thiết bị điều chỉnh độ ẩm và lọc bụi làm từ vật liệu tái chế

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI TRƯỜNG:THPT HÀ NỘI-AMSTERDAM-CẦU GIẤY ************** ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸ THUẬT DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤP THÀNH PHỐ LẦN THỨ TƯ (NĂM HỌC 2014 - 2015). Tên đề tài: THIẾT BỊ THÔNG GIÓ TÁI CHẾ CÓ KHẢ NĂNG LỌC BỤI VÀ ĐIỀU CHỈNH ĐỘ ẨM Lĩnh vực: Kỹ thuật: Kỹ thuật điện & Cơ khí NGƯỜI HƯỚNG DẪN - Cô Đặng Thị Thu Hà - Đơn vị công tác: Trường THPT chuyên Hà Nội – Amsterdam TÁC GIẢ: 1. Bùi Thế Quyền Lớp: 11 Lí 1 Trường: THPT Hà Nội - Amsterdam Hà Nội, tháng 12 năm 2013 Mục lục : Phần I: Lí do chọn đề tài Trang 1 Phần II: Tổng quan vấn đề nghiên cứu và điểm mới Trang 2 Phần III: Quá trình nghiên cứu và kết quả Trang 3 I. Các kí hiệu Trang 3 II. Bộ phận lọc bụi Trang 4 1. Nguyên vật liệu Trang 4 2. Nguyên lí hoạt động Trang 4 3. Một số hình ảnh của bộ phận lọc bụi Trang 5 4. Cơ sở lí thuyết. Trang 7 4.1 Phương pháp lọc bụi tĩnh điện Trang 7 4.2 Lưu lượng thông gió Trang 8 III. Bộ phận điều chỉnh độ ẩm Trang 12 IV. Hệ thống biến áp Trang 16 V. Hệ thống đầy đủ Trang 17 VI. Ứng dụng Trang 18 VII. Các thí nghiệm và kết quả Trang 20 VIII. Nội dung nghiên cứu trong tương lai Trang 20 Phần IV: Kết luận Trang 21 Phần V: Tài liệu tham khảo Trang 22 Các bảng số liệu Bảng 1: Bội số tuần hoàn và lưu lượng gió thông gió, Trang 11 Bảng 2: Bảng tính giá trị độ ẩm qua tần số. Trang 14 Các hình minh họa Hình 1:Cấu tạo bộ phận lọc bụi Trang 5 Hình 2:Cách thức dán gai kim loại Trang 5 Hình 3:Bộ phận lọc bụi khi hoạt động Trang 6 Hình 4:Sơ Đồ Ghép Nối HS1101 với NE555 Trang 12 PHẦN I: LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày nay tại Việt Nam tình trạng ô nhiễm không khí đang trở thành một vấn đề đáng quan ngại sâu sắc Thậm chí như thành phố Đà Nẵng - một trong những tỉnh được đánh giá là “thành phố sạch nhất" của cả nước, những năm gần đây ô nhiễm không khí cũng đang có chiều hướng tăng cao. Số liệu cho thấy, số ngày ô nhiễm không khí vượt ngưỡng cho phép từ 40 ngày (năm 2011) đã lên tới 128 ngày (năm 2013). Theo báo cáo môi trường quốc gia, môi trường không khí hiện đang bị ô nhiễm từ các nguồn như hoạt động giao thông, công nghiệp, xây dựng, dân sinh và ô nhiễm xuyên biên giới. Trong đó, hoạt động giao thông đường bộ là nguyên nhân chính gây ô nhiễm bụi, nhất là các thành phố có mật độ phương tiện giao thông cao. Ngoài ra, các chất độc hại tại các đô thị lớn, khí thải từ các khu công nghiệp, cụm công nghiệp và bụi từ các công trình xây dựng cũng là nguồn gây ô nhiễm lớn, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe của người dân. Trong những năm gần đây, hoạt động dân sinh như đốt than tổ ong, đốt rơm rạ sau thu hoạch cũng là nguồn gây ô nhiễm môi trường khu vực nông thôn. Đặc biệt, vấn đề ô nhiễm khói mù từ các nước láng giềng cũng đã gây những tác động tiêu cực đến môi trường không khí nước ta. Thêm vào đó, hoạt động chăn nuôi theo mô hình hộ gia đình cũng là nguồn gây ô nhiễm khó kiểm soát đối với môi trường không khí tại các khu vực nông thôn. Theo thông kê, mỗi năm ngành chăn nuôi gia súc, gia cầm thải ra khoảng 75-85 triệu tấn chất thải ra môi trường, gây mùi hôi thối. Song song với đó, tỷ lệ che phủ rừng và diện tích cây xanh đô thị đóng vai trò điều hòa khí hậu không tỷ lệ thuận với tốc độ đô thị hóa gây ra những tác động xấu tới môi trường không khí.Ô nhiễm môi trường, nhất là môi trường không khí từ lâu đã trở thành vấn đề nhức nhối, gây ảnh hưởng rất nặng nề tới sức khỏe con người và quá trình “phát triển sạch” của đất nước PHẦN II: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỂM MỚI 1 Như đã nói ở trên, vấn đề ô nhiễm không khí đang là vấn đề rất bức thiết hiện nay. Tuy nhiên, không phải gia đình nào cũng có khả năng mua điều hòa về sử dụng, nhất là ở những nơi có hoàn cảnh khó khăn như những ngôi nhà nơi vùng mỏ, mà đó lại là những nơi có lượng không khí bị ô nhiễm nhiều nhất. Chính vì vậy, người thực hiện đề tài đã nghĩ ra ý tưởng sử dụng những vật liệu tái chế rẻ tiền như chai nhựa, lon kim loại, túi hút ẩm, bộ biến áp xung của ti vi, cánh quạt cũ bỏ đi của máy tính để làm một thiết bị lọc bụi dễ sử dụng, có khả năng điều chỉnh độ ẩm. Đây là một giải pháp mới cho những ngôi nhà làng nghề hay cả những nơi gần đường quốc lộ, thậm chí nếu được cải tiến còn có thể áp dụng trong công nghiệp sản xuất hàng loạt Điểm mới của đề tài này chính là việc sử dụng gần như hoàn toàn vật liệu tái chế, chỉ có một lượng rất nhỏ PHẦN III: QÚA TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ I. Các kí hiệu 2 G - Lượng chất độc hại tỏa ra phòng , g/h yc - Nồng độ cho phép của chất độc hại, g/m3 yo - Nồng độ chất độc hại trong không khí thổi vào, g/m3 dmax - Dung ẩm cực đại cho phép của không khí trong phòng, g/kg do - Dung ẩm của không khí thổi vào phòng, g/kg Ghn - Lượng hơi nước toả ra phòng , kg/h Gb - Lượng bụi thải ra phòng, g/h Sc - Nồng độ bụi cho phép trong không khí, g/m3 So - Nồng độ bụi trong không khí thổi vào, g/m3 K - Bội số tuần hoàn Vkk - Lưu lượng không khí cấp vào phòng, m3/h Vgm - Thể tích gian máy, m3 q - Điện tích tới hạn của hạt bụi. n - Số lượng điện tích hạt bụi tích được. r - Bán kính của hạt bụi. E: cường độ điện trường k - Hệ số nhớt động lực của khí ở điều kiện thực tế z 1 : hàm lượng bụi vào thiết bị V 1 : thể tích khí vào thiết bị z 2 :hàm lượng bụi ra khỏi thiết bị V 2: thể tích bụi ra khỏi thiết bị II. Bộ phận lọc bụi 3 1.Nguyên vật liệu - 1 chai coca nhựa to 1,5 l - 2 chai coca nhựa nhỏ 390 ml - gai kim loại được làm từ vỏ lon - vỏ chai nhựa bên ngoài được dán 1 lớp băng dính nhôm để có khả năng dẫn điện và được nối với cực dương nguồn điện - 2 vỏ chai nhựa bên trong cũng được dán 1 lớp băng dính nhôm để có khả năng dẫn điện và được dán 1 lớp gai kim loại bên ngoài theo hình xoắn ốc. 2 vỏ nhựa bên trong được nối với cực âm nguồn điện - 2 chai nhựa nhỏ được cố định với nhau và cố định với chai nhựa to - trên chai nhựa to có 1 khe hở cho khí đi vào - trên đỉnh 2 chai nhỏ là cánh quạt 2.Nguyên lí hoạt động Không khí được đưa vào nhờ áp suất do cánh quạt gây ra, nhờ các gai kim loại nên không khí chỉ có thể chạy thẳng xuống một phần nhỏ còn lại bắt buộc phải chạy theo hình xoắn ốc do gai kim loại tạo ra, các gai đã bị nhiễm điện âm nên sẽ phóng ra các electron làm cho những hạt bụi trong khí bị nhiễm điện âm và bị hút dính vào vỏ chai nhựa nhiễm điện dương sau đó khí đi lên bên trong chai nhỏ. Nguồn điện là nguồn 20000 vôn, khi cắm vào điện lưới sẽ hạ từ 220 vôn xuống 10 vôn rồi mới lên 20000 vôn để đảm bảo an toàn. Bộ phận biến áp có thành phần chính là biến áp xung lấy trong tv cũ hỏng. Bụi được lọc bằng 3 phương pháp - Phương pháp lọc bụi tĩnh điện : Bụi đi qua thiết bị được tĩnh điện âm dính vào cực dương - Phương pháp lọc bụi bằng trọng lực : Hạt bụi quá to 3. Một số hình ảnh của bộ phận lọc bụi 4 Cửa cho khí vào Hình 1: Cấu tạo bộ phận lọc bụi Hình 2: Cách thức dán gai kim loại 5 Gai kim loại Vỏ chai nhựa tích điện dương Vỏ chai nhựa tích điện âm Nắp chai nhựa dùng để hứng những hạt bụi có kích thước và khối lượng lớn nên rơi xuống Nguồn điện Gai được dán lên theo hình xoắn ốc Cố định chai nhựa Hình 3: Bộ phận lọc bụi khi hoạt động 6 Dòng khí đi vào Dòng khí đi ra Bụi trong không khí dính vào 4. Cơ sở lí thuyết 4.1 Phương pháp lọc bụi tĩnh điện Năm 1824, Hohlfeld là người sử dụng điện hoa đầu tiên để tách các hạt bụi khỏi son khí. Tuy nhiên, việc sử dụng điện hoa này chưa được thương mại hoá cho đến hầu hết cả thế kỷ sau. Năm 1907, Tiến sĩ Frederick G. Cottrell đã áp dụng sáng chế vào một thiết bị phóng các hạt mang điện và sau đó thu gom chúng lại nhờ lực hút tĩnh điện - thiết bị lọc bụi tĩnh điện đầu tiên. Nguyên lí cơ bản của các hệ thống lọc bụi tĩnh điện Khi cấp điện cao áp vào các cực ion hóa, trong khoảng không gian giữa các điện cực của bộ lọc bụi xuất hiện một điện trường mà cường độ của nó có thể thay đổi bằng cách thay đổi điện thế cấp vào. Khi tăng điện thế đến một trị số nhất định, trong khoảng không gian giữa các điện cực xảy ra hiện tượng phóng điện Khi dòng khí có chứa các hạt bụi lơ lửng đi qua khoảng không gian giữa các điện cực của bộ lọc bụi thì các hạt này được tích điện. Các hạt bụi lơ lửng đã tích điện dưới tác động của điện trường sẽ chuyển động đến các điện cực và sẽ bám vào các điện cực đó, còn khí sạch sẽ được thổi ra ngoài khí quyển. Bụi lắng tụ trên các điện cực dưới tác dụng của hệ thống rung gõ rơi vào các phễu hứng bụi và sẽ chuyển về hố thải bụi - Ưu điểm : +) Chi phí sản xuất thấp +) Độ tin cậy cao +) Hiệu suất lọc bụi cao +) Dễ dàng chỉnh định và thay thế, có thể tự động hóa hoàn toàn - Nhược điểm +) Sự cố cơ học dễ dàng ảnh hưởng đến kết quả thu bụi 7 +) Không được sử dụng để lọc khí dễ cháy nổ do xuất hiện tia lửa điện +) Độ nhạy cao dễ sai lệch khi tính toán - Các phương pháp lọc bụi tĩnh điện thường được sử dụng hiện nay: +) Thiết bị lọc bụi nằm ngang +) Thiết bị lọc bụi điện ẩm kiểu ống trụ một vòng +) Thiết bị lọc lưới điện hai vùng Dự án này sử dụng thiết bị lọc lưới điện hai vùng : Thiết bị loại này có hai vùng điện trường riêng biệt. Trong đó một điện trường dùng để tích điện cho hạt bụi còn một điện trường khác dùng để lắng bụi. Nhờ đó điện trường thực hiện tốt vai trò của mình. 4.2 Lưu lượng thông gió Lưu lượng gió sử dụng để thông gió được tính phụ thuộc vào mục đích thông gió. Mục đích đó có thể là khử các chất độc hại, thải nhiệt thừa, ẩm thừa phát sinh trong phòng, khử bụi vv. Lưu lượng thông gió khử khí độc Lưu lượng thông gió khử hơi nước thừa Lưu lượng thông gió khử bụi Bội số tuần hoàn 8 [...]... cho than hoạt tính vào thiết bị để lọc độc và lọc mùi mà không ảnh hưởng đến thiết bị - cụ thể là điện trường - Thử áp dụng hai mô hình vừa đề cập ở trên PHẦN IV: KẾT QUẢ 20 Thiết bị sẽ góp phần cải thiện chất lượng cuộc sống, nhất là ở những nơi có môi trường bị ô nhiễm mà không đủ khả năng lắp điều hòa Hơn thế, toàn bộ thiết bị được làm từ vật liệu tái chế, giúp bảo vệ môi trường và đi theo xu hướng... và công suất hút bụi của thiết bị Cách thức tiến hành thí nghiệm: Cho thiết bị hoạt động trong thời gian dài Kết quả thí nghiệm : +) Thiết bị có công suất không đổi – Phụ thuộc vào lượng khí mà quạt hút vào +) Sau khoảng 24h ( ở thành phố Hà Nội – nơi môi trường có ít bụi) thì lượng bụi tích tụ sẽ trở nên lớn, phải tiến hành rung lắc để tránh làm hỏng thiết bị, bởi lượng bụi quá lớn sẽ làm cho khoảng... hạt bụi về phía điện cực lắng không phụ thuộc vào kích thước của hạt bụi mà chỉ phụ thuộc vào cường độ điện trường: 9 W = E*10-11*0,17/k [m/s] Hiệu suất thu bụi H = (z1*v1 – z2*v2)/z1*v1 Bảng 1 : Bội số tuần hoàn và lưu lượng gió thông gió, m3/h 10 III.Bộ phận điều chỉnh độ ẩm Dự án này sử dụng cảm biến độ ẩm HS1101 11 1.Giới thiệu HS1101 HS1101 là loại cảm biến đo độ ẩm Độ chính xác +-2% Dãy nhiệt độ. .. cường độ điện trường và tỷ lệ với bình phương bán kính của hạt bụi: q = n.e = 0.19 *10* r* E [C] Tốc độ chuyển động của bụi Đối với những hạt bụi có đường kính lớn hơn 1mm thì tốc độ chuyển động của hạt bụi về phía điện cực lắng tỷ lệ với kích thước hạt bụi và tỷ lệ với bình phương cường độ điện trường: W = E2*r*10-11/k [m/s] Đối với những hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 1mm thì tốc độ chuyển động của... if((frequency+25)>HS1101_Table[i]) return i; } return 100; } Ta dùng giá trị này để nhập vào một phép lập trình khác để báo đèn, đèn đỏ là độ ẩm thấp hơn bình thường, đèn xanh là độ ẩm cao hơn bình thường Khí sau khi đã được xác định độ ẩm sẽ được đi qua 1 trong 2 ngăn, 1 ngăn có bể nước để tăng độ ẩm, một bên có gói hút ẩm để giảm độ ẩm Túi hút ẩm Chốt Bể nước Khi độ ẩm không khí thấp hơn mức quy định, người sử dụng có thể kéo... quạt lấy từ máy tính cũ hỏng - Thí nghiệm 1: Thí nghiệm định tính : Chứng thực khả năng lọc bụi của thiết bị Cách thức tiến hành thí nghiệm : Dùng bột mì hất vào thiết bị ( cưỡng bức tạo ra không khí chứa bụi) , mật độ bụi lớn Kết quả thí nghiệm: Không khí đi ra gần như không còn bột mì, bột mì dính vào cực dương, chưa có hiện tượng bị đánh thủng - Thí nghiệm 2: Thí nghiệm định lượng : Thời gian và công... tiếp theo tới hạt bụi sẽ giảm đi, nghĩa là giảm tốc độ tích điện cho các hạt bụi Khi cường độ điện trường của điện tích hạt bụi có giá trị bằng cường độ điện trường ngoài thì tốc độ chuyển động của các ion tới hạt bụi sẽ bằng không có nghĩa là hạt bụi không nhận thêm các ion nữa Lúc này ta nói hạt bụi đó đạt được điện tích tới hạn Sự tích điện của hạt bụi xảy ra rất nhanh Với hạt bụi có kích thước... oC(pf) chính là điện dung đo được Từ (1) và (2) ta có mỗi liên hệ giữa tần số và độ ẩm Giải pháp tính toán: Ta thấy hàm độ ẩm là hàm mũ 3, nên rất khó tính toán mối liên hệ F và RH Ta thấy hàm C(pf) là hàm đồng biến với RH Do vậy ta F sẽ nghịch biến với RH Từ đó ta có phương pháp tính độ ẩm bằng phương pháp tra bảng ( bảng 2) Ta dùng bảng Excel như bảng 2 tạo mối quan hệ RH và F, ta thu được bảng F[100]... bụi quá lớn sẽ làm cho khoảng cách giữa gai kim loại và cực dương giảm, nên điện trường tăng, khiến thiết bị bị đánh thủng VIII Nội dung nghiên cứu trong tương lai : - Hiệu điện thế bao nhiêu là vừa đủ đề phòng việc hiệu điện thế quá lớn gây hư hại chai gây nguy hiểm vì chai là vật liệu tái chế - Thiết kế hệ thống rung lắc tự động để giảm lượng bụi bám trên cực, đến lúc này vẫn phải do người sử dụng... quan hệ RH và F, ta thu được bảng F[100] = {7410;7392;….;6019} Mảng này có 100 phần tử tương đương với độ ẩm từ 0-100% Như vậy, khi ta đo được tần số F, ta chọn F>=F và sát nhất với F Khi đó Độ ẩm RH =i% Bảng 2: Bảng tính giá trị độ ẩm qua tần số 13 Ta có thể sử dụng hàm sau để lấy giá trị độ ẩm từ tần số thu được: Mã: unsigned int16 frequency; unsigned int HS1101_Get_DA (unsigned int16 frequency); . nay: +) Thiết bị lọc bụi nằm ngang +) Thiết bị lọc bụi điện ẩm kiểu ống trụ một vòng +) Thiết bị lọc lưới điện hai vùng Dự án này sử dụng thiết bị lọc lưới điện hai vùng : Thiết bị loại này có. bụi vào thiết bị V 1 : thể tích khí vào thiết bị z 2 :hàm lượng bụi ra khỏi thiết bị V 2: thể tích bụi ra khỏi thiết bị II. Bộ phận lọc bụi 3 1.Nguyên vật liệu - 1 chai coca nhựa to 1,5 l -. pháp lọc bụi tĩnh điện : Bụi đi qua thiết bị được tĩnh điện âm dính vào cực dương - Phương pháp lọc bụi bằng trọng lực : Hạt bụi quá to 3. Một số hình ảnh của bộ phận lọc bụi 4 Cửa cho khí vào Hình