906 resultados para engineering design process
Resumo:
A l’heure actuelle, les biocarburants renouvelables et qui ne nuit pas à l'environnement sont à l'étude intensive en raison de l'augmentation des problèmes de santé et de la diminution des combustibles fossiles. H2 est l'un des candidats les plus prometteurs en raison de ses caractéristiques uniques, telles que la densité d'énergie élevée et la génération faible ou inexistante de polluants. Une façon attrayante pour produire la H2 est par les bactéries photosynthétiques qui peuvent capter l'énergie lumineuse pour actionner la production H2 avec leur système de nitrogénase. L'objectif principal de cette étude était d'améliorer le rendement de H2 des bactéries photosynthétiques pourpres non sulfureuses utilisant une combinaison de génie métabolique et le plan des expériences. Une hypothèse est que le rendement en H2 pourrait être améliorée par la redirection de flux de cycle du Calvin-Benson-Bassham envers du système de nitrogénase qui catalyse la réduction des protons en H2. Ainsi, un PRK, phosphoribulose kinase, mutant « knock-out » de Rhodobacter capsulatus JP91 a été créé. L’analyse de la croissance sur des différentes sources de carbone a montré que ce mutant ne peut croître qu’avec l’acétate, sans toutefois produire d' H2. Un mutant spontané, YL1, a été récupéré qui a retenu l'cbbP (codant pour PRK) mutation d'origine, mais qui avait acquis la capacité de se développer sur le glucose et produire H2. Une étude de la production H2 sous différents niveaux d'éclairage a montré que le rendement d’YL1 était de 20-40% supérieure à la souche type sauvage JP91. Cependant, il n'y avait pas d'amélioration notable du taux de production de H2. Une étude cinétique a montré que la croissance et la production d'hydrogène sont fortement liées avec des électrons à partir du glucose principalement dirigés vers la production de H2 et la formation de la biomasse. Sous des intensités lumineuses faibles à intermédiaires, la production d'acides organiques est importante, ce qui suggère une nouvelle amélioration additionnel du rendement H2 pourrait être possible grâce à l'optimisation des processus. Dans une série d'expériences associées, un autre mutant spontané, YL2, qui a un phénotype similaire à YL1, a été testé pour la croissance dans un milieu contenant de l'ammonium. Les résultats ont montré que YL2 ne peut croître que avec de l'acétate comme source de carbone, encore une fois, sans produire de H2. Une incubation prolongée dans les milieux qui ne supportent pas la croissance de YL2 a permis l'isolement de deux mutants spontanés secondaires intéressants, YL3 et YL4. L'analyse par empreint du pied Western a montré que les deux souches ont, dans une gamme de concentrations d'ammonium, l'expression constitutive de la nitrogénase. Les génomes d’YL2, YL3 et YL4 ont été séquencés afin de trouver les mutations responsables de ce phénomène. Fait intéressant, les mutations de nifA1 et nifA2 ont été trouvés dans les deux YL3 et YL4. Il est probable qu'un changement conformationnel de NifA modifie l'interaction protéine-protéine entre NifA et PII protéines (telles que GlnB ou GlnK), lui permettant d'échapper à la régulation par l'ammonium, et donc d'être capable d'activer la transcription de la nitrogénase en présence d'ammonium. On ignore comment le nitrogénase synthétisé est capable de maintenir son activité parce qu’en théorie, il devrait également être soumis à une régulation post-traductionnelle par ammonium. Une autre preuve pourrait être obtenue par l'étude du transcriptome d’YL3 et YL4. Une première étude sur la production d’ H2 par YL3 et YL4 ont montré qu'ils sont capables d’une beaucoup plus grande production d'hydrogène que JP91 en milieu d'ammonium, qui ouvre la porte pour les études futures avec ces souches en utilisant des déchets contenant de l'ammonium en tant que substrats. Enfin, le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec la bactérie photosynthétique, Rhodopseudomonas palustris CGA009 a été examiné. La production d'éthanol avec fermentation utilisant des ressources renouvelables microbiennes a été traitée comme une technique mature. Cependant, la plupart des études du reformage de l'éthanol à H2 se sont concentrés sur le reformage chimique à la vapeur, ce qui nécessite généralement une haute charge énergetique et résultats dans les émissions de gaz toxiques. Ainsi le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec des bactéries photosynthétiques, qui peuvent capturer la lumière pour répondre aux besoins énergétiques de cette réaction, semble d’être plus prometteuse. Une étude précédente a démontré la production d'hydrogène à partir d'éthanol, toutefois, le rendement ou la durée de cette réaction n'a pas été examiné. Une analyse RSM (méthode de surface de réponse) a été réalisée dans laquelle les concentrations de trois facteurs principaux, l'intensité lumineuse, de l'éthanol et du glutamate ont été variés. Nos résultats ont montré que près de 2 moles de H2 peuvent être obtenus à partir d'une mole d'éthanol, 33% de ce qui est théoriquement possible.
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A l’heure actuelle, les biocarburants renouvelables et qui ne nuit pas à l'environnement sont à l'étude intensive en raison de l'augmentation des problèmes de santé et de la diminution des combustibles fossiles. H2 est l'un des candidats les plus prometteurs en raison de ses caractéristiques uniques, telles que la densité d'énergie élevée et la génération faible ou inexistante de polluants. Une façon attrayante pour produire la H2 est par les bactéries photosynthétiques qui peuvent capter l'énergie lumineuse pour actionner la production H2 avec leur système de nitrogénase. L'objectif principal de cette étude était d'améliorer le rendement de H2 des bactéries photosynthétiques pourpres non sulfureuses utilisant une combinaison de génie métabolique et le plan des expériences. Une hypothèse est que le rendement en H2 pourrait être améliorée par la redirection de flux de cycle du Calvin-Benson-Bassham envers du système de nitrogénase qui catalyse la réduction des protons en H2. Ainsi, un PRK, phosphoribulose kinase, mutant « knock-out » de Rhodobacter capsulatus JP91 a été créé. L’analyse de la croissance sur des différentes sources de carbone a montré que ce mutant ne peut croître qu’avec l’acétate, sans toutefois produire d' H2. Un mutant spontané, YL1, a été récupéré qui a retenu l'cbbP (codant pour PRK) mutation d'origine, mais qui avait acquis la capacité de se développer sur le glucose et produire H2. Une étude de la production H2 sous différents niveaux d'éclairage a montré que le rendement d’YL1 était de 20-40% supérieure à la souche type sauvage JP91. Cependant, il n'y avait pas d'amélioration notable du taux de production de H2. Une étude cinétique a montré que la croissance et la production d'hydrogène sont fortement liées avec des électrons à partir du glucose principalement dirigés vers la production de H2 et la formation de la biomasse. Sous des intensités lumineuses faibles à intermédiaires, la production d'acides organiques est importante, ce qui suggère une nouvelle amélioration additionnel du rendement H2 pourrait être possible grâce à l'optimisation des processus. Dans une série d'expériences associées, un autre mutant spontané, YL2, qui a un phénotype similaire à YL1, a été testé pour la croissance dans un milieu contenant de l'ammonium. Les résultats ont montré que YL2 ne peut croître que avec de l'acétate comme source de carbone, encore une fois, sans produire de H2. Une incubation prolongée dans les milieux qui ne supportent pas la croissance de YL2 a permis l'isolement de deux mutants spontanés secondaires intéressants, YL3 et YL4. L'analyse par empreint du pied Western a montré que les deux souches ont, dans une gamme de concentrations d'ammonium, l'expression constitutive de la nitrogénase. Les génomes d’YL2, YL3 et YL4 ont été séquencés afin de trouver les mutations responsables de ce phénomène. Fait intéressant, les mutations de nifA1 et nifA2 ont été trouvés dans les deux YL3 et YL4. Il est probable qu'un changement conformationnel de NifA modifie l'interaction protéine-protéine entre NifA et PII protéines (telles que GlnB ou GlnK), lui permettant d'échapper à la régulation par l'ammonium, et donc d'être capable d'activer la transcription de la nitrogénase en présence d'ammonium. On ignore comment le nitrogénase synthétisé est capable de maintenir son activité parce qu’en théorie, il devrait également être soumis à une régulation post-traductionnelle par ammonium. Une autre preuve pourrait être obtenue par l'étude du transcriptome d’YL3 et YL4. Une première étude sur la production d’ H2 par YL3 et YL4 ont montré qu'ils sont capables d’une beaucoup plus grande production d'hydrogène que JP91 en milieu d'ammonium, qui ouvre la porte pour les études futures avec ces souches en utilisant des déchets contenant de l'ammonium en tant que substrats. Enfin, le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec la bactérie photosynthétique, Rhodopseudomonas palustris CGA009 a été examiné. La production d'éthanol avec fermentation utilisant des ressources renouvelables microbiennes a été traitée comme une technique mature. Cependant, la plupart des études du reformage de l'éthanol à H2 se sont concentrés sur le reformage chimique à la vapeur, ce qui nécessite généralement une haute charge énergetique et résultats dans les émissions de gaz toxiques. Ainsi le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec des bactéries photosynthétiques, qui peuvent capturer la lumière pour répondre aux besoins énergétiques de cette réaction, semble d’être plus prometteuse. Une étude précédente a démontré la production d'hydrogène à partir d'éthanol, toutefois, le rendement ou la durée de cette réaction n'a pas été examiné. Une analyse RSM (méthode de surface de réponse) a été réalisée dans laquelle les concentrations de trois facteurs principaux, l'intensité lumineuse, de l'éthanol et du glutamate ont été variés. Nos résultats ont montré que près de 2 moles de H2 peuvent être obtenus à partir d'une mole d'éthanol, 33% de ce qui est théoriquement possible.
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This study evaluated the effect of specimens' design and manufacturing process on microtensile bond strength, internal stress distributions (Finite Element Analysis - FEA) and specimens' integrity by means of Scanning Electron Microscopy (SEM) and Laser Scanning Confocal Microscopy (LCM). Excite was applied to flat enamel surface and a resin composite build-ups were made incrementally with 1-mm increments of Tetric Ceram. Teeth were cut using a diamond disc or a diamond wire, obtaining 0.8 mm² stick-shaped specimens, or were shaped with a Micro Specimen Former, obtaining dumbbell-shaped specimens (n = 10). Samples were randomly selected for SEM and LCM analysis. Remaining samples underwent microtensile test, and results were analyzed with ANOVA and Tukey test. FEA dumbbell-shaped model resulted in a more homogeneous stress distribution. Nonetheless, they failed under lower bond strengths (21.83 ± 5.44 MPa)c than stick-shaped specimens (sectioned with wire: 42.93 ± 4.77 MPaª; sectioned with disc: 36.62 ± 3.63 MPa b), due to geometric irregularities related to manufacturing process, as noted in microscopic analyzes. It could be concluded that stick-shaped, nontrimmed specimens, sectioned with diamond wire, are preferred for enamel specimens as they can be prepared in a less destructive, easier, and more precise way.
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This paper presents a rational approach to the design of a catamaran's hydrofoil applied within a modern context of multidisciplinary optimization. The approach used includes the use of response surfaces represented by neural networks and a distributed programming environment that increases the optimization speed. A rational approach to the problem simplifies the complex optimization model; when combined with the distributed dynamic training used for the response surfaces, this model increases the efficiency of the process. The results achieved using this approach have justified this publication.
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Wastewater containing several dyes, including sulfur black from the dyeing process in a textile mill, was treated using a UV/H(2)O(2) process. The wastewater was characterized by a low BOD/ COD ratio, intense color and high acute toxicity to the algae species Pseudokirchneriella subcaptata. The influence of the pH and H(2)O(2) concentration on the treatment process was evaluated by a full factorial design 2(2) with three replicates of the central experiment. The removal of aromatic compounds and color was improved by an increase in the H(2)O(2) concentration and a decrease in pH. The best results were obtained at pH 5.0 and 6 g L(-1). With these conditions and 120 min of UV irradiation, the removal of the color, aromatic compounds and COD were 74.1, 55.1 and 44.8%, respectively. Under the same conditions, but using a photoreactor covered with aluminum foil, the removal of the color, aromatic compounds and COD were 92.0, 77.6 and 59.4%, respectively. Moreover, the use of aluminum foil reduced the cost of the treatment by 40.8%. These results suggest the potential application of reflective materials as a photoreactor accessory to reduce electric energy consumption during the UV/H(2)O(2) process.
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Enzyme production is a growing field in biotechnology and increasing attention has been devoted to the solid-state fermentation (SSF) of lignocellulosic biomass for production of industrially relevant lignocellulose deconstruction enzymes, especially manganese-peroxidase (MnP), which plays a crucial role in lignin degradation. However, there is a scarcity of studies regarding extraction of the secreted metabolities that are commonly bound to the fermented solids, preventing their accurate detection and limiting recovery efficiency. In the present work, we assessed the effectiveness of extraction process variables (pH, stirring rate, temperature, and extraction time) on recovery efficiency of manganese-peroxidase (MnP) obtained by SSF of eucalyptus residues using Lentinula edodes using statistical design of experiments. The results from this study indicated that of the variables studied, pH was the most significant (p < 0.05%) parameter affecting MnP recovery yield, while temperature, extraction time, and stirring rate presented no statistically significant effects in the studied range. The optimum pH for extraction of MnP was at 4.0-5.0, which yielded 1500-1700 IU kg (1) of enzyme activity at extraction time 4-5 h, under static condition at room temperature. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.
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The design of supplementary damping controllers to mitigate the effects of electromechanical oscillations in power systems is a highly complex and time-consuming process, which requires a significant amount of knowledge from the part of the designer. In this study, the authors propose an automatic technique that takes the burden of tuning the controller parameters away from the power engineer and places it on the computer. Unlike other approaches that do the same based on robust control theories or evolutionary computing techniques, our proposed procedure uses an optimisation algorithm that works over a formulation of the classical tuning problem in terms of bilinear matrix inequalities. Using this formulation, it is possible to apply linear matrix inequality solvers to find a solution to the tuning problem via an iterative process, with the advantage that these solvers are widely available and have well-known convergence properties. The proposed algorithm is applied to tune the parameters of supplementary controllers for thyristor controlled series capacitors placed in the New England/New York benchmark test system, aiming at the improvement of the damping factor of inter-area modes, under several different operating conditions. The results of the linear analysis are validated by non-linear simulation and demonstrate the effectiveness of the proposed procedure.
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The main objective of this research was to evaluate the potential use of a bench-scale anaerobic sequencing batch biofilm reactor (ASBBR) containing mineral coal as inert support for removal Of Sulfide and organic matter effluents from an ASBBR (1.2 m(3)) utilized for treatment of sulfate-rich wastewater. The cycle time was 48 h, including the steps of feeding (2 h), reaction with continuous liquid recirculation (44 h) and discharge (2 h). COD removal efficiency was up to 90% and the effluents total sulfide concentrations (H(2)S, HS(-), S(2-)) remained in the range of 1.5 to 7.5 mg.l(-1) during the 50 days of operation (25 cycles). The un-ionized Sulfide and ionized sulfides were converted by biological process to elemental sulfur (S(0)) under oxygen limited conditions. The results obtained in the bench-scale reactor were used to design an ASBBR in pilot scale for use in post-treatment to achieve the emission standards (sulfide and COD) for sulfate reduction. The pilot-scale reactor, with a total volume of 0.43 m(3), the COD and total sulfide removal achieved 88% and 57%, respectively, for a cycle time of 48 h (70 days of operation or 35 cycles).
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Purpose - The purpose of this paper is to identify the key elements of a new rapid prototyping process, which involves layer-by-layer deposition of liquid-state material and at the same time using an ultraviolet line source to cure the deposited material. This paper reports studies about the behaviour of filaments, deposition accuracy, filaments interaction and functional feasibility of system. Additionally, the author describes the process which has been proposed, the equipment that has been used for these studies and the material which was developed in this application. Design/methodology/approach - The research has been separated into three study areas in accordance with their goals. In the first, both the behaviour of filament and deposition accuracy was studied. The design of the experiment is described with focus on four response factors (bead width, filament quality, deposition accuracy and deposition continuity) along with function of three control factors (deposition height, deposition velocity and extrusion velocity). The author also studied the interaction between filaments as a function of bead centre distance. In addition, two test samples were prepared to serve as a proof of the methodology and to verify the functional feasibility of the process which has been studied. Findings - The results show that the proposed process is functionally feasible, and that it is possible to identify the main effects of control factors over response factors. That analysis is used to predict the condition of process as a function of the parameters which control the process. Also identified were distances of centre beads which result in a specific behaviour. The types of interaction between filaments were analysed and sorted into: union, separation and indeterminate. At the end, the functional feasibility of process was proved whereby two test parts could be built. Originality/value - This paper proposes a new rapid prototyping process and also presents test studies related to this proposition. The author has focused on the filament behaviour, deposition accuracy, interaction between filaments and studied the functional feasibility of process to provide new information about this process, which at the same time is useful to the development of other rapid prototyping processes.
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The roots of swarm intelligence are deeply embedded in the biological study of self-organized behaviors in social insects. Particle swarm optimization (PSO) is one of the modern metaheuristics of swarm intelligence, which can be effectively used to solve nonlinear and non-continuous optimization problems. The basic principle of PSO algorithm is formed on the assumption that potential solutions (particles) will be flown through hyperspace with acceleration towards more optimum solutions. Each particle adjusts its flying according to the flying experiences of both itself and its companions using equations of position and velocity. During the process, the coordinates in hyperspace associated with its previous best fitness solution and the overall best value attained so far by other particles within the group are kept track and recorded in the memory. In recent years, PSO approaches have been successfully implemented to different problem domains with multiple objectives. In this paper, a multiobjective PSO approach, based on concepts of Pareto optimality, dominance, archiving external with elite particles and truncated Cauchy distribution, is proposed and applied in the design with the constraints presence of a brushless DC (Direct Current) wheel motor. Promising results in terms of convergence and spacing performance metrics indicate that the proposed multiobjective PSO scheme is capable of producing good solutions.
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The concrete offshore platforms, which are subjected a several loading combinations and, thus, requires an analysis more generic possible, can be designed using the concepts adopted to shell elements, but the resistance must be verify in particular cross-sections to shear forces. This work about design of shell elements will be make using the three-layer shell theory. The elements are subject to combined loading of membrane and plate, totalizing eight components of internal forces, which are three membrane forces, three moments (two out-of-plane bending moments and one in-plane, or torsion, moment) and two shear forces. The design method adopted, utilizing the iterative process proposed by Lourenco & Figueiras (1993) obtained from equations of equilibrium developed by Gupta (1896) , will be compared to results of experimentally tested shell elements found in the literature using the program DIANA.
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This paper presents both the theoretical and the experimental approaches of the development of a mathematical model to be used in multi-variable control system designs of an active suspension for a sport utility vehicle (SUV), in this case a light pickup truck. A complete seven-degree-of-freedom model is successfully quickly identified, with very satisfactory results in simulations and in real experiments conducted with the pickup truth. The novelty of the proposed methodology is the use of commercial software in the early stages of the identification to speed up the process and to minimize the need for a large number of costly experiments. The paper also presents major contributions to the identification of uncertainties in vehicle suspension models and in the development of identification methods using the sequential quadratic programming, where an innovation regarding the calculation of the objective function is proposed and implemented. Results from simulations of and practical experiments with the real SUV are presented, analysed, and compared, showing the potential of the method.
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Tungsten carbide has a wide range of applications, mainly cemented carbides made of WC and Co, as wear resistant materials. However, the high cost of WC-Co powders encourages the use of a substrate to manufacture a functionally graded material (FGM) tool made of WC-Co and a tool steel. These materials join the high wear resistance of the cemented carbide and the toughness of the steel. This work deals with the study interaction of the WC-Co and H13 steel to design a functionally graded material by means of spark plasma sintering (SPS). The SPS, a novel sintering technique reaching the consolidation of the powders at relatively low temperatures and short dwell times, is a promising technique in processing materials. In this study, WC, H13 steel, WC-Co, WC-H13 steel and WC-Co-H13 steel bulk samples were investigated using scanning electron microscopy and X-ray diffraction techniques to evaluate the phase transformations involved during SPS consolidation process. The W(2)C and W(3)Fe(3)C precipitation were identified after the SPS consolidation of the WC and WC-H13 steel samples, respectively. The precipitation Of W(4)Co(2)C was also identified in the WC-Co and WC-Co-H13 steel samples. The WC-H 13 steel and WC-Co-H13 steel were also evaluated after heat treatments at 1100 degrees C for 9 h, which enhanced the chemical interaction and the precipitation of W(3)Fe(3)C and W(4)Co(2)C, respectively. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.
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The procedure for online process control by attributes consists of inspecting a single item at every m produced items. It is decided on the basis of the inspection result whether the process is in-control (the conforming fraction is stable) or out-of-control (the conforming fraction is decreased, for example). Most articles about online process control have cited the stoppage of the production process for an adjustment when the inspected item is non-conforming (then the production is restarted in-control, here denominated as corrective adjustment). Moreover, the articles related to this subject do not present semi-economical designs (which may yield high quantities of non-conforming items), as they do not include a policy of preventive adjustments (in such case no item is inspected), which can be more economical, mainly if the inspected item can be misclassified. In this article, the possibility of preventive or corrective adjustments in the process is decided at every m produced item. If a preventive adjustment is decided upon, then no item is inspected. On the contrary, the m-th item is inspected; if it conforms, the production goes on, otherwise, an adjustment takes place and the process restarts in-control. This approach is economically feasible for some practical situations and the parameters of the proposed procedure are determined minimizing an average cost function subject to some statistical restrictions (for example, to assure a minimal levelfixed in advanceof conforming items in the production process). Numerical examples illustrate the proposal.
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Among several process variability sources, valve friction and inadequate controller tuning are supposed to be two of the most prevalent. Friction quantification methods can be applied to the development of model-based compensators or to diagnose valves that need repair, whereas accurate process models can be used in controller retuning. This paper extends existing methods that jointly estimate the friction and process parameters, so that a nonlinear structure is adopted to represent the process model. The developed estimation algorithm is tested with three different data sources: a simulated first order plus dead time process, a hybrid setup (composed of a real valve and a simulated pH neutralization process) and from three industrial datasets corresponding to real control loops. The results demonstrate that the friction is accurately quantified, as well as ""good"" process models are estimated in several situations. Furthermore, when a nonlinear process model is considered, the proposed extension presents significant advantages: (i) greater accuracy for friction quantification and (ii) reasonable estimates of the nonlinear steady-state characteristics of the process. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.