, in particolare il PuraLev 200mu, hanno mostrato una ridotta goccia rottura, indicando sollecitazioni meccaniche inferiori. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig3.jpg" /> Figura 3. Immagini della dell&#39;endoscopia inline. Emulsion gocce prima (A, B, C, D) e dopo (E, F, G, H) il riconoscimento di particelle dopo 1 ora di pompaggio con (A, E) il PuraLev 200mu, ( B, F) il PuraLev 600MU, (C, G) la pompa a membrana a 4 pistoncini, e (D, H) la pompa peristaltica in condizioni operative identiche (3.4 L min -1 e 0,03 bar). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig3highres.jpg" target="_blank">Cliccate qui per visualizzare un versione più grande di questa figura.</a> Mi SAUTERun diametro Ulteriori ricerche hanno rivelato deviazioni standard al di sotto d 32 ± 0,4 micron e garantiti risultati riproducibili quando si utilizza l&#39;endoscopia linea 19. Pertanto, più indagini non sono stati richiesti per questo approccio, che inoltre ha ridotto la spesa sperimentale. Per esprimere la dimensione della goccia, il diametro medio Sauter d 32 (vedi Eq. 1) è stato usato come il diametro rappresentante gocce in emulsione olio-acqua per questo approccio. In generale, il diametro medio Sauter diminuito nel tempo per tutti i tipi di pompe e le impostazioni della pompa fino a raggiungere lo stato stazionario 12. Le indagini in questo studio hanno confermato la progressione del diametro Sauter media (Fig u ri 4A a D), le curve della PuraLev 200mu (Fig u ri &amp;# 160; 4A) e la pompa peristaltica (Fig u re 4D) di essere esemplarmente discusse in questo protocollo. In contrasto con la PuraLev 200mu, la Sauter significa diametri sono stati fino al 40% più piccolo per la pompa peristaltica alle stesse condizioni operative (portata = 3,4 L min -1; pressione goccia = 0,03 bar). Di conseguenza, maggiori sollecitazioni meccaniche determinato un aumento scioglimento goccia e dimensioni delle gocce di conseguenza più piccole. Inoltre, il diametro medio Sauter diminuiva con l&#39;aumentare caduta di pressione nel PuraLev 200mu (Fig u ri 4A), che indicava la dipendenza della dimensione delle gocce sulla caduta di pressione. Al contrario, la pompa peristaltica mostrato un Sauter diametro d 32,60min = 10 micron significa alla fine dell&#39;esperimento per tutti i parametri di processo (Figu ra 4D). Pertanto, il diametro medio Sauter è risultato essere indipendente dalla caduta di pressione. Tuttavia, i risultati riflettono comprensione fisica della rottura goccia: con elevato stress meccanico, piccole Sauter diametri medi sono stati determinati (vedi anche Fig ri u 5). Per ciascun punto di misurazione, almeno 300 gocce sono stati determinati in modo da garantire certezza statistica. La deviazione standard massima diminuito per il PuraLev 200mu da d 32,4min ± 42 micron e per la PuraLev 600MU da d 32,6min ± 21 micron a circa d 32 ± 0,5 micron al termine del processo di pompaggio. La deviazione standard è diminuita determinato dalla distribuzione di dimensione delle gocce omogenea aumentata fino a raggiungere lo stato stazionario. In confronto to le pompe centrifughe MagLev, le pompe a membrana peristaltiche e 4 pistoncini rivelato deviazioni standard al di sotto d 32 ± 10 micron. <img alt="Equazione 1" src="/files/ftp_upload/53052/53052eq1.jpg" width="80" /> (1) <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig4.jpg" /> Figura 4. tipici profili di Sauter significano diametri D 32 nel tempo e la determinazione dei diametri medi misurati Sauter D 32, m. Confronto di Sauter diametri medi D 32 (A) per il PuraLev 200mu, (B) per la PuraLev 600MU, (C) per la pompa a membrana 4-pistone, e (D) per la pompa peristaltica. I diametri medi Sauter D 32 sono stati determinati con un flusso di 3,4 L min -1 e perdite di carico che vanno 0,03-,61 bar.Il misurata Sauter medio diametro d 32, m è stata calcolata per gli ultimi 10 minuti (limite). La deviazione standard risultante dei diametri medi Sauter D 32 (N ≥ 300) e &#39;stato. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig4highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> Sauter diametro medio misurato come un sistema di comparazione Come descritto sopra, il diametro medio Sauter diminuiva nel tempo fino a quando le dimensioni delle gocce raggiunto lo stato stazionario. Negli ultimi 10 minuti del tempo sperimentale, il valore medio della Sauter diametro medio è stato calcolato per determinare la misura del diametro Sauter, che è stato utilizzato come criterio di confronto media (vedi confine della Fig u ra 4A-D). I diametri medi Sauter misurati d 32, m sono mostrate per una portata di 3.4 L &amp;# 160; min -1 e una caduta di pressione gamma 0,03-0,61 bar in Fig re u 5. Diametri medi di maggiore misurati Sauter sono stati determinati per entrambe le pompe centrifughe MagLev (200mu e 600MU) e la pompa a membrana 4-pistone minori perdite di carico e velocità della girante. La pompa peristaltica rivelato misurata Sauter significa diametri d 32, m = 10 micron per tutti i parametri di processo. Come accennato in precedenza, le forze di taglio erano indipendenti della caduta di pressione per la pompa peristaltica. I diametri medi Sauter grande misurati d 32, m = 36 micron per la PuraLev 200mu e d 32, m = 34 micron per il PuraLev 600MU sono stati ottenuti con una caduta di pressione di 0,03 bar. In confronto con le controparti, il MagLev pompa centrifuga serie ottenuto fino al 59% più grande misurato Sauter significa diametri. Questi risultatis indicato un tasso inferiore di goccia rottura e alla conseguente diminuzione sollecitazioni meccaniche derivanti dall&#39;uso delle pompe centrifughe. La deviazione standard della misura Sauter significa diametri durante lo stato stazionario era al di sotto del 15%, confermando i valori affidabili e precisi per le dimensioni delle gocce. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/53052/53052fig5.jpg" /> Figura 5. Confronto dei diametri medi misurati Sauter D 32, m. Misurato Sauter diametri medi per le pompe centrifughe MagLev e le loro controparti a 3,4 L min -1 e cadute di pressione di 0,03, 0,30 e 0,61 bar. Le conseguenti deviazioni standard dei diametri medi Sauter misurati d 32, m durante lo stato stazionario sono mostrati. Abbreviazioni <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53052/53052fig5highres.jpg" target="_blank">Ple</a>ase clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td> 2D-ORM </td><td> Misurazione riflettanza ottica bidimensionale </td></tr><tr><td> CCD </td><td> dispositivi ad accoppiamento di carica CCD </td></tr><tr><td> CHO </td><td> Ovariche di criceto cinese </td></tr><tr><td> cmc </td><td> concentrazione micellare critica </td></tr><tr><td> FBR </td><td> avanti-indietro-ratio </td></tr><tr><td> FBRM </td><td> metodo di riflessione fascio concentrato </td></tr><tr><td> MU </td><td> multi-uso </td></tr><tr><td> SU </td><td> monouso </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 sec -1] </td><td> Portata </td></tr><tr><td> c </td><td> [M 3 m -3] </td><td> concentrazione </td></tr><tr><td> d 32 </td><td> [M] </td><td> Sauter diametro medio </td></tr><tr><td> d 32, m </td><td> [M] </td><td> Sauter diametro medio misurato </td></tr><tr><td> d s </td><td> [M] </td><td> diametro di superficie </td></tr><tr><td> d v </td><td> [M] </td><td> del diametro del volume </td></tr><tr><td> f </td><td> [Hz] </td><td> frequenza </td></tr><tr><td> n </td><td> [Sec -1] </td><td> velocità del girante </td></tr><tr><td> N </td><td> [-] </td><td> numero di gocce </td></tr><tr><td> p </td><td> Papà </td><td> calo di pressione </td></tr><tr><td> t </td><td> secondo </td><td> tempo </td></tr><tr><td> β </td><td> [kg m -3] </td><td> concentrazione di massa </td></tr><tr><td> ρ </td><td> [kg m -3] </td><td> densità </td></tr><tr><td>69; </td><td> [M 3 m -3] </td><td> frazione di massa </td></tr></tbody></table> Tabella 1. Tabella delle abbreviazioni e 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 metodo conveniente e affidabile per prevedere lo stress meccanico in monouso e pompe standard

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

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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 metodo per fabbricare nanostrutture d&#39;argento disconnesse in 3D

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

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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 Stampa con un proiettore digitale e la sua applicazione nello studio della meccanica dei materiali morbidi

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.

Espansione meccanica dei tubi d&#39;acciaio come una soluzione per i pozzi che perde

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 piattaforma robotica per studiare la Foreflipper della California Sea Lion

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.

Generazione di ghiaccio e il calore e Trasferimento di Massa fenomeni di acqua L&#39;introduzione di un bagno freddo di salamoia

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.

Plasmonico cattura e rilascio di nanoparticelle in un ambiente di monitoraggio

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.

Implementazione sperimentale di un nuovo metodo di fabbricazione compositi: esponendo fibre nude sulla superficie composita dal metodo strato morbido

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.

Misure delle onde in un serbatoio di ondata di vento sotto vento costante e variabili nel tempo costringendo

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.

Misure di scambio di calore convettivo istantanea locale in un tubo - flusso singolo e due fasi

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.

Preparazione delle cellule di tre elettrodi moneta e Analitica di elettrodeposizione per batterie agli ioni di 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 ...