- Điện áp vào tối đa từ pin NLMT: 40V
- Điện áp ra tải Ắc quy tự động: 12VDC/24VDC - Dòng nạp pin NLMT vào tối đa: 20A Max. - Dòng tổn hao: <6mA
- Ngƣỡng ngắt sạc (ắcquy đầy): 14.4V ± 2% - Ngƣỡng sạc lại: 13.6V ± 2%
- Bảo vệ quá tải tự động ngắt: I > 20A
- Bảo vệ thấp áp Ắc quy tự động ngắt: U ≤ 11.1V ±2%. - Tự động kết nối lại: 12.6V
- Nhiệt độ bảo quản: -35 ° C - 70 ° C - Nhiệt độ làm việc: -25 ° C - 60 ° C - Khối lƣợng: 210g
Hình 2.10 Bộ điều khiển sạc
(https://diensach.com/san-pham/bo-dieu-khien-sac-mat-troi-20a-39.html)
2.6.3.5. Van điện từ nước: UNID 27 (UD-20):
Thông số kỹ thuật:
- Nguồn sử dụng: 24VDC hay 220VAC - Áp lực chiệu tải: 10Kg/cm2
- xuất sứ: Hàn Quốc - Thƣơng hiệu: UNID - Cuộn coil: Đồng - Thành van: Đồng
- Công suất tải: 15W - Sử dụng : Nƣớc, khí
- Nhiệt độ làm việc: max. 180oC - Size van: 3/4” (27 mm)
- Van điện từ hay còn gọi là Solenoid Valve nó là một thiết cơ bị điện dùng để điều khiển dòng chất khí hoặc lỏng dựa vào nguyên lí chặn đóng mở do lực tác động của cuộn dây điện từ.
Hình 2.11 Van điện từ nước
(http://thegioidienthongminh.vn/van-dien-tu-uni-d-phi-27/)
(http://thuykhicongnghiep.vn/van-dien-tu-la-gi-cau-tao-va-nguyen-ly-hoat- dong-post114.html )
Chú thích:
1. Thân van: Vật liệu là đồng thau 2. Môi chất: Nƣớc, Khí, Gas. 3. Ống rỗng.
4. Vỏ bên ngoài cuộn hút.
5. Cuộn dây( Sinh ta từ trƣờng để làm di chuyển pít tông). 6. Dây điện kết nối với nguồn điện.
7. Trục van.
8. Lò xo để di chuyển pít tông về trạng thái ban đầu.
Nguyên lí hoạt động:
Van điện từ thƣờng đóng thì ở trạng thái ban đầu van đóng lại và các lƣu chất nhƣ nƣớc, khí, gas không thể di chuyển đƣợc nhƣ hình 2.11. Khi cấp điện cho van điện từ thì cuộn dây (5) sẽ sinh ra từ trƣờng làm lực đẩy của pít tông (7) thắng lực đàn hồi của lò xo (8) làm cho pít tông di chuyển lên trên lúc đó lƣu chất sẽ chảy qua khe hở (9). Khi ngừng cấp điện cho van điện từ thì lực đàn hồi của lò xo(8) sẽ đẩy pít tông trở lại vị trí ban đầu lúc đó em van điện từ của chúng ta sẽ lại đóng nhƣ lúc ban đầu.
2.6.3.6. Bồn làm mát:
- Chất liệu: thủy tinh
- Kích thƣớc: 500 x 500 x 400 mm - Thể tích: max.100 lít
- (Đặt gia công).
Hình 2.12 Bồn làm mát
2.6.3.7. Bồn chứa nguyên liệu:
- Chất liệu: thủy tinh
- Kích thƣớc: 500 x 500 x 400 mm - Thể tích: max.100 lít
Hình 2.13 Bồn chứa nguyên liệu
2.6.3.8. Bình đun:
- Chất liệu: inox 304
- Kích thƣớc: 250 x 250 x 350 mm
- Yêu cầu: gắn que đun vào thành bình, tạo ren nối ống.
2.6.3.9. Bình phụ:
- Chất liệu: inox 304
- Kích thƣớc: 200 x 200 x 250 mm - (gia công theo thiết kế)
2.6.3.10.Que đun:
- Công suất đun: 1.5KW - Điện áp: 220V – 50Hz - Đặt gia công theo nhu cầu
2.6.3.11.Bơm nước selton 150BE
Bảng 2.1 số liệu kỹ thuật bơm SEL-150BE
THÔNG SỐ KỸ THUẬT
Máy Bơm nƣớc chân không Selton SEL 150BE là dòng bơm hút nƣớc chân không cỡ nhỏ dùng trong sinh hoạt gia đình thích hợp sử dụng trong các trƣờng hợp sau :
- Hút nƣớc từ vòi của nhà máy nƣớc ra các thiết bị chứa.
- Hút giếng khơi, giếng đào có độ sâu tối đa 9m. - Vận chuyển nƣớc lên bồn trên cao, bể chứa và các thiết bị sử dụng nƣớc khác.
- Có tích hợp rơ le nhiệt chống cháy khi nguồn nƣớc không ổn định, gây mất nƣớc.
- Thích hợp sử dụng cho những gia đình nhỏ cao từ 1-3 tầng. - Kí hiệu: SEL-150BE - Nguồn điện: 220V, 50Hz - Công suất: 150W - Hút sâu: Max. 9 m - Tổng cột áp: Max. 30 m - Lƣu lƣợng: Max. 33l/phút - Ống hút xả: 25mm (1”)
2.6.3.12.Nút nhấn khẩn cấp:
- Đƣờng kích lỗ khoét: phi 25 hoặc phi 30 (lựa chọn khi mua nút nhấn).
- Số tiếp điểm: 1NO + 1NC 5A/250 VAC
- Loại nhấn: Nhấn giữ
- Trạng thái ban đầu: Thƣờng đóng
- Nhiệt độ hoạt động: -20 - 70 độ. - Tiếp điểm : Bằng đồng. Hình 2.15 Nút nhấn khẩn cấp (http://ansang.com.vn/hanyoung-nux/cong-tac-den-bao-nut-nhan/nut-nhan- khan-cap-phi-25-phi-30.html ) 2.6.3.13.Đèn báo: - Điện áp: 220 Volt AC
- Dòng điện tiêu thụ: nhỏ hơn 18mA - Tuổi thọ trên 1000h sáng liên tục - Nhiệt độ hoạt động: -250C đến 700
C. - Đƣờng kính đèn báo: 22mm.
Hình 2.16 Đèn báo
2.6.3.14.Rơle:
- Loại: Relay 8 chân lớn 10Ampe, 12VDC - Chỉ thị hoạt động:
+ Led và tích hợp chỉ thị cơ học báo tiếp điểm đóng ngắt. + Tích hợp chỉ thị cơ học báo tiếp điểm đóng ngắt
- Điện áp cuộn dây (V): 12VDC
- Kiểu lắp đặt: Bắt vít, chân cắm, chân hàn.
2.6.3.15.CircutBreaker (CB):
- CB cóc 15A BS121/15A Sino hỗ trợ dòng điện chạy qua không quá 15A. - CB cóc 15A BS121/15A của Sino hay còn đƣợc gọi là bộ ngắt mạch an
toàn với nhiều mẫu mã khác nhau đảm bảo phục vụ đƣợc nhiều mục đích lắp đặt.
- Sản phẩm là sự thay thế hợp lý cho các mẫu cầu dao cũ vận hành cầu chì. - Sản phẩm vật liệu cách nhiệt, cách điện theo tiêu chuẩn quốc tế mang lại
hiệu quả sử dụng tốt nhất.
Hình 2.18 CircutBreaker (CB)
2.6.3.16.Vi điều khiển Pic 16F690:
Hình 2.20 Chân Pic16F690
2.6.4. Tính toán các thiết bị khác từ thiết bị chọn trƣớc:
Qtỏa = Qthu (1) (định luật bảo toàn nhiệt lƣợng) Qtỏa = I2.R.t = P.t ( định luật JUN-LENXƠ) Qthu = m.c.∆t ( công thức tính nhiệt lƣợng) Trong đó: m – khối lƣợng chất thu nhiệt (Kg)
c – nhiệt dung riêng (J/Kg.oC hay J/Kg.K)
∆t – độ biến thiên nhiệt độ (oC hay K) P – công suất tỏa nhiệt (W)
(1) ↔ P t = ( ) + ( ) = 3252 (s) 54 (Minute).
2.6.5. Tính toán công suất inverter trong thời gian 1 lần đun:
Trong phần này tính toán công suất của bộ inverter cấp cho nồi đun 1000W- 220V (chƣa kể tải bơm và hệ điều khiển).
Điện năng tiêu thụ khi sử dụng nồi đun và bơm nƣớc: A = (1000+150)
= 1035 (Wh). Giả sử inverter có hiệu suất 0.9 :
Chọn inverter: công suất: 1250W – 1500W, điện áp:12V/230V.
2.6.6. Chọn pin năng lƣợng mặt trời:
Khi hiệu suất inverter là 0.9 thì điện năng pin năng lƣợng (PV) cần thiết là: =
=
= 1150 (Wh)
Tại những địa điểm khác nhau sẽ có hệ số bức xạ khác nhau. Ví dụ xét tại khu vực thành phố Hồ Chí Minh thì hệ số bức xạ trung bình là 5.2.
Suy ra công suất PV cần: =
=
= 221 (W)
Chọn 2 tấm pin năng lượng mặt trời: 12V – 100Wp và 1 tấm 12V- 50 Wp.
2.6.7. Chọn acquy :
Phần dƣới tính toán dung lƣợng acquy cần thiết để cung cấp cho hệ thống khi trời không nắng :
Dung lƣợng bình acqui cần : C =
=
86 (Ah)
Khi acquy có hiệu suất 0.9 và hệ số mức xả sâu 70% thì dung lƣợng acquy cần thiết :
C =
= 137 (Ah)
Chọn bình acquy 12V – 150Ah
(Nếu duy trì trong 2 ngày thì chọn 2 bình acquy 12V – 150Ah)
TÍNH TOÁN THỜI GIAN ĐUN Ở CÁC MỨC NƢỚC, XÉT ĐUN TẠI 2.7.
BÌNH CHÍNH, BÌNH PHỤ BAY HƠI:
Nƣớc bay hơi phụ thuộc vào các yếu tố: nhiệt độ, áp suất, diện tích bề mặt bay hơi, gió…
Xét trong điều kiện lý tƣởng (ở , bình không gió, bỏ qua tạp chất, bỏ qua tổn thất trong quá trình truyền nhiệt).
Áp dụng các định luật nhiệt lƣợng:
Qtỏa=Qthu (định luật bảo toàn nhiệt lƣợng) Q= I2.R.t = P.t ( định luật JUN-LENXƠ)
Q= m.c.∆t (công thức tính nhiệt lƣợng) Q = m.L (công thức nhiệt hóa hơi)
Trong đó: m – khối lƣợng chất thu nhiệt (Kg)
c – nhiệt dung riêng (J/Kg.oC hay J/Kg.K) ∆t – độ biến thiên nhiệt độ (oC hay K)
P – công suất tỏa nhiệt (W)
L = 2.3 (J/kg)
2.7.1. Thời gian đun 10 lít nƣớc đến 100 :
Theo định luật bào toàn nhiệt lƣợng:
Trong đó, nhiệt lƣợng tỏa ra của Que đun : Nhiệt lƣợng thu vào của nƣớc và bình :
( )
( ) Vậy thời gian đun từ 10 lít nƣớc đến nhiệt độ sôi 1000Clà: .
2.7.2. Thời gian đun 10 lít nƣớc xuống còn 6 lít :
Nhiệt lƣợng tỏa ra của Que đun + Nhiệt lƣợng của nƣớc và bình:
Nhiệt lƣợng thu vào của hơi nƣớc :
Vậy thời gian đun từ 10 lít nƣớc sôi 1000C xuống còn 6 lítlà: .
2.7.3. Thời gian đun 6 lít xuống còn 4 lít, kết thúc chu kì :
Nhiệt lƣợng tỏa ra của Que đun + Nhiệt lƣợng của nƣớc và bình:
Nhiệt lƣợng thu vào của hơi nƣớc :
Vậy thời gian đun từ 6 lít nƣớc sôi 1000C xuống còn 4 lítlà: .
2.7.4. Xả hết 4 lít bắt đầu chu kì mới, tiếp tục đun 10 lít:
Trong chu kỳ mới, đun tiếp 10 lít, nhiệt lƣợng tỏa ra gồm Que đun + Nhiệt lƣợng của bình:
Nhiệt lƣợng thu vào của nƣớc:
Thời gian đun 10 lít chu kì mới: .
2.7.5. Trong chu kì mới, đun từ 10 lít xuống 6 lít :
Nhiệt lƣợng tỏa ra của Que đun + nhiệt lƣợng của nƣớc và bình :
Nhiệt lƣợng thu vào của hơi nƣớc :
.
2.7.6. Trong chu kì mới, đun 6L xuống 4L:
Nhiệt lƣợng tỏa ra của Que đun + nhiệt lƣợng của nƣớc và bình :
Nhiệt lƣợng thu vào của hơi nƣớc :
.
2.7.7. Thời gian nƣớc bay hơi tại bình phụ :
Thời gian bay hơi tại bình phụ bằng thời gian đun từ 10l xuống 6l tại bình chính (theo quy trình). (= 99 phút).
Do nhiệt lƣợng sinh ra trên bình nhỏ hơn nhiều so với tổng nhiệt lƣợng thu đƣợc nên không ảnh hƣởng đến thời gian của từng chu kì.
Bảng 2.2 Thống kê thời gian hoạt động trong 2 chu kỳ Bình chính Chu kì đầu (phút) Chu kì kế tiếp (phút) Đun sôi 10 lít (100 ) 54 54 10 lít 6 lít 99 99 6 lít 4 lít 44 44
KẾT QUẢ VÀ ỨNG DỤNG CHƢƠNG 3.
KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC : 3.1.
Ứng dụng đƣợc các yêu cầu thực tế về khoa học và kỹ thuật của nguồn năng lƣợng sạch “Năng lượng mặt trời” vào thực tiễn cuộc sống. Mô hình đề tài “Thiết kế hệ thống tự động chuyển đổi nước mặn thành nước ngọt sử dụng năng lượng mặt trời” hoạt động cho ra khoảng 43 lít nƣớc ngọt mỗi ngày để đƣa vào sinh hoạt tùy theo mục đích, tuy nhiên kết quả thu đƣợc này hoàn toàn có thể đƣợc cải thiện bằng việc nâng cao công suất hệ thống Pin Mặt Trời và hệ thống đun sôi ngƣng tụ.
Các bƣớc vận hành của mô hình đảm bảo tính an toàn, ổn định và độ bền cơ học kéo dài từ 2 đến 3 năm trong điều kiện thời tiết khí hậu thông thƣờng, bảo trì, bảo dƣỡng hợp lí.
Đƣa ra đƣợc một giải pháp cho vấn đề thiếu hụt nƣớc sinh hoạt ở các vùng ven biển, vùng ngập mặn, tàu thuyền hoạt động trên biển và đánh bắt xa bờ. Đảm bảo đƣợc tính tin cậy và hiệu suất đem lại của mô hình tự động ứng dụng nguồn năng lƣợng mặt trời.
XU HƢỚNG PHÁT TRIỂN : 3.2.
Kết quả thu đƣợc của mô hình hiện tại chỉ là một tiền đề cơ sở cho những cải tiến kỹ thuật về mặt giải pháp cung ứng nguồn nƣớc sinh hoạt cần thiết cho dân cƣ vùng ven biển. Đồng thời đặt ra vấn đề ứng dụng vào thực tế cần đi đúng xu hƣớng công nghệ sạch và hoàn thiện hơn các yêu cầu:
Năng suất: muốn đƣa mô hình nghiên cứu thành quy mô công nghiệp, sản
phẩm thu đƣợc có trữ lƣợng lớn ta cần nâng cao công suất hệ thống pin năng lƣợng mặt trời cũng nhƣ hệ thống Hóa hơi – Ngƣng tụ.
Kích thƣớc: tùy theo nhu cầu năng suất nƣớc, chúng ta sẽ lựa chọn công
suất của hệ thống mô hình đồng thời tăng thêm tính bố trí chuẩn xác nhằm mục đích thu nhỏ tối thiểu kích cỡ mô hình, tuy nhiên vẫn đảm bảo tính khoa học cần thiết của mô hình để hoạt động có hiệu quả nhất trong thực tiễn cuộc sống.
Hiệu quả: cải tiến thay thế vật liệu có hiệu suất cao nhƣ: vật liệu cách nhiệt
tốt cho các chi tiết yêu cầu nhiệt độ cao trong thời gian lâu,vật liệu dẫn nhiệt tốt cho các chi tiết yêu cầu tản nhiệt,…
Thẩm mỹ: vật liệu, màu sắc, thiết kế vỏ bọc đảm bảo an toàn, thẩm mỹ, dễ
lắp đặt và vận chuyển, hạn chế góc cạnh nhọn, vị trí tiếp xúc nhiệt,…
Sản phẩm có thể mở rộng sang một số lĩnh vực công nghiệp để đáp ứng nhu cầu nuôi trồng thủy sản, vật nuôi hoặc tƣới tiêu, dịch truyền sử dụng hệ thống bằng thủy tinh vật liệu đảm bảo vệ sinh cao.
TRIỂN VỌNG: 3.3.
Đƣa ra giải pháp khả thi cho tình trạng thiếu nƣớc ngọt sinh hoạt cho ngƣời dân, đặt biệt là đối với các hộ dân vùng hải đảo, vùng ngập mặn, vùng dân cƣ ven biển và tàu thuyền đánh bắt xa bờ.
Cung cấp thêm một lựa chọn tối ƣu hơn cho hàng nghìn tàu cá đánh bắt xa bờ. Thay vì lựa chọn các bồn chứa nƣớc sinh hoạt với kích thƣớc và trọng lƣợng lớn, chiếm diện tích lớn trên tàu chỉ để chứa nƣớc ngọt sử dụng trong 20-25 ngày trên biển thì nay chỉ cần lắp đặt hệ thống này và đƣợc cung ứng nƣớc ngọt mỗi ngày, giúp giảm thiểu chi phí, diện tích, nhiên liệu,...
Chạy thử nghiệm hệ thống với các nguồn nƣớc phèn, chua, chứa độc tố,…bổ sung các quá trình lý hóa vào khâu xử lí sản phẩm thu, nếu kiểm định sản phẩm đạt yêu cầu thì mở rộng thị trƣờng ứng dụng cho các khu vực nhiễm phèn, nhiễm độc…để đƣa vào thay thế nguồn nƣớc sinh hoạt, tƣới tiêu, chăn nuôi…
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Asia EcoBest Work Programme, Sea water desalination in coastal areas of Central and SouthVietnam, Synlift system, Trang 54, 2001.
[2] Đặng Kim Chi. Hóa học môi trƣờng, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2005.
[3] Gleick, P. H, S.H Scheneide. Tài nguyên nƣớc. Bách khoa từ điển về khí hậu và thời tiết, Quyển II, Nhà xuất bản Đại học OXford, New york, 1996.
[4] H. El-Dessouky and H. Ettouny, “Study on water desalination technologies”, prepared for ESCWA in January, 2001
[5] Hoàng Đình Tín. Cơ sở nhiệt công nghiệp, Nhà xuất bản ĐH Quốc gia TH HCM, trang 68/ 266 / 279, 2006.
[6] PGS.TS Nguyễn Huy Sinh. Giáo trình nhiệt học, Nhà xuất bản giáo dục, trang 21, 2006.
[7] PGS.TS Nguyễn Văn Tín và Ths. Nguyễn Thị Hồng. Tài liệu cấp nƣớc, Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật Hà Nội, trang 335, 2005.
[8] Thùy Trang. Nhà máy biến nƣớc biển thành nƣớc ngọt lớn nhất thế giới, 2015.
https://vnexpress.net/photo/khoa-hoc/nha-may-bien-nuoc-bien-thanh-nuoc-ngot-lon- nhat-the-gioi-3270143.html
[9] Trần Quân. Jebel Ali- nhà máy lọc nƣớc biển khổng lồ giữa vịnh Ba Tƣ.
http://petrotimes.vn/jebel-ali-nha-may-loc-nuoc-bien-khong-lo-giua-vinh-ba-tu- 493067.html
[10] Minh Sơn. Mơ ƣớc đã lâu: Biến nƣớc biển thành nƣớc ngọt. 14/06/2004
http://vietnamnet.vn/khoahoc/hoso/2004/06/160869\
[11] Minh Tuấn. Giải cơn khát nƣớc ngọt. 20/09/2013.
http://anninhthudo.vn/the-gioi/giai-con-khat-nuoc-ngot/516474.antd
[12] Lê Hùng. Nhà máy khử nƣớc mặn khổng lồ của Dubai. 20/02/2017.
http://khoahoc.tv/nha-may-khu-nuoc-man-khong-lo-cua-dubai-7842
[13] MTX( Môi Trƣờng Xanh), Phƣơng pháp lọc nƣớc mặn thành nƣớc ngọt, 20/11/2013. (http://moitruong.com.vn/cong-nghe-moi-truong/phuong-phap-loc-nuoc- man-thanh-nuoc-ngot-7494.htm).
(http://ohido.vn/cong_nghe_bien_nuoc_bien_thanh_nuoc_ngot-nd40)
[15] GS.TS.Đỗ Văn Sáng, Biến đổi nƣớc biển thành nƣớc ngọt, 20/04/2017.(http://hubt.edu.vn/tin-tuc/20-04-2017/bien-doi-nuoc-bien-thanh-nuoc- ngot/126/3597/).
[16] Nguồn: Tham khảo - Dịch của INEET. CHƢNG CẤT NƢỚC - MỘT PHƢƠNG PHÁP HIỆU QUẢ MANG LẠI NGUỒN NƢỚC SẠCH. ( http://ineet.com.vn/chung- cat-nuoc-mot-phuong-phap-hieu-qua-mang-lai-nguon-nuoc-sach-87 ).
PHỤ LỤC
PHỤ LỤC A: HÌNH ẢNH MINH HỌA
Hình 1.12 Nhà máy khử nước mặn Jebel Ali của Dubai có công suất xử lý lên tới 10,6 tỉ lít nước biển mỗi