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Quantification of astaxanthin in salmons by chemiluminescence and absorption after TLC separation
(2018)
Astaxanthin is a keto-carotenoid, belongs to the chemical class of terpenes and is a yellow lipid soluble compound. The compound is present in marine animals like salmons and crustacean. Its colour is due to conjugated double bonds and these double bonds are responsible for its antioxidant effect. Its antioxidant activity is ten times stronger than other carotenoids and nearly 500 fold stronger than vitamin-E. We present a new thin layer chromatography (TLC) method to measure astaxanthin on TLC-plates (Merck, 1.05554) in the visible absorption range as well as by using chemiluminescence. For separation a solvent mixture of cyclohexane and acetone (10 + 2.4, v/v) was used. The RF-value of astaxanthin is 0.14.The limit of detection in vis-absorption is 64 ng / band and the limit of quantification is 92 ng/band. In chemiluminescence the values are 90 ng / band and 115 ng/band. The method offers two independently working measurement modes on a single plate which increase the accuracy of the quantification.
In the 19th century Alexander von Humboldt explored the nature and was conceived a new vision of nature that still influences the way we understand the new world. Humboldt believed in the importance of accurate measurements and precise description of observations. His vision of nature included not only facts but also emotions.
Nowadays smart solutions will be developed by using computer technology, which will influence our relationship to nature, our handling of the complexity and diversity of nature itself and the technological influences on the society. Could we avoid a new form of “Colonialism”, when a network of super computers will create a smarter world?
Die Einbindung von Mini- und Mikro-BHKW in ein virtuelles Kleinkraftwerk (VKK) bietet vielfältige wirtschaftliche, Smart-Grids- und Klimaschutzpotentiale zur Unterstützung der "Wärmewende". Eine Einbindung solcher Anlagen ist bisher jedoch mit zumeist hohen Kosten verbunden, weshalb i.d.R. nur Anlagen in höheren Leistungsklassen (> 500 kWel) umgesetzt werden. Im Rahmen des Projekts mikroVKK wurde deshalb das Ziel verfolgt zu demonstriert und nachzuweisen, dass auch BHKW-Anlagen unter 100 kWel in ein virtuelles Kleinkraftwerk (VKK) wirtschaftlich einzubinden sind.
GridSystronic Energy (GSE) hat hierfür ein spezielles VKK-System (gs.system) entwickelt, welches im Rahmen des Projekts unter realen Bedingungen erprobt, weiterentwickelt und möglichst zur Marktreife gebracht wurde. Durch die Konfiguration des Systems - d.h. einfache Steuerboxen (gs.box) werden als Gateway für die Kommunikation vor Ort zur Anlagen- und Zähleranbindung verbaut, wohingegen die Berechnungen, Simulationen und Optimierung der Steuersignale auf dem zentralen gs.server erfolgt - lässt sich eine kostengünstige und skalierbare Lösung darstellen.
Zusammen mit zehn Stadtwerken als Praxispartner wurden unterschiedliche BHKW- Standorte identifiziert und auf deren technische Eignung und die Umsetzbarkeit neuer Geschäftsmodelle auf Basis einer intelligenten Steuerung analysiert. Für ausgewählte Objekte, wie z.B. Schulen, Wärmenetze, Mehrfamiliengebäude, wurde durch GSE eine Anbindung der für die Regelung notwendigen Geräte und Zähler realisiert. Regelwerke, wie z.B. "Lastprofil folgen", als Basis für neue Geschäftsmodelle wurden mit den Praxispartnern abgestimmt und entwickelt. Anhand der Erkenntnisse zu den Effekten der intelligenten Steuerung (z.B. Nutzung von möglichen Flexibilitäten, Stabilität des Systems, Verschiebung der Betriebszeiten, Änderung der Lieferquoten etc.) wurden neue Geschäftsmodelle detailliert analysiert und mit den Praxispartnern prototypisch umgesetzt. Die Evaluation zu den Smart-Grids-Potenzialen (Flexibilität, netzdienliche Einspeisung etc.) sowie die Potenziale zur Unterstützung des Klimaschutzes (CO2-Minderung) erfolgte anhand von gemessenen und simulierten Werten.
Während der Projektlaufzeit konnte die technische Anbindbarkeit von BHKW-Anlagen mit einer elektrischen Leistung bis 100 kWel demonstriert werden. Die Vorarbeiten für die Erarbeitung einer standardisierten und kostengünstigen Anbindungslösung war jedoch sehr viel zeitintensiver als ursprünglich geplant, weshalb die Anlagen verspätet oder z.T. gar nicht angebunden werden konnten. Wegen der geringen Datenbasis konnten die grundsätzlichen wirtschaftlichen Potenziale einer VKK Steuerung deshalb nur auf theoretischer Basis nachgewiesen werden. Die Anbindungs- und Integrationskosten hängen stark von den örtlichen Gegebenheiten ab, weshalb es hierfür keine pauschale Aussage getroffen werden kann. Durch die gewonnenen Erfahrungen und Lernprozesse konnte jedoch im Laufe des Projektes bereits eine erhebliche Kostenreduktion erzielt werden. Auch bei Neuanlagen, bei denen die Anbindung bereits vorab eingeplant werden kann, können die Kosten der Anbindung stark reduziert werden. Die Smart-Grid-Potenziale und die Klimaschutzpotenziale eines VKK-Einsatzes wurden von der Hochschule Offenburg ebenfalls auf einer theoretischen Basis ermittelt. In einem nächsten Schritt wäre es deshalb notwendig zu analysieren, ob sich die ermittelten Effekte auch unter realen Bedingungen einstellen.
Membrane distillation (MD) is a thermal separation process which possesses a hydrophobic, microporous
membrane as vapor space. A high potential application for MD is the concentration of hypersaline brines, such as
e.g. reverse osmosis retentate or other saline effluents to be concentrated to a near saturation level with a Zero
Liquid Discharge process chain. In order to further commercialize MD for these target applications, adapted MD
module designs are required along with strategies for the mitigation of membrane wetting phenomena. This
work presents the experimental results of pilot operation with an adapted Air Gap Membrane Distillation
(AGMD) module for hypersaline brine concentration within a range of 0–240 g NaCl /kg solution. Key performance
indicators such as flux, GOR and thermal efficiency are analyzed. A new strategy for wetting mitigation
by active draining of the air gap channel by low pressure air blowing is tested and analyzed. Only small reductions
in flux and GOR of 1.2% and 4.1% respectively, are caused by air sparging into the air gap channel.
Wetting phenomena are significantly reduced by avoiding stagnant distillate in the air gap making the air blower
a seemingly worth- while additional system component.
Techno-economic comparison of membrane distillation and MVC in a zero liquid discharge application
(2018)
Membrane distillation (MD) is a thermally driven membrane process for the separation of vapour from a liquid stream through a hydrophobic, microporous membrane. However, a commercial breakthrough on a large scale has not been achieved so far. Specific developments on MD technology are required to adapt the technology for applications in which its properties can potentially outshine state of the art technologies such as standard evaporation. In order to drive these developments in a focused manner, firstly it must be shown that MD can be economically attractive in comparison to state of the art systems. Thus, this work presents a technological design and economic analysis for AGMD and v-AGMD for application in a zero liquid discharge (ZLD) process chain and compares it to the costs of mechanical vapour compression (MVC) for the same application. The results show that MD can potentially be ~40% more cost effective than MVC for a system capacity of 100 m3/day feed water, and up to ~75% more cost effective if the MD is driven with free waste heat.
Grundzüge der Strömungslehre
(2018)
Dieses ausgereifte Lehrbuch bringt in prägnant kurzer und mathematisch verständlicher Darstellung die strömungstechnischen Grundlagen. In der aktuellen Auflage wurde ein Abschnitt zu Dissipation und Viskosen Potentialströmungen ergänzt. Aufgaben mit Lösungen helfen den Lernstoff richtig anzuwenden und fördern das Verständnis.
Im Rahmen der Konstruktionsausbildung an der Hochschule Offenburg wird die Lehre im Fach Technische Dokumentation fortlaufend optimiert. In der vorliegenden Laborstudie wurde das visuelle Wahrnehmen von 34 Maschinenbaustudierenden (2w + 32m) im Alter von 19 bis 29 Jahren mithilfe der Eye-Tracking-Technik und einer Videokamera bei der Analyse einer Baugruppenzeichnung beobachtet.
We present a planar chromatographic separation method for the phytoestrogenic active compound equol, separated on RP-18 W (Merck, 1.14296) phase. It could be shown that an ethanolic cattle manure extract contains this phytoestrogenic active compound to a larger amount. As solvents for the mobile phase, hexane, ethyl acetate, and acetone (45:15:10, v/v); acetone and water (15:10, v/v); and n-hexane, CH2Cl2, ethyl acetate, methanol, and formic acid (40:40:20:5:1, v/v) have been used. After separation, a modified yeast estrogen screen (YES) test was applied, using the yeast strain Saccharomyces cerevisiae BJ3505 containing an estrogen receptor. Its activation by equol induces the reporter gene lacZ which encodes the enzyme β-galactosidase. The enzyme activity is measured directly on the TLC plate by using the substrate MUG (4-methylumbelliferyl-β-d-galactopyranoside) or the substrate X-β-Gal (5-bromo-4-chloro-3-indoxyl-β-d-galactopyranoside). β-Galactosidase cleaves MUG into a fluorescing compound. X-β- Gal is also hydrolyzed and then oxidized by oxygen forming the deep-blue dye 5,5′-dibromo-4,4′-dichloro-indigo. Both reactions in combination with a thin-layer chromatography (TLC) separation allow very specific detecting of equol in cattle manure, although that is a very challenging matrix. Preliminary results show that the average content of equol in liquid manure is roughly 60 μg g−1. The value for urine is 50 μg mL−1.
A Validated Quantification of Sudan Red Dyes in Spicery using TLC and a 16-bit Flatbed Scanner
(2018)
We present a video-densitometric quantification method for Sudan red dyes in spices and spice mixtures, separated by TLC. Application was done band-wise in small dots using a 5 μL glass pipette. For separation, the RP-18 plates (20 × 20 cm with fluorescent dye; Merck, Germany, 1.05559) were developed in a vertical developing chamber without vapor saturation from the starting point to a distance of 70 mm by using acetonitrile, methanol, and aqueous ammonia solution (25%; 8 + 1.8 + 0.2, v/v) as mobile phase. The quantification is based on direct measurements using an inexpensive 16-bit flatbed scanner for color measurements (in red, green, and blue). Evaluation of only the green channel makes the measurements very specific. For linearization, an extended Kubelka-Munk expression for data transformation was used. The range of linearity covers more than two magnitudes and lies between 20 and 500 ng. The extraction from a 2 g sample with acetonitrile, evaporation, and reconstitution to 200 μL with methanol and the band-wise application (7 mm) of a 10 μL sample allows a statistically defined LOD of less than 500 ppb of Sudan red dyes. To perform the analysis, a separation chamber, RP-18 plates, 5 μL glass pipettes, and a 16-bit flatbed scanner for 105 € are needed; therefore, the separation method is inexpensive, fast, and reliable.
Freiwillige Fachtutorien erreichen aus unterschiedlichen Gründen nicht alle Studierenden. Allein der subjektive Eindruck, dass zu wenige Ressourcen seitens der Hochschule (Übungsräume, studentische Tutoren, lückenlose Stundenplanpassung) oder der Studierenden (Zeit, Motivation) zur Verfügung stünden, führt zu Absenzen bei freiwilligen Präsenztutorien. Um die empfundenen und realen Begrenzungen dieser Veranstaltungen zu verringern, wurden für den Studiengang Maschinenbau die Musterlösungen der Übungsaufgaben Physik und Mathematik in Form von Videoclips erstellt und über die Lernplattform Moodle für alle Studierende des Semesters bereitgestellt. Die Clips beziehen sich jeweils auf eine Teilaufgabe und besitzen die Länge eines typischen Youtube-Tutorials. In etwa 5 Minuten bieten sie dem Zuschauer einen Lösungsweg zu den jeweiligen Übungsaufgaben. Die Studierenden können die Clips alternativ oder ergänzend zur Präsenzveranstaltung nutzen. Bei der Erstellung der Clips wurde auf den Einsatz von Spezialeffekten wie Animationen etc. zugunsten einer effizienten Produktion verzichtet, so dass eine einzelne Lehrperson pro Stunde etwa 10 bis 20 Minuten Videoclips aufzeichnen kann. Die Auswertung der Zugriffszahlen auf die Clip-Dateien ermöglicht eine aufgabengenaue Ermittlung der aktiven Nutzer. Im Betrag wird eine vorläufige Auswertung der Teilnehmerzahl und der Korrelation zwischen Klausurergebnis und Nutzungsgrad präsentiert.
Hot work tools are subjected to complex thermal and mechanical loads during hot forming processes. Locally, the stresses can exceed the material’s yield strength in highly loaded areas as e.g. in small radii in die cavities. To sustain the high loads, the hot forming tools are typically made of martensitic hot work steels. While temperatures for annealing of the tool steels usually lie in the range between 400 and 600 °C, the steels may experience even higher temperatures during hot forming, resulting in softening of the material due to coarsening of strengthening particles. In this paper, a temperature dependent cyclic plasticity model for the martensitic hot work tool steel 1.2367 (X38CrMoV5-3) is presented that includes softening due to particle coarsening and that can be applied in finite-element calculations to assess the effect of softening on the thermomechanical fatigue life of hot work tools. To this end, a kinetic model for the evolution of the mean size of secondary carbides based on Ostwald ripening is coupled with a cyclic plasticity model with kinematic hardening. Mechanism-based relations are developed to describe the dependency of the mechanical properties on carbide size and temperature. The material properties of the mechanical and kinetic model are determined on the basis of tempering hardness curves as well as monotonic and cyclic tests.
In this paper, the temperature dependent cyclic mechanical properties of the martensitic hot work tool steel 1.2367 after tempering are investigated. To this end, hardness measurements as well as monotonic and cyclic tests at temperatures in the range from room temperature to 650 °C are performed on material tempered for different tempering times and temperatures. To describe the observed time and temperature dependent softening during tempering a kinetic model for the evolution of the mean size of secondary carbides based on Ostwald ripening is developed. Furthermore, mechanism-based as well as phenomenological relations for the cyclic mechanical properties of the Ramberg-Osgood model depending on carbide size and temperature are introduced. A good overall agreement of the measured and the calculated stress-strain hysteresis loops for different temperatures and heat treatments is obtained using the determined material properties of the kinetic and mechanical model.
In this paper the yield surface of a recently presented microstructure-based volume element of the gray cast iron material GJL-250 is assessed after different plastic loading histories. The evolution of the yield surface is investigated for different volumetric, deviatoric and uniaxial loadings. The micromechanical material properties of the metallic matrix and the graphite inclusions are validated by means experimental stress-strain hysteresis loops. The metallic matrix is modeled as elastic-plastic with a non-linear kinematic hardening law. The graphite inclusions are described by means of a volumetric strain state dependent Young’s modulus. The results show that the shape of the yield surface does not change significantly in comparison to the initial yield surface after pure deviatoric loadings. After volumetric loadings, the dependence of the material on the Lode angle is significantly reduced. Uniaxial tensile preloadings result in a deformed yield surface, whereby the magnitude of the deformation depends on the applied load. Uniaxial preloadings to compression do not change the shape of the initial yield surface.
In dieser Bachelor-Thesis wird ein Verfahren zur Realisierung einer Glanzchrom-Optik auf additiv gefertigten Prototypen gesucht und projiziert. Dabei wird eine methodische Vorgehensweise zur Findung einer Lösung aufgezeigt. Es werden unterschiedliche Beschichtungsverfahren, die der momentane Stand der Technik zu bietet hat, auf ihre Tauglichkeit untersucht. Getestet wird dabei die Tauglichkeit von Leitlack, oder einer gesputterten Kupferschicht mit einem galvanischen Chrom, dem bedampfen mit Aluminium und der Reduktion von Silbernitrat. Die dabei erforderlichen Kriterien werden durch hauseigene Normen, sowie einen selbsterstellten Anforderungskatalog definiert. Das Ziel soll sein, eine kostengünstige, flexible Lösung zu finden, um zum einen von Dienstleistern unabhängig zu sein und zum anderen die Abteilung zu entlasten, in der spanend gefertigt wird. Bei den additiv gefertigten Prototypen handelt es sich um Anschauungsmuster für Besprechungen mit Designern und Konstrukteuren. Es werden keine Produkte für den Handel hergestellt.
Die vorliegende Bachelor-Thesis wurde im Rahmen des Bachelorstudiengangs an der Hochschule Offenburg in der Sparte S der Fertigungsplanung der Hugo Kern und Liebers GmbH und Co. KG verfasst. Ziel dieser Abschlussarbeit ist es, die Lagerung der vorderen Kettenumlenkung weiter zu optimieren, um die Standzeit zu verbessern. Der Fokus der Arbeit liegt dabei in der Optimierung des Seriengleitlagers, bzw. der Entwicklung und Herstellung eines speziell gekapselten Gleitlagers.
Als Optimierungen im seriennahen Bereich, das heißt möglichst ohne große Änderungen am Fertigungs- bzw. Montageablauf, findet vor allem das Borieren der Reibpartner besondere Beachtung. Durch erste Feldversuche zeigte sich, dass das Borieren des Umlenksterns positive Auswirkungen auf die Reibung hat und den Widerstand gegen abrasiven Verschleiß durch Erhöhung der Randschichthärte deutlich verbessert. Zusätzlich zum Einsatz eines borierten Umlenksterns wird untersucht, ob das zusätzliche Borieren des HM-Rings weitere Vorteile bringt, vor allem hinsichtlich der entstehenden zusätzlichen Notlaufeigenschaften durch die Boridschicht.
Als weitere Variante wird der eingesetzte Hartmetallring, welcher aktuell lediglich eine einzige Schmiernut enthält, mit optimierten Schmiernuten hergestellt. Als Vorbild hierfür wird die Gestaltungsrichtlinie von Schmiernuten von hydrodynamischen Gleitlagern verwendet.
Der größte Block und damit auch der, welcher am vielversprechendsten ist, ist die Neuentwicklung und Herstellung einer gekapselten Gleitlagervariante. Diese soll es ermöglichen, dass die Reibpartner komplett von Öl umschlossen sind und so eine Verbesserte und dauerhafte Schmierung erreicht werden soll. Außerdem soll die gekapselte Gleitlagerung so gestaltet werden, dass eine Nachförderung von Öl aus einem in den Bolzen angebrachten Schmiermittelreservoir ermöglicht wird und so eine Lebensdauerschmierung erreicht werden kann.
Um die unterschiedlichen Mustervariationen bewerten zu können, werden jeweils Prüfstandversuche durchgeführt, bei dem die entstehenden Drehmomente und die Temperatur gemessen werden. Als Vergleich dient jeweils der Serienstand mit seinen festgelegten Grenzen.
Außerdem wird für jede Variante ein Sägeversuch durchgeführt, bei welchem die Bau-gruppen bei den beiden kritischen Sägerichtungen Rückwärts und Einstechen überprüft wird. Auch hier erfolgt die Beurteilung über etwaige Verbesserungen mit den Ergebnissen der Sägesysteme aus dem aktuellen Serienzustand.
Bei der Prüfung der Musterbaugruppen zeigt sich, dass vor allem das Borieren der Reibpartner Vorteile gegenüber der Serie bringt und durchaus die Möglichkeit der Umsetzung in der Serienbaugruppe besteht. Die Tests verliefen äußerst positiv, vor allem im Bereich höherer Belastungen zeigt sich, dass das Borieren des Umlenksterns deutliches Verbesserungspotenzial im Vergleich zum aktuellen Serienstand zeigt.
An ein Umsetzen der Baugruppen mit gekapselter Gleitlagervariante ist aktuell nicht zu denken. Die geprüften Baugruppen zeigen deutliche Schwächen bei den Prüfstandsversuchen. Die Ergebnisse der Sägeversuche stellen sich jedoch noch deutlich schlechter dar. Unabhängig vom verwendeten Schmieröl, bzw. den darin enthaltenen Festschmierstoffpartikeln, besteht keine einzige Baugruppe auch nur annähernd die festgelegten Mindestanforderungen.
Um die gekapselte Gleitlagervariante auf einen Stand zu bringen, bei welchem an ein Umsetzen in die Serienbaugruppe gedacht werden kann, bedarf es noch weiterem Entwicklungsaufwand. Das Aufbiegen des Schwertes während des Sägens muss verhindert werden. Außerdem muss die Materialpaarung, die Härte und die Oberflächenqualität von Umlenkstern und Bolzen angepasst werden, um die Ausbildung von Kaltverschweißungen zu vermeiden. Die Kaltverschweißungen zwischen Umlenkstern und Bolzen bewirken, dass der Bolzen nicht mehr drehbar ist was unmittelbar zum Ausfall der Baugruppen führt.
The production of potable water in dry areas nowadays is mainly done by the desalination of seawater. State of the art desalination plants usually are built with high production capacities and consume a lot of electrical energy or energy from primary resources such as oil. This causes difficulties in rural areas, where no infrastructure is available neither for the plants’ energy supply nor the distribution of the produced potable water. To address this need, small, self-sustaining and locally operated desalination plants came into the focus of research. In this work, a novel flash evaporator design is proposed which can be driven either by solar power or by low temperature waste heat. It offers low operation costs as well as easy maintenance. The results of an experimental setup operated with water at a feed flow rate of up to 1,600 l/h are presented. It is shown that the proof of concept regarding efficient evaporation as well as efficient gas-liquid separation is provided successfully. The experimental evaporation yield counts for 98 % of the vapor content that is expected from the vapor pressure curve of water. Neither measurements of the electrical conductivity of the gained condensate, nor the analysis of the vapor flow by optical methods show significant droplet entrainment, so there are no concerns regarding the purity of the produced condensate for the use as drinking water.