(Đồ án hcmute) thiết kế, chế tạo máy xử lý nước uống gia đình 50 lít ngày ứng dụng công nghệ plasma

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY XỬ LÝ NƯỚC UỐNG GIA ÐÌNH 50 LÍT/NGÀY ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ PLASMA GVHD: TS TRẦN NGỌC ÐẢM NGUYỄN VĂN GHI TRẦN PHƯƠNG NAM S KL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2016 an MSSV : 12144027 MSSV: 12144067 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH  KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY XỬ LÝ NƢỚC UỐNG GIA ĐÌNH 50 LÍT/NGÀY ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PLASMA” Giảng viên hƣớng dẫn: TS TRẦN NGỌC ĐẢM Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN GHI TRẦN PHƢƠNG NAM Lớp: Khố: 121441A 2012-2016 Tp Hồ Chí Minh, tháng tháng /2016 an 12144027 12144067 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH  BỘ MƠN CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY XỬ LÝ NƢỚC UỐNG GIA ĐÌNH 50 LÍT/NGÀY ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ PLASMA” Giảng viên hƣớng dẫn: TS TRẦN NGỌC ĐẢM Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN GHI TRẦN PHƢƠNG NAM Lớp: Khoá: 12144027 12144067 121441A 2012-2016 Tp Hồ Chí Minh, tháng tháng /2016 an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn: TS TRẦN NGỌC ĐẢM Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN GHI TRẦN PHƢƠNG NAM 12144027 12144067 Tên đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY XỬ LÝ NƢỚC UỐNG GIA ĐÌNH 50 LÍT/NGÀY ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ PLASMA Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Công suất : 50 lít/ngày - Kích thƣớc bao : 480 300 1200 - Tự động hoàn toàn - Đạt tiêu lí, hóa Bộ Y TẾ quy định QCVN 01 :2009/BYT Nội dung đồ án: - Thiết kế tính tốn tìm mơ hình tối ƣu cho thiết bị sử dụng gia đình cạch tranh với thiết bị khác thị trƣờng Thiết bị phải đƣợc thiết kế logic để thuận tiện việc tháo lắp bảo trì thiết bị gặp cố - Chế tạo mơ hình với tốc độ xử lý 01 lít/lần/10 giây - Đánh giá đƣợc ƣu, khuyết điểm hệ thống, đồng thời tìm giải pháp để khác phục khuyết điểm - Tìm giải pháp đầu cho thiết bị i an Các sản phẩm dự kiến: - Đầu tiên, chế tạo máy xử lí nƣớc cơng nghệ plasma với cơng suất 50lít/ngày - Máy có kích thƣớc nhỏ gọn, đẹp mắt sử dụng cho gia đình cơng ty .Ngày giao đồ án: 26/2/2016 Ngày nộp đồ án: 20/7/2016 TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)  Đƣợc phép bảo vệ ………………………………………… ii an LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: “THIẾT KẾ , CHẾ TẠO MÁY XỬ LÝ NƢỚC UỐNG GIA ĐÌNH 50 LÍT/NGÀY ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PLASMA - Giảng viên hƣớng dẫn: TS Trần Ngọc Đảm - Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Ghi Trần Phƣơng Nam MSSV: 1214027 12144067 Lớp: 121441A 121441A Địa chỉ: Đức Phổ, Quãng Ngãi Nghệ An Số điện thoại : 0984541747 01636530996 Email: (12144027)(12144067)@sudent.hcmute.edu.vn - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 20/ / 2016 - Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình tơi nghiên cứu thực Tôi không chép từ viết công bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm” Tp, Hồ Chí Minh, Ngày 20 Tháng Năm 2016 (Ký, ghi rõ họ tên) iii an LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp sinh viên năm cuối quan trọng, nhằm tổng hợp lại kiến thức chuyên ngành khí chế tạo máy môn học khác mà chúng em đƣợc học khoảng thời gian chúng em ngồi giảng đƣờng đại học, nhƣ kinh nghiệm từ thực tế Đồ án tốt nghiệp giúp chúng em từ lý thuyết vào thực tế nghiên cứu chế tạo mơ hình thực tế Qua chúng em củng cố vững kiến thức chuyên ngành kỹ làm việc thực tế nhƣ làm việc nhóm cho hiệu hơn, kỹ cần thiết cho kỹ sƣ sau trƣờng Lời cảm ơn chân thành sâu sắc xin gửi đến gia đình động viên không mệt mỏi kề cận, giúp đỡ, tạo điều kiện để em hồn thành khóa học cách tốt Trƣớc tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể q thầy Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu, tận tình giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho em thực đề tài Đặc biệt TS Trần Ngọc Đảm, ngƣời hƣớng dẫn, bảo tận tình tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành tốt Đồ Án Mặc dù cố gắng, nhƣng khoảng thời gian cho phép, nhƣ hạn chế mặt kiến thức thân, đồ án tránh khỏi nhiều thiếu sót Chính vậy, em mong nhận đƣợc góp ý thầy giáo, giáo nhƣ bạn bè ngƣời có quan tâm đến lĩnh vực mà đồ án đƣợc trình bày Cuối em xin kính chúc TS Trần Ngọc Đảm q thầy, Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy lời chúc sức khỏe, hạnh phúc, công tác tốt Chúng em xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng năm 2016 iv an TÓM TẮT ĐỒ ÁN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY XỬ LÝ NƢỚC UỐNG CHO CỘNG ĐỒNG BẰNG CƠNG NGHỆ PLASMA Cơng nghệ Plasma có lâu đời nhƣng hầu hết đƣợc đƣợc ứng dụng phịng thí nghiệm với áp suất thấp.Về việc ứng dụng công nghệ Plasma để xử lý nƣớc thải xử lý nƣớc uống… đƣợc đƣa vào ứng dụng thử nghiệm nƣớc Hƣớng nghiên cứu xử lý nƣớc uống công nghệ Plasma bắt đầu có sáng chế vào thập niên 90, trở thành mối quan tâm toàn cầu hứa hẹn lĩnh vực nhiều đột phá tƣơng lai Theo nhà khoa học khẳng định: nguồn nƣớc máy Việt Nam bị nhiễm khuẩn trầm trọng, sử dụng trực tiếp nguy nhiễm khuẩn cao Do đó, cần thiết phải đƣợc xử lý công nghệ trƣớc đến đƣợc tay ngƣời sử dụng Ngồi trƣờng dùng loại nƣớc uống tinh khiết đóng chai, bình hay qua thiết bị lọc nƣớc thƣờng dùng (ứng dụng công nghệ thẩm thấu ngƣợc – RO, công nghệ lọc nƣớc theo nguyên lý hấp phụ) có chi phí cao đƣợc cảnh báo thiếu vi chất, khoáng chất, cân điện giải Để giải hạn chế trên, nhà khoa học nghĩ đến công nghệ Plasma Công nghệ Plasma tạo gốc tự có lực oxy hóa mạnh, đồng thời tạo tƣợng sóng xung kích (shockwaves), tia cực tím (UV) tƣợng phá vỡ lên kết hóa học (vịng benzen) va chạm mạnh hạt mang điện (electron ion) Nhờ phá vỡ thành phần hóa học độc hại diệt virus nƣớc uống Các tạp chất bị đốt trực tiếp môi trƣờng Plasma nên nƣớc sau xử lý không bị chuyển màu theo thời gian Hệ thống mơ hình gồm có: Nguồn điện cấp vào (0-220v), buồng Plasma hai điện cực để tạo dịng tia plasma cực dƣơng đƣợc bọc cách điện, cực âm inox 304 Khi cung cấp điện áp vào 220v vào buồng Plasma nơi mà điện áp đƣợc khuếch đại lên nhiều lần từ (0-220v) lên đến (20-40kv)m Với điện áp cao hai cực âm dƣơng tạo sóng xung kích, tia cực tím, tƣợng phá vỡ liên kết hóa học dịng nƣớc ngang qua vùng xử lý Sau đƣợc xử lý, nƣớc đƣợc cung cấp trực tiếp đến nhiều ngƣời sử dụng thông qua trụ nƣớc v an Nghiên cứu đƣợc thực gồm sáu giai đoạn là: - Giai đoạn 1: Nghiên cứu lý thuyết công nghệ Plasma, động lực học plasma, nghiên cứu khả bắn điện công nghệ Plasma ứng dụng tia Plasma vào xử lý nƣớc - Giai đoạn 2: Đƣa nhiều phƣơng án thiết kế chế tạo mơ hình xử lý thực nghiệm, phân tích ƣu nhƣợc điểm phƣơng án, cuối chọn phƣơng án tối ƣu dựa tiêu chí hiệu suất xử lý, tiết kiệm lƣợng bảo vệ môi trƣờng - Giai đoạn 3: Tiến hành thí nghiệm với điều kiện khác nhau: cơng suất tiêu hao (dịng điện, điện áp, tần số), kích thƣớc hình dáng buồng Plasma - Giai đoạn 4: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống xử lý nƣớc uống công nghệ plasma với công suất sở sản xuất nƣớc uống - Giai đoạn : Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống xử lý nƣớc ƣớng công nghệ Plasma với cơng suất nhỏ nhƣng có độ thẩm mỹ cao để lắp xí nghiệp trƣờng học - Giai đoạn : Nguyên cứu, thiết kế, thu gọn chế tạo máy xử lý nƣớc uống cơng nghệ Plasma để sử dụng cho gia đình nhƣng địi hỏi phải đáp ứng đủ tính thẩm mỹ, tiện nghi an toàn cho ngƣời sử dụng vi an MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT ĐỒ ÁN v MỤC LỤC vii DANH MỤC BẢNG HIỆU x MỤC LỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ xi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xii CHƢƠNG GIỚI THIỆU 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI: 1.2 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI: 1.2.1 Ý nghĩa khoa học: 1.2.2 Ý nghiã thực tiễn 1.3 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI: 1.3.1 Mục tiêu chung 1.3.2 Mục tiêu cụ thể 1.4 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGUYÊN CỨU: 1.4.1 Đối tƣợng nguyên cứu: 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 PHƢƠNG PHÁP NGUYÊN CỨU: 1.5.1 Cơ sở phƣơng pháp luận 1.5.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể 1.6 KẾT CẤU ĐỒ ÁN CHƢƠNG TỔNG QUAN NGUYÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 ĐỊNH NGHĨA VỀ NƢỚC: vii an 30 0.798 0.801 40 0.653 0.658 50 0.547 0.553 60 0.467 0.475 70 0.404 0.413 80 0.355 0.365 90 0.315 0.326 100 0.282 0.29 Bảng 5.5: Bảng tƣơng quan nhiệt độ, áp suất vận tốc Thay vào (8) ta đƣợc: Ta có: Dịng chảy có Re ≤ 2300 dịng chảy tầng - Dịng chảy có 104 > Re > 2300 dịng chảy chuyển tiếp từ chảy tầng sang chảy rối; - Dòng chảy có Re ≥ 104 dịng chảy rối - 1926 < 2300: Dòng chảy ống dòng chảy tầng 54 an 5.1.3 Tính kích thƣớc đƣờng ống ( đƣờng ống dẫn chính) Đây tốn tính kích thƣớc đƣờng ống cho chiều dài ống,vật liệu ống,cột áp,lƣu lƣợng Ta có cơng thức (∑ Trong :       G[m/ : gia tốc trọng trƣờng H[m]: cột áp ξ : hệ số tổn thất cục hệ số ma sát L[m]: chiều dài ống D[m]: đƣờng kính ống  Q[ ]: lƣu lƣợng 5.1.4 Tính tốn hệ số tổn thất cục Cút Vị trí Từ bình vào ống Hệ số ξ 0,5 Qua van 2÷3 Cút tiêu chuẩn 0,35 Cút tiêu chuẩn 0,75 bán kính cong lớn 0,45 Chữ T, Nhánh 0,4 Chữ T, Nhánh phụ 1.5 Qua ống vắt 0.1 Qua ống mở 0.25 Khớp nối 0,04 Van cổng mở 100% mở 75% mở 50% mở 25% 0,2 0,9 4,5 24,0 Van cầu có độ mở 100% mở 50% 6,4 9,5 Bảng 5:1 hệ số tổn thất cục 55 an ( hệ thống ống gồm co = 4.5 (van mở 50%) = 0.1 =( =( ξ = 2.25+4.5+0.1+( ) =( = 6.85+ 56 an 5.1.5 Tính tốn chọn bơm: Các thơng số làm việc bơm cột áp,lƣu lƣợng,công suất hiệu suất.Đây thông số cần thiết để chọn bơm phù hợp Công suất thủy lực bơm: ∗𝛾∗ ∗ 𝑁𝑡𝑙 = 𝜇 Trong đó: 𝛾 [N/m3] lƣợng riêng chất lỏng Q [m3/s] lƣợng bơm H [m] cột áp toàn phần bơm k-hệ số an toàn 𝜇-hiệu suất 𝑁 ∗ ∗ ∗ Nhân thêm với hệ số an toàn để đảm bảo bơm không hoạt động tối đa công suất 𝑁𝑡𝑙 ∗ 57 an 5.1.6.Nhiệt độ buồng Plasma: Bộ nguồn phát Plasma dùng thực nghiệm loại nguồn phát Plasma nguội (Non-thermal Plasma) nên nhiệt lƣợng tỏa phụ thuộc vào nhiệt độ electron Dƣới bảng nhiệt độ số loại Plasma: 5.2 bảng nhiệt độ ( Theo Wiki ) Theo bảng ta thấy nhiệt độ Plasma nguội nằm khoảng 27 0C đến 727 0C (300 đến 1000 K).Trong ta chọn vật liệu cách nhiệt buồng Plasma ống thạch anh (có nhiệt độ nóng chảy 1650 0C) nên đảm bảo buồng Plasma vận hành tốt 58 an 5.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN: 5.2.1.Sơ đồ khối điều khiển: Điều khiển xử lý nƣớc Điều khiển rót nƣớc Hình 5:4 Sơ đồ khối điều khiển 5.2.2 Nguyên lý vận hành: 5.2.2.1 Quy trình xử lý nước: Đầu tiên, khi phao có tín hiệu báo hết nƣớc bồn chứa nƣớc sạch, van điện từ mở, nƣớc qua hệ thống lọc thô để xử lý chất bẩn nƣớc Sau nƣớc qua bồn Plasma để xử lý, sau xử lý xong nƣớc đƣợc chứa bồn nƣớc Còn bồn điều áp có nhiệm vụ rót nƣớc làm nƣớc chảy lƣu lƣợng nhƣ mong muốn không bị thiếu hụt áp suất 59 an CHƢƠNG CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM 6.1.CHẾ TẠO CƠ KHÍ: 6.1.1.Vỏ máy xử lý: Hình 6:1 Mơ hình hồn chỉnh 60 an 6.1.2 Bộ lọc thơ: Hình 6:2 Bộ lọc thơ 6.1.3 Bồn điều áp Hình 6:3 bồn điều áp 61 an 6.1.4.Bồn chứa nƣớc sạch: Hình 6:4 Bồn chứa nước 6.1.5.Vịi rót nƣớc Hình 6:5 vịi nước 62 an 6.1.6 Trụ nƣớc xử lí Hình 6:6 Trụ xử lý Plasma CHẾ TẠO ĐIỀU KHIỂN: Mạch tạo Plasma: Hình 6:7 Mạch Plasma 6.2.3 Điều khiển rót nƣớc: 63 an Hình 6:8 Điều khiển rót nước THỬ NGHIỆM: Máy sau hoàn thành đƣợc thử nghiệm để chỉnh sửa sai sót trình lắp đặp Sau khắc phục cố máy hoạt động ổn định gặp trục trặc 64 an KẾT LUẬN Với đề tài “Thiết kế, chế tạo máy xử lí nƣớc uống gia đình 50l lít/ngày ứng dụng cơng nghệ Plasma ” nhóm tiến hành tính tốn,thiết kế , chế tạo đƣợc mơ hình kiểm nghiệm ngun lý hoạt động trụ nƣớc uống tự động nơi công cộng rút số kết luận sau: - Hệ thống plasma hoạt đông ổn định - Nƣớc xử lý đảm bảo tiêu chuẩn - Lƣu lƣợng nƣớc đảm bảo đầu vịi nƣớc 0.5 l/8s Bên cạnh nhóm đƣa phƣơng hƣớng để điều chỉnh trụ xử lý plasma lớn để nâng cao suất , mở rộng tính kinh tế 65 an ĐỀ NGHỊ Nhóm có số đề nghị nhƣ sau: - Hoàn thiện việc thiết kế trụ nƣớc việc lắp thêm hệ thống nƣớc nóng lạnh - Trụ plasma làm thêm nhiều ống xử lý để tăng thêm suất - Tiến hành lại thí nghiệm tính toán hệ thống đƣờng ống lại để đảm bảo lấy lúc vịi nƣớc nƣớc đủ 0.5l/8s/vịi Q trình làm đồ án chúng em thật gặp nhiều khó khăn việc chế tạo nhƣ địa điểm để làm đồ án Vì chúng em kính mong Khoa có nhiều giúp đỡ cho sinh viên làm đồ án Đặc biệt tạo điều kiện máy móc, sở vật chất cho q trình làm đồ án Kính mong khoa nên thành lập phịng thí nghiệm dành riêng cho sinh viên năm cuối sinh viên nghiên cứu khoa học có điều kiện máy móc địa điểm để thực ý tƣởng 66 an TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dung sai kỹ thuật đo [2] Vũ Hoàng Nam, Lê Văn Hiếu (HD), Mơ Plasma phóng điện khí Argon hệ phóng xạ Magnetron DC phƣơng pháp PIC/MCC, LVTN Thạc sĩ, trƣờng ĐH KHTN, 2010 [3] Nguyễn Thanh Nam, Giáo trình Phƣơng pháp thiết kế kỹ thuật, NXB Đại học Quốc gia Tp HCM [4] Nguyễn Đắc Lộc, Lê Văn Tiến, Ninh Đức Tốn, Trần Xuân Việt, Sổ tay công nghệ Chế tạo máy tập 1,2, NXB KHKT, Hà Nội 2007 [5] Trần Hữu Quế, Vẽ kỹ thuật khí tập một, NXB Giáo dục, 2006 [7] Khái niệm Plasma, link http://vi.wikipedia.org/wiki/Plasma 67 an S an K L 0