− Khảo sát các chi tiết trong hệ thống lọc khí thải động cơ kết hợp năng lượng tái tạo.. − Mô phỏng và thiết kế 3D các chi tiết trong hệ thống lọc khí thải động cơ kết hợp năng lượng tái
Trang 1ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
Giảng viên hướng dẫn: ThS.Phạm Minh Mận
: Đặng Bảo Bảo : Trần Đức Hoài
: 2050421200107 : 2050421200135
Trang 2ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
Giảng viên hướng dẫn: ThS.Phạm Minh Mận
: Đặng Bảo Bảo : Trần Đức Hoài
: 2050421200107 : 2050421200135
Trang 3NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN
Trang 4NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN
Trang 5− Khảo sát các chi tiết trong hệ thống lọc khí thải động cơ kết hợp năng lượng tái tạo
− Mô phỏng và thiết kế 3D các chi tiết trong hệ thống lọc khí thải động cơ kết hợp năng lượng tái tạo
− Đo và tính toán hệ thống lọc khí thải động cơ kết hợp năng lượng tái tạo Trong bối cảnh khoa học phát triển, sự biến đổi khí hậu ngày càng trở nên trầm trọng Phần lớn do hàm lượng khí CO2 thải ra môi trường quá nhiều, điều này đã gây ra các hiện tượng như: hiệu ứng nhà kính, ô nhiễm môi trường, … ảnh hưởng đến chất
Trang 6lượng đời sống sinh hoạt của con người Bên cạnh đó, lượng khí CO2 được thải ra từ phương tiện giao thông chiếm đa số kể cả động cơ xăng hay diesel
Chúng em chọn đề tài này cho đồ án tốt nghiệp một phần xu hướng hiện nay tìm ra giải pháp giảm hàm lượng khí thải động cơ, phần còn lại là một trong những môn mà bắt buộc các sinh viên cần phải vận dụng kiến thức cũng như kỹ năng trong những năm học tập vừa cũng như sự dạy bảo của các thầy trong bộ môn, nắm rõ các kiến thức, thực hiện các kỹ năng là hành trang tốt nhất để bước đến chặn đường mới
Trang 7TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA CƠ KHÍ
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
ĐỀ CƯƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1 Họ và tên sinh viên: Đào Bảo Ngân
Đặng Bảo Bảo Trần Đức Hoài
2 Mã sinh viên: 2050421200175 Lớp: 20DL1
2050421200107 20DL1 2050421200135 20DL1
3 Họ và tên người hướng dẫn: ThS Phạm Minh Mận 4 Đề tài
Tên đề tài: Mô phỏng và thiết kế 3D mô hình lọc khí thải động cơ kết hợp năng lượng tái tạo
Thời gian thực hiện: Từ ngày: 18/09/2023 đến ngày: 23/01/2024
− Chương 5: Phân tích và thực nghiệm mô hình
7 Kết quả dự kiến đạt được
− Xây dựng mô hình 3D và thực tế − Kết hợp năng lượng tái tạo với hệ thống IoT vào mô hình lọc khí thải động cơ − Thực nghiệm mô hình trên động cơ xăng
8 Tiến độ thực hiện
TTThời gian Nội dung công việc Kết quả dự kiến đạt được
1 18/9 – 24/9 Tìm hiểu tổng qua đưa ra định
hướng
Tìm được tài liệu tham khảo Định hướng xây dựng mô hình 2 25/9 – 1/10 Khảo sát các linh kiện trong mô
hình
Có được các thông số, nguyên lý hoạt động xây dựng mô hình
Trang 83 2/10 – 8/10 Lên ý tưởng xây dựng mô hình Có ý tưởng xây dưng mô hình 4 9/10 – 15/10 Mô phỏng và thiết kế mô hình Mô phỏng được mô hình giai
đoạn 1 5 16/10–22/10 Gia công các chi tiết trong mô
hình ở giai đoạn 1
Hoàn thành sản phẩm gia đoạn 1
6 23/10–29/10 Chỉnh sửa mô hình và thiết kế
mô phỏng giai đoạn 2
Mô phỏng được mô hình giai đoạn 2
7 30/10 – 5/11 Gia công các chi tiết trong mô
hình ở gia đoạn 2
Hoàn thành sản phẩm gia đoạn 2
8 6/11 – 19/11 Tìm hiểu, xây dựng và kết hợp
năng lượng tái tạo hệ thống IoT
Hoàn thành hộp điều khiển IoT kết hợp năng lượng tái tạo 9 20/11–30/11 Lắp ráp mô hình lọc khí thải
kết hợp năng lượng tái tạo Hoàn thành 70% mô hình 10 1/12–15/12 Chạy thực nghiệm và chỉnh sửa
30/12 Làm báo cáo giai đoạn 1
Hoàn thành Báo cáo Chương 1 2 3 4
13 8/1 – 14/1 Phân tích và làm báo cáo kết
Trang 9LỜI NÓI ĐẦU
Những năm gần đầy, nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh Bên cạnh đó lĩnh vực kỹ thuật của nước ta từng bước tiến bộ, đột phá Trong đó phải nói đến ngành động lực và sản xuất ô tô, chúng ta đã sản xuất ra ô tô và đem thương hiệu của Việt Nam tới thị trường trong nước và thế giới Bên cạnh sự phát triển đó, hàm lượng CO2
ở nước ta cũng tăng đáng kể Không những thế một số nơi ở Việt Nam đã lọt vào top những thành phố có mật độ không khí ô nhiễm cao nhất trên thế giới
Trải qua chặng đường dài học tập, giờ đây chúng em được giao đề tài đồ án tốt nghiệp Một đề tài mà chúng em phải vận dụng kiến thức đã học kết hợp với xu hướng thị trường hiện tại, đúc kết ra bài báo cáo tốt nghiệp hoàn thiện nhất
Trong đồ án này, em được thầy bộ môn giao nhiệm vụ khảo sát, tính toán và thiết kế mô hình Sau khi tìm hiểu và tham khảo nhiều nguồn tài liệu thì nhóm đã thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài: “MÔ PHỎNG VÀ THIẾT KẾ 3D MÔ HÌNH LỌC THẢI ĐỘNG CƠ KẾT HỢP NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO” Trong suốt quá trình thực hiện đồ án, nhóm em đã cố gắng tìm hiểu, nghiên cứu các tài liệu bên ngoài cùng với vận dụng những kiến thức đã học tại lớp, cộng với sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy và bạn bè xong do khả năng và thời gian còn hạn chế nên khó có thể tránh khỏi những sai sót Vì vậy em rất mong sự chỉ bảo của thầy và góp ý của các bạn để đồ án của em được hoàn thiện hơn
Cuối cùng, em xin bày tỏ sự cảm ơn đến các thầy bộ môn trong khoa cùng với bạn bè, anh chị khóa trên đã tận tình giúp đỡ và chỉ dẫn Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn đến thầy ThS Phạm Minh Mận đã quan tâm, cung cấp các tài liệu, nhiệt tình hướng dẫn trong quá trình làm và hoàn thành đồ án
Trang 10CAM ĐOAN
Em xin cam đoan bài báo cáo đồ án tốt nghiệp với đề tài: “MÔ PHỎNG VÀ THIẾT KẾ 3D MÔ HÌNH LỌC THẢI ĐỘNG CƠ KẾT HỢP NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO” là một bài báo cáo độc lập tự nhóm em làm dưới sự hướng dẫn của giảng viên: ThS Phạm Minh Mận Ngoài ra, không có sự sao chép của người khác Bài báo cáo này là sự nỗ lực của nhóm nghiên cứu, tìm tòi và ghi nhớ kiến thức, tìm hiểu nhiều nguồn tài liệu khác nhau và đặc biệt là tiếp thu những chỉ dẫn của thầy qua những buổi thông đồ án tại trường Các số liệu, hình ảnh trong báo cáo được nhóm chọn và tìm hiểu từ nhiều nguồn khác nhau và từ các linh kiện trong mô hình hoàn toàn trung thực Nhóm em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm, kỷ luật trước thầy bộ môn và nhà trường nếu có vấn đề gì xảy ra
Nhóm sinh viên thực hiện (Chữ ký, họ và tên sinh viên)
Ngân Bảo Hoài Đào Bảo Ngân Đặng Bảo Bảo Trần Đức Hoài
Trang 11MỤC LỤC
NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN 3
NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN 4
Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 13
1.1 Năng lượng tái tạo 13
1.1.1 Khái niệm 13
1.1.2 Phân loại năng lượng tái tạo 13
1.2 Hệ thống kết nối và hiển thị được IoT 15
Chương 3: QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG VÀ THIẾT KẾ 3D DÙNG CATIA V5 28
3.1 Giới thiệu phần mềm Catia 28
3.1.1 Khái niệm 28
3.1.2 Chức năng và ứng dụng phần mềm Catia 28
3.2 Mô phỏng và thiết kế các chi tiến trong mô hình bằng Catia V5 29
Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN HỆ KHI LỌC KHÍ THẢI 31
4.1 Hệ thống mạch điện IOT 31
4.1.1 Khảo sát và lựa chọn linh kiện 31
4.1.2 Thông số linh kiện 31
4.1.3 Chức năng và nhiệm vụ của các linh kiện trong hệ thống IoT 38
4.2 Lưu trữ điện cho pin Lithium 39
4.2.1 Hoạt động và nguyên lý 39
4.2.2 Nguyên lý hoạt động của tấm pin năng lượng mặt trời 39
4.2.3 Hoạt động của bơm 40
4.3 Hệ thống năng lượng tái tạo và pin lưu trữ 41
4.3.1 Năng lượng tái tạo 41
Trang 124.3.2 Nhận xét về Pin năng lượng mặt trời 43
4.3.3 Pin lưu trữ 43
4.3.4 Khối pin lưu trữ 44
4.3.5 Nguyên lý làm việc của khối pin 47
4.4 Hệ thống lọc khí thải động cơ Xăng và Diesel 47
4.4.1 Khí thải động cơ xăng và diesel 47
4.4.2 Tiêu chuẩn chất lượng 49
Trang 13DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Thống kê các chất có trong khí thải động cơ xăng [13] 18
Bảng 2.1.Thông số động cơ điện không chổi than 20
Bảng 2.2 Thông số quạt DC 21
Bảng 2.3 Thông số lọc giấy 22
Bảng 2.4 Thông số bình chứa khí lớn 23
Bảng 2.5 Bảng thông số pin năng lượng mặt trời 23
Bảng 2.6 Thông số pin Lithium – ion 24
Bảng 2.7 Thông số máy hút chân không 25
Bảng 2.8 Thông số dung dịch AdBlue 27
Bảng 4.1 Thông số Arduino UNO 32
Bảng 4.7 Cảm biến tiệm cận LJ12A3-4Z/BX 37
Bảng 4.8 Thông số pin năng lượng mặt trời 42
Bảng 4.14 Thông số chưa có khí đi vào 51
Bảng 4.15 Thông số khí thải đi qua lợc giấy có chứa dung dịch AdBlue 51
Bảng 4.16 Thông số khí đi qua lọc giấy có chứa dung dịch AdBlue 51
Bảng 5.1 Thông số đo trường hợp 1 57
Bảng 5.2 Thông số đo trường hợp 2 59
Bảng 5.3 Thông số động cơ xăng Kabuto KBT3500ST 61
Bảng 5.4 Thông số trường hợp 3 62
Bảng 5.5 Thông số đo trường hợp 4 63
Bảng 5.6 Kết luận đo nhiệt độ của 4 trường hợp 65
Bảng 5.7 Kết luận đo áp suất của 4 trường hợp 65
Bảng 1: Kết quả đo nhiệt độ trường hợp 1 sử dụng không khí môi trường 1
Bảng 2: Kết quả đo áp suất trường hợp 1 sử dụng không khí môi trường 7
Bảng 3: Kết quả nhiệt độ trường hợp 2 sử dụng dung dịch Ure 11
Bảng 4: Kết quả đo áp suất trường hợp 2 sử dụng dung dịch Ure 17
Bảng 5: Kết quả đo nhiệt độ khí thải động cơ không sử dụng dung dịch Ure 21
Bảng 6: Kết quả đo áp suất trường hợp 3 khí thải động cơ không sử dụng dung dịch Ure 27
Trang 14Bảng 7: Kết quả đo nhiệt độ trường hợp 4 khí động cơ sử dụng dung dịch Ure làm
mát 31
Bảng 8: Kết quả đo áp suất trường hợp 4 khí thải động cơ sử dụng dung dịch Ure làm mát 37
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Ruộng năng lượng mặt trời [2] 13
Hình 1.2 Năng lượng xanh từ thuỷ triều [3] 14
Hình 1.4 Năng lượng gió ở Việt Nam [4] 14
Hình 1.5 Tỷ lệ các chất khí thải động cơ Diesel [11] 16
Hình 1.6 Khí thải của động cơ diesel [12] 17
Hình 2.1 Cấu tạo động cơ không chổi than [14] 20
Hình 2.2 Động cơ điện không chổi than sử dụng trong mô hình 20
Hình 2.3 Quạt DC được sử dụng trong mô hình 21
Hình 2.4 Lọc giấy chứa dung dịch AdBlue 22
Hình 2.5 (1) Bình chứa khí lớn, (2) Bình chứa khí nhỏ 22
Hình 2.6 Cấu tạo pin năng lượng mặt trời [15] 23
Hình 2.7 Pin Lithium – ion 24
Hình 2.8 Máy hút chân không 25
Hình 2.9 Hệ thống SCR – AdBlue [16] 26
Hình 2.10 Dung dịch AdBlue sử dụng trong mô hình 27
Hình 3.1 Logo phần mềm Catia V5 [17] 28
Hình 3.2 Buồng kính được mô phỏng bằng Catia V5 29
Hình 3.3 Lọc giấy được mô phỏng bằng Catia V5 29
Hình 3.4 Ống chứa dung dịch được mô phỏng bằng Catia V5 30
Hình 3.5 Hệ thống quạt được thiết kế bằng Catia V5 30
Hình 3.6 Mô hình hệ thống lọc khí thải đông cơ kết hợp năng lượng tái tạo 30
Hình 4.8 Cảm biến tiệm cận LJ12A3-4-Z/BX [24] 37
Hình 4.9 Bảng vẽ sơ đồ nguyên lý IoT 37
Hình 4.10 Nguyên lý hoạt động [25] 40
Hình 4.11 Sơ đồ kết nối máy bơm 41
Hình 4.13 Quá trình sạc, xả Pin lithium [26] 44
Hình 4.14 Pin Lithium IMR 18650 45
Hình 4.15 Sơ đồ mắc mạch bảo vệ và sạc pin 3s 12v6 40A 45
Hình 4.16 Sơ đồ khối pin 46
Hình 4.17 Khối pin Lithium 46
Hình 4.18 Tỷ lệ khí thải của động cơ Diesel [27] 48
Hình 4.19 Biểu đồ tỉ lệ khí thải động cơ xăng 48
Trang 15Hình 4.20 Sơ đồ nguyên lý 50
Hình 4.21 Giai đoạn 1 trong quy trình hệ thống lưu trữ 53
Hình 4.22 Giai đoạn 2 trong quá trình hệ thống lưu trữ 53
Hình 5.1 Sơ đồ lắp cảm biến 56
Hình 5.2 Biểu đồ kết quả đo nhiệt độ trường hợp 1 58
Hình 5.3 Biểu đồ kết quả áp suất trường hợp 1 58
Hình 5.4 Biểu đồ kết quả nhiệt độ khi sử dụng dung dịch Ure làm mát 60
Hình 5.5 Biểu đồ kết quả áp suất khi sử dụng dung dịch Ure làm mát 60
Hình 5.6 Biểu đồ kết quả nhiệt độ đo khí thải khi không sử dụng dung dịch Ure làm mát 62
Hình 5.7 Biểu đồ kết quả áp suất đo khí thải khi không sử dụng dung dịch Ure làm mát 62
Hình 5.8 Biểu đồ kết quả nhiệt độ đo khí thải khi sử dụng dung dịch Ure làm mát 64
Hình 5.9 Biểu đồ kết quả áp suất đo khí thải khi sử dụng dung dịch Ure làm mát 64
Trang 16DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
21 ISO International Organization for standardization -
Trang 1725 SCK Serial Clock
31 IMR Lithium-ion Mangaese Rechargeable
Trang 18MỞ ĐẦU
❖ Mục đích thực hiện đề tài
Như chúng ta đã biết, thế giới ngày càng phát triển, con người ngày càng sử dụng các hoạt động khai thác, thúc đẩy phát triển các dự án nhà máy sản xuất lớn để nâng cao chất lượng cuộc sống và phát triển kinh tế bên cạnh đó các hoạt động giao thông vận tải cũng là một trong các hoạt động chính là nguồn phát thải khí thải gây ô nhiễm không khí, nó chiếm gần 20% tổng lượng khí gây ô nhiễm không khí chỉ đứng sau các hoạt động năng lượng và nông nghiệp
Khí thải động cơ như chúng ta đã được học và đã tìm hiểu thì khí thải chính là khí thoát ra từ ống xả của ô tô, như chúng ta đã biết thì khi đốt cháy xăng và diesel thì sẽ sinh ra CO2 và H2O nhưng trong thực tế ngoài 2 chất này còn có HC,NOx, muội than,…nguyên nhân là do xăng hoặc diesel không cháy hết, trong khí nạp còn có Nitơ nên sẽ tạo ra NOx, do nhiệt độ cháy của động cơ không đảm bảo,…khí thải từ động cơ có thể chứa nhiều các chất gây hại đến cho sức khỏe con người và môi trường thiên nhiên
Vì vậy các nhà nhà khoa học ở các nước trên thế giới từ lâu đã có cái nhìn rất xa về vấn đề khí thải động cơ, họ luôn mong muốn tìm được giải pháp mà có thể đảm bảo được tính hiệu quả và kinh tế cao Tuy nhiên để đạt được các giải pháp này thì chúng ta cần nghiên cứu đến những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc và tính kinh tế của giải pháp Và để hưởng ứng các hoạt động nghiên cứu về động cơ nói chung và sự ảnh hưởng của khí thải động cơ thì nhóm em đã quyết định thực hiện đồ án: “MÔ PHỎNG VÀ THIẾT KẾ 3D MÔ HÌNH LỌC KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ KẾT HỢP NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO” để tích lũy kinh nghiệm, kiến thức, có được cái nhìn trực quan hơn về vấn đề ảnh hưởng của khí thải động cơ cũng như hiểu rõ hơn về phần mô phỏng 3D và để hiểu thêm về sự kết hợp IoT, nguyên lý của các chi tiết có trong hệ thống điện tử được kết hợp vào trong đề tài này
❖ Mục tiêu đề tài
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, tất cả các lĩnh vực trong đời sống và kỹ thuật ngày càng hiện đại hóa đặc biệt là ngành công nghiệp ô tô
Trang 19Sinh viên thực hiện: Đào Bảo Ngân Người hướng dẫn: ThS Phạm Minh Mận11
thì bên cạnh đó sự gia tăng lượng khí thải đang là tỉ lệ thuận với mức độ phát triển đó, với mục tiêu đó là lọc khí thải cũng như kết hợp năng lượng tái tạo để đánh giá được khả năng tối ưu của việc sử dụng lọc kết hợp với với dung dịch và sử dụng năng lượng tái tạo thì nhóm em đã quyết định làm đề tài này
Vậy để hiểu rõ hơn sự quan trọng của việc sử dụng lọc khí thải từ khí thải trên động cơ ô tô thì chúng ta đi tìm hiểu, nghiên cứu đến các quá trình hoạt động lọc khí cũng như quá trình thu lại và lưu trữ chúng ra sao Ngoài ra còn giúp nhóm em củng cố lại các kiến thức đã được học và tập cho cả nhóm em một cách làm việc độc lập tạo và các làm việc nhóm để tạo điều kiện làm việc thuận lợi sau này cho một kỹ sư tương lai
❖ Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
Trong khuôn khổ những kiến thức mà em đã được học qua sự giảng dạy của giảng viên ở trường cũng như những kiến thức mà nhóm em tìm hiểu thêm từ nhiều nguồn tài liệu bên ngoài thì báo cáo “MÔ PHỎNG VÀ THIẾT KẾ 3D MÔ HÌNH LỌC KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ KẾT HỢP NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO” của em chủ yếu tập trung vào các kiến thức tổng quan về các môn và các tài liệu liên quan đến năng lượng mới, ứng dụng thiết kế mô phỏng, vi điều khiển và kết hợp cùng các kiến thức cơ bản để tìm hiểu và nghiên cứu đi đến hoàn thành sản phẩm đồ án tốt nghiệp này
❖ Phương pháp nghiên cứu đề tài
Kết hợp nhiều phương pháp trong đó có các phương pháp chủ yếu như: − Nghiên cứu Năng lượng mới trên ô tô, Vi điều khiển, Ứng dụng thiết kế mô
phỏng − Nghiên cứu về tính toán các thông số của linh kiện để lựa chọn sao cho hợp lý − Sử dụng các phần mềm hỗ trợ chuyên ngành để tính toán và thiết kế các chi tiết
như Excel, Word, Autocad, Mathcad, Inventor, EndNote…để hỗ trợ cho việc tra cứu thông tin, tính toán, vẽ thiết kế chi tiết 2D-3D, soạn thảo văn bản
− Thu thập thông tin, học hỏi từ bạn bè, thầy cô… − Quan sát, nghiên cứu các nguồn tài liệu tính toán liên quan khác
❖ Cấu trúc thực hiện đề tài
Trang 20Để vận dụng những hiểu biết và những kiến thức đã tiếp thu trong quá trình học tập Nhóm em được giao nhiệm vụ và lựa chọn đề tài: “MÔ PHỎNG VÀ THIẾT KẾ 3D MÔ HÌNH LỌC KHÍ THẢI ĐỘNG CƠ KẾT HỢP NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO” Đề tài gồm có 6 phần chính:
Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Chương 2: KHẢO SÁT CÁC CHI TIẾT TRONG MÔ HÌNH Chương 3: MÔ PHỎNG VÀ THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT TRONG MÔ HÌNH DÙNG CATIA V5
Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LỌC KHÍ THẢI Chương 5: PHÂN TÍCH VÀ THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH
Trang 21Sinh viên thực hiện: Đào Bảo Ngân Người hướng dẫn: ThS Phạm Minh Mận13
Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1 Năng lượng tái tạo
1.1.1 Khái niệm
Năng lượng tái tạo được hiểu là những nguồn năng lượng hay những phương pháp khai thác năng lượng mà nếu đo bằng các chuẩn mực của con người thì là vô hạn Vô hạn có hai nghĩa: Hoặc là năng lượng tồn tại nhiều đến mức mà không thể trở thành cạn kiệt vì sự sử dụng của con người (thí dụ như năng lượng Mặt Trời) hoặc là năng lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục (thí dụ như năng lượng sinh khối) trong các quy trình còn diễn tiến trong một thời gian dài trên Trái Đất
Việc sử dụng khái niệm "tái tạo" theo cách nói thông thường là dùng để chỉ đến các chu kỳ tái tạo mà đối với con người là ngắn đi rất nhiều (thí dụ như khí sinh học so với năng lượng hóa thạch) [1]
1.1.2 Phân loại năng lượng tái tạo
• Năng lượng mặt trời
Năng lượng Mặt Trời thu được trên Trái Đất là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ Mặt Trời đến Trái Đất Chúng ta sẽ tiếp tục nhận được dòng năng lượng này cho đến khi phản ứng hạt nhân trên Mặt Trời hết nhiên liệu, vào khoảng 5 tỷ năm nữa
Năng lượng của các photon có thể được hấp thụ và chuyển hóa thành năng lượng trong các liên kết hóa học của các phản ứng quang hóa
Hình 1.1 Ruộng năng lượng mặt trời [2]
Trang 22• Năng lượng thuỷ triều
Trường hấp dẫn không đều trên bề mặt Trái Đất gây ra bởi Mặt Trăng, cộng với trường lực quán tính ly tâm không đều tạo nên bề mặt hình ellipsoit của thủy quyển Trái Đất (và ở mức độ yếu hơn, của khí quyển Trái Đất và thạch quyển Trái Đất) Hình ellipsoit này cố định so với đường nối Mặt Trăng và Trái Đất, trong khi Trái Đất tự quay quanh nó, dẫn đến mực nước biển trên một điểm của bề mặt Trái Đất dâng lên hạ xuống trong ngày, tạo ra hiện tượng thủy triều
Hình 1.2 Năng lượng xanh từ thuỷ triều [3]
• Năng lượng gió
Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển Trái Đất Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời Năng lượng gió được con người khai thác từ các tuốc bin gió
Hình 1.3 Năng lượng gió ở Việt Nam [4]
Trang 23Sinh viên thực hiện: Đào Bảo Ngân Người hướng dẫn: ThS Phạm Minh Mận15
1.2 Hệ thống kết nối và hiển thị được IoT
1.2.1 Khái niệm
Hệ thống IoT (Internet of Things) dựa trên Arduino là một ứng dụng của Arduino, một nền tảng phát triển phổ biến được sử dụng để xây dựng các thiết bị và ứng dụng điện tử Hệ thống IoT sử dụng Arduino để kết nối các thiết bị và cảm biến với internet, cho phép thu thập dữ liệu từ các thiết bị và điều khiển chúng từ xa thông qua mạng Giả sử ta cẩn xây dựng hệ thống IOT cơ bản thì chúng ta cần một số bước và thành phần cơ bản để xây dựng một hệ thống IoT dựa trên Arduino:
+ Arduino Board: cần một bo mạch Arduino, như Arduino Uno, Arduino Mega, hoặc Arduino Nano, để điều khiển và thu thập dữ liệu từ các cảm biến và thiết bị khác
+ Quản lý tài sản (Asset Management): IoT giúp theo dõi và bảo vệ tài sản như xe cộ, máy móc, và công cụ trong thời gian thực
+ Giải trí và thể thao (Entertainment and Sports): IoT đang được sử dụng trong các ứng dụng giải trí, như tương tác với trò chơi và thể thao thông qua các thiết bị thực tế ảo và tăng cường thực tế
+ Thành phố thông minh (Smart City): IoT giúp tạo ra các thành phố thông minh với hệ thống giao thông, dịch vụ công cộng, và quản lý đô thị hiệu quả hơn + Quản lý nước và môi trường (Water and Environmental Management): IoT
được sử dụng để quản lý tài nguyên nước và giám sát môi trường nước
1.3 Khí thải động cơ Diesel
1.3.1 Khái niệm
Động cơ diesel là động cơ tự động đánh lửa trong đó nhiên liệu và không khí được trộn lẫn bên trong động cơ Không khí cần thiết cho quá trình đốt cháy được nén nhiều bên trong buồng đốt Điều này tạo ra nhiệt độ cao, đủ để nhiên liệu diesel tự bốc cháy khi nó được phun vào xi lanh
Khí thải sinh ra từ động cơ diesel gồm 4 loại chính: + Carbon monoxide- CO
+ Hydrocarbon- HC + Nito oxit – Nox
Trang 24− Trong quá khứ, ở một số quốc gia người ta sử dụng cái gọi là town gas để thắp sáng và cung cấp nhiệt vào thế kỷ XIX Town gas được tạo ra bằng cách cho một luồng hơi nước đi ngang qua than cốc nóng đỏ; chất tạo thành sau phản ứng của nước và carbon là hỗn hợp của hydro và carbon monoxide Phản ứng như sau:
Trang 25Sinh viên thực hiện: Đào Bảo Ngân Người hướng dẫn: ThS Phạm Minh Mận17
Khí hydrocacbon là chất độc hại, gây kích ứng đường hô hấp và gây ung thư Chúng cũng được xác định là chất đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành tầng ozone mặt đất
• Hạt bụi – Hạt vật chất
Một trong những sản phẩm chính sinh ra từ sự cháy đó là bụi Điều này không ngoại lệ với động cơ diesel Theo kết quả phân tích, bụi sinh ra từ động cơ diesel chủ yếu có đường kính từ 15-40 nm, trong đó có tới 90% có kích thước nhỏ hơn 1 µm
• Oxit nito
Như đã trình bày ở trên, động cơ diesel sử dụng không khí nóng có độ nén cao để đốt cháy nhiên liệu Lượng không khí sử dụng là không khí từ môi trường tự nhiên, vì vậy, ngoài oxy, nito cũng xuất hiện và được hút vào buồng đốt Trong quá trình nhiên liệu được đốt cháy và tỏa nhiệt, nito phản ứng với oxy tạo ra khí oxit nito
Hình 1.5 Khí thải của động cơ diesel [12]
1.3.2 Động cơ xăng
Động cơ xăng là một loại động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu xăng để tạo momen xoắn tác động vào hệ thống chuyển động giúp cho thiết bị, máy móc hoạt động Loại động cơ này thường được sử dụng cho ô tô, máy bay, máy móc di động như máy xén cỏ, tàu thuyền loại nhỏ, …
Để biết được tại saođộng cơ ôtô, xe máy lại gây ô nhiễm, phải xét đến quá trình cháy diễn ra trong buồng cháy của động cơ
Theo nguyên lý, quá trình cháy lý tưởng chỉ sinh ra CO2, H2O và N2 Nhưng trong thực tế, thì quá trình cháy xảy ra trong buồng cháy của động cơ không lý tưởng như vậy Quá trình cháy thực tế sinh ra các chất độc nguy hiểm như: NOx2 CO2 CnHm
Trang 26SO2, và bụi hữu cơ, … Chính những chất này là nguyên nhân gây ra ô nhiễm môi trường
Bảng 1.1 Thống kê các chất có trong khí thải động cơ xăng [13]
CO2 Sản phẩm của quá trình cháy nhiên liệu N2 Sản phẩm của quá trình cháy nhiên liệu
NOx (oxyd nito) Sinh ra do nhiệt độ của quá trình cháy quá
cao CO (Carbon monoxid) Sinh ra do sự cháy thiếu Oxy; do quá trình
cháy tiến hành không được triệt để
CnHm (các hydrocarabure chưa cháy hết)
Do quá trình cháy không hoàn toàn, hoặc hiện tượng cháy không bình
thường; do nguồn gốc của nhiên liệu chứa nhiều phân tử nặng
SO2, SO3, H2SO4
Do trong nhiên liệu tồn tại lưu huỳnh và bị oxy hóa trong quá trình cháy sinh ra hơi nước
Những hạt chì nhỏ Do trong dầu thô có nhiễm chì
Bụi hữu cơ
Là các muội than ngậm các hạt bụi dầu chưa cháy kịp (ở động cơ Diesel loại bụi hữu cơ này nhiều hơn ở động cơ xăng.)
Trang 27Sinh viên thực hiện: Đào Bảo Ngân Người hướng dẫn: ThS Phạm Minh Mận19
Chương 2: KHẢO SÁT CÁC CHI TIẾT TRONG MÔ HÌNH
2.1 Động cơ điện
Động cơ điện sử dụng trong mô hình là động cơ điện không chổi than Động cơ điện không chổi than là một loại động cơ điện DC (direct current) hoặc động cơ xoay Đặc điểm quan trọng của động cơ này là nó không sử dụng chổi than (brushes) như các động cơ DC thông thường Thay vào đó, động cơ không chổi than sử dụng hệ thống cảm ứng hoặc encoder để theo dõi vị trí và quay của rotor (cánh quạt), và từ đó điều khiển dòng điện đầu vào để thay đổi hướng và tốc độ quay của động cơ Ưu điểm của động cơ không chổi than bao gồm:
− Bền bỉ hơn: Vì không có chổi than mài mòn trong quá trình sử dụng, nên động cơ này thường có tuổi thọ cao hơn Hiệu suất cao: Động cơ không chổi than thường có hiệu suất hoạt động tốt hơn, không phải lo lắng về sự mất mát do mài mòn chổi than
− Hoạt động trơn tru: Không có tiếng ồn từ mài mòn chổi than, động cơ không chổi than hoạt động một cách trơn tru và yên tĩnh hơn
− Điều khiển dễ dàng: Điều khiển tốc độ và hướng quay của động cơ không chổi than dễ dàng hơn bằng cách điều chỉnh dòng điện đầu vào
Động cơ không chổi than thường được sử dụng trong nhiều ứng dụng, bao gồm trong các thiết bị điện tử, máy móc công nghiệp, xe điện, máy bay không người lái (drone), và nhiều ứng dụng khác đòi hỏi hiệu suất và độ chính xác cao
Cấu tạo của động cơ DC không chổi than cũng giống với những động cơ đồng bộ thông thường, những cuộn dây BLDC được đặt lệch nhau 120 độ trong không gian của stator Những thanh nam châm được gắn chắc chắn vào thân rotor làm nhiệm vụ kích từ cho động cơ Điểm khác biệt của động cơ BLDC so với những động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu khác là thiết bị này bắt buộc phải cảm biến vị trí rotor để động cơ có thể hoạt động Stator: Gồm có lõi sắt (những lá thép kỹ thuật điện ghép cách điện với nhau) và dây quấn Cách quấn dây của BLDC khác so với cách quấn dây của
Trang 28động cơ xoay chiều 3 pha thông thường, sự đặc biệt này tạo nên sức phản điện động dạng hình thang
+ Rotor: Về cơ bản, rotor không khác so với những động cơ nam châm vĩnh cửu khác
+ Hall sensor: Vì đặc thù sức phản điện động có dạng hình thang nên cấu hình điều khiển thông thường của động cơ không chổi than cần có cảm biến để xác định vị trí của từ trường rotor so với các pha của cuộn dây stator
Để làm được điều đó, người ta thường sử dụng cảm biến hiệu ứng Hall sensor, gọi tắt là Hall Điểm đáng chú ý là Hall sensor được gắn trên stator của BLDC chứ không phải trên rotor
Hình 2.1 Cấu tạo động cơ không chổi than [14] Mô hình sử dụng động cơ không chổi than từ động cơ bánh xe điện
Hình 2.2 Động cơ điện không chổi than sử dụng trong mô hình
Bảng 2.1.Thông số động cơ điện không chổi than
STT Tên gọi Thông số Đơn vị
Trang 29Sinh viên thực hiện: Đào Bảo Ngân Người hướng dẫn: ThS Phạm Minh Mận21
I tổng = I1 + I2 + I3 + + In (1) Tương tự động cơ điện đây là một loại động cơ không chổi than (brushless motor) được cung cấp với điện áp là 12V và dòng điện là 0.3A (Ampe) Điều này có nghĩa rằng động cơ này hoạt động ở điện áp 12V và tiêu thụ dòng điện 0.3A khi hoạt động
Hình 2.3 Quạt DC được sử dụng trong mô hình
Trang 302.3 Lọc giấy chứa dung dịch AdBlue
Lọc giấy trong mô hình của nhóm được sử dụng để loại bỏ bụi và giữ dung dịch AdBlue giữa các lớp gợn sóng của lọc Điều này giúp bảo vệ các thành phần bên trong quạt và duy trì hiệu suất của nó Cách hoạt động của lọc giấy trong mô hình tương tự như cách hoạt động của bộ lọc không khí trong máy điều hòa không khí
Hình 2.4 Lọc giấy chứa dung dịch AdBlue
Hình 2.5 (1) Bình chứa khí lớn, (2) Bình chứa khí nhỏ
Trang 31Sinh viên thực hiện: Đào Bảo Ngân Người hướng dẫn: ThS Phạm Minh Mận23
2.5 Pin năng lượng mặt trời
Đây là một thiết bị chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng Chúng được sử dụng rộng rãi trong ngành năng lượng mặt trời để tạo ra điện từ nguồn năng lượng tái tạo và không gây ô nhiễm Một tấm pin năng lượng mặt trời thường bao gồm các thành phần sau:
+ Cell pin năng lượng mặt trời (Solar Cell + Khung và Lớp Bảo vệ (Frame and Encapsulation + Dây dẫn (Busbars and Conductors
+ Hệ thống gắn kết (Backsheet
Hình 2.6 Cấu tạo pin năng lượng mặt trời [15] Bảng 2.5 Bảng thông số pin năng lượng mặt trời
1 Dòng xả tối đa 21.24V – 2.78A V – A 2 Dòng xả tối thiểu 17.5V – 2.52A V – A
Trang 322.6 Pin lưu trữ
Hoạt động bằng cách chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng hóa học và ngược lại Chúng là nguồn năng lượng dự phòng quan trọng trong nhiều ứng dụng, (bao gồm các thiết bị di động, xe điện, tàu biển, máy tính xách tay, và nhiều thiết bị khác.)
Kiểu Pin dự trữ: Có nhiều kiểu Pin dự trữ khác nhau, bao gồm Pin dự trữ axit chì, Pin dự trữ nickel-cadmium (Ni-Cd), Pin dự trữ nickel-metal hydride (Ni-MH), và Pin dự trữ lithium-ion (Li-ion)
Mỗi loại có ưu điểm và hạn chế riêng Pin dự trữ là một thành phần quan trọng trong hệ thống năng lượng điện tử và đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, từ điện thoại di động đến xe điện và nhiều ứng dụng khác
Hình 2.7 Pin Lithium – ion Bảng 2.6 Thông số pin Lithium – ion
Trang 33Sinh viên thực hiện: Đào Bảo Ngân Người hướng dẫn: ThS Phạm Minh Mận25
2.7 Máy hút chân không
Máy hút chân không là thiết bị bơm chân không nhỏ gọn được sử dụng để hút sạch không khí trong hệ thống điện lạnh như điều hòa ô tô, điều hòa gia đình, tủ lạnh trước khi tiến hành nạp gas
Máy bơm hút chân không là một thiết bị chuyên dùng để loại bỏ các chất khí, chất lỏng, hơi nước ra khỏi một phạm vi không gian giới hạn, khép kín nhằm tạo ra một môi trường chân không hoặc gần chân không Môi trường chân không là môi trường không có áp suất và thực tế rất khó để tạo ra môi trường này
Hình 2.8 Máy hút chân không Bảng 2.7 Thông số máy hút chân không
2.8 Dung dịch AdBlue
Dung dịch AdBlue được các bác tài hay gọi là “nước ure” AdBlue là thương hiệu đã được đăng ký bởi hiệp hội ô tô Đức – VDA (The German Association of the Automotive Industry), sản phẩm này là hợp chất Ure 32,5% là chất xúc tác sử dụng
Trang 34cho bộ xử lý khí thải SCR được trang bị trên xe nhằm giảm Oxit Nitơ thải ra từ các động cơ diesel
AdBlue là chất lỏng không độc, không màu với 2 thành phần chính là: nước cất và ure tinh khiết Để đạt tiêu chuẩn Euro 6, những chiếc xe chạy bằng dầu diesel gần đây sử dụng công nghệ SCR dùng kèm với dung dịch AdBlue để xử lý khí thải của xe
Dung dịch Ure thông qua phản ứng hóa học xảy ra trong bộ SCR đã chuyển hóa khí độc hại Nitơ oxit (NOx) thành khí nitơ (N2) và nước (H2O) nên hai chất này thân thiện với môi trường và con người
Hình 2.9 Hệ thống SCR – AdBlue [16] Dung dịch được phun vào dòng khí thải nóng, nhờ nhiệt độ cao làm hơi nước bốc hơi và UREA (có ký hiệu hóa học là (NH2)2CO) trong dung dịch BlueOne (dung dịch DEF) phân hủy thành amoniac và axit isoxianic
2(NH2)2CO + 4NO + O2 → 4N2 + 4 H2O + 2CO2 (5)
Trang 35Sinh viên thực hiện: Đào Bảo Ngân Người hướng dẫn: ThS Phạm Minh Mận27
Tóm lại dung dịch DEF (dung dịch BLUEONE) có tác dụng chuyển đổi khí NOx thành N2 và hơi nước thông qua bộ cảm biến khí thải NOx có tên gọi là SCR
Hình 2.10 Dung dịch AdBlue sử dụng trong mô hình
Bảng 2.8 Thông số dung dịch AdBlue
Trang 36Chương 3: QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG VÀ THIẾT KẾ 3D DÙNG CATIA
Hình 3.1 Logo phần mềm Catia V5 [17]
3.1.2 Chức năng và ứng dụng phần mềm Catia
Catia là công cụ Thiết kế hỗ trợ CAD và CAM một cách hoàn chỉnh và hiện đại Phần mềm giúp người dùng tạo, sửa đổi hoặc phân tích các biểu diễn đồ hoạ của các thiết kế sản phẩm Áp dụng những phương pháp thiết kế 2D và 3D cải thiện chất lượng, thiết kế thông qua độ chính xác cao hơn và giảm lỗi thiết kế đồng thời tối ưu hoá hiệu quả sản xuất bộ phận và sử dụng vật liệu
Điểm sáng của Catia chính là sở hữu một kho trang bị lớn tích hợp hơn 170 module, bao trọn tất cả các ngành nghề như cơ khí, thiết kế hàng không, ô tô, … và đáp ứng đầy đủ mọi nhu cầu sử dụng
Ngoài các điểm nổi bật trên, phần mềm còn tích hợp tính năng Analysis với tốc độ phân tích vượt trội Chẳng hạn như giải quyết các mô hình phân tử hữu hạn chỉ trong vài phút và đạt độ chính xác cực cao Phần mềm còn hỗ trợ giúp phân tích thực
Trang 37Sinh viên thực hiện: Đào Bảo Ngân Người hướng dẫn: ThS Phạm Minh Mận29
hiện những mảnh ghép còn thiếu trên thiết kế hình học của Catia Hoàn thiện và lấp đầy chỗ trống qua việc hỗ trợ xác định kích thước, so sánh các phương án thiết kế khác nhau
Catia là phần mềm thiết kế hàng đầu với nhiều chuyên gia tín dụng, Catia giúp người dùng trải nghiệm với giao diện trực quan, được sử dụng để đáp ứng các nhu cầu của các nhà thiết kế và phân tích sản phẩm
3.2 Mô phỏng và thiết kế các chi tiến trong mô hình bằng Catia V5
Trong quá trình mô phỏng và thiết kế mô hình, đâu tiên khảo sát thông số các chi tiết bằng hình thức đo chi tiết đã có còn đối với chi tiết trong quá trình thiết kế sẽ tìm qua các trang web khác nhau để lấy thông số
Sử dụng phầm mềm Catia V5 để mô phỏng và thiết kế mô hình Dưới đây là một số chi tiết được mô phỏng
Hình 3.2 Buồng kính được mô phỏng bằng Catia V5
Hình 3.3 Lọc giấy được mô phỏng bằng Catia V5
Trang 38Hình 3.4 Ống chứa dung dịch được mô phỏng bằng Catia V5
Hình 3.5 Hệ thống quạt được thiết kế bằng Catia V5
Hình 3.6 Mô hình hệ thống lọc khí thải đông cơ kết hợp năng lượng tái tạo
Trang 39Sinh viên thực hiện: Đào Bảo Ngân Người hướng dẫn: ThS Phạm Minh Mận31
Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN HỆ KHI LỌC KHÍ
THẢI
4.1 Hệ thống mạch điện IOT
4.1.1 Khảo sát và lựa chọn linh kiện
Bước đầu tiên trước khi thiết kế sơ đồ điện của hệ thống thì nhóm em có lựa chọn khảo sát các linh kiện điện tử để giúp hiểu rõ về linh kiện, khảo sát giúp nhóm có cái nhìn toàn diện về các linh kiện liên quan đến mô hình của mình Có thể hiểu được cấu trúc, chức năng, và đặc điểm kỹ thuật của từng linh kiện Việc đánh giá chất lượng sẽ đảm bảo rằng linh kiện mà mô hình cần sử dụng đáp ứng các yêu cầu về chất lượng Khảo sát giúp xác định khả năng của linh kiện trong điều kiện hoạt động thực tế và đánh giá khả năng tuân thủ các tiêu chuẩn chất lượng
Sau quá trình khảo sát dựa trên quá trình hoạt động của hệ thống thì nhóm em đã có sự lựa chọn về linh kiện sử dụng Hệ thống này sẽ gồm có các thành phần sau:
+ Arduino Uno R3 + Driver L298N + Quạt 12V + Biến trở 10K + Màn LCD 16x2 tích hợp I2C + Cảm biến áp suất và nhiệt độ (bao gồm BMP180 và BMP280) + Máy bơm 12V
+ Cảm biến tiệm cận LJ12A3-4-Z/BX Cấu tạo của hệ thống này nhóm em đã có sự lựa chọn hết sức đơn giản để giảm thiểu được chi phí cũng như để đảm bảo được khả năng hoạt động của hệ thống là tối ưu nhất
4.1.2 Thông số linh kiện
Các thông số của linh kiện là 1 trong những phần sẽ giúp người sử dụng hiểu rõ hơn về linh kiện (thông số điện áp, số chân, địa chỉ nếu có i2c, …) điều này sẽ cung
Trang 40cấp các thông tin chi tiết về các linh kiện và sẽ đảm bảo được việc sử dụng linh kiện 1 cách tối ưu hóa tránh việc chập cháy gây hư hỏng linh kiện
• Arduino R3 UNO
Hình 4.1 Arduino R3 Bảng 4.1 Thông số Arduino UNO
Mạch Arduino Uno R3 là một board phổ biến trong gia đình sản phẩm Arduino, một nền tảng phần cứng và phần mềm mở rộng giúp người dùng tạo ra các dự án điện tử tương tác [18]
• Driver L298N
STT Loại linh kiện Giá trị Đơn vị
PWM)
6 Dòng ra tối đa trên