ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN:“ Thiết bị chưng cất nước biển sử dụng năng lượng mặt trời”

LỜI CẢM ƠN Được phân công khoa Công Nghệ Thông Tin - Điện – Điện tử trường đại hoc Thủ Dầu Một đồng ý thầy hướng dẫn Phạm Hồng Thanh em thực đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên “ Thiết bị chưng cất nước biển sử dụng lượng mặt trời” Xin chân thành cám ơn thầy Phạm Hồng Thanh tận tình, chu đáo hướng dẫn bảo em suốt thời gian qua Mặt dù có nhiều cố gắng để thực đề tài hoàn chỉnh Tuy nhiên lần đầu thực nghiên cứu khoa học khó tránh khỏi sai sót định mà thân chưa nhận thấy được, em mong góp ý q thầy, để đề tài em hoàn thiện Sau cùng, em xin kính chúc q thầy thật dồi sức khoẻ thành công đường nghiệp giảng dạy Em xin chân thành cảm ơn ! HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC BIỂN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI M C Chƣơng 1: C GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục tiêu thực đề tài 1.3.1 Những lợi phát triển xã hội bảo vệ môi trường 1.3.2 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu,cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Chƣơng 2: 2.1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI Giới thiệu 2.1.1 Giới thiệu tiềm lượng mặt trời Việt Nam 2.2 Tổng quan khả ứng dụng khai khai thác lượng mặt trời Việt Nam 2.3 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 2.3.1 Các đề tài nghiên cứu nước 2.4 Đánh giá đề tài tác giả nghiên cứu trước 2.5 Nguyên lý thiết bị chưng cất nước biển Chƣơng 3: THIẾT KẾ - TÍNH TỐN 3.1 Lập mơ hình tốn tổng qt 3.2 Cơ sở nhiệt khối đề tài 10 3.3 Khái quát ống chân không thu nhiệt 11 3.4 Khái qt tính tốn thu gương phản xạ parabol trụ dài 13 3.5 Tính nhiệt lượng mà thiết bị thu nhiệt truyền cho bình đun nóng 14 3.6 Tính q trình nhiệt hố ngưng tụ 15 Chƣơng 4: 4.1 THI CƠNG MƠ HÌNH 16 Hàn lắp khung thiết bị thu nhiệt 16 HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC BIỂN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 4.2 Lắp ráp thiết bị chưng cất, ngưng tụ 17 4.3 Kết nối thiết bị với 18 4.4 Thiết kế thi công hệ thống điện 19 Chƣơng 5: KẾT LUẬN 22 5.1 Đánh giá kết đạt sau thực đề tài 22 5.2 Đánh giá ưu điểm, nhược điểm 25 5.3 Hướng phát triển đề tài 26 5.4 Những chứng minh cho thấy khả ứng dụng trì dự án 26 Tài liệu kham khảo 28 HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC BIỂN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Chƣơng 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Đặt vấn đề - Khoảng nửa cuối kỷ 18 người phát nguồn lượng than đá dầu mỏ khí đốt tự nhiên Đến kỷ XX nhà máy nhiệt điện giới đời, nhờ thoả mãn nhu cầu lượng người đưa văn minh nhân loại tiến bước ngày - Tuy nhiên theo nghiên cứu tốc độ gia tăng dân số tính theo hàm mũ thời gian, tốc độ phát triển nhu cầu lượng người ngày tăng theo Mặt khác nguồn lượng hố thạch có hạn, người khai thác đến lúc hết, bên cạnh sử dụng nguồn nhiên liệu thải mơi trường loại khí độc làm nhiễm bầu khí bao quanh trái đất, mà hậu tượng biến đổi khí hậu làm ảnh hưởng xấu đến sống tương lai người Bên cạnh biến đổi khí hậu làm cho trái đất nóng dần lên dẫn tới tượng băng tan hai cực địa cầu, làm cho nước biển dân dần lên dẫn đến xâm ngập mặn thiết nước sinh hoạt - Trong tương lai người sẽ sống phát triển nguồn lượng ? Đứng trước vấn đề lời giải đáp khai thác sử dụng nguồn lượng tái tạo như: lượng mặt trời lượng gió, lượng thuỷ triều, lượng địa nhiệt… số nguồn lượng từ mặt trời xem khả quan cần nhát triển mạnh 1.2 Tính cấp thiết đề tài - Như biết, trạng thiếu nước vào mùa khô năm qua vùng hải đảo khu vực xâm nhập mặn ven biển đáng báo động Vào mùa khơ để có nước sinh hoạt người dân phải mua nước xa mua với giá cao lên đến vài chục đến vài trăm ngàn đồng m3, đứng trước khó khăn vấn đề toán việc cấp nước cho hộ dân sống vùng kể khó giải Trước tình hình này, việc cần phải có giải pháp hiệu việc cấp nước cho người dân cần thiết HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC BIỂN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI - Trong phát triển khoa học kỹ thuật ngày tiến bộ, nhu cầu lượng người ngày tăng bên cạnh đó, nguồn nhiên liệu hoá thạch than đá, dầu mỏ thuỷ điện dứng trước nguy cạn kiệt trương lai Trước nguy vấn đề lượng Việc khai thác nguồn nhiên liệu tái tạo lượng sóng biển lượng gió đặc biệt lượng mặt trời thực cấp bách cần thiết trình trạng thiếu hụt nguồn lượng hố thạch nóng dần lên trái đất 1.3 Mục tiêu thực đề tài - Nghiên cứu thiết kế thiết bị chưng cất nước biển thành nước ngọt, bên cạnh đề tài phải bảo đảm yếu tố cải tiến so với đề tài trước như: + Sử dụng hoàn toàn lượng mặt trời cho trình gia nhiệt nước + Hiệu suất tương đối cao + Đánh giá hiệu sử dụng lượng mặt trời việc khử mặn nước, làm sở xây dựng hệ thống xử lý, khử mặn nước quy mơ cơng nghiệp 1.3.1 Những lợi phát triển xã hội bảo vệ môi trường Đây đề tài nghiên cứu thiết kế thiết bị sử dụng lượng mặt trời để chưng cất nước mặn thành nước Đối tượng sử dụng mà đề tài hướng đến hộ dân vùng biển - khơng có nước sinh hoạt (hoặc có phải mua với giá cao) Do đó, đề tài có lợi ích lĩnh vực phát triển xã hội bảo vệ môi trường + Phát triển xã hội: với lợi chi phí đầu tư lâu dài tương đối nên thiết bị đáp ứng rộng rãi nhu cầu sử dụng nước người dân sống miền biển, hải đảo hay vùng thường xuyên bị xâm nhập mặn mà chưa có thường xun khơng có nước ngọt, để sinh hoạt Bên cạnh đó, sử dụng thiết bị này, người dân tiết kiệm số tiền đáng kể cho việc mua nước để sinh hoạt vào mùa khô HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC BIỂN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI + Bảo vệ môi trường: thiết bị sử dụng nguồn lượng xạ mặt trời khơng sử dụng hóa chất hay nguồn nhiên liệu hoá thạch khác 1.3.2 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu,cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu - Đối tượng đề tài hướng đến hộ dân, cá nhân, tổ chức ven biển chưa có nước để sử dụng Bên cạnh có nhu cầu sử dụng lượng mặt trời để chưng cất nước biển thành nước sử dụng thiết bị để phục vụ nhu cầu sử dụng - Phạm vi nghiên cứu: ứng dụng nguồn nhiệt lượng mặt trời để chưng cất nước biển trở thành nước - Cách tiếp cận: tìm hiểu tiếp cận thiếu thốn khó khăn nơi chưa có nước để sử dụng, nghiên cứu tìm hiểu kiến thức vật lý: NLMT, chuyển hóa lượng q trình bay – ngưng tụ nước kiến thức thực tế liên quan đến đề tài, ghi nhận ý kiến giảng viên hướng dẫn để lập mơ hình mẫu - Phương pháp nghiên cứu: nghiên cứu trực tiếp mơ hình HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC BIỂN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Chƣơng 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 Giới thiệu 2.1.1 Giới thiệu tiềm lượng mặt trời Việt Nam - Việt Nam quốc gia nhiệt đới gió mùa, có phần đất liền trải dài từ kinh tuyến 102°8′ Đông đến 109°27′ Đông từ vĩ tuyến 8°27′ Bắc đến 23°23′ Bắc, cách đường xích đạo khơng xa nên cường độ ánh sáng mặt trời nhận dồi dào.Với ưu vị trí địa lý này, Việt Nam hồn tồn sử dụng nguồn lượng mặt trời đầy tiềm Bức xạ mặt trời nguồn tài nguyên vơ quan trọng Việt Nam Trung bình, tổng xạ lượng mặt trời Việt Nam vào khoảng 1046 và1123W/m2 Từ vĩ tuyến 17, xạ mặt trời khơng nhiều mà cịn ổn định suốt thời gian năm, giảm khoảng 20% từ mùa khô sang mùa mưa Số nắng năm miền Bắc vào khoảng 1500-1700 giờ, miền Trung miền Nam, số vào khoảng 2000-2600 năm Theo tài liệu khảo sát lượng xạ mặt trời nước: - Các tỉnh phía Bắc (từ Thừa Thiên – Huế trở ra) bình quân năm có chừng 1800 - 2100 nắng Trong đó, vùng Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La, Lào Cai) - Vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh) xem vùng có nắng nhiều - Các tỉnh phía Nam (từ Đà Nẵng trở vào), bình qn có khoảng 2000 - 2600 nắng, lượng xạ mặt trời tăng 20% so với tỉnh phía Bắc Ờ vùng mặt trời chiếu gần quanh năm, kể vào mùa mưa - Ở Nam Trung Nam bộ, nguồn xạ mặt trời nguồn tài nguyên to lớn để khai thác sử dụng - Lượng xạ mặt trời tùy thuộc vào lượng mây tầng khí địa phương, địa phương nước ta có chêng lệch đáng kể xạ mặt trời Cường độ xạ phía Nam thường cao phía Bắc Trong đó: HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC BIỂN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Vùng Tây Bắc: - Nhiều nắng vào tháng Thời gian có nắng dài vào tháng 4,5 9,10 Các tháng 6,7 nắng, mây mưa nhiều Lượng tổng xạ trung bình ngày lớn vào khoảng/ngày trung bình năm 3,489 /ngày - Vùng núi cao khoảng 1500m trở nên thường nắng Mây phủ mưa nhiều, vào khoảng tháng đến thàng Cường độ xạ trung bình thấp (< 3,489 kWh// ngày) Vùng Bắc Bộ Bắc Trung Bộ: - Ở Bắc Bộ, nắng nhiều vào tháng Còn Bắc Trung sâu phía Nam thời gian nắng lại sớm, nhiều vào tháng - Tổng xạ trung bình cao Bắc Bộ khoảng từ tháng 5, Bắc Trung Bộ tù tháng Số nắng trung bình thấp tháng khoảng 2h/ngày, nhiều vào tháng với khoảng – 7h/ngày trì mức cao từ tháng Vùng Trung Bộ: - Từ Quảng Trị đến Tuy Hòa, thời gian nắng nhiều vào tháng năm với khoảng - 10h/ngày Trung bình từ tháng đến tháng 9, thời gian nắng từ - h/ngày với lượng tổng xạ trung bình 3,489 kWh//ngày (có ngày đạt 5,815 kWh//ngày) Vùng phía Nam: - Ở vùng này, quanh năm dồi nắng Trong tháng 1, 3, thường có nắng từ 7h sáng đến 17h Cường độ xạ trung bình thường lớn 3,489 kWh//ngày Đặc biệt khu vực Nha Trang, cường độ xạ lớn 5,815 kWh//ngày thời gian tháng/năm Dưới số bảng thống kê liệu lượng xạ mặt trời vùng miền địa phương nước ta HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC BIỂN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Vùng Giờ nắng năm Cƣờng độ BXMT (kWh/, ngày) Ứng dụng Đông Bắc 1600 – 1750 3,3 – 4,1 Trung bình Tây Bắc 1750 – 1800 4,1 – 4,9 Trung bình Bắc Trung Bộ 1700 – 2000 4,6 – 5,2 Tốt Tây Nguyên Nam 2000 – 2600 4,9 – 5,7 Rất tốt Nam Bộ 2200 – 2500 4,3 – 4,9 Rất tốt Trung bình nước 1700 – 2500 4,6 Tốt Trung Bộ 2.2 Tổng quan khả ứng dụng khai khai thác lƣợng mặt trời Việt Nam - Việt Nam nước có tiềm lượng mặt trời, trải dài từ vĩ độ 8’’ Bắc đến 23’’ Bắc, nằm khu vực có cường độ xạ mặt trời tương đối cao, với trị số tổng xạ lớn từ 100 – 175 kcal/.năm, việc sử dụng lượng mặt trời nước ta đem lại hiệu kinh tế lớn Giải pháp sử dụng lượng mặt trời cho giải pháp tối ưu Đây nguồn lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường có trữ lượng vô lớn tính tái tạo cao Đồng thời, phát triển ngành cơng nghiệp sản xuất pin mặt trời góp phần thay nguồn lượng hóa thạch, giảm phát khí thải nhà kính, bảo vệ mơi trường Vì thế, coi nguồn lượng quý giá, thay dạng lượng cũ ngày cạn kiệt Từ lâu, nhiều nơi giới sử dụng lượng mặt trời giải pháp thay nguồn tài nguyên truyền thống - Tuy nhiên, lượng lượng tái tạo khai thác 2,3 % tổng thể nguồn lượng điện, nguồn lượng sản xuất từ mặt trời chưa xứng với tiềm nó, chiếm tỉ lệ 0,009% Việt Nam có kế hoạch phấn đấu đến năm 2015, nguồn lượng tái tạo khai thác đạt mức 5%, năm 2030 đạt mức 10% tổng sản lượng điện khai thác Trong trung dài hạn, nguồn lượng lấy từ mặt trời quan tâm nhiều ưu việt độ ổn định, tính dễ khai thác cấu trúc đơn giản hệ thống HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC BIỂN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 2.3 Các nghiên cứu liên quan đến đề tài 2.3.1 Các đề tài nghiên cứu nước - Nghiên cứu chế tạo thiết bị lọc nước biển thành nước tinh khiết phục vụ ngư dân đánh bắt xa bờ - tác giả: Lê Thanh Hoàng, Lê Xuân Khoa Lớp 05CDT2, khoa khí, Trường Đại Học Bách Khoa -Thiết kế hệ thống chưng cất nước – axit axetic có suất 500l/h – tác giả: Văn Thị Ánh Minh Khoa Cơng nghệ Hóa học & Dầu khí Đại học Quốc gia TPHCM -Thiết kế thiết bị chưng cất nước quy mơ hộ gia đình cho người dân miền biển – tác giả: Nguyễn Ngọc Anh, Phạm Duy Linh Đại học Cần Thơ -Thiết bị chưng lọc nước từ nước biển, sử dụng lượng mặt trời nhóm nghiên cứu Khoa Cơ khí - Công nghệ, Trường ĐH Nông Lâm Huế 2.4 Đánh giá đề tài tác giả nghiên cứu trƣớc - Nhìn chung đề tài tác giả trước khai thác tiềm năng lượng mặt trời để gia nhiệt chưng cất nước, nhiên đề tài chưa tận dụng nguồn nhiệt mặt trời cách tối đa nâng cao hiệu suất thiết bị đề tài “Nghiên cứu chế tạo thiết bị lọc nước biển thành nước tinh khiết phục vụ ngư dân đánh bắt xa bờ” - tác giả: Lê Thanh Hoàng, Lê Xuân Khoa phần phận thu nhiệt parapol chưa xoay theo hướng ánh sáng mặt trời, đề tài “Nghiên cứu chế tạo thiết bị lọc nước biển thành nước tinh khiết phục vụ ngư dân đánh bắt xa bờ - tác giả: Lê Thanh Hoàng, Lê Xuân Khoa có phận thu nhiệt chưa cao khơng có hệ thống đối lưu cưỡng khó vệ sinh vận hành hệ thống quy mô 2.5 Nguyên lý thiết bị chƣng cất nƣớc biển - Nguyên lý thiết bị đƣợc chia thành hai hệ thồng chính: - Hệ thống gia nhiệt ngưng hơi: gồm có chảo Parabol trụ dài, ống chân không thu nhiệt, bể bay ống dẫn Khi nước biển thô cấp vào bể ngưng tụ hệ thống bơm tuần hồn bơm ln chuyển nước qua đường ống vào bên lịng ống chân khơng, lúc q trình gia nhiệt nước diễn có ánh sáng từ parabol phản xạ ánh sáng mặt trời chiếu vào, nước nóng phần hoá dẫn đến bể thu nước phần nước dẫn đến bể ngưng tụ ban đầu, tiếp diễn q trình bơm tuần hồn cưỡng HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC BIỂN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI + Độ tập trung lượng xạ k độ tập trung lượng xạ k hệ gương phản xạ mặt thu, tỉ số cường độ xạ tới mặt thu Ft cường độ xạ tới mặt hứng nắng: k , gương phản xạ parabol trụ dài độ tập trung k tính theo biểu thức sau: kmax = = Nếu chọn bán kính r = 0.5 m tiêu tự điểm f= 0.3m độ tập trung k : kmax = = 127 lần Như điểm f độ tập trung gấp 127 lần so với chiếu ánh sáng trực tiếp Hình : Chảo parabol trụ mơ 3.5 Tính nhiệt lƣợng mà thiết bị thu nhiệt truyền cho bình đun nóng Giả thiết dựa mơ hình thực tế có thơng số sau: Gọi xạ nhiệt trung bình ngày theo trung tâm khí tượng thuỷ văn khu vực Đông Nam Bộ I = 950 W/m2 Nếu parabol trụ dài có hình chiếu chiều dài a = 1,6 m chiều rộng b = 0.8 m, diện tích S = 1.28m2 HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC BIỂN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 14 Giả sử với diện tích tập trung ánh sáng lại điểm theo đường thẳng ống chân không để gia nhiệt cho nước, nhiệt lượng thu vào tính: Qthu = I.S.t = 950.1,28.3600 = 7,5492.106 W.S = 4,3776.106 J Gọi k1 hệ số thu xạ mặt trời chảo parabol k1= 0,8 Gọi k2 hệ số tập trung xạ từ parabol điểm ống chân không k2=0.9 Gọi k3 hệ số thu nhiệt ống chân không theo thông số nhà sản xuất k3=0.9 => Qthu k1.k2.k3 = 2,8331.106 J Với khối lượng nước 10kg nhiệt dung riêng nước biển 3000J/KG [2] lượng toàn phần : Qtp1 = m.C t = 10.3000.(95-25) = 2,1.106 J Như hiệu suất đạt được: H= Nhƣ 100% nhiệt lƣợng thu đƣợc từ xạ mặt trời đƣợc 33% nhiệt hóa Nếu khơng sử dụng chảo parabol trụ mà dùng ánh sáng mặt trời gia nhiệt trực tiếp : Qthu = I.S.t = 950.(0.045.1.8).3600 = 337,460.103 W.S = 277,02.103 J Qtp2 = m.C t = 10.3000.(70-25) = 1350.103 J H= HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC BIỂN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 15 Chƣơng 4: THI CÔNG MƠ HÌNH Sau q trình tham khảo tài liệu tìm hiểu kiến thức thực tế trạng xã hội đề hướng cho đề tài, tác giả đề tài đề cơng việc cần thực cho q trình nghiên cứu trực tiếp đề tài sau : + Thiết kế mơ hình chưng cất mẫu thực thí nghiệm để hồn chỉnh mơ hình + Tham khảo ý kiến người dân trạng sử dụng nước tìm hiểu nhu cầu, nguyện vọng họ thời điểm tương lai + Triển khai mơ hình mẫu thực tế nơi có xạ mặt trời lớn nhiều ngày + Tổng hợp số liệu tiến hành thiết kế thiết bị hồn chỉnh Sau cho thiết bị hoạt động thử vài ngày rút kinh nghiệm, khắc phục thiếu sót 4.1 Hàn lắp khung thiết bị thu nhiệt - Phần khung tính tốn thiết kế để kích thước gọn, vật liệu giá thành phụ hợp mà đảm bảo đạt độ bền học Đối với chảo thu lượng parabol trụ ta xây dựng chế tạo theo phương trình tốn học cho trước để đạt lượng xạ mặt trời tập trung điểm ống thu nhiệt chân không y= HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC BIỂN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 16 Hình : Khung mơ hỉnh 4.2 Lắp ráp thiết bị chƣng cất, ngƣng tụ - Bể chứa nước thô bể chưng cất vật liệu bể phải vật liệu cách nhiệt tốt nhằm giảm tổn thất nhiệt mơi trường bên ngồi nâng cao hiệu suất sử dụng - Vật liệu để nước ngưng tụ kính thuỷ tinh thuỷ tinh có độ bám nước cao, cứng bền giá thành tương đối phù hợp HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC BIỂN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 17 Hình : Bể ngưng tụ bay 4.3 Kết nối thiết bị với Hình : Chu trình kép kín hệ thống - Các thiết bị kết nối với thành hệ thống kín nhằm đảm bào trình hoạt động hệ thống diễn xuyên suốt ổn định , để đề tài phải đạt yêu cầu sau : - Nước biển lấy trực tiếp làm chất dung môi để gia nhiệt trực tiếp lịng ống chân khơng nhằm tăng hiệu suất trao đổi nhiệt xạ mặt trời nước đạt tối ưu nhất, nhiên nước biển có chứa nhiều tạp chất q HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC BIỂN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 18 trình gia nhiệt gây bám lượng tạp chất lên thành ống thuỷ tinh làm giảm hiệu suất gia nhiệt hệ thống, đề tài nghiên cứu thu nhiệt kép kín tháo lắp động đễ vệ sinh bảo dưỡng - Hệ thống ống dẫn nước loại ống chịu nhiệt độ cao bền dẻo chịu ăn mòn muối, loại ống đề tài dược sừ dụng loại ống PPR 20 25 , loại dây nối cấp nước phải chịu nhiệt độ cao phải đạt độ bền học 4.4 Thiết kế thi công hệ thống điện - Hệ thống điện cùa đề tài gồm: hệ thống điều khiển dàn xoay theo hướng mặt trời (solar tracking) phương pháp thời gian thực - Phương pháp sử dụng boad điều khiển Arduino UNO với vi xử lý ATmega328, kết hợp với IC thời gian thực DS1302 làm đếm thời gian ATmega328 DS1302 chip đồng hồ thời gian thực (RTC : Real-time clock), khái niệm thời gian thực dùng với ý nghĩa thời gian tuyệt đối mà người sử dụng, tình giây, phút, Theo tính tốn thời gian để động tracking từ biên độ Đông sang Tây 1p 38,47s ( 98,47 giây hay 98470000_ms), thời gian hệ thống hoạt động (8h đến 17h) Vậy giây động tracking hệ thống 0,769296875o Nếu cho 10 phút (900s) tracking lần trong 10 phút động cần xoay 1823ms  chu kỳ động cần chạy 1823m_s tắt 600000-1823 = 598177m_s HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC BIỂN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 19 Hình 10: Lưu đồ nguyên lý tracking hệ thống Hình 11: sơ đồ nối dây Arduino với DS1302 HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC BIỂN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 20 Hình 11 : Sản phẩm hồn chỉnh HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC BIỂN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 21 Chƣơng 5: KẾT UẬN 5.1 Đánh giá kết đạt đƣợc sau thực đề tài - Sau giai đoạn chuẩn bị kỹ lưỡng, máy chưng cất nước hồn chỉnh vận hành thức Song song việc thu thập thống kê số liệu lại để có kinh nghiệm sở vững cho giai đoạn triển khai Nhờ ta đánh giá tình trạng hoạt động cơng suất hoạt động thiết bị để có điều chỉnh thích hợp (nếu có sai sót cần hồn thiện hơn): - Các kết thí nghiệm mơ hình mẫu dựa mẫu nƣớc lấy từ sông Đồng Nai ( Thị Xã Tân Uyên, Bình Dƣơng) ngày 5-7/03/2017 : Thời gian Ngày Ngày Ngày W/m2 T0C mL W/m2 T0 C mL W/m2 T0C mL 7h – 8h 521,0 29.5 150 521,0 31.5 150 521,0 33.1 170 8h – 9h 753,0 46.7 250 753,0 45.8 258 753,0 40.1 170 9h– 10h 1083,5 52.3 390 1083,5 51.9 390 1083,5 54.6 400 10h – 11h 1083,5 59.5 400 1083,5 63.5 430 1083,5 60.0 430 11h – 12h 1168,5 64.1 430 1168,5 68.7 440 1168,5 69.1 420 12h – 13h 1164,5 83.8 450 1164,5 89.2 480 1164,5 84.3 400 13h – 14h 1150,0 97.8 450 1150,0 89.4 450 1150,0 88.2 440 14h – 15h 1083,5 85.4 390 1083,5 78.4 430 1083,5 81.5 420 15h – 16h 829,5 71.1 370 829,5 70.4 290 829,5 70 290 16h – 17h 572,5 65.5 350 572,5 64.3 250 572,5 62.8 220 - Đồ thị nhiệt độ nước gia nhiệt 10 với mẫu nước nước lấy từ sông Đồng Nai : HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC BIỂN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 22 Đồ thị nhiệt độ nƣớc đƣợc gia nhiệt 10 120 100 80 60 40 20 7h – 8h 8h – 9h 9h – 10h 10h – 11h 11h – 12h 12h – 13h 13h – 14h 14h – 15h 15h – 16h 16h – 17h ngày - Nhận xét: sau trình thử nghiệm thiết bị lấy từ mẫu nước sơng Đồng Nai ta thấy lượng nước thu trung bình vào khoảng 3.5 đến 4.5 lít ngày, nhiệt độ trung bình nước sau q trình bơm tuần hồn trừ tổn thất toả nhiệt môi trường ta đo nhiệt độ trung bình 36oC lúc 7-8 sáng đạt đỉnh điểm 90oC lúc 13-14 nhiệt độ giảm không nhiều chiều - Các kết thí nghiệm mơ hình mẫu dựa mẫu nƣớc mặn lấy từ vùng biển tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu ngày 19-21/03/2017 : Ngày Ngày Thời gian Ngày mL W/m TC W/m2 T0C mL W/m2 T0C mL 7h – 8h 521,0 28,6 150 521,0 25,6 160 521,0 29,4 140 8h – 9h 753,0 45,2 170 753,0 39,4 140 753,0 35,4 140 9h– 10h 1083,5 50,7 390 1083,5 48,1 390 1083,5 50,2 370 10h – 11h 1083,5 55 420 1083,5 60,7 440 1083,5 57,6 450 11h – 12h 1168,5 63,4 420 1168,5 65,2 470 1168,5 63,1 470 12h – 13h 1164,5 83,1 440 1164,5 84,6 490 1164,5 75,6 460 HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC BIỂN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 23 Ngày Ngày Thời gian Ngày mL W/m2 T0 C W/m2 T0C mL W/m2 T0C mL 13h – 14h 1150,0 90,1 450 1150,0 84,2 450 1150,0 82,4 450 14h – 15h 1083,5 80,3 440 1083,5 73,5 400 1083,5 79,3 420 15h – 16h 829,5 68,4 300 829,5 66,2 300 829,5 67,8 310 16h – 17h 572,5 55 220 572,5 51,3 220 572,5 54,7 240 Đồ thị nhiệt độ nước gia nhiệt 10 với mẫu nước nước lấy từ vùng biển tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu: Đồ thị nhiệt độ nƣớc đƣợc gia nhiệt 10 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 7h – 8h 8h – 9h 9h – 10h 10h – 11h 11h – 12h 12h – 13h 13h – 14h 14h – 15h 15h – 16h 16h – 17h ngày - Nhận xét: nhiệt lượng mà nước biển thu thấp nhiệt lượng mà nước thu được, nhiệt dung riêng cửa nước biển thấp (2800 – 3800) J/kg nước 4200 J/kg, mặt khác thành phần nước biển có chứa nhiều tạp chất HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC BIỂN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 24 - Chất lượng nước đầu ra: lượng nước thu khơng cịn độ mặn, => Nước nấu ăn, rửa mặt uống sau khử trùng 5.2 Đánh giá ƣu điểm, nhƣợc điểm Ƣu điểm: sau trình nghiên cứu, đề tài cải tiến yêu cầu đề sau: Thiết bị cải tiến thêm chảo parabol trụ dài giúp tăng cường độ ánh sáng gấp 127 lần so với sử dụng ánh sáng mặt trời thu nhiệt trực tiếp Có tính động cao mở rộng kích thước số lượng khối lượng sở để mở rộng quy mô lớn ( nhà máy lọc nước biển sử dụng lượng mặt trời) Công suất tiêu thụ điện cho q trình bơm tuần hồn thấp, sử dụng nguồn lượng mặt trời để hoạt động hệ thống cách tự động Phần nước gia nhiệt trực tiếp giúp đạt hiệu suất gia nhiệt tối đa giảm tổn thất nhiệt tối ưu nhất, thu nhiệt khép kín tháo lắp động đễ vệ sinh bảo dưỡng  Nhƣợc điểm: - Chưa có đủ thời gian kinh phí để triển khai thiết bị hồn chỉnh thực tế để có nhìn đánh giá tổng quát đề tài - Nhược điểm loại ống bị đóng cặn bẩn thành ống làm giảm hiệu suất hấp thụ nhiệt sử dụng nguồn nước không thời gian dài - Cấu tạo phận bể ngưng tụ bay mức thấp hiệu suất giữ nhiệt ngưng tụ nước thấp (do giới hạn thời gian kinh phí thực ), dừng lại chưng cất đơn tần - Chưa hồn tồn độc lập như: quy trình tự xả nước sau chu kỳ chưng cất, đo hàm lượng muối nước HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC BIỂN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 25 5.3 Hƣớng phát triển đề tài - Phát triển thêm pin lượng mặt trời sử dụng nguồn lượng độc lập cho hệ thống - Phát triển phần vật liệu kết cấu thiết bị ngưng tụ để tăng hiệu suất ngưng tụ gia nhiệt, đồng thời giảm tổn thất nhiệt môi trường - Phát triển quy mô lớn để tăng hiệu suất thu nhiệt tăng số lượng nước đạt nhằm giảm chi phí đầu tư 5.4 Những chứng minh cho thấy khả ứng dụng trì dự án - Thiết bị có khả đưa vào sử dụng thực tế sử dụng nguồn lượng mặt trời để chưng cất tạo nước ngọt, giải vấn đề nước vùng thường xuyên ngập mặn vùng đảo hải đảo… - Là tảng để phát triển lượng tái tạo nói chung ngành lượng mặt trời nói riêng phát triển ngành lượng Việt Nam Đề tài NCKH sinh viên “ Hệ thống chưng cất nước biển sử dụng lượng mặt trời” đại học Thủ Dầu Một từ tầm nhìn bao quát với nghiên cứu ban đầu đầu tư phát triển từ hệ thống chưng cất nước biển cho hộ dân nhà máy lọc nước biển lượng mặt trời Và đặt biệt xây dựng “ nhà máy lọc nước biển nhiệt điện (ngưng hơi) sử dụng lượng mặt trời” HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC BIỂN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 26 Hình 13 : Hệ thống nhà máy lọc nước biển nhiệt điện (ngưng hơi) sử dụng lượng mặt trời HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC BIỂN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 27 Tài liệu kham khảo Tài liệu “ Năng Lượng Mặt Trời Lý Thuyết Và Ứng Dụng (phần 1)” tác giả : TS Hoàng Dương Hùng Tài liệu “ Năng Lượng Mặt Trời Lý Thuyết Và Ứng Dụng (phần 2)” tác giả : TS Hoàng Dương Hùng Tài liệu “ Năng Lượng Mặt Trời Quá Trình Nhiệt Và Ứng Dụng” Nhà Xuất Bàn Khoa Học Và Kỹ Thuật Sách “Lý Thuyết & Thực Hành Năng Lượng Mặt Trời” tác giả : PGS TS Nguyễn bốn TS Hoàng Dương Hùng HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC BIỂN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 28