TỔNG HỢP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐĂNG TẠP CHÍ ĐẠI HỌC

Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 132-2017 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ HỖN HỢP NHŨ TƯƠNG DẦU TRONG NƯỚC BẰNG SỢI BÔNG GÒN Lê Thanh Thanh1, Lê Tín Thanh2 1 Trường Đại học Thủ Dầu

Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017

ÁP DỤNG THUẬT TOÁN HYBRID THIẾT KẾ TMD

CHỐNG ĐỘNG ĐẤT

Đỗ Thị Ngọc Tam(1)

(1) Trường Đại học Thủ Dầu Một Ngày nhận 29/12/2016; Chấp nhận đăng 29/01/2017; Email: tamdtn@tdmu.edu.vn

Tóm tắt

Báo cáo này nghiên cứu khả năng ứng dụng thuật toán Hybrid vào thiết kế TMD cho nhà cao tầng chống tác nhân động đất Dựa vào đặc điểm phổ năng lượng động đất thường có dạng dải hẹp, bài báo đã đề xuất cách tính toán để lựa chọn các thông số cơ học ban đầu TMD hợp lý gần với nghiệm tối ưu của bài toán Các ví dụ số trong báo cáo được tính toán, phân tích bằng ngôn ngữ lập trình Matlab và kết quả tính toán cho thấy tham số TMD thiết kế theo thuật toán này cho khả năng giảm chấn cho nhà lớn (>30%)

Từ khóa: TMD, động đất, thuật toán Hybrid

1 Giới thiệu

Thiết kế kháng chấn đã và đang rất được nhiều người quan tâm đối với các công trình cao tầng Trong suốt thế kỷ qua, nhiều thiết bị kháng chấn được nghiên cứu và sử dụng như hệ điều chỉnh khối lượng (TMD), hệ đàn nhớt, hệ chất lỏng, hệ ma sát, hệ con lắc [1] Hệ điều chỉnh khối lượng (TMD) với nhiều ưu điểm như giá thành rẻ, ít tốn chi phí bảo trì, dễ lắp đặt, ứng dụng được cho hầu hết các loại công trình và có thể bảo vệ công trình tốt khi có động đất xảy ra

Trong những năm gần đây, trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu tối ưu những tham số thiết

kế tối ưu TMD và đạt dược kết quả đáng kể trong lĩnh vực này như Sadek [2], Joshi và Jangid [3], hadi và Ariadi [4], Chen và Wu [5] Những nghiên cứu này thực hiện trên kết cấu hệ một bậc tự

do và nhiều bậc tự do dưới tác nhân động đất, với nhiều thuật toán khác nhau Ở đây tác giả muốn

sử dụng thuật toán Hybrid giải quyết bài toán trên và so sánh kết quả với các nghiên cứu trước, và xem khả năng ứng dụng của thuật toán Mục đích của báo cáo là sử dụng thuật toán Hybrid để giải lập tìm thông số TMD sao cho phản ứng kết cấu trước tác nhân động đất là nhỏ nhất

Đỗ Thị Ngọc Tam Áp dụng thuật toán hybrid thiết kế TMD chống động đất

2 Mô hình bài toán

Mô hình bài toán là một khung ngang bê tông cốt thép có n tầng, có m nhịp, liên kết với TMD khối lượng md, độ cứng Kd Khung chịu tác động bởi một trận động đất có gia tốc nền

g

u (hình 1) Theo Felix Weber, Glauco Feltrin, and Olaf Huth [6], dạng tổng quát của hệ

phương trình vi phân cân bằng động lực học của hệ kết cấu nhiều bậc tự do có TMD nối với ở bậc tự do thứ k:

Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017

Giải hệ phương trình (2) sẽ thu được hàm dạng, tần số chuyển động của khung

Thuật toán Hybrid dùng để tối ưu tham số TMD, Theo [7] được viết như sau:

X=k d c d

Find J x rms x top floor t 

Minimize G1k dmin k dj k dmax (6) Subject to G2c dmin c dj c dmax

G m

3 Ví dụ

Để đánh giá hiệu quả thuật toán

Hybrid trong thiết kế TMD, tác giả

thực hiện một số ví dụ mà các nhà

nghiên cứu trước đã thực hiện [4, 8, 9]

Khung nhà 10 tầng với tải trọng phân

Đỗ Thị Ngọc Tam Áp dụng thuật toán hybrid thiết kế TMD chống động đất

Theo [10, 11] mỗi trận động đất W(t) là một tác nhân không thay đổi, nó có thể mô hình tín hiệu white noise có mật độ phổ hằng số là So Hàm mật độ phổ như sau:

(7)

trong đó: g và g lần lượt là độ cản và tần số của đất nền Trận động đất Elcentro 1940

có g= 0.6 và g=12 rad/s (hình 2), và đây là dữ liệu đầu vào của TMD Trong ví dụ này tác giả sử dụng TMD có khối lượng 108 T, tương ứng 3% khối lượng công trình Hệ số cản, độ cứng ban đầu TMD tính từ dữ liệu phổ năng lượng động đất, và độ cứng sẽ thay đổi, theo thuật toán Hybrid sẽ xác định những thông số tối ưu của TMD

Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 1

Bảng 1 Chuyển vị tương đối các tầng công trình so với đất nền (m)

0.0532 38.50%

0.0682 38.61%

0.0816 38.51%

0.0938 37.84%

0.1043 37.02%

0.1129 36.07%

0.1191 35.27%

0.1224 34.79%

0.0529 38.84%

0.0678 38.97%

0.0811 38.88%

0.0932 38.24%

0.1037 37.38%

0.1123 36.41%

0.1184 36.65%

0.1215 35.27%

0.3623

Tác giả 0.0187

38.49%

0.0365 38.66%

0.0531 38.61.%

0.0681 38.70%

0.0816 38.51%

0.0938 37.84%

0.1041 37.14%

0.1129 36.07%

0.1191 35.27%

0.1222 34.89%

0.0539 38.49%

0.0690 38.59%

0.0821 38.47%

0.0946 37.79%

0.1050 37.05%

0.1136 36.17%

0.1200 35.29%

0.1233 34.72%

0.1255 34.77%

0.1215 34.77% 0.3556

Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017

0.0537 38.80%

0.0686 38.95%

0.0816 38.85%

0.0939 38.29%

0.1043 37.45%

0.1130 36.47%

0.1176 36.61%

0.1222 35.32%

0.1246 35.22%

0.1206 35.23%

0.3747

Tác giả 0.0194

38.51%

0.0373 38.50%

0.0540 38.42%

0.0691 38.56%

0.0821 38.49%

0.0946 37.81%

0.1048 37.15%

0.1135 36.19%

0.1199 35.35%

0.1233 34.74%

0.1254 34.80%

0.1214 34.80%

0.3568

Từ những ví dụ số bên trên ta có thể áp dụng thuật toán Hybrid đề thiết kế những tham số TMD cho công trình chống động đất và hiệu quả giảm chấn mang lại tốt, trên 30%

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Soong TT, Dargush GF., Passive Energy Dissipation Systems in Structural Engineering, John

Wiley & Sons: Chichester, NY, 1997

[2] Sadek F, Mohraz B, Taylor AW, Chung RM., A method of estimating the parameters of tuned mass dampers for seismic applications, Earthquake Engineering and Structural Dynamics 1997;

[7] Leandro Fleck Fadel Miguel, Rafael Holdorf Lopez, Leticia Fleck Fadel Miguel and Andre

Jacomel, A Novel approach to pptimum design of MTMDS under seismic excitations, 2016 [8] Lee CL, Chen YT, Chun LL, Wang YP., Optimal design theories and applications of tuned mass dampers, Engineering Structures 2006; 28:43–53

[9] Mohebbi M, Shakeri K, Ghanbarpour Y, Majzoub H., Designing optimal multiple tuned mass dampers using genetic algorithms (GAs) for mitigating the seismic response of structures,

Journal of Vibration and Control 2013; 19(4):605–625

[10] Kanai K., An empirical formula for the spectrum of strong earthquake motions, Bulletin

Earthquake Research Institute University of Tokyo 1961; 39:85–95

[11] Tajimi H., A statistical method of determining the maximum response of a building structure during an earthquake, Proceedings of 2nd World Conference in Earthquake Engineering,

Tokyo, Japan, 1960, 781–797

[12] Den Hartog JP., Mechanical Vibration, McGraw-Hill: New York, 1956

[13] Warburton GB., Optimum absorbers parameters for various combinations of response and excitation, Earthquake Engineering and Structural Dynamics 1982; 10:381–401

[14] Anik K Chopra, Dynamics of Structure, Pearson Education, 1995

[15] Chu Quốc Thắng, Phương Pháp Phần Tử Hữu Hạn, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1997

[16] Đỗ Kiến Quốc, Động Lực Học Kết Cấu, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM

[17] T.T Soong, G.F Dargush, Passive Energy Dissipation Systems in Structuaral Engineering,

John Wiley & Sons, 1997

Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ HỖN HỢP NHŨ TƯƠNG DẦU

TRONG NƯỚC BẰNG SỢI BÔNG GÒN

Lê Thanh Thanh(1), Lê Tín Thanh(2)

(1) Trường Đại học Thủ Dầu Một; (2) Trường Đại học Sư phạm Ngày nhận 08/11/2016; Chấp nhận đăng 20/01/2017 Email: thanhlt@tdmu.edu.vn

Tóm tắt

Trong những năm gần đây, hoạt động thăm dò và khai thác dầu khí ở nước ta đang phát triển mạnh

mẽ, dầu mỏ được khai thác khi đưa lên khỏi lòng đất bao giờ cũng chứa một lượng nhũ tương bền, khó phân tách Quá trình tách nước ra khỏi dầu thô là không thể thiếu nhằm đảm bảo cho chất lượng dầu thô xuất khẩu và trong tương lai đảm bảo cho chất lượng nguyên liệu cho nhà máy lọc dầu Chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu khả năng tách loại hỗn hợp nhũ tương bền nước dầu được tạo với chất hoạt động bề mặt CTAB với tỉ lệ: CTAB: H2O: DO là 0,4g: 10,0ml: 40,0ml Phản ứng được tiến hành thông qua việc cố định các thông số như: khối lượng vật liệu, thời gian phản ứng và nhiệt độ Vật liệu tách nhũ tương, sợi cotton được làm sạch bởi acid H2SO4 1,0M, acid citric, NaOH và H2O2 Khả năng hấp phụ của vật liệu được xác định tốt nhất trong điều kiện: 1,0g vật liệu

có khả năng tách được 15ml nhũ tương dầu ở T = 60 o C và t = 3 giờ

Từ khóa: hấp phụ, nhũ tương, dầu khí, bông gòn

to break the oil in water emulsions synthesized from the surfactant CTAB (Cetyl Trimethylamine Ammonium Bromide) with ratio CTAB: H2O: DO is 0,4g: 10,0ml: 40,0ml The reaction was carried out under a change of parameters such as material weight, reaction time and temperature Material for the separation, the cotton was cleaning by H2SO4 1,0M, acid citric, NaOH and H2O2 The adsorption capacity of the material is the best in the following conditions: each 1,0g material separate up to 15 ml oil emulsion; temperature (60 o C); time separation 3,0 hour

1 Giới thiệu

Dầu mỏ được khi đưa lên khỏi lòng đất bao giờ cũng chứa một lượng nhũ tương bền, khó phân tách Quá trình tách nước ra khỏi dầu thô là không thể thiếu nhằm đảm bảo cho chất lượng dầu thô xuất khẩu và đảm bảo cho chất lượng nguyên liệu cho nhà máy lọc dầu Các vụ tràn dầu xảy ra trên biển hàng năm đã và đang gây ô nhiễm trầm trọng hệ sinh thái biển Quá trình

xử lý nước thải nhiễm dầu trước khi thải ra môi trường không được xử lý triệt để, lượng nước

Lê Thanh Thanh Nghiên cứu khả năng hấp phụ hỗn hợp nhũ tương

thải nhiễm dầu này không những ảnh hưởng đến sức khỏe, đời sống của người dân mà còn ảnh hưởng đến đến sinh thái môi trường Đến nay nhiều phương pháp khử nhũ tương đã được kiểm nghiệm như: ly tâm, lắng đọng, hệ thống đun nóng, sử dụng chất phân tán và chất phá nhũ tương… Trong đó, phương pháp đun nóng và ly tâm không được sử dụng nhiều do chi phí bảo dưỡng cao và nhu cầu năng lượng lớn [8] Gần đây, nhiều vật liệu nông nghiệp như bông gòn,

bã mía, vỏ trấu, xơ dừa, xơ mướp… bắt đầu được chú ý nghiên cứu và ứng dụng nhiều hơn vào lĩnh vực xử lý dầu tràn, nước thải nhiễm dầu, tách loại nhũ tương… nhờ những tính chất như thấm hút chọn lọc với dầu và nước, rẻ, dễ kiếm, dễ thu gom và đặc biệt là nguồn nguyên liệu dồi dào ở nước ta Đầu tháng 1/2011, Chính phủ đã phê duyệt chương trình phát triển cây bông Việt Nam (trong đó có bông gòn) đến năm 2015, theo đó đến năm 2015 sẽ đạt diện tích khoảng 30.000 hecta, năng suất bình quân đạt 1,5 – 2 tấn/hecta Giá thành để xử lý 1 lít dầu loang (VNĐ) của sợi bông gòn chưa tái sử dụng là 962/l, sợi bông gòn tái sử dụng là 197/l, trong khi

đó nếu sử dụng phao hút dầu sẽ là 3.381/l, bột Enretech là 23.913/l và bột SOT lên đến 90.000/l [11] Như vậy với sản lượng và giá thành của bông xơ như trên, tôi nhận thấy việc sử dụng sợi cellulose của bông gòn, vải bao bố để phá nhũ tương, tăng cường việc tách, cải thiện chất lượng nước thải và giảm chi phí cho khâu xử lý nước thải là khả thi và kinh tế

Cây bông gòn (bông gạo), tên khoa học: Ceiba pentandra, là cây nhiệt đới, có nguồn gốc

ở Mexico, Trung Mỹ, Caribe, miền bắc Nam Mỹ và khu vực nhiệt đới miền tây châu Phi Bông gòn còn có tên gọi là bông Java, bông gòn Java hay cây bông lụa Loài cây này cao tới 60 –70m, thân cây to lớn (đường kính tới 3m) Cây trưởng thành sinh ra khoảng vài trăm quả, mỗi quả dài khoảng 15cm Quả chứa các hạt được bao bọc trong các sợi mịn có màu vàng nhạt là hỗn hợp của lignin và cellulose Thành phần hóa học chính của sợi bông gòn: Cellulose: 35,0%; Xylan: 22,0%; Lignin: 21,5% [14] Sợi bông gòn có hàm lượng cellulose cao nên có tính bền dai

và khả năng phân hủy sinh học tốt Đơn vị lặp lại của cellulose là β -1,4 - glicozit chứa 3 nhóm chức OH, các nhóm này hình thành các liên kết hydro nội phân tử và liên phân tử Do đó, tất cả các sợi cellulose tự nhiên đều mang bản chất ưa nước cao Khác với vải bao bố, sợi gòn nhẹ, nổi trên nước, đàn hồi và không thấm nước do cấu trúc mao quản của sợi bông gòn là rất nhỏ (8-10µm), sức căng bề mặt cao 7,2.10-4 N/cm và diện tích bề mặt lớn 310,179 m2.g-1 [11]

Hình 1 Cấu trúc của cellulose

Ngoài ra, khi este hóa sợi cellulose bằng axit citric sẽ làm tăng thêm các nhóm chức axit có khả năng trao đổi ion Sợi cellulose khi ngâm trong dung môi có tính phân cực như nước, dymethylforamide, dymethylsufoxyde… sẽ bị trương nở Các nhóm OH trong sợi cellulose đang trương nở vẫn có thể tham gia phản ứng hóa học khác nhưng các phân tử của dung môi phân cực thì bị giữ lại bên trong sợi cellulose Ngược lại, các dung môi không phân cực như benzen, toluen, clorofrom, xăng… sẽ làm các nhóm OH quay đầu vào bên trong sợi cellulose và thay thế dần các phân tử của dung môi phân cực, chuyển môi trường từ phân cực sang ít phân cực Nhờ vậy, nó tạo và duy trì một môi trường không phân cực bên trong sợi cellulose đang trương nở

Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017

Có nhiều phương pháp để biến tính sợi cellulose, trong đó phương pháp Mercer là phương pháp cổ điển có sử dụng bước ngâm xút Hiệu quả của nó phụ thuộc vào loại, nồng độ dung dịch, thời gian và nhiệt độ xử lý Việc thay thế các nhóm chức OH sẽ làm cho vật liệu giảm độ bám dính Kết quả xử lý kiềm là tăng độ nhám bề mặt sợi giúp tăng độ bám dính cơ học theo kiểu lồng vào nhau Đồng thời, xử lý kiềm nhằm loại bỏ các lớp sáp bám quanh sợi cellulose giúp lộ ra các nhóm chức hoạt động Thành phần lignin trong sợi cellulose là nguyên nhân chủ yếu tạo nên màu vàng của sợi, do đó H2O2 thường được sử dụng để tẩy trắng vật liệu Lignin không ảnh hưởng đến quá trình tách nhũ tương tuy nhiên nếu không tẩy sạch lignin thì sản phẩm dầu sau khi tách không

có độ trong, dầu có màu vàng đục Qua phân tích cấu trúc cũng như thành phần chính của vật liệu, tôi nhận thấy có thể dùng bông gòn và vải bao bố để thấm hút chọn lọc giữa dầu và nước Do

đó tôi quyết định chọn hai loại vật liệu này để tách loại nhũ tương dầu/nước của mình

2 Phương tiện và phương pháp nghiên cứu

2.1 Phương tiện nghiên cứu

Dụng cụ và thiết bị: máy khuấy từ gia nhiệt, cân phân tích, tủ sấy, pipet, cốc thủy tinh, nhiệt kế, xilanh…

Hóa chất: Dầu diesel thương phẩm 0,05%S Chất tạo nhũ Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide (CTAB) NSX Trung Quốc Axit sunfuric đậm đặc Metanol đậm đặc Dung dịch NaOH 3,0M Axit citric C6H8O7.H2O H2O2 30%

2.2 Phương pháp nghiên cứu

Tổng hợp nhũ tương bền và khảo sát các tính chất của nhũ tương: Nhũ tương được tổng hợp bằng cách khảo sát tỷ lệ CTAB(g) : H2O(ml) : DO(ml) Mục đích tìm ra tỷ lệ CTAB : H2O : DO thích hợp Cố định các thông số: tốc độ khuấy 1500 vòng/phút, nhiệt độ khuấy 300C, thời gian khuấy 20 phút, tổng thể tích nước và dầu DO 50ml Ghi nhận kết quả: thời gian bền của nhũ tương; tỷ lệ CTAB : H2O : DO thích hợp Khảo sát các tính chất của nhũ tương: xác định loại nhũ tương, xác định độ bền nhũ tương, xác định tỷ trọng nhũ tương

Chuẩn bị vật liệu: Quả bông gòn được tách bỏ vỏ và hạt, lấy phần bông Chia làm 2 phần, phần 1: lấy 100g bông gòn rửa và ngâm với 1,50 lít nước cất trong 8 giờ để loại bỏ tạp chất, phần 2: lấy 100g rửa và ngâm với 1,50 lít methanol đậm đặc trong 8 giờ để loại bỏ tạp chất, mùi

và làm mềm bông gòn Lấy vật liệu ra để khô gió trong phòng thí nghiệm thu được bông gòn khô đã ngâm với nước và bông gòn khô đã ngâm với metanol Từ 2 vật liệu khô, tiến hành biến tính theo bảng sau, thu được vật liệu A – bông gòn rửa nước, sau biến tính và vật liệu B – bông gòn rửa metanol, sau biến tính

Bảng 1 Thứ tự biến tính vật liệu

Stt Hóa chất Mục đích Nồng độ Thời

gian

Xử lý ion còn lại

Nhiệt độ sấy ( 0 C)

Thời gian sấy (giờ)

Lê Thanh Thanh Nghiên cứu khả năng hấp phụ hỗn hợp nhũ tương

2.3 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tách loại nhũ tương của bông gòn sau khi biến tính

Thí nghiệm 1: Khảo sát khối lượng vật liệu bông gòn

Mục đích: Tìm ra khối lượng vật liệu B1 thích hợp

Cố định các thông số: Thể tích nhũ tương sử dụng: 15,0ml Thời gian: 4,0 giờ Nhiệt độ:

600C

Ghi nhận kết quả: Thể tích dầu thu được Từ đó tính hiệu suất của quá trình tách Khối lượng vật liệu B1 thích hợp

Thí nghiệm 2: Khảo sát thời gian tách nhũ tương

Mục đích: Tìm ra thời gian tách nhũ tương tối ưu

Cố định các thông số: Khối lượng vật liệu B1 tìm được ở thí nghiệm 4 Thể tích nhũ tương: 15,0ml Nhiệt độ: 600

C Ghi nhận kết quả: Thể tích dầu thu được Từ đó tính hiệu suất của quá trình tách Thời gian tách nhũ tương tối ưu

Thí nghiệm 3: Khảo sát nhiệt độ tách nhũ tương

Mục đích: Tìm ra nhiệt độ tách nhũ tương tối ưu

Cố định các thông số: Khối lượng vật liệu B1 tìm được ở thí nghiệm 4 Thể tích nhũ tương: 15,0ml Thời gian tìm được ở thí nghiệm 5

Ghi nhận kết quả: Thể tích dầu thu được Từ đó tính hiệu suất của quá trình tách Nhiệt

độ tách nhũ tương tối ưu

3 Kết quả và thảo luận

3.1 Kết quả quá trình tổng hợp nhũ tương bền và khảo sát các tính chất của nhũ tương

Chúng tôi đã tổng hợp được nhũ tương bền với tỉ lệ CTAB : H2O : DO tối ưu nhất là 0,4g : 10,0ml : 40,0ml Giọt nhũ tương tan nhanh trong nước ngay khi vừa được nhỏ vào cốc thủy tinh đựng nước Khi dùng phương pháp nhuộm màu nhũ tương bằng metylen xanh thì nhũ tương cũng có màu xanh như metylen xanh Như vậy, nhũ tương vừa được tổng hợp là loại nhũ tương dầu/nước Sau 24 giờ không có nước tách ra từ nhũ tương Quan sát trong 48 giờ đến 72giờ thì nhũ tương vẫn không tách lớp Tiếp tục quan sát nhũ tương trong vòng 30 ngày vẫn không tách lớp Nhũ tương dầu/nước vừa tổng hợp có tỷ trọng 0,86 ở 300C

màu bằng metylen xanh

Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017 3.2 Kết quả khảo sát khả năng tách loại nhũ tương của bông gòn trước và sau khi biến tính Kết quả khảo sát nồng độ H2SO4 dùng để biến tính bông gòn

Nồng độ

H 2 SO 4 (M)

Thể tích dầu thu đƣợc của vật liệu A (ml)

Hiệu suất H A (%)

Thể tích dầu thu đƣợc của vật liệu B (M)

Hiệu suất H B (%)

đến hiệu suất tách nhũ tương

Kết quả ảnh hưởng của nồng độ H2SO4 dùng để biến tính bông gòn đến hiệu suất tách nhũ tương (hình 4) chứng minh rằng, vật liệu được biến tính tốt nhất ở nồng độ 1,0M H2SO4 và

ở nồng độ này thì vật liệu B (bông gòn rửa metanol, sau biến tính) tách loại nhũ tương tốt hơn vật liệu A (bông gòn rửa nước, sau biến tính) Điều này có thể giải thích do nhóm OH trên cellulose đã được sunfu hóa bằng axit sunfuric nên có tính phân cực hơn ban đầu làm tăng khả năng trao đổi ion dẫn đến tăng khả năng tách loại nhũ tương của bông gòn

3.3 Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tách loại nhũ tương của bông gòn sau khi biến tính

3.3.1 Kết quả khảo sát khối lượng vật liệu B1

Khối lượng vật liệu B1 (g) 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 Thể tích dầu (ml) 6,0 8,0 11,0 11,0 10,0 9,0 Hiệu suất tách (%) 50,00 66,67 91,67 91,67 83,33 75,00

Khi tăng khối lượng vật liệu B1 thì khả năng tách loại nhũ tương cũng tăng Khi thể tích nhũ tương không đổi trong mà khối lượng vật liệu vẫn tăng thì thể tích nhũ tương này không đủ thấm ướt vật liệu dẫn đến sự tiếp xúc giữa vật liệu và nhũ tương không đều Những chỗ vật liệu chưa được thấm ướt sẽ làm tăng thể tích khí, làm cho quá trình ép diễn ra khó hơn Mặt khác, khi dầu được tách ra từ nhũ tương sẽ bị thấm hút vào những vị trí mà vật liệu chưa được thấm ướt do

đó lượng dầu thu được giảm Từ bảng 3, hiệu suất tách nhũ tương theo khối lượng vật liệu B1, thể tích dầu thu được cao nhất là 11ml ứng với khối lượng 1,0g và 1,2g Tuy nhiên để tiết kiệm vật liệu thì tôi chọn khối lượng tối ưu nghiên cứu cho quá trình hấp phụ của vật liệu B1 là 1,0g

Lê Thanh Thanh Nghiên cứu khả năng hấp phụ hỗn hợp nhũ tương

Hình 5 Sự phụ thuộc của

hiệu suất tách nhũ tương theo

khối lượng vật liệu B 1

3.3.2 Kết quả khảo sát thời gian tách nhũ tương

Thời gian (h) 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

Thể tích dầu (ml) 10,0 10,5 10,5 10,5 11,0 10,0 10,0 9,0 8,0

Hiệu suất (%) 83,33 87,50 87,50 87,50 91,67 83,33 83,33 75,00 66,67

Hình 6 Sự phụ thuộc của hiệu

suất tách nhũ tương của vật

liệu B 1 theo thời gian

Nhìn vào hình 6, sự phụ thuộc của hiệu suất tách nhũ tương của vật liệu B1 theo thời gian

ta thấy khi tăng thời gian tách thì hiệu suất tách cũng tăng dần đến cực đại sau 3,0 giờ, sau thời gian đó hiệu suất tách nhũ tương bắt đầu giảm Thời gian tiếp xúc dài làm cho lượng dầu được tách ra tích tụ trên bề mặt vật liệu, che phủ các tâm hoạt động của vật liệu, làm giảm khả năng hấp phụ Đồng thời, nhiệt độ cao trong thời gian dài cũng sẽ làm bay hơi một lượng nước và dầu Vậy thời gian tốt nhất cho quá trình tách loại nhũ tương dầu/nước này là 3,0 giờ

3.3.3 Kết quả khảo sát nhiệt độ tách nhũ tương

Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017

600C Điều này có thể giải thích vì hệ nhũ tương dầu/nước khá bền nên để các phân tử dầu được tách ra thuận lợi thì phải tăng nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng sẽ làm giảm độ nhớt của hệ làm cho

sự chuyển động của các phân tử dầu tăng, độ khuếch tán các phân tử dầu trên bề mặt vật liệu cũng tăng dẫn đến độ hấp phụ tăng Tuy nhiên, nhiệt độ cao cũng sẽ làm tăng quá trình di chuyển của phân tử dầu vào trong vật liệu, đồng thời làm bay hơi nước và dầu, dẫn đến thất thoát Như vậy, trong quá trình tách nhũ tương này, nhiệt độ ảnh hưởng trái ngược đến quá trình, tăng nhiệt độ thì thuận lợi cho quá trình phá vỡ hệ nhũ tương để dễ dàng tách dầu, nhưng không thuận lợi về mặt nhiệt động học Nếu nhiệt độ thấp thì quá trình tách thuận lợi về mặt nhiệt động học nhưng lại khó khăn cho quá trình phá vỡ hệ nhũ tương Do đó, cần có một nhiệt

độ thích hợp cho quá trình và ở đây theo khảo sát là tại nhiệt độ 600

C là tốt nhất

Hình 7 Sự phụ thuộc của hiệu

suất tách nhũ tương của vật

liệu B 1 theo nhiệt độ

Với những thông số tối ưu đã khảo sát, hiệu suất tách nhũ tương của vật liệu B1 được tính như sau:

Thể tích nhũ tương (ml)

Thời gian tách nhũ tương (h)

Nhiệt độ tách nhũ tương ( 0 C)

Hiệu suất tách dầu (%) Vật liệu B1 1,0 1,0 15,0 3,0 60 91,67

3.3.4 Kết quả chụp phổ hồng ngoại (FT-IR)

Quang phổ hồng ngoại Fourier (FT-IR) của vật liệu D1 được chụp tại Viện Hóa học TP.HCM Các phổ được quét từ 433.05 – 4000 cm-1

Từ kết quả chụp phổ hồng ngoại FT-IR của vật liệu được minh họa trong hình 3.15 ta thấy quang phổ chứa một số đỉnh có thể được cho trùng với các nhóm sau: peak có tần số 1739.29 cm-1 (-C=O-) nằm trong nhóm carboxylic thuộc nhóm chức của acid carboxylic Mặt khác xuất hiện peak rộng, tù có tần số 3418.82 cm-1 (-OH) chứng tỏ trong vật liệu có nhóm –

OH thuộc nhóm chức của alcohol, đồng thời cũng xuất hiện peak có tần số 1161.36 cm -1, đây

là đặc trưng của nhóm -C-O- trong rượu bậc 3, như vậy nhóm chức -OH trong vật liệu thể hiện cho nhóm alcohol trong rượu bậc 3 Peak có tần số 2903.36 cm-1

chứng tỏ liên kết C-H trong

Lê Thanh Thanh Nghiên cứu khả năng hấp phụ hỗn hợp nhũ tương

cấu trúc là mạch thẳng Từ những phân tích trên có thể thấy bề mặt vật liệu đã được hoạt hóa thành công bằng acid citric (CH2(COOH)-C(OH)(COOH)-CH2(COOH)) giúp vật liệu có thêm các nhóm chức hoạt động

Hình 8 Phổ hồng ngoại (FT-IR) vật liệu bông gòn đã biến tính

4 Kết luận

Đề tài đã tổng hợp thành công nhũ tương dầu/nước bằng chất hoạt động bề mặt Cety Trimetyl Ammonium Bromide với tỷ lệ CTAB : H2O : DO là 0,4g : 10,0ml : 40,0ml và khảo sát khả năng tách loại nhũ tương của bông gòn và vải bao bố Nghiên cứu đã xác định được các thông số tối ưu cho quá trình tách nhũ tương của vật liệu B1: nồng độ H2SO4 dùng để biến tính 1,0M, khối lượng vật liệu B1 1,0g, thể tích nhũ tương sử dụng 15,0ml, thời gian tách nhũ tương 3,0 giờ, nhiệt độ tách nhũ tương 600C, hiệu suất 91,67% Đề tài vẫn chưa đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu với các loại dầu, nhũ tương khác nhau, chưa đưa ra phương án sử dụng tối ưu và phương pháp xử lí vật liệu sau khi hấp phụ và quy trình xử lý nhũ tương quy mô công nghiệp

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Trần Văn Nhân, Hồ Thị Nga (2005), Giáo trình công nghệ xử lí nước thải, NXB Khoa học và kĩ

thuật

[2] Hồ Sĩ Tráng (2005), Cơ sở hoá học gỗ và xennluloza, tập 1, NXB Khoa học và Kỹ thuật

[3] Hoàng Kim Thành (2011), Nghiên cứu biến tính bã mía và ứng dụng làm vật liệu hấp phụ mốt

số hợp chất hữu cơ, Trường Đại học Đà Nẵng

[4] Vũ Đình Đức (2011), Tổng hợp và nghiên cứu các tính chất vật liệu hấp phụ dầu từ bã mía thải, luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Vinh

[5] [5] Thanh, T L (2011) The effect of the Nature of the filtrating medium on the separation efficiency of an water-in-oil emulsion Охрана окружающей среды в нефтяной и газовой промышленности , 17

Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017

NGHIÊN CỨU TỈ LỆ PHỐI TRỘN GIỮA PHÂN BÒ

VÀ LỤC BÌNH ĐỂ NUÔI TRÙN QUẾ VÀ SỬ DỤNG TRÙN QUẾ TƯƠI

bò = 4 : 6 là lớn nhất (65,75 g) Tiếp đó, chúng tôi khảo sát ảnh hưởng của việc sử dụng trùn quế làm thức ăn cho gà ri (2- 5 tuần tuổi) Kết quả cho thấy trọng lượng gà tăng lên cao nhất (275,23 g) ở nghiệm thức cho ăn 100 trùn quế sau 3 tuần nuôi Và lượng thức ăn bổ sung phù hợp cho gà (5-7 tuần tuổi) là 60g/con/ngày

Từ khóa: trùn quế, lục bình, phân bò, gà ri

Abstract

STUDY OF THE RATE OF COW MANURE AND WATER HYACINTH TO FEED

EARTHWORM AND USE FRESH EARTHWORM TO FEED CHICKEN

By far, the earthworm (Perionyx excavatus) has been applied in the creation of organic fertilizers and nutrient-rich feed for livestock, poultry, seafood Water hyacinth (Eichhornia crassipes), an rich nutritional organic compound can be used to feed the earthworms, to help reduce costs when purchasing manure Besides solving the problem of water hyacinth on the major rivers in our country today This paper studied mixing ratio between manure and water hyacinth to consider the possibility of earthworm growth with rate based on the different mix feed The results showed that after 4 weeks, earthworms harvested at treatment (hyacinth: manure = 4: 6) is the largest (65.75g) Next, we investigated the effect of using earthworm as feed for chicken curry (2- 5 weeks old) Results showed increased weight chicken is th highest (275.23 g) in treatment for eating earthworm 100% after 3 weeks And the volume of appropriate complementary foods for chickens (5-7 weeks old) is 60g/chicken/day

1 Giới thiệu

Lục bình có một số lợi ích (dùng làm thuốc, chống ô nhiễm nguồn nước, cung cấp năng lượng, làm đồ thủ công mỹ nghệ, làm thức ăn…) nhưng với mật độ quá lớn ở một số sông, rạch

Lữ Trọng Bắc Nghiên cứu tỉ lệ phối trộn giữa phân bò và lục bình để nuôi trùn quế

hiện nay thì lục bình đang trở thành một vấn nạn lớn như: cản trở giao thông đường thủy, làm tắc nghẽn các công trình thủy lợi, tạo môi trường cho muỗi phát triển gây ra bệnh sốt rét Vì vậy cần có các biện pháp thiết thực và hiệu quả để giải quyết hiện trạng này [4]

Ngành chăn nuôi nước ta ngày càng phát triển với quy mô lớn, nhiều chủng loại vật nuôi phong phú, đa dạng về cả số lượng và chất lượng Vì vậy, tìm ra nguồn thức ăn chăn nuôi giàu protein rẻ tiền, dễ tìm nhằm bổ sung, thay thế trong khẩu phần ăn của gia cầm là điều rất có

ý nghĩa, góp phần nâng cao năng suất chăn nuôi, hạ giá thành sản phẩm, mang lại hiệu quả kinh

tế cao Trùn quế là loài động vật được biết đến để sử dụng làm thức ăn bổ sung cho gia súc, gia cầm, thủy sản đạt hiệu quả kinh tế cao với hàm lượng protein thô chiếm đến 70% trọng lượng khô Trùn quế có thể xử lý chất thải hữu cơ, phân gà, phân lợn, phân trâu bò, lục bình, thức ăn thừa… và chuyển hóa chúng thành phân bón hữu cơ có chất lượng và bằng cách đó có thể cải thiện được môi trường sinh thái ở các vùng nông thôn Nuôi trùn quế sẽ là một nghề góp phần xóa đói giảm nghèo ở nông thôn Nuôi trùn quế cũng là một hướng mới để phát triển ngành chăn nuôi nói riêng và ngành nông nghiệp nói chung ngày càng có chất lượng và hiệu quả [1]

Đề tài nghiên cứu tỉ lệ phối trộn giữa phân bò và lục bình để nuôi trùn quế và sử dụng

trùn quế tươi làm thức ăn cho gà ri được thực hiện nhằm giải quyết một lượng lớn chất thải từ

vật nuôi, lục bình và cung ứng thêm một lượng lớn thức ăn cho gà

2 Phương pháp nghiên cứu

2.1 Qui trình nghiên cứu

Hình 1 Sơ đồ thí nghiệm 2.2 Thuyết minh qui trình

Nuôi trùn: Trùn được nuôi trong các bể xi măng có kích thước 40cm : 30cm : 30cm

Mỗi bể gồm: 4 kg đất nền, 500 g sinh khối trùn (bao gồm phân trùn có lẫn trùn con và kén trùn)

và 50g trùn quế

Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017

Tưới nước 1 ngày 2 lần vào buổi sáng và buổi chiều để đảm bảo độ ẩm thích hợp cho trùn phát triển tốt nhất Cho ăn 2 ngày 1 lần với khối lượng thức ăn là 0,1kg/bể với loại thức ăn là phân bò kết hợp với lục bình băm nhỏ (kích thước 2 – 3cm)

Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của sự thay đổi tỉ lệ phối trộn giữa phân bò và lục bình lên sự sinh trưởng của trùn quế

Bảng 1 Tỉ lệ phối trộn thức ăn giữa lục bình và phân bò

Thí nghiệm 3: Xác định lượng thức ăn bổ sung cho gà ri

Bảng 3 Các nghiệm thức về sự thay đổi lượng thức ăn

Nghiệm thức (NT) Lƣợng thức ăn cho gà 5 – 7 tuần tuổi

3 Kết quả và thảo luận

3.1 Khảo sát sự phát triển của trùn quế trên nền sự thay đổi tỉ lệ phối trộn giữa phân

bò và lục bình

3.1.1 Nhiệt độ, độ ẩm

Bảng 4 Kết quả đo nhiệt độ qua 4 tuần khảo sát

Tên nghiệm thức Tuần 0 Tuần 1 Tuần 2 Tuần 3 Tuần 4

Lữ Trọng Bắc Nghiên cứu tỉ lệ phối trộn giữa phân bò và lục bình để nuôi trùn quế

Qua bảng 4, chúng tôi nhận thấy, nhiệt độ biến động không nhiều giữa các tuần và các nghiệm thức Điều này thích hợp cho trùn phát triển với sự dao động nhiệt độ từ 25 - 280

C Trùn quế rất nhạy cảm, chúng phản ứng mạnh với ánh sáng, nhiệt độ và biên độ nhiệt cao, độ mặn và điều kiện khô hạn Nhiệt độ thích hợp nhất với trùn quế nằm trong khoảng từ 20 - 300

C,

ở nhiệt độ khoảng 300C và độ ẩm thích hợp, chúng sinh trưởng và sinh sản rất nhanh Ở nhiệt

độ quá thấp, chúng sẽ ngừng hoạt động và có thể chết; hoặc khi nhiệt độ của luống nuôi lên quá cao thì chúng có thể cũng bỏ đi hoặc chết [2]

Còn về độ ẩm, theo bảng 5 cho ta thấy, độ ẩm tăng lên qua tuần 4 khảo sát ở tất cả các nghiệm thức Điều này là do quá trình tưới nước, giữ ẩm cho trùn quế qua các ngày nuôi Và quá trình bổ sung thức ăn có chứa lục bình cũng làm tăng độ ẩm trong môi trường nuôi trùn

Bảng 5 Kết quả đo độ ẩm qua 4 tuần khảo sát

Tên nghiệm thức Tuần 0 Tuần 1 Tuần 2 Tuần 3 Tuần 4

NT1 18,48 21,59 0,26 23,30 1,88 21,93 0,21 21,45 4,75 NT2 18,28 22,71 0,19 22,31 0,80 19,8 0,21 24,43 5,51 NT3 18,64 20,65 0,20 19,69 0,19 23,23 0,52 24,76 6,51 NT4 18,32 21,48 0.03 19,53 0,03 24,44 2,09 22,87 2,89 NT5 18,86 21,9 0,48 22,41 4,03 24,62 0,40 23,46 0,52

Bảng 6 Kết quả đo pH qua 4 tuần khảo sát

Bảng 6 cho thấy pH trung bình ở các mẫu thí nghiệm nằm trong khoảng 6,8 Và giá trị

pH này nằm trong tiêu chuẩn qui định (pH:6-8_tiêu chuẩn 10 TCN 256_2002) Đây là pH thích hợp cho trùn quế sinh trưởng và phát triển Vì đặc tính sinh trưởng của trùn quế là thích sống trong môi trường ẩm ướt và có độ pH ổn định từ 4 – 9, thích hợp nhất vào khoảng 7,0 – 7,5, pH quá thấp chúng sẽ chết hoặc bỏ đi [2] Vì vậy đây là môi trường pH phù hợp cho sự phát triển của trùn quế Trong 5 NT thì ở NT 1 và 2 khối lượng trùn quế bị giảm, còn ở 3 NT còn lại thì khối lượng trùn quế tăng và tăng mạnh nhất ở NT 4

3.1.3 Khối lượng trùn

Sau 4 tuần nuôi trùn quế bằng phân bò kết hợp với lục bình, chúng tôi ghi nhận lại kết quả thu được từ các nghiệm thức khác nhau qua bảng (bảng 7)

Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017

Bảng 7 Khối lượng trùn quế sau 4 tuần nuôi

Nghiệm thức (NT) Trọng lƣợng trùn ở tuần đầu (g) Trọng lƣợng trùn sau 4 tuần (g)

Hình 2 Biểu đồ trọng lượng trùn qua 4 tuần

Theo kết quả ở bảng 7, ở NT 1 và NT 2 thì lượng trùn quế giảm so với ban đầu còn ở NT

3, 4 và 5 thì lượng trùn quế tăng và tăng mạnh nhất ở NT 4 (phân bò 60% và lục bình 40%) Theo đặc điểm sinh trưởng thì trùn quế thích nghi với phổ thức ăn khá rộng, chúng ăn bất kỳ chất thải hữu cơ nào có thể phân hủy trong tự nhiên (rác đang phân hủy, phân gia súc, gia cầm…) Tuy nhiên, những thức ăn có hàm lượng dinh dưỡng cao sẽ hấp dẫn chúng hơn, giúp cho chúng sinh trưởng và sinh sản tốt hơn Trong tự nhiên, trùn quế thích sống nơi ẩm thấp, gần cống rãnh, hoặc nơi có nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy và thối rữa như trong các đống phân động vật Như vậy, tuy trong lục bình có nhiều chất dinh nhưng nó vẫn cần thời gian để phân hủy để trùn quế có thể hấp thụ Ở NT1 và 2 với một lượng lớn lục bình chưa phân hủy nên khi cho trùn quế vào nuôi nó sẽ không thể sử dụng liền các chất dinh dưỡng có trong lục bình vì vậy số lượng

sẽ giảm Ở NT 3,4 và 5 có lẽ trong khi sử dụng phân bò thì lục bình bắt đầu phân hủy và trở thành nguồn thức ăn giàu dinh dưỡng cho trùn phát triển Và ở NT 4 này chúng tôi nhận thấy môi trường khá tơi xốp (do có nhiều cellulose) nên tạo môi trường thông thoáng, giàu ôxy cho trùn phát triển Qua quá trình khảo sát, chúng tôi chọn NT 4 để làm cơ sở cho những thí nghiệm tiếp theo

3.2 Khảo sát ảnh hưởng của việc sử dụng trùn quế tươi làm thức ăn cho gà ri (gà 2 tuần tuổi)

Sau khi chọn được loại và tỉ lệ thức ăn thích hợp để nuôi trùn, chúng tôi tiến hành nhân sinh khối và khảo sát ảnh hưởng của trùn đến khối lượng gà ri khi cho gà ăn trùn so với gà ăn cám

Lữ Trọng Bắc Nghiên cứu tỉ lệ phối trộn giữa phân bò và lục bình để nuôi trùn quế

Bảng 8 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của việc sử dụng trùn quế tươi làm thức ăn cho gà ri

Nghiệm thức Trọng lượng gà ban đầu(g) Trọng lượng gà sau 3 tuần(g) Trọng lương gà tăng

lên(g)

Hình 3 Biểu đồ trọng lượng gà tăng lên qua NT thay đổi loại thức ăn

Kết quả khi cân trọng lượng gà sau 3 tuần nuôi ta thấy trọng lượng gà tăng lên ở 3 NT và tăng mạnh nhất ở NT 1, tiếp đến là NT 2 và sau cùng là NT 3 Vậy chúng tôi kết luận là gà được nuôi bằng trùn quế thì sẽ phát triển nhất vì trong trùn quế có protein: 68 –70%, lipid: 7 – 8% và chất đường: 12 –14 %, rất tốt cho sự phát triển của trùn [4] Còn cho ăn cám thì đa phần là tinh bột nên gà sẽ không phát triển bằng nuôi bằng trùn quế

3.3 Xác định lượng thức ăn bổ sung cho gà ri

Sau khi chọn được nghiệm thức nuôi gà thích hợp chúng tôi tiến hành cho gà ăn theo nghiệm thức đó và thay đổi liều lượng để khảo sát xem với liều lượng nào gà sẽ phát triển tốt hơn (bảng 9)

hni

Hình 4 Biểu đồ trọng lượng gà tăng lên qua NT thay đổi lượng thức ăn

Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017

Bảng 9 Kết quả khảo sát lượng thức ăn bổ sung phù hợp cho gà ri

Nghiệm thức Trọng lƣợng gà ban đầu(g) Trọng lƣợng gà sau 2 tuần(g) Trọng lƣợng gà tăng

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Hoàng Ngọc Lý Hồng (2013), Nghiên cứu sản xuất giun quế trên nền giá thể khác nhau và sử dụng trùn quế tươi trong chăn nuôi gà thịt tại huyện Bắc Quang, tỉnh Hà Giang, Luận văn thạc

sĩ, Trường Đại học Nông Lâm, Đại học Thái Nguyên

[2] Tài liệu đào tạo nghề (2013), Kỹ thuật nuôi trùn quế, Trường Trung học Nông nghiệp và Phát

triển nông thôn Quảng Trị

[3] https://vi.wikipedia.org/wiki/Tr%C3%B9n_qu%E1%BA%BF

[4] https://vi.wikipedia.org/wiki/B%C3%A8o_t%C3%A2y

Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017

Bài viết này trình bày về tính cần thiết, ý tưởng thiết kế và mục tiêu cần đạt tới để chế tạo

ra mô hình thu nhỏ của cần trục tháp kết hợp với vận thăng phục vụ giảng dạy ở Khoa Xây dựng, Trường Đại học Đại học Thủ Dầu Một Kết quả đạt được là có một phương án hợp lý để chế tạo mô hình thực tế, giúp ích trong giảng dạy và học tập nhiều môn học thuộc chuyên ngành xây dựng, đặc biệt là các môn thực hành

Từ khóa: mô hình, cần trục tháp, vận thăng, xây dựng

Abstract

DESIGN MODEL COMBINES TOWER CRANES AND CONTRUCTION HOISTS

This article presents the necessity, design ideas and goals to be reached to produce scale models of the tower crane to hoist combined for teaching at the Faculty of Civil Engineering, University of Thu Dau Mot The result achieved is a real model helpful in teaching and learning many subjects in the specialty construction, especially in the subjects of practice

1 Đặt vấn đề

Cần trục tháp và vận thăng (hình 1) là các máy lớn (cao đến 150 m, tầm rộng làm việc đến 30 m), được dùng để nâng chuyển vật liệu khi xây dựng các tòa nhà cao tầng Trong thời gian học trong nhà trường, sinh viên hiếm có cơ hội được tiếp xúc với cần trục tháp và vận thăng, vì các máy này giá thành cao, dễ mất an toàn, người không chuyên môn, không có nhiệm

vụ thì không được phép đến gần khu vực chúng đang vận hành

Nguyên lý làm việc của các máy này được trình bày trong một số giáo trình, nhưng chủ yếu nói về lý thuyết, phần thực hành còn rất hạn chế Các công ty về máy và thiết bị ở nước ta chủ yếu là nhập phụ tùng hoặc nguyên chiếc cần trục tháp hay vận thăng từ Trung Quốc, Pháp, Đức để phân phối cho các nhà sử dụng Hiện tại, ta chưa chế tạo ra được các loại máy này, một ít cơ sở nào đó nếu có chế tạo thì cũng theo cách tương tự các loại có sẵn Cũng chưa có công ty nào sản xuất ra mô hình nhỏ của chúng để phân phối cho các trường nghiên cứu, học tập Đối với ngành xây dựng, nhu cầu học tập của sinh viên về máy xây dựng (cần trục tháp và vận thăng) là không thể thiếu Sinh viên luôn luôn hứng thú học tập, va chạm, thao tác với các máy thực tế Thế nhưng ta không thể mua các lớn này về cho các em thực tập, ta cũng không có nhà kho đủ lớn để chứa chúng Vì các lý do nói trên, tác giả đưa ra phương án chế tạo máy mô hình để cho sinh viên thực hành, giúp sinh viên ngành xây dựng học tập, cho giảng viên soạn bài giảng thực hành và cho nhiều người khác muốn quan tâm

Ngô Bảo Thiết kế mô hình kết hợp cần trục tháp và vận thăng xây dựng

a) Cần trục tháp b) Vận thăng

Hình 1 Cần trục tháp và vận thăng đang làm việc ở công trường xây dựng

2 Sự cần thiết của mô hình kết hợp cần trục tháp và vận thăng xây dựng

Hình 2 Ý tưởng một buổi học lắp dựng, vận hành cần trục tháp

Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017

Theo tâm lý chung, hầu hết những người đi học đều hứng thú với việc học tập có kèm theo sản phẩm minh họa thực tế Đối với sinh viên ngành xây dựng, sau những giờ miệt mài học lý thuyết trên lớp, các em cần được tự do cùng nhau xem, thao tác hay thảo luận về một sản phẩm nào đó trong ngành nghề của mình, ví dụ như: các em cần xem và vận hành thử một thiết

bị phục vụ ngành xây dựng

Hình 2 cho ta thấy một buổi học thú vị Một số sinh viên đang lắp dựng và vận hành cần trục tháp, các sinh viên khác đứng quan sát Tuy nhiên, điều kiện của Trường, của Khoa chưa

thể đáp ứng được các mong đợi của sinh viên Vì vậy, chúng tôi đưa ra ý tưởng chế tạo một mô

hình cần trục tháp kết hợp vận thăng xây dựng thu nhỏ để sinh viên cùng nhau lắp dựng, vận

hành, thảo luận và rút ra bài học Hiện nay, cũng chưa có nơi nào bán mô hình cần trục tháp, vận thăng thu nhỏ, phù hợp cho sinh viên ngành xây dựng để chúng ta mua

Mô hình kết hợp cần trục tháp và vận thăng xây dựng có liên quan nhiều với các môn

học: Cơ học lý thuyết, Cơ học kết cấu, Sức bền vật liệu, Kết cấu thép, Máy xây dựng và an toàn lao động…

3 Mục tiêu ý tưởng thiết kế và chế tạo mô hình

Mô hình này phải đáp ứng các yêu cầu:

- Phù hợp để giảng viên chia nhóm hướng dẫn từ 3 đến 5 sinh viên học thực hành lắp

dựng, khoảng từ 15 tới 30 sinh viên khác đứng xem (hình 2) Nguyên lý làm việc của mô hình phải đúng hoặc gần đúng như máy thực tế, nhưng không cần làm việc với tải trọng lớn

- Kích thước của mô hình vừa phải; tương xứng với khả năng của sinh viên ngành xây

dựng; phù hợp với không gian lắp dựng và nhà kho bảo quản Có nơi bán chi tiết máy tiêu chuẩn để thay thế, lắp lẫn khi chi tiết máy cũ bị hư hỏng

- Có thể được tháo rời ra từng phần nhỏ để cất giữ trong nhà kho, khi cần thì có thể lắp

dựng dễ dàng Chi phí nằm trong mức cho phép của nhà trường Dễ sử dụng và an toàn

Để thực hiện ý tưởng trên tác giả đặt ra và đạt tới các mục tiêu sau: (1) hoàn thành bản vẽ tổng thể và các bản vẽ chi tiết của mô hình, (2) chế tạo được mô hình, (3) hoàn thành tập thuyết minh hướng dẫn lắp dựng, vận hành và bảo quản mô hình

4 Thiết kế mô hình

4.1 Ý tưởng thiết kế

Với mục đích là làm mô hình dạy học, đủ để cho sinh viên lắp dựng và điều khiển, thể hiện được nguyên lý làm việc như một máy lớn thực tế, mô hình được nhóm tác giả thiết kế theo các ý tưởng sau:

- Nguyên lý làm việc của mô hình phải đúng như máy thực tế, nhưng không cần chịu tải

trọng lớn, vì thế việc tính toán trong thiết kế được bỏ đi rất nhiều

- Kích thước của mô hình vừa phải, phù hợp khả năng chế tạo, phù hợp với không gian

lắp dựng và nhà kho bảo quản

- Có nơi bán chi tiết máy tiêu chuẩn để thay thế, lắp lẫn khi chi tiết máy cũ bị hư hỏng

- Phù hợp với khả năng điều khiển và lắp dựng của sinh viên, phù hợp để giảng viên chia

nhóm hướng dẫn từ 3 đến 5 sinh viên học thực hành trong các kỳ thực tập kỹ thuật, thực hành môn học Mô hình có thể được tháo rời ra từng phần nhỏ để cất giữ trong nhà kho, khi cần thì có thể lắp dựng dễ dàng Chi phí nằm trong mức cho phép của nhà trường, dễ sử dụng và an toàn

Ngô Bảo Thiết kế mô hình kết hợp cần trục tháp và vận thăng xây dựng

4.2 Thiết kế tổng thể

Đây là mô hình thu nhỏ, dạng khung giàn thép, có liên kết hàn hoặc lắp bằng bu lông Chiều cao tối đa của mô hình là 5,5 mét (tỉ lệ so với máy thực tế khoảng 1/30) Mô hình có thể được lắp ráp theo “mô đun”, tức là có thể lắp thành vận thăng như hình 3, cũng có thể lắp thành cần trục tháp hoặc lắp kết hợp cả cần trục tháp lẫn vận thăng như hình 4

Mô tả

- Mô hình được chế tạo chủ yếu bằng thép hộp vuông 30 x 30 hoặc 40 x 40 (mm)

- Có thể lắp thành mô đun vận thăng như hình 1 hoặc lắp hỗn hợp liên kết cần trục tháp

và vận thăng như hình 2

- Các tời nâng đều dùng loại có công suất nhỏ nhất, có bán trên thị trường (sức nâng từ

100 tới 200 kg)

- Thân tháp được nối bằng các đoạn tháp cơ sở, liên kết bằng bu lông

- Nhờ lồng nâng tháp mà các đoạn tháp cơ sở được lắp vào hay tháo ra để tăng hoặc giảm

Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017

- Bàn nâng di chuyển lên xuống được nhờ bánh xe có rãnh V lăn trên ray V, ray được

hàn chắc vào tháp cơ sở Bàn nâng là bộ phận chính của vận thăng, dùng để nâng hạ vật liệu

- Chân đế được neo chặt vào nền đất khi mô hình đang làm việc Khi mô hình nghỉ thì

nhờ các bánh xe để di chuyển toàn bộ hệ thống phía trên

- Đối trọng và cáp chằng dùng để giữ thăng bằng cho mô hình

- Có tất cả 4 động cơ điện được điều khiển độc lập Các chuyển động có được nhờ cáp

kéo hoặc nhờ bộ truyền bánh răng

Nguyên lý làm việc: Mô hình có 5 chuyển động như sau:

- Chuyển động tăng, giảm độ cao của cần trục: Lồng nâng tháp (10) được tời kéo (13)

nâng lên thông qua hệ thống ròng rọc cáp, tạo ra khe trống để chèn các đoạn tháp cơ sở (11) vào Sau đó, lồng nâng tháp được hạ xuống và được liên kết chặt bằng bu lông với đoạn tháp cơ

sở mới được đưa vào đó Kết quả, độ cao cần trục tháp được nâng lên Khi muốn hạ độ cao cần trục thì ta tháo các đoạn tháp cơ sở ra, từ từ hạ lồng nâng tháp xuống, lồng nâng tháp lại được

liên kết chặt bằng bu lông với đoạn tháp cơ sở phía dưới

- Chuyển động quay của tay cần: Khi động cơ (6) hoạt động thì thông qua bộ truyền

bánh răng và bạc đạn mâm quay làm cho tay cần (8), cần đối trọng (5) và các bộ phận lắp phía trên chúng quay được toàn vòng cùng hoặc ngược chiều kim đồng hồ trong mặt phẳng ngang

Ta có thể điều khiển động cơ (6) để tay cần (8) quay góc nào đó theo ý muốn

- Chuyển động của xe con: Tời kéo xe con (3) cùng với hệ thống ròng rọc cáp làm cho xe

con (7) chuyển động vào - ra trên tay cần (8) Khi xe con chuyển động như vậy thì mang tời nâng vật (9) cùng chuyển động theo Bánh xe của xe con có dạng rãnh V lăn trên ray V, ray này được hàn chắc vào tay cần

- Chuyển động nâng hạ vật: Tời nâng vật (9) dùng móc để nâng vật lên hay hạ vật xuống

Tời này cũng có nhiệm vụ nâng các đoạn tháp cơ sở (11) từ dưới mặt đất lên để chèn vào lồng nâng tháp (10), làm tăng độ cao cần trục; hoặc hạ các đoạn tháp cơ sở xuống khi muốn giảm độ cao cần trục

- Chuyển động nâng hạ bàn nâng của vận thăng: Tời kéo (13) có nhiệm vụ nâng lồng

tháp (10) như hình 2 và nâng bàn nâng (3) như hình 1, (chú ý: tời kéo (6) và tời kéo (13) là một) Tùy cách phối hợp ròng rọc cáp mà tời kéo (13) có nhiệm vụ khác nhau, hoặc là nâng lồng tháp (10) hoặc là nâng bàn nâng (3)

Hệ thống điều khiển: Các nút nhấn tắt, mở điều khiển động cơ đều được dẫn xuống dưới

và được lắp trong tủ điều khiển, tủ này đặt trên mặt đất Các động cơ đều là loại 1 pha, dùng điện 200V – 50 Hz

Lắp dựng, tháo dỡ: Lắp theo trình tự từ thấp lên cao, tháo dỡ theo trình tự ngược lại Các

thao tác đều theo trình tự và bảo đảm an toàn như “Tài liệu hướng dẫn sử dụng” kèm theo mô hình này

5.3 Ý tưởng thiết kế các chi tiết điển hình

Thông thường, việc thiết kế các chi tiết máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như: chịu lực tác dụng, chịu bền theo thời gian, phù hợp với các chi tiết máy tiêu chuẩn khác, vật liệu dễ kiếm,

có tính công nghệ (tính dễ chế tạo), tính thẩm mỹ… Tuy nhiên, đây là mô hình dùng cho dạy học, chỉ chú trọng nhiều về nguyên lý làm việc, vận hành, tháo lắp mà không chú trọng đến việc nâng tải trọng (có thể nói chỉ cần chịu được tải trọng bản thân là đủ bền) nên yếu tố tính

Ngô Bảo Thiết kế mô hình kết hợp cần trục tháp và vận thăng xây dựng

toán theo lực tác dụng thì xem như không có ý nghĩa Trong trường hợp này, ta dùng thép hộp

40 x 40 (mm), dày 1,4 mm để làm các đoạn tháp cơ sở thì xem như đạt yêu cầu Các chi tiết khác thì thiết kế dựa theo tính phù hợp với chi tiết máy tiêu chuẩn, phù hợp thẫm mỹ và phù hợp với kinh phí hiện có

Bảng 1 chỉ ra hình dạng và vật liệu chế tạo các chi tiết cần thiết nhất của“Mô hình kết

hợp cần trục tháp và vận thăng xây dựng”

Hình dạng các chi tiết này do nhóm tác giả nghĩ ra, kết cấu có khác nhiều so với các chi

tiết cùng loại nhập của nước ngoài

Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017

6 Giá cơ cấu

Ngô Bảo Thiết kế mô hình kết hợp cần trục tháp và vận thăng xây dựng

Mua theo tiêu chuẩn

5 Chế tạo và hoàn thiện mô hình

Với ý tưởng thiết kế hình dạng các chi tiết như nói trên, ta tiến hành lập các bản vẽ có đầy đủ kích thước và yêu cầu kỹ thuật Sau đó, chuyển các bản vẽ này cho các cơ sở gia công

cơ khí để thực hiện chế tạo

Việc chế tạo bằng hàn, cắt, khoan là chủ yếu

Thông số kỹ thuật chính: Độ cao tối đa: 5m Khối lượng tổng: ~250kg Khối lượng vật

nâng: 0 – 50kg Số lượng động cơ điện: 4 Công suất trung bình các động cơ điện: 400W Khả năng tải của tời điện: 0 – 300kg Tốc độ nâng vật: 30m/phút Tốc độ kéo xe con: 60 m/ phút Tốc độ nâng giá vận thăng: 30 m/ phút Tốc độ quay cần: 10vòng/ phút Cách thức truyền động: Truyền động cáp và bánh răng Vận chuyển và sử dụng: Di chuyển nhờ các bánh xe, tiện lợi và

an toàn

Lắp ráp, vận hành và tháo dỡ: Lắp ráp mô hình này cần từ 3 đến 4 sinh viên, thời gian

lắp khoảng 30 phút Trình tự lắp có trình bày rõ trong tài liệu hướng dẫn kèm theo Vận hành các dạng chuyển động của mô hình được điều khiển bằng nút nhấn Tuy nhiên, việc đưa vật vào móc để nâng lên, lấy vật ra, chèn đoạn tháp cơ sở vào thân tháp để tăng độ cao của cần trục thì phải có con người can thiệp Tháo dỡ thì ngược lại với lắp ráp, thời gian lắp khoảng 20 phút

Có thể tháo dỡ ra từng chi tiết nhỏ hoặc tháo dỡ vài bộ phận nào đó Cuối cùng là bảo quản sản phẩm trong nhà kho

Bảo quản: Mô hình được tháo dỡ từng bộ phận và bảo quản trong nhà kho Các chi tiết

nhỏ, dụng cụ kèm theo được giữ kín trong tủ có chốt khóa lại Nên bôi trơn định kỳ bằng mỡ (mỡ bò) cho các chỗ liên kết trượt, ròng rọc, dây cáp, ray xe con, bánh răng Theo thời gian, có thể đứt cáp, tróc mối hàn, hư các thiết bị điện, … lúc đó cần có chi phí để bảo trì tổng thể

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Đặng Văn Cứ, Nguyễn Quang Cự, Đoàn Như Kim (2009), Vẽ kỹ thuật xây dựng, tập 1, NXB

Giáo Dục Việt Nam

Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017

[2] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển (2006), Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 1 và 2, NXB Giáo

Dục

[3] Nguyễn Đăng Cường, Vũ Minh Khương (2010), Máy xây dựng, NXB Xây dựng

[4] Nguyễn Văn Hùng, Phạm Quang Dũng, Nguyễn Thị Mai (2003), Máy xây dựng, NXB Khoa

học và Kỹ thuật

[5] Nguyễn Trọng Hữu (2010), Hướng dẫn sử dụng SolidWorks 2010, NXB Giao thông Vận tải [6] Trần Hữu Quế, Đặng Văn Cứ, Nguyễn Văn Tuấn (2009), Vẽ kỹ thuật cơ khí, NXB Giáo Dục Việt Nam

Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017

ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA XE RƠ MOÓC LÊN SỰ HOẠT ĐỘNG CỦA NÚT GIAO Nguyễn Duy Phương(1)

Từ khóa: nút giao, mô phỏng, VISSIM, xe rơ moóc

Abstract

EFFECTS OF CONTAINER TRUCKS ON INTERSECTION PERFORMANCE

The paper focuses on simulation – based evaluating the effects of container trucks at junctions in motorcycle-dominated traffic flow by using VISSIM software The paper results show that the effects of container trucks on the intersection performance are significant The average velocity of traffic flow at the approaches reduce considerately when the number of container trucks increases, especially during the rush hours, the reducing velocity value is 5.4% when the number of container trucks increases by 10%

1 Giới thiệu

Tại các giao lộ ở Việt Nam thường hay bị tắc nghẽn bởi nhiều nguyên nhân, trong đó có nguyên nhân gây ra bởi sự tham gia giao thông của xe tải rơ moóc Do chiều dài xe lớn, khi bẻ góc cua, diện tích đường bị chiếm bởi kích thước khi xe rẽ là khá lớn, chặn dòng giao thông, gây tắc nghẽn Giao lộ giữa đường Quốc lộ 1K và đường số 5 thuộc phường Linh Xuân, quận Thủ Đức (TP HCM) có vai trò vận tải rất quan trọng trong hệ thống giao thông vận tải của thành phố Không chỉ phục vụ vận tải cho thành phố Hồ Chí Minh mà còn cho khu vực phía Nam tỉnh Bình Dương đặc biệt là các khu công nghiệp trên địa bàn (Sóng Thần, Bình Đường, Linh Trung) Ngã giao là nơi có lưu lượng phương tiện tham gia giao thông rất lớn với các phương tiện vận tải lớn vì vậy thường xảy ra tình trạng ùn tắc mỗi khi các phương tiện này thực hiện chuyển hướng, gây ảnh hưởng đến hiệu quả và an toàn cho người tham gia giao thông Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu về tác động của của các phương tiện vận tải đến hạ tầng giao thông, nhưng chủ yếu là các bài báo với phạm vi nghiên cứu ở các nước có tỷ lệ xe hơi lớn Ở Việt Nam, nơi mà thành phần sẽ máy chiếm tỷ lệ cao sẽ làm cho tình trạng giao thông có những nét đặc trưng riêng, trong đó sự ảnh hưởng của xe tải rơ moóc lên dòng giao thông xe máy cần phải được nghiên cứu cụ thể, từ đấy đề ra những giải pháp hạn chế, nhằm tối ưu hóa hạ tầng

Nguyễn Duy Phương Đánh giá tác động của xe rơ moóc lên sự hoạt động của nút giao

giao thông khu vực Bài viết này nhằm xây dựng quá trình hoạt động của nút trên phần mềm

mô phỏng VISSIM, đánh giá sự ảnh hưởng của dòng xe rơ moóc lên sự làm việc của nút và đưa

ra các biện pháp cải thiện phù hợp để nâng cao năng lực thông hành tại các nút giao

2 Phương pháp nghiên cứu

Bài viết sử dụng phương pháp phân tích thống kê để phân tích số liệu thu thập thực tế và phương pháp mô phỏng trong VISSIM để phân tích, đánh giá tác động Mô hình chuyển động của xe trong VISSIM được sử dụng để mô phỏng, trong đó bốn trạng thái lái xe [1] được sử dụng để mô hình hóa hoạt động của xe:

- Lái tự do: Không bị ảnh hưởng bởi các xe có thể quan sát được phía trước Trong trạng thái này, người lái xe cố gắng đạt và duy trì một vận tốc nhất định mong muốn Thực tế là khó

có thể duy trì vận tốc đều mà vận tốc ở trạng thái này có thể lên xuống do việc điều khiển bướm

ga không chuẩn Gia tốc lớn nhất có thể được xác định như sau:

2

1 1

- Hãm phanh: Nếu khoảng cách hai xe dưới ngưỡng an toàn, người lái xe sau sẽ phải hãm phanh với gia tốc hãm phanh từ trung bình đến cao Việc này có thể xảy ra khi xe trước hãm phanh hoặc có một xe nào chuyển làn Gia tốc giảm để tránh va chạm với xe trước là :

- Minimum lateral distance

+ At 0km/h 0.15 Observed at the field

+ At 50km/h -.8m Taken same as dynamic

- Maximum deceleration (own) -2.28m/s2 Minh (2007)'s data

- Maximum deceleration (trailing) -1.72m/s2 Minh (2007)'s data

- 1m/s2 per distance (own) 5m Assumed

Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017

- 1m/s2 per distance (trailing) 5m Assumed

- Accepted deceleration (own) (mean value) -1.15m/s2 Minh (2007)'s data

- Accepted deceleration (trailing) (mean value) -0.8m/s2 Minh (2007)'s data

- Maximum deceleration for cooperative braking -1.72m/s2 Minh (2007)'s data

Car fololwing model (Wiedemann 74)

- Looking ahead distance 20-30m Assumed

- Number of observed vehicles 3-4 Assigned

- Average standstill distance 0.25m Observed at the field

- Additive part of safety distance 0.5m Assumed

- Multiplic part of safety distance 0.75m Assumed

Các phương tiện trong phần mềm mô

phỏng được thiết lập theo chủng loại

phương tiện đã khảo sát Mô hình được xây

dựng trong VISSIM như trong hình 2 và 3

Xây dựng các tham số đầu vào cho mô phỏng

Thiết lập phương tiện và đặc điểm của từng phương tiện

Nguyễn Duy Phương Đánh giá tác động của xe rơ moóc lên sự hoạt động của nút giao

Hình 4 Vị trí nút giao Quốc lộ 1K - Đường số 5

Hình 5 Khảo sát giao thông tại hiện trường

Theo khảo sát của tác giả, đèn tín hiệu tại nút được bố trí 2 pha: pha 1 và pha 2 Tổ thời gian trong 1 chu kỳ là 49s Hẻm nối vào nút không bố trí pha đèn

Bảng 1 Thời gian chu kỳ pha đèn tại nút (đơn vị s)

Hình 6 Bố trí pha đèn tại nút giao Quốc lộ 1K – Đường số 5

PHA 1

PHA 2

Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 1(32)-2017

Hình 7 Tổ chức giao thông vào giờ cao điểm

Thời điểm khảo sát nút vào ngày thứ 2 trong tuần, thời gian khảo sát trong giờ cao điểm là 6h30p sáng đến 7h30p sáng Thời gian khảo sát giờ bình thường là 8h đến 9h sáng Kết quả khảo sát về tỉ lệ phương tiện như sau

Hình 8 Tỉ lệ phương tiện

khi đi vào nút vào giờ cao

điểm

4 Mô hình mô phỏng trong VISSIM

Bằng cách sử dụng những công cụ có sẵn trong phần mềm VISSIM, vị trí của nút giao được mô phòng trong môi trường xe gắn máy như hình 9