Thiết kế hệ thống tự động điều khiển chu trình chuyển đổi nước mặn thành nước ngọt sử dụng năng lượng mặt trời đồ án tốt nghiệp khoa công nghệ điện

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CHU TRÌNH CHUYỂN ĐỔI NƢỚC MẶN THÀNH NƢỚC NGỌT SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI GVHD: THS HUỲNH GIA THỊNH SVTH: ĐẶNG HỮU CƠ 14021521 TRẦN LƢƠNG TIỂU DUY 14039141 NGUYỄN DUY ĐÔNG LỚP: DHDI10E TP.HỒ CHÍ MINH, NĂM 2018 14042501 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP DHDI10E PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên đƣợc giao đề tài Đặng Hữu Cơ 14021521 Trần Lƣơng Tiểu Duy 14039141 Nguyễn Duy Đông 14042501 Tên đề tài THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CHU TRÌNH CHUYỂN ĐỔI NƢỚC MẶN THÀNH NƢỚC NGỌT SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI Nội dung Tìm hiểu đề tài, nghiên cứu nhiều tài liệu tham khảo phƣơng pháp, giải pháp kiến thức chuyên ngành có liên quan đến đề tài Tiến hành lựa chọn phƣơng pháp phù hợp với đề tài sau cải tiến theo thực tế điều kiện kinh tế Phân tích đƣa kế hoạch hồn thành hệ thống mang tính thực tế hóa đảm bảo chun mơn Thực bƣớc tính tốn số liệu, thiết kế chƣơng trình hiệu chỉnh hệ thống cách khoa học dựa tảng kiến thức chuyên ngành đƣợc học Tiến hành chuẩn bị vật tƣ, thiết bị đầy đủ hồn thiện mơ hình thực tế Sau vận hành thu đƣợc kết quả, tiếp tục kiểm tra hiệu chỉnh mơ hình để đạt đƣợc hiệu suất tốt Kết Hoàn thành đề tài đƣa hệ thống mơ hình có tính thiết thực để áp dụng vào thực tiễn sống đảm bảo tính khoa học Thống kê, tính tốn số liệu, phƣơng pháp thực hiện, trình hiệu chỉnh để nâng cao hiệu suất cho đề tài Đồng thời nêu lên đƣợc nhu cầu thiết thực việc áp dụng kiến thức khoa học vào thực tế song song với thuận lợi, vấn đề khó khăn, chi tiết nảy sinh xuyên suốt trình thực đề tài Tp.HCM, ngày Giảng viên hƣớng dẫn tháng năm 20 Sinh viên Đặng Hữu Cơ Ths Huỳnh Gia Thịnh 14021521 Trần Lƣơng Tiểu Duy 14039141 Nguyễn Duy Đơng i 14042501 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP DHDI10E NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng… năm 2018 Giáo viên hƣớng dẫn ii KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DHDI10E NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng… năm 2018 Giáo viên phản biện iii KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DHDI10E MỤC LỤC PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN II NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN III MỤC LỤC IV DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH VII DANH MỤC CÁC BẢNG VIII DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT .1 LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Các vấn đề ứng dụng nguồn lượng vào đời sống thực tế 1.1.1 Tính cấp thiết việc sử dụng nguồn lƣợng 1.1.2 Lí chọn ứng dụng nguồn lƣợng mặt trời vào sống 1.2 Các vấn đề nguồn nước nhu cầu nước giới 1.2.1 Sự cung ứng phân bố nƣớc hành tinh 1.2.2 Vai trò nƣớc nói chung nƣớc nói riêng: 1.3 Sự cần thiết phải khử muối nước biển 1.4 Khái quát tiến kĩ thuật khử mặn nước biển giới 1.5 Các công nghệ khử mặn nước biển 1.5.1 Phân loại biện pháp khử muối .9 1.5.2 Các phƣơng pháp nhiệt 11 1.5.2.1 Bay nhiều bậc (Multi Stage Flash-MSF) 11 1.5.2.2 Bay đa hiệu ứng (Multiple Effect Evaprolation – MEE) 15 1.5.2.3 Bay đơn hiệu ứng (Single Effect Evaporlation- SEE) .16 1.5.2.4 Một số trình khử muối sử dụng lƣợng khác 18 1.5.3 Công nghệ màng 18 iv KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DHDI10E 1.5.3.1 Màng điện thẩm (Electro Dialysis- ED) 18 1.5.3.2 Màng thẩm thấu ngƣợc (Reverse Osmosis- RO) .19 1.6 Lựa chọn công nghệ phù hợp hiệu chỉnh hệ thống chu trình 21 CHƢƠNG CÁC BƢỚC THIẾT KẾ, TÍNH TỐN SỐ LIỆU, LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ HIỆU CHỈNH CHUNG CHO CẢ HỆ THỐNG .24 2.1 Nguyên lí hoạt động bản: 24 2.2 Sơ đồ dịng điện ngun lí: 24 2.3 Lưu đồ thuật toán: 25 2.4 Quy trình điều khiển tự động Vi Xử Lý: (sử dụng cảm biến nhiệt độ, cảm biến mực nước) .26 2.5 Sơ đồ mạch nguyên lí điều khiển vi điều khiển pic26f690: .27 2.6 Tính tốn cho Pin Mặt Trời nguồn cung cấp cho hệ thống 29 2.6.1 Một số khái niệm: 29 2.6.2 Một số đặc tính chất liên quan: 29 2.6.3 Lựa chọn thiết bị: 31 2.6.3.1 Pin lƣợng mặt trời: 31 2.6.3.2 Inverter 12VoltDC - 220VoltAC : .32 2.6.3.3 Ắc Quy: 32 2.6.3.4 Bộ điều khiển sạc: 33 2.6.3.5 Van điện từ nƣớc: UNID 27 (UD-20): 34 2.6.3.6 Bồn làm mát: 36 2.6.3.7 Bồn chứa nguyên liệu: 36 2.6.3.8 Bình đun: .37 2.6.3.9 Bình phụ: .37 2.6.3.10 Que đun: 37 2.6.3.11 Bơm nƣớc selton 150BE .38 2.6.3.12 Nút nhấn khẩn cấp: 39 v KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DHDI10E 2.6.3.13 Đèn báo: .39 2.6.3.14 Rơle: 40 2.6.3.15 CircutBreaker (CB): 41 2.6.3.16 Vi điều khiển Pic 16F690: 41 2.6.4 Tính toán thiết bị khác từ thiết bị chọn trƣớc: 42 2.6.5 Tính tốn cơng suất inverter thời gian lần đun: .42 2.6.6 Chọn pin lƣợng mặt trời: .43 2.6.7 Chọn acquy : 43 2.7 Tính tốn thời gian đun mức nước, xét đun bình chính, bình phụ bay hơi: 43 2.7.1 Thời gian đun 10 lít nƣớc đến 100 : 44 2.7.2 Thời gian đun 10 lít nƣớc xuống cịn lít : 44 2.7.3 Thời gian đun lít xuống cịn lít, kết thúc chu kì : 44 2.7.4 Xả hết lít bắt đầu chu kì mới, tiếp tục đun 10 lít: 45 2.7.5 Trong chu kì mới, đun từ 10 lít xuống lít : 45 2.7.6 Trong chu kì mới, đun 6L xuống 4L: 45 2.7.7 Thời gian nƣớc bay bình phụ : 46 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ ỨNG DỤNG 47 3.1 Kết đạt : 47 3.2 Xu hướng phát triển : 47 3.3 Triển vọng: 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 PHỤ LỤC 51 PHỤ LỤC A: HÌNH ẢNH MINH HỌA .51 PHỤ LỤC B: TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ 54 PHỤ LỤC C: CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 64 LỜI CẢM ƠN 68 vi KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DHDI10E DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH Phần Hình 1.1 Tỷ lệ loại nƣớc trái đất Hình 1.2 Sơ đồ nguyên tắc trình khử muối 10 Hình 1.3 Sơ đồ phân loại trình khử muối (H El-Dessouky and H Ettouny, 2001) 10 Hình 1.4 Hệ thống khử muối bay nhanh nhiều bậc-tuần hoàn dung dịch muối (MSF - BR) .12 Hình Hệ thống bay nhanh nhiều bậc - dòng qua lần ( MSF-OT) 13 Hình 1.6 Hệ thống bay đa bậc - trộn dòng (MSF – M) .14 Hình 1.7 Hệ thống bay đa bậc - nén (MSF – VC) .14 Hình 1.8 Hệ thống chƣng đa hiệu ứng với dòng vào song song (MED – PF) 16 Hình 1.9 Quá trình bay đơn hiệu ứng nén học (SEE – MVC) 17 Hình 1.10 Cơng nghệ điện thẩm (a) Sự loại bỏ ion trình điện thấm;(b) Sự di chuyển ion trình điện thấm 19 Hình 1.11 Sơ đồ quy trình khử mặn màng thẩm thấu 21 Hình 1.12 Nhà máy khử nƣớc mặn Jebel Ali Dubai có cơng suất xử lý lên tới 10,6 tỉ lít nƣớc biển ngày cơng nghệ thẩm thấm ngƣợc 51 Hình 1.13 Nhà máy lọc nƣớc biển Sorek Israel biến 624.000 m3 nƣớc biển thành nƣớc ngày cung cấp khoảng 20% nhu cầu nƣớc Israel 51 Hình 1.14 Bên nhà máy lọc nƣớc biển Tuaspring singapore với công suất 70 triệu gallon nƣớc ngọt/ngày 52 Hình 1.15 Farasan - nhà máy biến nƣớc biển thành nƣớc lớn giới nằm Ả-Rập Xê-út 52 Hình 1.16 Nhà máy biến nƣớc biển thành nƣớc vịnh Tampa, Mỹ 52 Phần Hình 2.1 Sơ đồ điện nguyên lý 24 Hình 2.2 Lƣu đồ thuật toán 25 Hình 2.3 Sơ đồ minh họa sơ mơ hình vẽ AutoCAD 26 Hình 2.4 Sơ đồ ngun lí mạch điều khiển vẽ phần mềm Altium17.0.7 .27 vii KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP DHDI10E Hình 2.5 Mạch in mạch điều khiển 28 Hình 2.6 Mạch điều khiển 28 Hình 2.7 Pin lƣợng mặt trời 31 Hình 2.8 Bộ kích điện-Inverter 32 Hình 2.9 Ắc Quy 33 Hình 2.10 Bộ điều khiển sạc 34 Hình 2.11 Van điện từ nƣớc 35 Hình 2.12 Bồn làm mát 36 Hình 2.13 Bồn chứa nguyên liệu 37 Hình 2.14 Bơm nƣớc selton 150BE 38 Hình 2.15 Nút nhấn khẩn cấp 39 Hình 2.16 Đèn báo 40 Hình 2.17 Rơle .40 Hình 2.18 CircutBreaker (CB) 41 Hình 2.19 Vi điều khiển Pic 16F690 .41 Hình 2.20 Chân Pic16F690 42 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng I Ký hiệu viết tắt Bảng 1.1 Tình hình sản xuất nƣớc từ nƣớc biển số nƣớc giới Bảng 1.2 So sánh phƣơng pháp khử muối phƣơng pháp nhiệt màng 22 Bảng 2.1 số liệu kỹ thuật bơm SEL-150BE 38 Bảng 2.2 Thống kê thời gian hoạt động chu kỳ 46 Bảng II Tiêu chuẩn vệ sinh nƣớc cấp cho ăn uống sinh hoạt 54 Bảng III Chỉ tiêu đánh giá chi tiết nƣớc sinh hoạt theo QCVN 01:2009/BYT 56 viii KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DHDI10E DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Bảng I Ký hiệu viết tắt Ký hiệu Ý nghĩa ED Màng điện thẩm - Electro Dialysis MSF Bay nhiều bậc - Multi Stage Flash MSF – BR Bay nhanh nhiều bậc – tuần hoàn dung dịch muối MSF-OT Bay nhanh nhiều bậc - dòng qua lần MSF – M Bay đa bậc - trộn dòng MSF – VC Bay đa bậc - nén MEE (MED) Bay đa hiệu ứng - Multiple Effect Evaprolation MED – PF Chƣng cất đa hiệu ứng với dòng vào song song HT - MED MED nhiệt độ cao LT – MED MED nhiệt độ thấp Mb Dòng thải bỏ Mcw Dòng làm mát Md Dòng sản phẩm cất Mf Dòng nguyên liệu Mr Dịng dung dịch muối tuần hồn Ms Dịng nóng RO Màng thẩm thấu ngƣợc - Reverse Osmosis SEE Bay đơn hiệu ứng - Single Effect Evaporlation SEE – MVC Bay đơn hiệu ứng nén học A Điện tiêu thụ b Bình acqui c Nhiệt dung riêng (J/Kg.oC hay J/Kg.K) C Dung lƣợng bình acqui I Cƣờng độ dịng điện inv Inverter L Nhiệt hóa nƣớc m Khối lƣợng chất thu nhiệt (Kg) KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DHDI10E PHỤ LỤC B: TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ Tiêu chuẩn vệ sinh nƣớc cấp cho ăn uống sinh hoạt (505 BYT/QĐ ban hành ngày 13-4-1992 Bộ Y tế) Bảng II Tiêu chuẩn vệ sinh nƣớc cấp cho ăn uống sinh hoạt Giới hạn tối đa Thông số chất lƣợng ST Đơn vị T Đối với Đối với đô thị nông thôn 6,5-8,5 6.5-8.5 Độ pH Độ cm >30 >25 Độ màu (thang màu bản) độ