Design of a low power - high temperature heated ceramic sensor to detect halogen gases

The design, construction and optimization of a low power-high temperature heated ceramic sensor to detect leaking of halogen gases in refrigeration systems are presented. The manufacturing process was done with microelectronic assembly and the Low Temperature Cofire Ceramic (LTCC) technique. Four basic sensor materials were fabricated and tested: Li2SiO3, Na2SiO3, K2SiO3, and CaSiO 3. The evaluation of the sensor material, sensor size, operating temperature, bias voltage, electrodes size, firing temperature, gas flow, and sensor life was done. All sensors responded to the gas showing stability and reproducibility. Before exposing the sensor to the gas, the sensor was modeled like a resistor in series and the calculations obtained were in agreement with the experimental values. The sensor response to the gas was divided in surface diffusion and bulk diffusion; both were analyzed showing agreement between the calculations and the experimental values. The sensor with 51.5%CaSiO3 + 48.5%Li 2SiO3 shows the best results, including a stable current and response to the gas. ^

Design of a Low Power – High Temperature Heated Ceramic Sensor to Detect Halogen Gases

The design, construction and optimization of a low power-high temperature heated ceramic sensor to detect leaking of halogen gases in refrigeration systems are presented. The manufacturing process was done with microelectronic assembly and the Low Temperature Cofire Ceramic (LTCC) technique. Four basic sensor materials were fabricated and tested: Li2SiO3, Na2SiO3, K2SiO3, and CaSiO3. The evaluation of the sensor material, sensor size, operating temperature, bias voltage, electrodes size, firing temperature, gas flow, and sensor life was done. All sensors responded to the gas showing stability and reproducibility. Before exposing the sensor to the gas, the sensor was modeled like a resistor in series and the calculations obtained were in agreement with the experimental values. The sensor response to the gas was divided in surface diffusion and bulk diffusion; both were analyzed showing agreement between the calculations and the experimental values. The sensor with 51.5%CaSiO3 + 48.5%Li2SiO3 shows the best results, including a stable current and response to the gas.

Estudo experimental sobre o comportamento do escoamento bifásico água - ar para a medição de vazão em placa de orifício

The measurement of flow through the prediction of differential pressure is widely used in industrial day-to-day, this happens mainly due to the fact that it is used for various types of fluids, such as gas flow and liquid with viscosity distinct even flow of fluids with particles in suspension. The suitability of this equipment for measuring mass flow in two-phase flow is of paramount importance for technological development and reliability of results. When it comes to two-phase flow the relationship between the fluids and their interactions are of paramount importance in predicting the flow. In this paper, we propose the use of concentric orifice plate used in small diameter pipes of 25.4 mm order where a two-phase flow flows between water-air. The measurement of single-phase flow was made with the use of data in NBR 5167-1 which was used to Stolz equation for measuring discharge coefficient. In the two-phase flow was used two correlations widely used in the prognosis of mass flow, the pattern of Zhang (1992) and the model of Chisholm (1967), to the homogeneous flow model. It was observed that the behavior found in Zhang model are consistent more realistic way the mass flow of two-phase flow, since the model Chisholm extrapolate the parameters for the downstream pressure P2, the orifice plate, and the rated discharge coefficient. The use of the change in pressure drop P1-P2 and discharge coefficient, led to a better convergence of the values obtained for the two-phase air-water stream.

Less strain, more gain_nano_patterning III-N thin films

Controlling the growth mechanism for nano-structures is one of the most critical topics in material science. In the past 10 years there has been intensive research worldwide in IIIN based nanowires for its many unique photonic and electrical properties at this scale. There are several advantages to nanostructuring III-N materials, including increased light extraction, increased device efficiency, reduction of efficiency droop, and reduction in crystallographic defect density. High defect densities that normally plague III-N materials and reduce the device efficiency are not an issue for nano-structured devices such as LEDs, due to the effective strain relaxation. Additionally regions of the light spectrum such as green and yellow, once found difficult to achieve in bulk planar LEDs, can be produced by manipulating the confinement and crystal facet growth directions of the active regions. A cheap and easily repeatable self-assembly nano-patterning technique at wafer scale was designed during this thesis for top down production of III-N nanowires. Through annealing under ammonia and N2 gas flow, the first reported dislocation defect bending was observed in III-N nanorods by in-situ transmission electron microscopy heating. By growing on these etched top down nanorods as a template, ultra-dense nanowires with apex tipped semi-polar tops were produced. The uniform spacing of 5nm between each wire is the highest reported space-filling factor at 98%. Finally by using these ultra-dense nanorods bridging the green gap of the light spectrum was possible, producing the first reported red, yellow, green light emission from a single nano-tip.

Seasonal variations in surface metabolite composition of Fucus vesiculosus and Fucus serratus sampled at outer Kiel Fjord (August 2012 - July 2013)

The chemical composition of surface associated metabolites of two Fucus species (Fucus vesiculosus and Fucus serratus) was analysed by means of gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) to describe temporal patterns in chemical surface composition. Method: The two perennial brown macroalgae F. vesiculosus and F. serratus were sampled monthly at Bülk, outer Kiel Fjord, Germany (54°27'21 N / 10°11'57 E) over an entire year (August 2012 - July 2013). Per month and species six non-fertile Fucus individuals were collected from mixed stands at a depth of 0.5 m under mid water level. For surface extraction approx. 50 g of the upper 5-10 cm apical thalli tips were cut off per species. The surface extraction of Fucus was performed according to the protocol of de Nys and co-workers (1998) with minor modifications (see Rickert et al. 2015). GC/EI-MS measurements were performed with a Waters GCT premier (Waters, Manchester, UK) coupled to an Agilent 6890N GC equipped with a DB-5 ms 30 m column (0.25 mm internal diameter, 0.25 mM film thickness, Agilent, USA). The inlet temperature was maintained at 250°C and samples were injected in split 10 mode. He carrier gas flow was adjusted to 1 ml min-1. Alkanes were used for referencing of retention times. For further details (GC-MS sample preparation and analysis) see the related publication (Rickert et al. submitted to PLOS ONE).

Histoire évolutive de la galaxie spirale NGC 5430

La galaxie spirale barrée NGC 5430 est particulière en ce sens qu’elle présente un noeud Wolf-Rayet très lumineux et des bras asymétriques. Des spectres longue-fente le long de la barre et dans le bras déformé ainsi que des données SpIOMM couvrant l’ensemble de la galaxie ont été analysées. L’absorption stellaire sous-jacente a été soustraite des spectres longue-fente à l’aide d’un ajustement de modèles théoriques de populations stellaires fait avec le programme GANDALF. L’absorption a un impact très important sur le calcul de l’extinction ainsi que sur les différents diagnostics propres aux régions HII et aux populations stellaires jeunes. Enfin, cette étude montre que NGC 5430 comporte une composante gazeuse ionisée diffuse sur toute son étendue et qu’il est important d’en tenir compte afin d’appliquer correctement les diagnostics. Un des scénarios évolutifs proposés au terme de cette étude est que le noeud Wolf-Rayet constitue le restant d’une petite galaxie ou d’un nuage intergalactique qui serait entré en collision avec NGC 5430. Une structure englobant le noeud Wolf-Rayet se déplace à une vitesse considérablement inférieure (50 - 70 km s-1) à celle attendue à une telle distance du centre de la galaxie (200 - 220 km s-1). De plus, le noeud Wolf-Rayet semble très massif puisque l’intensité maximale du continu stellaire de cette région est semblable à celle du noyau et est de loin supérieure à celle de l’autre côté de la barre. Le nombre d’étoiles Wolf-Rayet (2150) est aussi considérable. Il n’est toutefois pas exclu que la différence de vitesses observée témoigne d’un écoulement de gaz le long de la barre, qui alimenterait la formation stellaire du noeud Wolf-Rayet ou du noyau.

Développement et caractérisation de nouveaux nanocomposites polymères électriquement conductueurs pour plaques bipolaires de piles à combustible à membrane échangeuse de protons, PEMFC

Face à la diminution des ressources énergétiques et à l’augmentation de la pollution des énergies fossiles, de très nombreuses recherches sont actuellement menées pour produire de l’énergie propre et durable et pour réduire l’utilisation des sources d’énergies fossiles caractérisées par leur production intrinsèque des gaz à effet de serre. La pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) est une technologie qui prend de plus en plus d’ampleur pour produire l’énergie qui s’inscrit dans un contexte de développement durable. La PEMFC est un dispositif électrochimique qui fonctionne selon le principe inverse de l’électrolyse de l’eau. Elle convertit l’énergie de la réaction chimique entre l’hydrogène et l’oxygène (ou l’air) en puissance électrique, chaleur et eau; son seul rejet dans l’atmosphère est de la vapeur d’eau. Une pile de type PEMFC est constituée d’un empilement Électrode-Membrane-Électrode (EME) où la membrane consiste en un électrolyte polymère solide séparant les deux électrodes (l’anode et la cathode). Cet ensemble est intégré entre deux plaques bipolaires (BP) qui permettent de collecter le courant électrique et de distribuer les gaz grâce à des chemins de circulation gravés sur chacune de ses deux faces. La plupart des recherches focalisent sur la PEMFC afin d’améliorer ses performances électriques et sa durabilité et aussi de réduire son coût de production. Ces recherches portent sur le développement et la caractérisation des divers éléments de ce type de pile; y compris les éléments les plus coûteux et les plus massifs, tels que les plaques bipolaires. La conception de ces plaques doit tenir compte de plusieurs paramètres : elles doivent posséder une bonne perméabilité aux gaz et doivent combiner les propriétés de résistance mécanique, de stabilité chimique et thermique ainsi qu’une conductivité électrique élevée. Elles doivent aussi permettre d’évacuer adéquatement la chaleur générée dans le cœur de la cellule. Les plaques bipolaires métalliques sont pénalisées par leur faible résistance à la corrosion et celles en graphite sont fragiles et leur coût de fabrication est élevé (dû aux phases d’usinage des canaux de cheminement des gaz). C’est pourquoi de nombreuses recherches sont orientées vers le développement d’un nouveau concept de plaques bipolaires. La voie la plus prometteuse est de remplacer les matériaux métalliques et le graphite par des composites à matrice polymère. Les plaques bipolaires composites apparaissent attrayantes en raison de leur facilité de mise en œuvre et leur faible coût de production mais nécessitent une amélioration de leurs propriétés électriques et mécaniques, d’où l’objectif principal de cette thèse dans laquelle on propose: i) un matériau nanocomposite développé par extrusion bi-vis qui est à base de polymères chargés d’additifs solides conducteurs, incluant des nanotubes de carbone. ii) fabriquer un prototype de plaque bipolaire à partir de ces matériaux en utilisant le procédé de compression à chaud avec un refroidissement contrôlé. Dans ce projet, deux polymères thermoplastiques ont été utilisés, le polyfluorure de vinylidène (PVDF) et le polyéthylène téréphtalate (PET). Les charges électriquement conductrices sélectionnées sont: le noir de carbone, le graphite et les nanotubes de carbones. La combinaison de ces charges conductrices a été aussi étudiée visant à obtenir des formulations optimisées. La conductivité électrique à travers l’épaisseur des échantillons développés ainsi que leurs propriétés mécaniques ont été soigneusement caractérisées. Les résultats ont montré que non seulement la combinaison entre les charges conductrices influence les propriétés électriques et mécaniques des prototypes développés, mais aussi la distribution de ces charges (qui de son côté dépend de leur nature, leur taille et leurs propriétés de surface), avait aidé à améliorer les propriétés visées. Il a été observé que le traitement de surface des nanotubes de carbone avait aidé à l’amélioration de la conductivité électrique et la résistance mécanique des prototypes. Le taux de cristallinité généré durant le procédé de moulage par compression des prototypes de plaques bipolaires ainsi que la cinétique de cristallisation jouent un rôle important pour l’optimisation des propriétés électriques et mécaniques visées.

Séquestration géologique du CO2 par carbonatation minérale dans les résidus miniers

La carbonatation minérale dans les résidus miniers est un moyen sûr et permanent de séquestrer le CO2 atmosphérique. C’est un processus naturel et passif qui ne nécessite aucun traitement particulier et donc avantageux d’un point de vue économique. Bien que la quantité de CO2 qu’il soit possible de séquestrer selon ce processus est faible à l’échelle globale, dans le cadre d’un marché du carbone, les entreprises minières pourraient obtenir des crédits et ainsi revaloriser leurs résidus. À l’heure actuelle, il y a peu d’informations pour quantifier le potentiel de séquestration du CO2 de façon naturelle et passive dans les piles de résidus miniers. Il est donc nécessaire d’étudier le phénomène pour comprendre comment évolue la réaction à travers le temps et estimer la quantité de CO2 qui peut être séquestrée naturellement dans les piles de résidus. Plusieurs travaux de recherche se sont intéressés aux résidus miniers de Thetford Mines (Québec, Canada), avec une approche principalement expérimentale en laboratoire. Ces travaux ont permis d’améliorer la compréhension du processus de carbonatation, mais ils nécessitent une validation à plus grande échelle sous des conditions atmosphériques réelles. L’objectif général de cette étude est de quantifier le processus de carbonatation minérale des résidus miniers sous des conditions naturelles, afin d’estimer la quantité de CO2 pouvant être piégée par ce processus. La méthodologie utilisée repose sur la construction de deux parcelles expérimentales de résidus miniers situées dans l’enceinte de la mine Black Lake (Thetford Mines). Les résidus miniers sont principalement constitués de grains et de fibres de chrysotile et lizardite mal triés, avec de petites quantités d’antigorite, de brucite et de magnétite. Des observations spatiales et temporelles ont été effectuées dans les parcelles concernant la composition et la pression des gaz, la température des résidus, la teneur en eau volumique, la composition minérale des résidus ainsi que la chimie de l’eau des précipitations et des lixiviats provenant des parcelles. Ces travaux ont permis d’observer un appauvrissement notable du CO2 dans les gaz des parcelles (< 50 ppm) ainsi que la précipitation d’hydromagnésite dans les résidus, ce qui suggère que la carbonatation minérale naturelle et passive est un processus potentiellement important dans les résidus miniers. Après 4 ans d’observations, le taux de séquestration du CO2 dans les parcelles expérimentales a été estimé entre 3,5 et 4 kg/m3/an. Ces observations ont permis de développer un modèle conceptuel de la carbonatation minérale naturelle et passive dans les parcelles expérimentales. Dans ce modèle conceptuel, le CO2 atmosphérique (~ 400 ppm) se dissout dans l’eau hygroscopique contenue dans les parcelles, où l’altération des silicates de magnésium forme des carbonates de magnésium. La saturation en eau dans les cellules est relativement stable dans le temps et varie entre 0,4 et 0,65, ce qui est plus élevé que les valeurs de saturation optimales proposées dans la littérature, réduisant ainsi le transport de CO2 dans la zone non saturée. Les concentrations de CO2 en phase gazeuse, ainsi que des mesures de la vitesse d’écoulement du gaz dans les cellules suggèrent que la réaction est plus active près de la surface et que la diffusion du CO2 est le mécanisme de transport dominant dans les résidus. Un modèle numérique a été utilisé pour simuler ces processus couplés et valider le modèle conceptuel avec les observations de terrain. Le modèle de transport réactif multiphase et multicomposant MIN3P a été utilisé pour réaliser des simulations en 1D qui comprennent l’infiltration d’eau à travers le milieu partiellement saturé, la diffusion du gaz, et le transport de masse réactif par advection et dispersion. Même si les écoulements et le contenu du lixivat simulés sont assez proches des observations de terrain, le taux de séquestration simulé est 22 fois plus faible que celui mesuré. Dans les simulations, les carbonates précipitent principalement dans la partie supérieure de la parcelle, près de la surface, alors qu’ils ont été observés dans toute la parcelle. Cette différence importante pourrait être expliquée par un apport insuffisant de CO2 dans la parcelle, qui serait le facteur limitant la carbonatation. En effet, l’advection des gaz n’a pas été considérée dans les simulations et seule la diffusion moléculaire a été simulée. En effet, la mobilité des gaz engendrée par les fluctuations de pression barométrique et l’infiltration de l’eau, ainsi que l’effet du vent doivent jouer un rôle conséquent pour alimenter les parcelles en CO2.

Modeling of burden distribution in the blast furnace

The blast furnace is the main ironmaking production unit in the world which converts iron ore with coke and hot blast into liquid iron, hot metal, which is used for steelmaking. The furnace acts as a counter-current reactor charged with layers of raw material of very different gas permeability. The arrangement of these layers, or burden distribution, is the most important factor influencing the gas flow conditions inside the furnace, which dictate the efficiency of the heat transfer and reduction processes. For proper control the furnace operators should know the overall conditions in the furnace and be able to predict how control actions affect the state of the furnace. However, due to high temperatures and pressure, hostile atmosphere and mechanical wear it is very difficult to measure internal variables. Instead, the operators have to rely extensively on measurements obtained at the boundaries of the furnace and make their decisions on the basis of heuristic rules and results from mathematical models. It is particularly difficult to understand the distribution of the burden materials because of the complex behavior of the particulate materials during charging. The aim of this doctoral thesis is to clarify some aspects of burden distribution and to develop tools that can aid the decision-making process in the control of the burden and gas distribution in the blast furnace. A relatively simple mathematical model was created for simulation of the distribution of the burden material with a bell-less top charging system. The model developed is fast and it can therefore be used by the operators to gain understanding of the formation of layers for different charging programs. The results were verified by findings from charging experiments using a small-scale charging rig at the laboratory. A basic gas flow model was developed which utilized the results of the burden distribution model to estimate the gas permeability of the upper part of the blast furnace. This combined formulation for gas and burden distribution made it possible to implement a search for the best combination of charging parameters to achieve a target gas temperature distribution. As this mathematical task is discontinuous and non-differentiable, a genetic algorithm was applied to solve the optimization problem. It was demonstrated that the method was able to evolve optimal charging programs that fulfilled the target conditions. Even though the burden distribution model provides information about the layer structure, it neglects some effects which influence the results, such as mixed layer formation and coke collapse. A more accurate numerical method for studying particle mechanics, the Discrete Element Method (DEM), was used to study some aspects of the charging process more closely. Model charging programs were simulated using DEM and compared with the results from small-scale experiments. The mixed layer was defined and the voidage of mixed layers was estimated. The mixed layer was found to have about 12% less voidage than layers of the individual burden components. Finally, a model for predicting the extent of coke collapse when heavier pellets are charged over a layer of lighter coke particles was formulated based on slope stability theory, and was used to update the coke layer distribution after charging in the mathematical model. In designing this revision, results from DEM simulations and charging experiments for some charging programs were used. The findings from the coke collapse analysis can be used to design charging programs with more stable coke layers.

Design of passive methane oxidation biosystems considering their response to the presence of capillary barrier effect

La construction des biosystèmes d’oxydation passive du méthane (BOPM) est une option économique et durable pour réduire les émissions de méthane des sites d’enfouissement de déchets et des effets subséquents du réchauffement climatique. Les BOPM sont constitués de deux couches principales: la couche d'oxydation du méthane (MOL) et la couche de distribution du gaz (GDL). L'oxydation du méthane se produit dans la MOL par les réactions biochimiques des bactéries méthanotrophes, et la GDL est construite sous la MOL pour intercepter et distribuer les émissions fugitives de biogaz à la base de la MOL. Fondamentalement, l'efficacité d'un BOPM est définie en fonction de l'efficacité d'oxydation du méthane dans la MOL. Par conséquent, il est indispensable de fournir des conditions adéquates pour les activités bactériennes des méthanotrophes. En plus des paramètres environnementaux, l'intensité et la distribution du biogaz influencent l'efficacité des BOPM, et ils peuvent rendre le matériau de la MOL - avec une grande capacité d'accueillir les activités bactériennes - inutilisables en termes d'oxydation du méthane sur place. L'effet de barrière capillaire le long de l'interface entre la GDL et la MOL peut provoquer des émissions localisées de méthane, due à la restriction ou la distribution non uniforme de l’écoulement ascendant du biogaz à la base de la MOL. L'objectif principal de cette étude est d'incorporer le comportement hydraulique non saturé des BOPM dans la conception des BOPM, afin d’assurer la facilité et la distribution adéquates de l'écoulement du biogaz à la base de la MOL. Les fonctions de perméabilité à l'air des matériaux utilisés pour construire la MOL des BOPM expérimentaux au site d’enfouissement des déchets de St Nicéphore (Québec, Canada), ainsi que celles d'autres de la littérature technique, ont été étudiés pour évaluer le comportement d'écoulement non saturé du gaz dans les matériaux et pour identifier le seuil de migration sans restriction du gaz. Ce dernier seuil a été introduit en tant que un paramètre de conception avec lequel le critère de conception recommandé ici, c’est à dire la longueur de la migration sans restriction de gaz (LMSG), a été défini. La LMSG est considérée comme la longueur le long de l'interface entre la GDL et la MOL où le biogaz peut migrer à travers la MOL sans restriction. En réalisant des simulations numériques avec SEEP/W, les effets de la pente de l'interface, des paramètres définissant la courbe de rétention d'eau, de la fonction de la conductivité hydraulique du matériau de la MOL sur la valeur de la LMSG (représentant la facilité d'écoulement du biogaz à l'interface) et de la distribution de l'humidité (et par conséquent celle du biogaz) ont été évalués. Selon les résultats des simulations, la conductivité hydraulique saturée et la distribution des tailles de pores du matériau de la MOL sont les paramètres les plus importants sur la distribution de l'humidité le long de l'interface. Ce dernier paramètre influe également sur la valeur du degré de saturation et donc la facilité du biogaz à la base de la MOL. La densité sèche du matériau de MOL est un autre paramètre qui contrôle la facilité d'écoulement ascendant du biogaz. Les limitations principales de la présente étude sont associées au nombre de matériaux de MOL testés et à l'incapacité de SEEP/W de considérer l'évapotranspiration. Toutefois, compte tenu des hypothèses raisonnables dans les simulations et en utilisant les données de la littérature, on a essayé de réduire ces limitations. En utilisant les résultats des expériences et des simulations numériques, des étapes et des considérations de conception pour la sélection du matériau de MOL et de la pente d'interface ont été proposées. En effet,le comportement hydraulique non saturé des matériaux serait intégré dans les nécessités de conception pour un BOPM efficace, de sorte que la capacité maximale possible d'oxydation du méthane du matériau de la MOL soit exploitée.

Self-sealing of thermal fatigue and mechanical damage in fiber-reinforced composite materials

Fiber reinforced composite tanks provide a promising method of storage for liquid oxygen and hydrogen for aerospace applications. The inherent thermal fatigue of these vessels leads to the formation of microcracks, which allow gas phase leakage across the tank walls. In this dissertation, self-healing functionality is imparted to a structural composite to effectively seal microcracks induced by both mechanical and thermal loading cycles. Two different microencapsulated healing chemistries are investigated in woven glass fiber/epoxy and uni-weave carbon fiber/epoxy composites. Self-healing of mechanically induced damage was first studied in a room temperature cured plain weave E-glass/epoxy composite with encapsulated dicyclopentadiene (DCPD) monomer and wax protected Grubbs' catalyst healing components. A controlled amount of microcracking was introduced through cyclic indentation of opposing surfaces of the composite. The resulting damage zone was proportional to the indentation load. Healing was assessed through the use of a pressure cell apparatus to detect nitrogen flow through the thickness direction of the damaged composite. Successful healing resulted in a perfect seal, with no measurable gas flow. The effect of DCPD microcapsule size (51 um and 18 um) and concentration (0 - 12.2 wt%) on the self-sealing ability was investigated. Composite specimens with 6.5 wt% 51 um capsules sealed 67% of the time, compared to 13% for the control panels without healing components. A thermally stable, dual microcapsule healing chemistry comprised of silanol terminated poly(dimethyl siloxane) plus a crosslinking agent and a tin catalyst was employed to allow higher composite processing temperatures. The microcapsules were incorporated into a satin weave E-glass fiber/epoxy composite processed at 120C to yield a glass transition temperature of 127C. Self-sealing ability after mechanical damage was assessed for different microcapsule sizes (25 um and 42 um) and concentrations (0 - 11 vol%). Incorporating 9 vol% 42 um capsules or 11 vol% 25 um capsules into the composite matrix leads to 100% of the samples sealing. The effect of microcapsule concentration on the short beam strength, storage modulus, and glass transition temperature of the composite specimens was also investigated. The thermally stable tin catalyzed poly(dimethyl siloxane) healing chemistry was then integrated into a [0/90]s uniweave carbon fiber/epoxy composite. Thermal cycling (-196C to 35C) of these specimens lead to the formation of microcracks, over time, formed a percolating crack network from one side of the composite to the other, resulting in a gas permeable specimen. Crack damage accumulation and sample permeability was monitored with number of cycles for both self-healing and traditional non-healing composites. Crack accumulation occurred at a similar rate for all sample types tested. A 63% increase in lifetime extension was achieved for the self-healing specimens over traditional non-healing composites.

Desenvolvimento e validação de método para determinação do perfil graxo do biodiesel de Tungue e Blendas com soja empregando GC-MS

No Brasil o biodiesel é utilizado em misturas com óleo diesel em proporções de 5%, sem que haja modificações nos motores. Com o intuito de diversificar a utilização de oleaginosas não comestíveis no ramo dos biocombustíveis, e ainda vincular a produção com agricultura sustentável, uma alternativa para o RS é a utilização do óleo de tungue para a produção de biodiesel. A caracterização e quantificação de ácidos graxos do biodiesel de tungue, torna-se importante devido à seu exclusivo perfil graxo. Neste trabalho, foi estudado o desenvolvimento e validação de método para a determinação do perfil graxo do biodiesel metílico de tungue e blendas com soja utilizando GC-MS. Os parâmetros de validação considerados foram: curva analítica, linearidade, seletividade, limite de detecção e quantificação, robustez, precisão e exatidão. Para determinar as melhores condições cromatográficas, foram testadas diferentes programações de temperatura no forno cromatográfico; fluxo de gás; temperatura do injetor, detector e interface; e modo de injeção. As condições do GCMS após a otimização foram: injeção de 1 µL com injeção em alta pressão (300 kPa), T do injetor: 250 ºC, injeção split 1:30, fluxo de 1 mL min-1, coluna Rtx-5MS com dimensões 30 m x 0,25 mm x 0,25 µm, T forno: isoterma de 2 min a 130 ºC, aumento de 20 ºC/min até 220 ºC, aumento de 0,5ºC/min até 223ºC, aumento de 7 ºC/min até 250 ºC e isoterma em 250 ºC por 3 min, resultando em 20 min de análise. A temperatura da fonte e interface foram de 200 ºC e 250 ºC, respectivamente, com o MS no modo full scan, ionização por impacto eletrônico a 70 eV, e intervalo de massas de 30 a 500 u.m.a. A identificação do α-eleosteárico foi baseada na fragmentação característica do composto, pela comparação com o espectro do ácido linolênico, e ainda pelo tempo de retenção do composto. Na validação, as curvas analíticas apresentaram valores de r maiores que 0,99. O LD e LQ foram adequados, permitindo a quantificação de ésteres na concentração mínima de 0,6%. Os valores de exatidão ficaram entre 86 e 117%, com RSD% menores que 8%. O efeito matriz também foi avaliado, sendo que esse efeito foi considerado médio para a maioria dos compostos, ficando entre ± 20 e 50%. Durante a aplicação do método, o mesmo se mostrou adequado para amostras de biodiesel metílico de tungue e blendas com soja, nas proporções de 15:85, 20:80 e 25:75 (T:S, v/v). A aplicabilidade do método também foi testada para o biodiesel de soja, obtendo resultados satisfatórios, mostrando-se assim, além de tudo, ser um método robusto.

Uma nova abordagem do método Level Set baseada em conhecimento a e priori da forma

The analysis of fluid behavior in multiphase flow is very relevant to guarantee system safety. The use of equipment to describe such behavior is subjected to factors such as the high level of investments and of specialized labor. The application of image processing techniques to flow analysis can be a good alternative, however, very little research has been developed. In this subject, this study aims at developing a new approach to image segmentation based on Level Set method that connects the active contours and prior knowledge. In order to do that, a model shape of the targeted object is trained and defined through a model of point distribution and later this model is inserted as one of the extension velocity functions for the curve evolution at zero level of level set method. The proposed approach creates a framework that consists in three terms of energy and an extension velocity function λLg(θ)+vAg(θ)+muP(0)+θf. The first three terms of the equation are the same ones introduced in (LI CHENYANG XU; FOX, 2005) and the last part of the equation θf is based on the representation of object shape proposed in this work. Two method variations are used: one restricted (Restrict Level Set - RLS) and the other with no restriction (Free Level Set - FLS). The first one is used in image segmentation that contains targets with little variation in shape and pose. The second will be used to correctly identify the shape of the bubbles in the liquid gas two phase flows. The efficiency and robustness of the approach RLS and FLS are presented in the images of the liquid gas two phase flows and in the image dataset HTZ (FERRARI et al., 2009). The results confirm the good performance of the proposed algorithm (RLS and FLS) and indicate that the approach may be used as an efficient method to validate and/or calibrate the various existing equipment used as meters for two phase flow properties, as well as in other image segmentation problems.

Pressure distribution on a body a revolution in supersonic flight, by Robert R. Reynolds.

"This report appears as an appendix to the National Applied Mathematics Laboratories Quarterly report of projects and publications, January through March 1952."

Optimization of the Ion Source-Mass Spectrometry Parameters in Non-Steroidal Anti-Inflammatory and Analgesic Pharmaceuticals Analysis by a Design of Experiments Approach

The flow rates of drying and nebulizing gas, heat block and desolvation line temperatures and interface voltage are potential electrospray ionization parameters as they may enhance sensitivity of the mass spectrometer. The conditions that give higher sensitivity of 13 pharmaceuticals were explored. First, Plackett-Burman design was implemented to screen significant factors, and it was concluded that interface voltage and nebulizing gas flow were the only factors that influence the intensity signal for all pharmaceuticals. This fractionated factorial design was projected to set a full 2(2) factorial design with center points. The lack-of-fit test proved to be significant. Then, a central composite face-centered design was conducted. Finally, a stepwise multiple linear regression and subsequently an optimization problem solving were carried out. Two main drug clusters were found concerning the signal intensities of all runs of the augmented factorial design. p-Aminophenol, salicylic acid, and nimesulide constitute one cluster as a result of showing much higher sensitivity than the remaining drugs. The other cluster is more homogeneous with some sub-clusters comprising one pharmaceutical and its respective metabolite. It was observed that instrumental signal increased when both significant factors increased with maximum signal occurring when both codified factors are set at level +1. It was also found that, for most of the pharmaceuticals, interface voltage influences the intensity of the instrument more than the nebulizing gas flowrate. The only exceptions refer to nimesulide where the relative importance of the factors is reversed and still salicylic acid where both factors equally influence the instrumental signal. Graphical Abstract ᅟ.