Bải giảng Cơ điện nông nghiệp pdf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ DỰ ÁN HỢP TÁC VIỆT NAM – HÀ LAN BÀI GIẢNG CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP Người biên soạn: Đinh Vương Hùng Huế, 08/2009 Chương NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG 1.1 VẬT LIỆU CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP Người ta dùng nhiều loại vật liệu để chế tạo máy móc điện nơng nghiệp, chủ yếu kim loại hợp kim Ngoài dùng gỗ, cao su, chất dẻo, v.v Kim loại chia kim loại đen kim loại màu Kim loại đen liên kết sắt với cácbon vài nguyên tố khác Kim loại màu đồng, nhơm, chì, thiếc, kẽm, Hợp kim chia hợp kim đen hợp kim màu Hợp kim đen liên kết sắt - cácbon với số kim loại khác để cải thiện số tính chất vật liệu Hợp kim màu liên kết kim loại màu 1.1.1 Tính chất chung kim loại hợp kim 1.1.1.1.Tính chất lý học Tính chất lý học kim loại hợp kim bao gồm: vẻ sáng mặt ngồi, tính nóng chảy, tính dẫn nhiệt, tính dẫn điện, tính nhiễm từ tính giãn nở nhiệt - Vẻ sáng mặt : Mỗi kim loại phản chiếu ánh sáng theo màu sắc riêng tạo vẻ sáng mặt ngồi, gọi màu kim loại Thí dụ: Đồng có màu đỏ, thiếc có màu trắng bạc, kẽm có màu xám Kim loại khơng suốt, kim loại dát mỏng khơng ánh sáng xun qua - Tính nóng chảy: Kim loại có tính chảy lỗng đốt nóng đơng đặc làm nguội Nhiệt độ ứng với lúc kim loại chuyển từ thể rắn sang thể lỏng hồn tồn gọi nhiệt độ nóng chảy Nhiệt độ nóng chảy có ý nghĩa quan trọng công nghệ đúc công nghệ hàn Phần lớn nhiệt độ nóng chảy kim loại lớn 200 0C (Thiếc 2320C, chì 3270C, kẽm 4190C, nhơm 6600C, đồng 1083 0C, sắt 15390C) - Tính dẫn nhiệt: Là tính chất truyền nhiệt kim loại bị đốt nóng làm lạnh Kim loại hợp kim có tính dẫn nhiệt tốt dễ đốt nóng nhanh đồng dễ nguội nhanh Tính dẫn nhiệt kim loại giảm xuống nhiệt độ tăng ngược lại nhiệt độ giảm xuống - Tính dẫn điện: Là khả truyền dẫn điện kim loại hợp kim Tính chất cần lưu ý ta dùng kim loại làm vật truyền dẫn điện Nói chung kim koại có tính dẫn điện Các kim loại có tính dẫn điện tốt tức điện trở kim loại bé Các kim loại có tính dẫn điện tốt bạc, đồng, nhơm, bạc đắt tiền nên sử dụng kỹ thuật Khi nhiệt độ tăng tính dẫn điện giảm ngược lại nhiệt độ giảm tính dẫn điện tăng Phần lớn kim loại dẫn nhiệt tốt dẫn điện tốt Hợp kim nói chung có tính dẫn điện kim loại - Tính giãn nở nhiệt : Đó đốt nóng, kim loại giãn nở nguội lạnh co lại Hệ số giãn nở nhiệt thường nhỏ, với chi tiết kích thước lớn, chịu thay đổi nhiệt độ đáng kể, cần ý tới tính giãn nở nhiệt - Tính nhiễm từ : Chỉ có số kim loại có tính nhiễm từ, tức bị từ hóa sau đặt từ trường Sắt hầu hết hợp kim sắt có tính nhiễm từ Niken Cơban có tính nhiễm từ gọi chất sắt từ Còn hầu hết kim loại khác khơng có tính nhiễm từ 1.1.1.2 Tính chất hóa học Tính chất hóa học kim loại hợp kim biểu thị khả kim loại hợp kim chống lại tác dụng hóa học mơi trường có hoạt tính khác Tính chất hóa học kim loại hợp kim biểu thị hai dạng chủ yếu: Tính chống ăn mịn tính chịu a xít - Tính chống ăn mòn: Là khả chống lại ăn mòn nước ơxy khơng khí nhiệt độ thường hay nhiệt độ cao - Tính chịu a xít: Là khả chống lại tác dụng môi trường a xít Khi lựa chọn kim loại hay hợp kim ta phải vào tính chất hóa học để biết khả chịu đựng tác dụng hóa học mơi trường xung quanh 1.1.1.3 Tính chất học Tính chất học kim loại hợp kim khả chống lại tác dụng lực bên lên kim loại hay hợp kim Lực tác dụng bên ngồi có nhiều dạng khác Có lực tác dụng từ từ đặn gọi lực tĩnh, có lực lại tác dụng đột ngột gây va đập gọi lực động Tính chất học kim loại hợp kim bao gồm: Độ bền, độ đàn hồi, độ dẻo, độ cứng, độ dai va chạm,.v.v - Độ bền: khả kim loại hay hợp kim chống lại tác dụng lực bên ngồi mà khơng bị phá hỏng - Độ đàn hồi: khả biến dạng kim loại hay hợp kim tác dụng lực bên trở lại cũ lực tác dụng - Độ dẻo: khả biến dạng kim loại hay hợp kim tác dụng lực bên ngồi mà khơng bị phá hỏng, đồng thời giữ biến dạng thơi lực tác dụng bên - Độ cứng: khả chống lại biến dạng dẻo cục có ngoại lực tác dụng thơng qua vật nén có độ cứng lớn Nếu giá trị lực nén, lõm biến dạng mẫu đo lớn, sâu độ cứng mẫu đo - Độ dai va chạm khả chịu đựng vật liệu ngoại lực tác dụng có tính chất đột ngột (va đập) mà khơng bị phá hủy 1.1.1.4 Tính chất cơng nghệ Tính chất cơng nghệ khả kim loại hay hơp kim thưc phương pháp công nghệ để sản xuất sản phẩm Tính chất cơng nghệ bao gồm: Tính cắt gọt, tính hàn, tính rèn, tính đúc, tính nhiệt luyện - Tính cắt gọt: Là khả kim loại gia cơng cắt gọt dễ hay khó, xác định tốc độ cắt gọt, lực cắt gọt, độ bóng bề mặt kim loại sau cắt gọt - Tính hàn: khả tạo thành liên kết chi tiết máy nung nóng cục chỗ cần hàn đến trạng thái chảy dẻo - Tính rèn: khả biến dạng vĩnh cửu kim loại hay hợp kim tác dụng ngoại lực để tạo thành hình dáng chi tiết mà khơng bị phá hỏng - Tính đúc: khả chảy loãng kim loại hợp kim đốt nóng để đổ đầy vào khn đúc - Tính nhiệt luyện: khả làm thay đổi độ cứng, độ bền, độ dẻo kim loại hợp kim cách nung nóng lên nhiệt độ định làm nguội theo chế độ xác định Trong cơng nghiệp chế tạo máy nói chung, kim loại ngun chất sử dụng có độ bền, độ cứng thấp Nhiều kim loại dẫn điện tốt, nhiệt độ cao, tính dẫn điện lại giảm Sự giãn nở nhiệt kim loại nguyên chất lớn có thay đổi nhiệt độ Tính cơng nghệ kim loại ngun chất (khó đúc, khó gia cơng cắt gọt, ) Chính lý mà thực tế hầu hết chi tiết máy chế tạo từ hợp kim 1.1.2 Hợp kim đen (hợp kim sắt - cácbon) Ngươi ta chia hợp kim sắt - cácbon làm hai loại: gang thép Gang thép hai loại vật liệu quan trọng ngành công nghiệp chế tạo máy 1.1.2.1 Gang Gang hợp kim sắt cácbon với số nguyên tố khác, tỷ lệ cácbon gang 2-5% Còn nguyên tố khác silic, mangan, phốt pho, lưu huỳnh tùy loại gang nằm khoảng 0,12-2% Gang luyện từ quặng sắt lò cao Các loại gang thường dùng gang xám, gang trắng, gang dẻo, gang biến tính gang cầu Nói chung ngồi tỉ lệ cácbon cao, gang cịn có nhiều tạp chất chưa khử hết nên gang cứng, dòn, dễ nứt vỡ Gang thường dùng để chế tạo chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh có hình dáng đơn giản Còn chi tiết máy chịu tải trọng lớn, va đập có hình dáng phức tạp chế tạo thép 1.1.2.2 Thép Thép vật liệu quan trọng kinh tế quốc dân nói chung ngành cơng nghiệp chế tạo máy nói riêng Thép luyện từ gang lị chuyên dùng để khử bớt tạp chất giảm tỉ lệ cácbon xuống 2% Ngoài cácbon ra, thành phần thép cịn có lượng nhỏ nguyên tố mangan, silic, phốt lưu huỳnh Riêng thép hợp kim cịn có nguyên tố như: crôm, niken, vônphram, môlipđen Tỉ lệ cácbon thép cao thép cứng, ngược lại tỉ lệ cácbon thép thấp thép dẻo Các nhà máy luyện kim chế tạo sẵn loại thép định hình có tiết diện khác Tùy theo việc sử dụng người ta chia thép làm hai nhóm: Nhóm thép cácbon nhóm thép hợp kim Nhóm thép cácbon dùng ngành chế tạo máy ngành xây dựng Nhóm thép hợp kim dùng để chế tạo dụng cụ cắt, dụng cụ đo, chi tiết máy có yêu cầu độ bền, độ cứng cao Trong nhóm thép hợp kim có thép hợp kim đặc biệt, bao gồm loại thép không rỉ, thép chịu nhiệt, thép có từ tính, thép có hệ số giãn nở nhiệt nhỏ Nói chung chi tiết máy chế tạo từ thép có độ cứng khơng cao, khả chống mài mịn cịn hạn chế Để tăng độ cứng, độ chịu mài mòn cho bề mặt chi tiết máy chế tạo thép người ta phải nhiệt luyện 1.1.3 Hợp kim màu Trong nhiều ngành công nghiệp đại, kim loại màu chiếm vị trí quan trọng ngày sử dụng rộng rãi có tính chất đặc biệt sau: - Độ nóng chảy khơng cao lắm, nấu luyện, đúc thành chi tiết có hình dáng khác cách dễ dàng - Tính dẻo tốt nên sử dụng phương pháp gia công rèn, cán, dát, kéo, thành chi tiết có hình dáng, kích thước khác - Độ bền, độ cứng cao có khả chống mài mịn - Tính dẫn điện dẫn nhiệt tốt Một số kim loại mau có từ tính cao (niken, coban) Một số có tính phóng xạ (radi, uran) dùng công nghiệp nguyên tử - Một số kim loại màu có tính chống ăn mịn hóa học Các hợp kim màu thường dùng là: hợp kim nhôm hợp kim đồng 1.1.3.1 Hợp kim nhôm Hợp kim nhôm hợp kim nhôm với nguyên tố kim loại khác như: đồng, silic, mangan, magiê Căn vào thành phần đặc tính cơng nghệ hợp kim nhơm người ta chia làm hai nhóm: Nhóm hợp kim nhơm biến dạng nhóm hợp kim nhơm đúc - Nhóm hợp kim nhơm biến dạng: Được dùng để chế tạo nhôm, băng, dây nhôm chi tiết máy phương pháp gò, dập Đura hợp kim nhơm điển hình Đặc tính đura cứng, nhẹ, độ bền học cao nên dùng nhiều công nghiệp dân dụng, công nghiệp chế tạo máy (làm vòng đệm, vành bánh xe, khay, hộp, đáy te động ) Đặc biệt công nghiệp chế tạo máy bay - Nhóm hợp kim nhơm đúc: Được dùng để chế tạo chi tiết máy phương pháp đúc Một loại hợp kim nhôm đúc quan trọng thường dùng hợp kim nhôm với silic, gọi silumin Ngoài thành phần silic, silumin cịn chứa đồng, magiê, kẽm Silumin có tính đúc tốt (dễ chảy lỗng có độ co ngót nhỏ) Silumin thường dùng để chế tạo pít tơng, thân động 1.1.3.2 Hợp kim đồng Hợp kim đồng dùng phổ biến đồng thau đồng - Đồng thau: Đồng thau hợp kim đồng kẽm Cấu tạo tính chất đồng thau phụ thuộc vào lượng kẽm chứa Người ta thường dùng đồng thau để chế tạo chi tiết phương pháp cán, uốn, dập Một số trường hợp người ta dùng đồng thau để đúc - Đồng thanh: Đồng hợp kim đồng với thiếc nguyên tố kim loại khác như: nhôm, kẽm, silic, crôm Có nhiều loại đồng thanh: đồng thiếc, đồng nhơm, đồng silic, đồng kẽm Đồng có đặc tính dễ cắt gọt có tính chống ăn mịn cao, có tính đúc tốt dùng để chế tạo bánh răng, vỏ bơm, vòng chắn nước, ổ trục làm hợp kim đỡ sát Đồng đen loại đồng Nó hợp kim đồng với thiếc, chì, silic v.v Đồng đen có tính chống ăn mịn, chống mài mịn cao, dùng để đúc gia công áp lực Đồng đen dùng để làm ổ trượt, mặt trượt, bánh vít, trục vít dùng thiết bị chứa nước, dầu mỡ Ngoài hai loại hợp kim màu thường dùng hợp kim nhơm hợp kim đồng cịn có số loại hợp kim màu khác như: hợp kim manhê, hợp kim titan, hợp kim niken 1.1.4 Các loại vật liệu khác 1.1.4.1 Chất dẻo Chất dẻo vật liệu nhân tạo, san xuất từ chất hữu Ở nhiệt độ định, chất dẻo trở nên mềm dẻo tạo hình áp suất cao Đa số loại chất dẻo có cấu tạo hóa học phức tạp mà sở liên kết hữu cao phân tử, gọi pơlime Tính chất chất dẻo có khối lượng riêng nhỏ, có độ bền học cao, khả chống ăn mòn tốt, hệ số ma sát nhỏ, có tính cách điện tốt, khơng bị tác dụng axít, kiềm khơng thấm nước Một số chất dẻo suốt, ta làm cho chúng có màu sắc tùy ý cách nhuộm chất dẻo Chất dẻo ngày sử dụng rộng rãi công nghiệp đời sống Hầu khơng có ngành cơng nghiệp lại không dùng tới chất dẻo để làm vật liệu phụ Đặc biệt lĩnh vực điện vô tuyến điện, chất dẻo sử dụng nhiều có tính cách điện tốt Đối với chi tiết máy có yêu cầu trọng lượng nhẹ, độ bền vừa phải, khơng bị ăn mịn chất dẻo loại vật liệu thích hợp Chất dẻo làm bình chứa, phận băng chuyền, cánh bơm, bánh răng, bánh vít, chi tiết cấu phanh, ổ trượt Ngoài ra, người ta dùng chất dẻo việc phủ lên kim loại để chống ăn mòn tăng thêm vẻ đẹp Trong đời sống, chất dẻo dùng rộng rãi để sản xuất đồ dùng sinh hoạt sản phẩm công nghiệp nhẹ 1.1.4.2 Cao su Cao su thiên nhiên lấy từ nhựa cao su Khi cịn ngun chất cao su thiên nhiên có màu trắng đục, để ánh sáng chuyển thành màu nâu Cao su dùng công nghiệp đời sống cao su thiên nhiên lưu hóa, tức pha thêm 1-2% lưu huỳnh Tính chất chung cao su có tính đàn hồi cao, độ giãn dài tới 700 - 800% Cao su có số tính chất quý kỹ thuật như: có độ bền chống đứt cao, chống mài mịn, có khả dập tắt rung động, không thấm nước khơng thấm khí, chịu tác dụng hóa học axit, kiềm Nhờ tính chất mà cao su trở nên thiếu số ngành cơng nghiệp Khuyết điểm cao su tính dẫn nhiệt Mặt khác, cao su bị giảm lý tính chịu tác dụng ánh sáng nhiệt đô cao Cao su dùng để chế tạo săm lốp, dây đai, băng tải, ống dẫn nước, ống dẫn hơi, ống dẫn dầu chịu áp suất thấp, ống dẫn hạt, vật liệu cách điện, loại vòng đệm làm kín khít bề mặt tiếp xúc chi tiết chế tạo kim loại 1.1.4.3 Gỗ Ngày nay, công nghiệp vật liệu phát triển có nhiều loại vật liệu tổng hợp khác nhau, gỗ loại vật liệu công nghiệp quan trọng Ngoài việc sử dụng thân gỗ, vỏ cành chế biến để tận dụng ngành công nghiệp khác giấy, hóa chất, rượu cồn, Tính chất chung gỗ nhẹ kim loại, có khối lượng riêng khoảng 0,44 - 0,81 G/cm Gỗ có khối lượng riêng cao khả chịu lực tốt Gỗ có độ dẫn điện dẫn nhiệt nhỏ, đẹp tự nhiên, chịu tác dụng số mơi trường khí, dễ chế tạo giá thành tương đối rẻ Gỗ khô, khả chịu lực tăng, ý khả chịu lực theo thớ dọc thớ ngang khơng Đa số loại gỗ chịu ẩm kém, dễ bị mục, mối, mọt dễ cháy Trong công nghiệp, gỗ sử dụng với nhiều mục đích khác Trong chế tạo khí, gỗ để làm mẫu đúc kim loại, làm toa xe, làm thùng đựng chuyên chở sản phẩm, làm bệ xe ô tô vận tải, Trong ngành xây dựng, gỗ dùng làm cửa, kèo, ván cốp pha, Trong sinh hoạt, gỗ dùng để làm bàn ghế, tủ giường, Bột gỗ, sau trộn với keo dính, ép áp suất cao, tạo thành loại vật liệu tốt rẻ tiền 1.1.4.4 Vật liệu compozit Vật liệu compozit coi vật liệu kết hợp thành phần khác hẳn tính chất, khơng hịa tan vào nhau, phân cách ranh giới rõ rệt Chúng kết hợp nhân tạo với nhờ can thiệp kỹ thuật người Compozit có độ bền, độ cứng khả chống mỏi cao hẳn hợp kim kết cấu phổ biến Ngày người ta dự kiến tính chất để chế tạo compozit theo ý muốn, nhằm thể ưu điểm bật vật liệu thành phần loại bỏ nhược điểm chúng, tạo nên đặc tính mà vật liệu thành phần riêng lẻ khơng thể có Cấu tạo compozit gồm hai thành phần chính: cốt Nền đóng vai trị liên kết toàn phần tử cốt, tạo thành khối thống hình thành sản phẩm theo thiết kế, đồng thời che phủ, bảo vệ cốt tránh khỏi phá hủy mơi trường bên ngồi Nền kim loại, gốm chất dẻo Cốt đóng vai trị tạo nên độ bền, độ đàn hồi độ cứng compozit Cốt chất vô cơ, chất hữu kim loại Những loại compozit sử dụng phổ biến gồm có compozit cốt hạt hợp kim cứng, hợp kim bột, bê tông compozit cốt sợi compzit polime sợi thủy tinh, compzit polime sợi cácbon, 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN ĐỘNG Có nhiều phương pháp truyền động: truyền động khí, truyền động điện, truyền động thủy lực Nhưng phạm vi giáo trình nghiên cứu truyền động khí Truyền động khí truyền động từ trục sang trục khác nhờ tiếp xúc trực tiếp chi tiết máy (như bánh răng, bánh ma sát, trục vít ) tiếp xúc gián tiếp (như xích, đai truyền ) với Trục thứ gọi trục chủ động trục thứ hai gọi trục bị động (hay phụ động) Trong truyền động khí cần quan tâm hai thơng số đặc trưng chủ yếu truyền, tỉ số truyền hiệu suất truyền: - Tỉ số truyền ( i): i - Hiệu suất truyền (): n1 n2   N1 (%) N2 Trong n1 , n2 N1 , N2 số vòng quay phút công suất trục chủ động trục bị động Truyền động khí thường bao gồm truyền động đai, truyền động bánh ma sát, truyền động xích, truyền động bánh truyền động trục vit- bánh vít 1.2.1 Truyền động đai Truyền động đai dùng để truyền động hai trục cách xa khoảng cách định nhờ lực ma sát xuất bánh đai dây đai Truyền động đai truyền động hai trục song song (hình 1.1a ) chéo (hình 1.1b) Trường hợp truyền động đai có tỉ số truyền lớn cần lắp thêm lăn căng đai vào phía nhánh chùng gần bánh đai nhỏ (hình 1.2) Dây đai chế tạo vải cao su, sợi len dệt da Có loại dây đai tiết diện hình thang, hình dẹt hình trịn b a Hình 1.1 Sơ đồ kiểu truyền động đai a Truyền động hai trục song song b Truyền động hai trục chéo Trong truyền động đai, tỉ số truyền tính cơng thức: i n1 D2  n D1(1   ) Trong D1 , D2 đường kính bánh đai chủ động bị động,  hệ số trượt, thường 1-3% Nếu tính gần (bỏ qua trượt) thì: i n1 D  n2 D1 Con lăn căng đai Hình 1.2 Sơ đồ truyền động đai có lăn căng đai Trong qúa trình làm việc, dây đai thường bị giãn chùng lại gây tượng trượt, phải định kỳ kiểm tra, điều chỉnh độ căng dây đai, cách thay đổi vị trí lăn căng đai (nếu có) thay đổi khoảng cách hai trục 1.2.2 Truyền động bánh ma sát Truyền động bánh ma sát dùng để truyền động hai trục gần nhờ lực ma sát xuất chỗ tiếp xúc bánh ma sát lắp trục chủ động bị động Để tạo nên lực ma sát cần có lực ép bánh ma sát lại với Khi truyền chuyển động hai trục song song, người ta dùng cặp bánh ma sát hình trụ (hình 1.3a) Khi truyền chuyển động hai trục vng góc, người ta dùng cặp bánh ma sát hình (hình 1.3b) Trong truyền động bánh ma sát, tỉ số truyền động tính công thức: i n1 D2  n D1 (1   ) Trong D1 , D2 đường kính bánh ma sát chủ động bị động,  hệ số trượt, thường 1-5% b Hình 1.3 Sơ đồ truyền động bánh ma sát 1.2.3 Truyền động xích Truyền động xích dùng để truyền động hai trục cách xa khoảng cách định mà yêu cầu truyền nhỏ gọn, trường hợp truyền động đai được, nhờ ăn khớp mắt xích xích với đĩa xích Xích chuỗi mắt xích nối với lề Trong truyền động xích, tỉ số truyền động tính cơng thức: i n1 z  n z1 (Trong đó: z1, z2 số đĩa xích chủ động bị động) Truyền động xích có ưu điểm khơng bị trượt, hiệu suất truyền động cao, có nhược điểm chế tạo phải xác, gía thành cao, đồng thời phải thường xun bơi trơn cho xích điều chỉnh độ căng xích phù hợp H ình 1.4 Sơ đồ truyền động xích 1.2.4 Truyền động bánh Truyền động bánh dùng để truyền động hai trục gần nhờ ăn khớp bánh (hoặc răng) Khi truyền chuyển động hai trục song song, người ta dùng cặp bánh hình trụ (hình 1.5a) Khi Hình 1.5 Sơ đồ truyền động bánh Nhờ hiệu ứng quang học biết, lượng ánh sáng mặt trời chuyển đổi trực tiếp thành lượng điện pin mặt trời Cơ sở nguyên lý cấu vật lý điện tử kỹ thuật transitor vật liệ u bán dẫn Pin silic tinh thể đĩa dày khoảng 250 µm có pha thê m Bor, mặt trước đĩa chứa phosphor khuếch tán với độ sâu khoảng 0,3 µm phosphor tác động lớp mỏng silic tạo lượng dư electron dẫn, nhờ lớp trở thành lớp dẫn Ở phần lại đĩa tạo lượng dư lỗ trống, trở thành lớp dẫn p Mặt trước đĩa silic có tiếp xúc dạng ngón với kim loại, nhờ cho ánh sáng vào nhiề u Mặt sau tiếp xúc với kim loại toàn bề mặt Bề mặt phủ lớp chống phản xạ để giữ hao tổn phản xạ giá trị nhỏ Ánh sáng mặt trời chiếu vào tạo mặt electron-lỗ trống Mật độ cặp electron-lỗ trống phụ thuộc vào cường độ hợp phổ ánh sáng chiếu vào Các điện tử lỗ trống khuếch tán qua tinh thể tách nhờ tương tác vùng phân cách Các electron dẫn mặt trước lỗ trống dẫn sau Tấ m kính phía Tấ m keo EVA Lớp pin mặt trời hàn ghép điện Tấ m keo EVA Tấm đáy Hình 6.2 Cấu tạo pin mặt trời Dòng quang điện phụ thuộc vào: - Số cặp electron-lỗ trống tạo + Sự hấp thụ ánh sáng + Sự hụt lượng lớp hóa trị lớp dẫn (Eg) - Sự tách cặp electron- lỗ trống nhờ điện trường nội + Độ dài khuếch tán + Hiệu suất góp phụ thuộc vào độ tinh khiết vật liệ u Sự biến đổi ánh sáng thành lượng điện khơng đạt 100% cịn có hao tổn sau: Hao tổn phả n xạ, lượng không đủ phôton chiếu tới, hao tổn nhiệt phơton có lượng q cao, liên kết lạ i cặp electron-lỗ trống hao tổn điện pin Hiệ n pin mặt trời silic tinh 132 thể đạt phịng thí nghiệ m hiệ u suất 20%, chế tạo hàng loạt đạt hiệu suất khoảng 14% với điện áp hoạt động 0,5 vơn dịng điện 30mA/cm2 Để đạt điện áp cao cần phải nối tiếp nhiều mảng pin với nh panen pin mặt trời với điện tiê u chuẩn 6.1.1.2 Các dạng pin mặt trời Có thể phân chia khái quát thành hai loại pin mặt trời, loại lớp dày loại lớp mỏng * Pin mặt trời lớp dày: Trên sở nghiê n cứu, pin mặt trời lớp dày chế tạo từ silic tinh thể phổ biến rộng rãi Người ta chia m hai loại: Pin mặt trời silic đơn tinh thểvà pin mặt trời silic đa tinh thể Các pin mặt trời silíc đơn tinh thể chế tạo hàng loạt, có hiệu cao Đối với pin mặt trời điều kiện tiê u chuẩn (nhiệt độ 25 C, công suất xạ G = 1000W/m2 , phổ xạ/khối lượng khơng khí = 15) có hiệu suất khoảng 13-16% Kỹ thuật chế tạo pin mặt trời silic đa tinh thể mô tả sau: silic lỏng, tinh thể rót m lạnh thành khối có chiề u dài cạnh đến 40c m Nhờ tạo số lượng giới hạn tinh thể định hướng Các khối sau cắt tương ứng với hướng tinh thể có chiề u dài 10-15cm tiếp tục thành đĩa (tấm) có chiề u dày 0,4mm Pin silic đa tinh thể có q trình chế tạo đơn giả n có chi phí giả m thiểu nên có hiệ u suất quang điện thấp, đạt 10-12% Tấm kính phủ phía Tấm keo EVA Hình 6.3 Mặt cắt panen pin mặt trời Lớp pin mặt trời Tấm keo EVA Tấm đáy 133 * Pin mặt trời lớp mỏng Quá trình chế tạo pin mặt trời cực mỏng từ silic vơ định hình có chiều dày lớp khoảng µm, gọi pin mặt trời lớp mỏng Nhờ trình tách pha 1500 C lớp silic vô định hình dày khoảng µm Do có tính chất hấp thụ đặc biệt so với silic tinh thể mà lớp vơ định hình cực mỏng hấp thụ hồn tồn phơton Đối với pin mặt trời chế tạo từ chất bán dẫn liên kết, lớp hoạt tính hỗn hợp vật liệu bán dẫn khác nhau, thí dụ galli-arsen, cadmiunfid-đồng sunfid, đồng-indi-selen silic-germani, pin mặt trời lớp mỏ ng chế tạo từ bán dẫn liê n kết đồng-indi-selen (CiS) có triển vọng phát triển Ưu so với silic tinh thể (lớp dày) loại có kết cấu lớp mỏng (2 đến µm), điều cho khả hấp thụ ánh sáng tốt 6.1.1.3 Cấu tạo chung hệ thống điện mặt trời Một hệ thống pin mặt trời cần có phận phù hợp cho lượng điện tạo chuyể n đổi, lưu trữ sử dụng cách tối ưu Cấu tạo chung hệ thống pin mặt trời bao gồm: - Nguồn điệ n mặt trời (từ hay nhiề u môđun) - Acqui - Bộ điề u chỉnh nạp - Phụ tải Hình 6.4 Cấu tạo hệ thống điện mặt trời (12V, chiều) Sử dụng hệ thống điện mặt trời có ý nghĩa điều kiện định: - Phù hợp vùng có thời gian nắng nhiều nă m - Ở nơi lưới điện 6.1.2 Nhiệ t từ lượng mặt trời (quang nhiệt) Biến đổi xạ mặt trời thành nhiệt phương pháp hiệu lĩnh vực sử dụng lượng mặt trời Sự chuyển đổi lượng mặt trời thực hiệ n với hiệ u suất cao nhờ góp nhiệt (các colector) nhiệt độ thấp cần chi phí chế tạo khơng lớn Trong nhiều thiết bị, hiệu suất chuyển đổi đạt 134 60% Nhiệt tạo thành sử dụng cho nhiề u mục đích khác nấu nướng, đun nóng nước chất lỏng khác, sấy nông sản sản phẩm cơng nghiệp, m lạnh điều hịa khơng khí 6.1.2.1 Ngun lý chuyển hóa quang nhiệt Các biện pháp nhằm chuyển xạ mặt trời sang nhiệt gọi q trình chuyển hóa quang nhiệt Q trình dựa vào hai nguyê n lý sau: * Nguyên lý hội tụ xạ tiêu điểm, gồm hội tụ theo điểm hội tụ theo đường - Loại hội tụ theo điể m thiết bị dùng gương cầu lõ m có dạng paraboloit trịn xoay, mặt có độ phản xạ cao, nhờ tập trung tiêu điể m nhiệt độ từ vài trăm đến 3000 0C Người ta ứng dụng đưa vào sản xuất loại bếp kiểu ng khơng thuận tiện phải đun nấu ngồi trời nắng Tuy nhiên người hoạt động sa mạc dùng bếp kiểu thuận lợi có hiệu cao - Loại hội tụ theo đường thiết bị dùng gương hình lịng máng dài, mặt cắt nga ng có dạng parabol, mặt phản xạ phía m hội tụ xạ mặt trời theo đường tiêu cự Nếu đường tiêu cự đặt ống dài cho nước qua nước đun nóng lên Thiết bị chuyển hóa quang nhiệt m việc theo nguyên lý hội tụ phổ biến có số nhược điể m sau: + Mặt phản xạ nhanh bị mờ sau thời gia n m việc hiệu suất giảm nhanh + Phải thường xuyê n xoay mặt phản xạ theo hướng mặt trời, dùng thiết bị tự động giá thành cao, xoay thủ cơng khơng thuậ n tiện + Thiết bị thu phần trực xạ (các tia nắng trực tiếp) cịn phần tán xạ khơng thu được, bị mây che khuất thiết bị không thu lượng * Nguyên lý bẫy nhiệt nhờ hiệu ứng lồng kính Bộ phận thu nhiệt hộp có phần nắp đậy vật liệu suốt kính vật liệu tổng hợp (mà ng mỏng polyetilen nhựa cứng), mặt đáy kim loại bơi đen (có thể dùng sơn đen trộn với bồ hóng vật liệu tương tự để tạo mặt đen khơng bóng) Khi xạ mặt trời chiếu qua mặt suốt hầ u tồn phổ xạ xuyên qua vào hộp m nóng bề mặt bơi đen Mặt đen hấp thụ nhiệt phát xạ nhiệt, khơng có nắp suốt ngăn lại xạ nhiệt tản môi trường nhiệt độ mặt hấp thụ ổn định nhiệt độ không cao 70 C Nhờ có nắp suốt ngăn xạ có bước sóng dài nên nhiệt độ hộp tăng cao dần Nếu tăng số nắp suốt lê n hai ba lần nhiệt độ hộp cao Hộp thu nhiệt kiểu thu tán xạ trời có mây, khơng mưa 135 Tùy thuộc vào loại vật liệu cần đốt nóng mà kết cấu dòng chuyển động chất mang nhiệt khác Đối với chất lỏng, dịng chuyển động thiết kế hình 6-5 Đối với chất mang nhiệt khơng khí bố trí dịng khí qua phía phía Nguyên lý bẫy nhiệt ứng dụng để sấy khô sản phẩ m nông nghiệp để đun nước nóng Hình 6.5 Sơ đồ nguyên lý hộp thu nhiệt nhờ hiệu ứng lồng kính (2 lớp kính) 1- Lớp kính dưới; 2- Bề mặt đen thu nhiệt; 3- lớp kính trên; 4- Vật liệu cách nhiệt 5- Các đường ống dẫn chất lỏng mang nhiệt; 6- Vỏ đáy hộp thu nhiệt Để sấy sản phẩ m người ta cho khơng khí qua hộp thu nhiệt Khơng khí tiếp xúc với phần tử hấp thụ m nóng lê n đưa vào buồng sấy nhờ đối lưu tự nhiên đối lưu cưỡng Để tăng nhiệt độ góp nhiệt khơng khí áp dụng biện pháp m tăng diện tíc h hấp thụ nhiệt dùng mặt có dạng uốn sóng, có thu nhiệt, Để đun nước, cho nước chảy qua mặt bề mặt hấp thụ, giàn ống có gắn cánh hấp thụ nhiệt 6.1.2.2 Cấu tạo, nguyên tắc làm việc số thiết bị chuyển đổi quang nhiệt * Các góp nhiệt phẳng Bộ góp nhiệt hay cịn gọi colector phận thiết bị dùng lượng mặt trời sang dạng lượng hữu ích khác Colector phẳng có mặt hấp thụ ánh sáng phẳng Mặt phẳng đồng thời mặt hấp thụ ánh sáng chuyển đổi lượng xạ Cấu trúc colector phẳng đơn giả n, mặt phẳng bôi đen đạt lớp cách nhiệt Do tính chất hấp thụ ánh sáng vật đen, nóng lên đến 60 - 70 C Sau tiếp tục chiếu sáng, mặt hấp thụ khơng ng lên nữa, nhiệt độ cao đạt gọi nhiệt độ cân Sở dĩ nhiệt độ dừng lại nhiệt độ cân nóng lên mặt hấp thụ lại trở thành vật xạ hồng ngoạ i đồng thời lại truyền nhiệt mơi trường (nếu có nhiệt độ thấp hơn) theo chế dẫn nhiệt đối lưu Như nhiệt độ cân lượng nhận vào lượng thả i Muố n tăng nhiệt độ cân phải 136 tăng mật độ dòng lượng tới giả m hao tổn nhiệt cách đặt lên mặt bôi đen vài lớp che suốt thích hợp Các lớp che suốt cho xạ mặt trời qua dễ dàng song lại cản xạ hồng ngoạ i phát từ vật có tác dụng bẫy nhiệt Nhờ bố trí nắp che suốt mà nhiệt độ cân lên tới 90 - 100 0C Ngoài để tăng hiệu mặt hấp thụ uốn thành dạng gợn sóng sử dụng chất bôi đen đặc biệt gọi chất hấp thụ chọn lọc Các loại mặt hấp thụ hấp thụ mạnh xạ có bước sóng thuộc giả i phổ ánh sáng mặt trời song lạ i xạ hồng ngoại nhiều so với mặt hấp thụ bôi đen vật liệu thông thường nhiệt độ Do cân lượng nằ m nhiệt độ khoảng 170 - 180 C Nhìn chung colector phẳng có nhiệt độ làm việc khơng cao dễ chế tạo có giá thành rẻ, sử dụng dễ dàng, làm việc điều kiện xạ trực tiếp hay khuếch tán * Bộ góp nhiệt zic-zắc Để khắc phục nhược điể m colector phẳng người ta thiết kế loại colector zic zắc gồ m kim loại bôi đen ghép lại với Nhờ colector zic zắc bẫy hầu hết tia nắng kể lúc sáng sớm chiều muộ n, cấp nhiệt lâu theo thời gian ngày Cấu trúc colector zic zắc m giả m mạnh dòng nhiệt đối lưu làm giả m hao tổn nhiệt tạo điều kiện truyề n nhiệt lớn cho chất mang nhiệt * Các góp nhiệt hội tụ Khi mặt nhận mặt phản xạ (không phải mặt hấp thụ) tập trung xạ điểm (vùng hẹp) dải colector hội tụ Muốn sử dụng lượng xạ cần đặt vật hấp thụ vùng tập trung ánh sáng Người ta thường gọi mặt nhận phản xạ hay hội tụ, vật hấp thụ nhận, lúc colector hội tụ hiể u tổ hợp nhậ n hội tụ Bộ hội tụ đả m nhận việc tập trung dòng lượng nhậ n chuyển đổi dịng lượng thành dạng lượng thích hợp Colector với hội tụ dạng mặt tròn xoay có độ hội tụ cao, có nghĩa có tỉ số diện tích qui phẳng mặt hội tụ với diện tích hấp thụ mặt nhận cao Do cho phép nhiệt độ tăng tới hàng ngà n độ, song phân tích loại khó chế tạo sử dụng Colector trụ có mặt phản xạ mặt trụ có độ hội tụ trung bình, tập trung xạ thành dải sáng với nhiệt độ khoảng 350 - 500 C Colector trụ có nhiều ưu điểm: dễ chế tạo qui mơ lớn Nếu colector đủ dài đặt theo hướng xác định, khơng địi hỏi điề u chỉnh thường xuyê n, phần mát lượng không đáng kể Hiện có nhiều phương án sử dụng lượng mặt trời qui mô lớn đề 137 cập đến colector hộ i tụ Đặc biệt để đun nước, colector hội tụ dùng thíc h hợp cho hiệu suất cao (60 - 70%), sử dụng dễ dàng hiệ u ứng lồng kính với nhận Theo số liệu thực nghiệ m cho thấy với colector trụ có diện tích hứng nắng qui phẳng m2 vào ngày nắng trung bình đun sơi lít nước thời gian 20 - 30 phút Thiết bị hoạt động từ sáng đến 16 chiề u đạt suất 50 - 60 lít/ngày 6.1.2.3 Ứng dụng lượng mặt trời để sấy nơng sản * Đặc tính collector khơng khí Để sử dụng lượng mặt trời lĩnh vực sấy khô sản phẩ m, lượng mặt trời thường chuyể n đổi thành dòng nhiệt chất mang nhiệt khơng khí Khơng khí ma ng nhiệt đưa đến phận sấy (trực tiếp giá n tiếp) để m khô sản phẩm Đả m nhậ n việc trao nhiệt collector khơng khí Các collector khơng khí thiết kế khác cho hiệu suất khác Hiệu suất collector khơng khí phụ thuộc vào vật liệu, khả hấp thụ, độ cách nhiệt phụ thuộc giá trị hệ số dẫn nhiệt vật liệu cách nhiệt k, k < w/m2 cho hiệu suất cao với khoảng nhiệt độ rộng Với nhiệt độ thấp dịng khơng khí, collector đơn giả n phù hợp với việc sấy hạt nơng sản Các kiểu máy sấy loại có hiệu suất cao ứng với độ chênh lệch nhiệt độ độ ẩm mơi trường nhỏ Các collector có lớp kính kép, vỏ che phủ, thậ m chí có cách nhiệt chân không hoạt động tốt dãy nhiệt độ thấp việc mát nhiệt Tuy nhiên, chúng lạ i m việc có hiệu khoảng nhiệt độ cao Do loại collector phức tạp, đắt tiền phù hợp cho việc m ng ngồi cơng việc sấy hạt Đối với việc sấy hạt nông sản, theo kết nghiên cứu chấp nhận hao tổn áp suất dịng khí qua collector khoảng 30- 40mm cột nước * Sấy lượng mặt trời Ứng dụng lượng mặt trời để sấy khô sử dụng từ lâu đời Sản phẩm thường rải thành lớp mỏng phơi nắng mặt trời Ban ngà y sản phẩ m đảo trộn định kỳ, ban đêm che phủ nhằ m đạt độ khô đồng rút ngắn thời gian sấy Phương pháp thường kéo dài từ đến ngày Sản phẩ m sau sấy thường bị nhiễ m bẩn bị vi khuẩn, nấ m, mốc xâ m nhập Việc sấy lượng mặt trời hộp che đậy cải thiện hiệ u suất sấy chất lượng sản phẩ m tiết kiệ m lao động Bộ phận sấy lượng mặt trời đơn giản hộp che nắp suốt, nhiên nhiề u trường hợp phận sấy kiểu nà y không tạo đủ cường độ sấy 138 Sấy khô nhờ lượng mặt trời với dịng khơng khí đối lưu tự nhiê n Trong hệ thống sấy kiểu hút, vật liệ u sấy sử dụng collector Khơng khí nằm lỗ hổng sản phẩ m lớp làm nóng lê n Một phần lượng khơng khí qua sản phẩ m m bốc nước Do nhiệt độ cửa khơng khí giả m song cịn cao nhiệt độ môi trường nên hút qua ống thải 6.1.2.4 Sử dụng lượng mặt trời để chưng lọc nước mặn Người ta ước lượng mức sử dụng nước cho sinh hoạt nông thôn vùng nhiệt đới 20- 50 lít/ ngày/ người Việc chưng lọc nước (ngọt mặ n) góp phần vào việc cung cấp nước sinh hoạt cho vùng khó khăn Kính Nước Mực nước Khay chứa Nước biển vào Lớp cách nhiệt Hình 6.6 Sơ đồ nguyên lý thiết bị lọc nước lượng mặt trời kiểu mái Phương pháp phổ biế n cho thiết bị lọc nước bay hơi, thẩ m thấu ngược chiề u Thiết bị lọc nước mặn biết đến khoảng 100 năm na y với nhiều kết lý thuyết thực hành Việc lọc nước mặn lượng mặt trời dựa nguyên lý bay ngưng đọng chất lỏng, (hình 6.6) Nhiệt lượng chuyển pha nước hai trường hợp 2430 kJ/kg Năng lượng xạ mặt trời đưa đến phần hấp thụ thả m, phần hao tổn đối lưu, phần phản xạ phần hao tổn dẫn nhiệt Thất thoát nhiệt chủ yếu xạ nhiệt từ mặt nước tới nắp bể lọc xạ phản xạ từ đáy nước tới nắp hầ m Mất nhiệt dẫn nhiệt đối lưu nhiệt tới môi trường xung quanh Hiệ u suất bể lọc nước mặn lượng mặt trời khoảng 30% 139 Ống phân phối nước Năng lượng mặt trời Nước vào Tấ m phủ Bậc thấ m Máng chứa Nước Cách nhiệt Tấ m hấp thụ nhiệt Nước thải Hình 6.7 Sơ đồ nguyên lý thiết bị lọc nước kiểu bấc thấm Kiểu bể lọc hố phẳng kiểu thiết kế phổ biến Nước m nóng tia mặt trời chiếu vào, bốc ngưng tụ lại mái che suốt Nước ngưng chảy theo mái, rơi xuống rảnh go m bơm lê n bể chứa Độ sâu nước hố 3- 5cm Với kiểu thiết bị lượng nước lọc tính cho 1m2 hấp thụ nhiệt lít/ngày Thiết bị bốc nă ng lượng mặt trời kiểu bấc thấm hấp thụ lượng mặt trời tốt hơn, hoạt động nhiệt độ cao có tốc độ lọc nước cao lit/ngày m2 6.2 NĂNG LƯỢNG TỪ VẬT LIỆU SINH HỌC - BIOM ASS 6.2.1 Khái niệ m Biomass Việc sử dụng lượng từ Bio mass gỗ, củi khô, cỏ, rơm rạ, phân khô biết đến từ lâu Tuy nhiên Biomass bị quên lãng lấ n át loại thiết bị chuyển đổi lượng phương diện kỹ thuật, cơng nghệ lẫn tính kinh tế Theo lý thuyết, lượng hữu ích lấy từ khối lượng Bio mass trái đất gấp khoảng lần nhu cầu lượng na y giới Tuy nhiên để thay nhiê n liệu hóa thạch lượng từ Bio mass vấn đề lớn lâu dài Hiện 140 sản xuất lượng từ chất thải hữu có ý nghĩa bổ sung vào nguồn lượng (dầu mỏ, khí đốt tha n đá) có ý nghĩa lớn mơi trường Nói chung Bio mass chế biến thành dạng nhiên liệ u rắn, nhiên liệu lỏng nhiê n liệ u khí, khơng kể đến việc sử dụng dạng trực tiếp m củi đun, nhóm lị Vật liệu phế thải từ công nghiệp chế biến gỗ, xenlulô phế thải từ nơng - lâm nghiệp dùng để chế biến nh nhiên liệu rắn khí Các có dầu cọ dầu, lạc, đậu tương, chứa đường tinh bột m nguyê n liệu để sản xuất nhiê n liệ u lỏng dầu bôi trơn Các chất thải hữu công nghiệp, thực phẩm xanh nhờ phân hủy yế m khí phần thành khí sinh vật - Biogas Biogas dùng để đun nấu sử dụng cho động nhiên liệu khí sau tách lưu huỳnh Nhờ chuyển đổi nhiệt nghèo ơxy, từ nhiên liệu rắn sản xuất hỗn hợp khí đốt có nhiệt trị tương đối thấp gọi khí yếu Nếu sử dụng ơxy khơng khí dẫn vào lị hóa khí tạo loại hỗ n hợp khí có thành phần theo thể tích sau: 10 - 15%H2 ; 20 - 30%CO; - 15%CO2 ; - 4%CH4 ; 40 - 60%N2 Nếu sử dụng khơng khí giàu ơxy ơxy tinh khiết để hóa khí nhiê n liệu rắn giả m loại bỏ thành phầ n Nitơ, thành phần "lỗng" khí đốt sản xuất 6.2.2 Sản xuất lượng từ Biogas 6.2.3.1 Khái niệm chung Biogas Bio gas sản phẩm trình lên me n phân động vật loại phế thải hữu khác Thành phần chủ yếu Biogas gồ m khoảng 55-70% Metan, 45-30% CO2 phần nhỏ chất lưu huỳnh Quá trình lê n me n vật liệ u hữu để tạo thành Bio gas bao gồ m ba gia i đoạn sau: - Giai đoạn thứ nhất: Dưới tác dụng enzym thủy phân, chất hữu phân tử lớn phân giải thành chất hữu phân tử nhỏ (axit béo, axit amin) - Giai đoạn thứ hai: Dưới tác dụng vi khuẩn tạo axit, chất hữu phân tử nhỏ phân giải thành axit béo dễ bay - Giai đoạn thứ ba: Các axit béo dễ bay chuyể n hóa thành khí Metan (CH4 ) khí Cacboníc (CO2 ) nhờ vi khuẩ n sinh metan (Metanogen) Trong gia i đoạn thứ hai giai đoạn thứ ba xảy điều kiện yếm khí chặt chẽ (kín hồn tồn), người ta chia q trình lê n men sinh metan thành hai pha sau: 141 - Pha khơng kỵ khí (giai đoạn 1), ngun liệu để tạo Biogas ủ bể hở - Pha kỵ khí (gia i đoạn thứ hai thứ ba), q trình sinh metan xảy khơng gia n kín hồn tồn Do vậy, để tạo thành Biogas người ta thiết kế hầ m ủ cho i pha trình lên men (ha i pha hỗn hợp có vách ngă n i pha) ủ nguyên liệu bể hở khoảng tuần cho pha khơng kỵ khí chuyển sang hầ m kín, giảm thể tích bể ủ kín Sự tạo thành Biogas hai nhó m vi khuẩn metanogen khác đảm nhận, xảy 30-35 C (mesophil) xảy 55-60 C (thermophil) Trong hai trường hợp cần thiết phải m nóng nguyên liệ u Bên cạnh yêu cầu bảo đả m thời gian phân hủy đủ dài để khai thác hết Biogas (khơng 20 ngày) giữ độ pH khoảng trung tính yêu cầu nguyên liệu phải giàn hầ m phản ứng Việc giàn nguyên liệu nhằ m giữ đối xứng sinh học vi khuẩn acetogen metanoge n cần thiết cho trình tạo thành Bio gas 6.2.3.2 Nguyên liệu để sản xuất Biogas Nguyên liệ u để sản xuất Bio gas phân động vật, cỏ, rơm rác, rau, củ, bỏ đi, phế thải hữu đơn vị sản xuất thực phẩ m, bếp ăn Đối với phân hủy mặt nguyên lý vật liệu chứa nhiều nước phù hợp Nhiệt trị Bio gas đốt cháy giả m hà m lượng nước tăng Việc thủy phân yế m khí xả y tốt tỷ lệ C/N vật liệ u nằ m khoảng 30, vi khuẩn trình lên men sử dụng C nhanh N đến 30 lần Việc tận thu Bio gas phụ thuộc mạnh vào loại vật liệu đưa vào phản ứng Một số chất không thủy phân trấu , độ chứa N C thay đổi theo tuổi điều kiện phát triển thực vật mức độ ăn uống, tuổi, chế độ nuô i nhốt súc vật Khả khai thác Biogas chịu tác động thời gia n ủ Nói chung thời gian ủ tăng m tăng khả khai thác Biogas 6.2.3.3 Các phận hệ thống sản xuất Biogas - Bể nạp liệ u: nơi thu nhận nguyên liệ u pha trộn thành dung dịch lỏng tỷ lệ 50% với nước Mức dung dịch bể nạp liệu cao đến mức dung dịch bể tạo áp mức thấp hầm phân hủy - Hầm phân hủy (hầ m phản ứng Bio gas), xảy q trình tạo khí Hầm phân hủy thiết bị lưu giữ nạp liệu hàng ngà y thiết bị lưu chuyể n với nạp liệu định kỳ đảm bảo sinh khí liê n tục, hoạt động theo mẻ Hầ m phân hủy cần hồn tồn kín có suất tạo khí biogas phụ thuộc dung tích hầ m Phần 142 hầm chứa khí, phầ n chứa dung dịch phân hủy Khi trình sản xuất khí hồn thành chất liệ u phân hủy lấy qua cửa thông với bể tạo áp - Bể tạo áp: có mức dung dịch cao hầ m phân hủy nhằm tạo áp suất khí Bio gas hầm phâ n hủy khoảng 1,2-1,4 kG/cm2, thơng qua cửa nối phía dung dịch Bể tạo áp nơi lấy chất thải sau phân hủy (chủ yếu nước chất vơ cịn lại) - Van đường ống dẫn khí gas đến nơi tiêu thụ (bếp đun gas, chạy động khí gas, thắp sáng đèn khí ) 6.2.3.4 Một số mẫu hầm biogas phổ biến Hầu hết loại hệ thống Biogas có bể nạp liệu bể tạo áp có cấu tạo, nguyên lý m việc giố ng nha u, khác kết cấu bể phân hủy - Loại hầm nắp nổi: Loại có phần chứa khí dạng vị m kín phía bể phân hủy, làm việc phần nắp vịm có xu hướng dung dịch Nắp hầ m thường dùng vật liệu nhẹ composít tơn, chất dẻo Áp suất hầ m phụ thuộc diện tích mặt thống dung dịch khối lượng nắp - Loại túi khí: Phần chứa khí dạng bao kín đặt rời với bể phân hủy gọi túi khí Túi khí thường dùng loại bao chất dẻo thùng kim loại, co mposit Loại thường dùng vùng thấp lụt Tuy nhiê n túi khí mau hư hỏng ngoại cảnh - Loại nắp cố định: Hầm nắp hầm xây dựng liề n bê tông, gạch, vữa trát kín phần chứa khí Trên vịm có ống nối kín dẫn khí gas ngồi Hình 6.8 Sơ đồ hệ thống biogas nắp cố3định kiểu vòm cầu Hầ m phân hủy nắp cố định có nhiề u loại, song phổ biến loại vòm cầu vị m trụ có nhiều ưu điểm : tự phá váng, bền vững dễ xây dựng 143 Lượng nạp liệu hàng ngà y phụ thuộc dung lượng khả phân hủy hầm Hầ m cần xây chìm đất để ổn định nhiệt độ hầ m dễ nạp liệu (chất thải từ chuồng trại chảy vào thuận lợi) Người sử dụng cần tn thủ quy trình cơng nghệ chặt chẽ để bảo đả m ổn định hệ thống biogas Với dung tích hầm khoảng 6-8 m3 đủ lượng khí đốt cho nơng hộ đun nấu hàng ngày (sử dụng chất thải 3-6 người 5-10 đầu gia súc) ơ6.3 CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG KHÁC Ngoài nguồn lượng truyề n thống từ khoáng vật người khai thác sử dụng với số lượng lớn (than đá, dầu mỏ ), gần thiếu hụt lượng nên nhiều quốc gia quan tâ m nhiều đến nguồn lượng có tiềm lớn chưa khai thác Trong nguồn lượng mới, ngoà i lượng mặt trời, lượng từ Bio mass, cịn có nguồ n lượng khác, lượng dịng chảy sơng suối, lượng gió, lượng sóng biển thủy triều, lượng địa nhiệt 6.3.1 Năng lượng dịng chảy sơng suối: Động dịng chảy sông trở thành nguồn lượng thủy điện chiế m đến 40% công suất phát điện giới Đây nguồn nă ng lượng có giá nh rẻ so với nhiệt điện Những nhà máy thủy điện đứng đầu công suất phát điện, từ vài tră m Oát đến vài triệu kW 6.3.2 Năng lượng gió: Do thay đổi khí hậu theo mùa vùng lục địa biển tạo thành gió Nhiều quốc gia sử dụng sức gió để phát điện Hà Lan, Mỹ, Úc Người ta sử dụng tuốc bin cánh quạt để phát điện vùng có gió mùa qua ổn định Hiệ n có tuốc bin phát điện cơng suất lên đến hàng nghìn kW 6.3.3 Năng lượng sóng biển thủy triều: Các quốc gia phát triển (Anh, Mỹ, Nhật, Pháp) triển khai nhiều mơ hình thiết bị sử dụng sóng biển để phát điện Các nguyê n lý thử nghiệ m như: “tường chắn sóng”, “rồng biển”, “con lắc sóng”, “cá mập” làm tiền đề cho nhiều dự án lớn xây dựng nhà máy phát điện sóng biển Gần đây, Mỹ Anh hai quốc gia đầu nghiê n cứu ứng dụng dòng chảy dòng i lưu thủy triều để phát điện 6.3.4 Năng lượng địa nhiệt Sự chênh lệch nhiệt độ từ mặt đất với độ sâu vài km lòng đất lên đến hàng trăm độ C Vấn đề sử dụng nguồn nhiệt nhiều phịng thí nghiệm giới đặt tương lai gần có trạ m thu nhiệt theo nguyê n lý tuần hoàn nước sử dụng vùng phù hợp Năng lượng nguồn lượng sạch, không gây ô nhiễ m mơi trường có trữ lượng vơ lớn tính tái tạo Hiện nay, số cơng nghệ sử dụng 144 lượng đòi hỏ i chi phí cao với phát triển khoa học cơng nghệ, lượng nhanh chóng hồn thiện giá thành giả m dần Ngoài ra, cạn kiệt lượng hoá thạch nên hộ i cạnh tranh lượng hiệ n thực Cùng với nhiều sách Nhà nước, hy vọ ng thời gian tới, Việt Nam nước phát triển mạnh nguồn lượng Đây lựa chọn đắn cho tương lai 145 Lời nói đầu Bài giảng Cơ điện Nơng nghiệp biên soạn theo đề cương chi tiết thuộc khung chương trình Dự án NUFFIC khoa Nơng học, trường Đại học Nông Lâm Huế Bài giảng Cơ điện Nông nghiệp nhằm trang bị cho sinh viên ngành Khoa học trồng, Khoa học nghề vườn sinh vật cảnh, (bao gồm hệ dài hạn tập trung, hệ vừa học vừa làm số hệ khác) Trường Đại học Nông Lâm Huế, kiến thức điện nơng nghiệp, giúp cho họ nắm vững vai trị, tầm quan trọng điện sản xuất nông nghiệp, thấy rõ tính ưu việt việc khí hóa, điện khí hóa qúa trình sản xuất Trên sở nâng cao trình độ tổ chức, quản lý hiệu sử dụng loại máy móc, thiết bị dùng nơng nghiệp Ngồi ra, cịn tài liệu tham khảo cán khoa học kỹ thuật quan tâm đến lĩnh vực Trong giảng này, có sử dụng nguồn tư liệu từ Giáo trình Cơ điện nơng nghiệp(2006) PGS -TS Phan Hòa (chủ biên) TS Đinh Vương Hùng biên soạn Chúng trân trọng cám ơn bạn đồng nghiệp đóng góp ý kiến quý báu trình biên soạn giảng Chắc chắn tập "Bài giảng Cơ điện nơng nghiệp" cịn có khiếm khuyết định Chúng hy vọng nhận nhiều ý kiến đóng góp bạn đọc để cập nhật điều chỉnh hoàn thiện TS Đinh Vương Hùng ...Chương NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG 1.1 VẬT LIỆU CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP Người ta dùng nhiều loại vật liệu để chế tạo máy móc điện nơng nghiệp, chủ yếu kim loại hợp kim Ngoài dùng gỗ, cao su,... Tính dẫn điện: Là khả truyền dẫn điện kim loại hợp kim Tính chất cần lưu ý ta dùng kim loại làm vật truyền dẫn điện Nói chung kim koại có tính dẫn điện Các kim loại có tính dẫn điện tốt tức điện. .. ngược) - Khởi động động điện Khởi động động điện nghĩa quay trục khuỷu động nhờ động điện chạy dòng điện chiều ắc quy cung cấp (thường gọi máy khởi động điện) Trục máy khởi động điện nối với trục khuỷu