Thiết kế, chế tạo máy cung cấp thức ăn nuôi tôm thông minh dùng năng lượng mặt trời

Khi sử dụng mô hình này có thể cho tôm ăn gián tiếp hoặc từ xa đặc biệt là máy sử dụng nguồn năng lượng chính từ ánh nắng mặt trời, giúp bảo vệ môi trường, tiết kiệm chi phí nhân công, h

GIỚI THIỆU

Tình hình nuôi tôm cả nước

Hiện nay, nước ta có 30 tỉnh ven biển có diện tích nuôi tôm nước lợ Giai đoạn 2011

- 2017, diện tích nuôi tôm nước lợ tăng từ 656.500ha lên 721.000ha, sản lượng từ 482.200 tấn lên 683.400 tấn Riêng năm 2017 đạt đỉnh cao về sản lượng và giá bán, kim ngạch xuất khẩu tôm đạt trên 3,8 tỷ USD [2]

Năm 2018, cả nước thả nuôi hơn 736.000 ha tôm nước lợ, tăng 3% so cùng kỳ năm

2017, với sản lượng đạt khoảng 762.839 tấn Trong đó, diện tích tôm thẻ chân trắng là 103.568 ha, với sản lượng tôm thẻ chân trắng đạt 464.924 tấn, diện tích nuôi tôm sú là 632.999 ha, với sản lượng đạt 297.915 tấn Tuy có được sản lượng lớn nhưng kim ngạch

XK chỉ đạt gần 3,6 tỷ USD, giảm hơn 7% so cùng kỳ

Theo đánh giá của Tổng cục Thủy sản, ngành tôm của nước ta chưa phát huy hết tiềm lực và thế mạnh, đồng thời chưa tạo được lợi thế cạnh tranh so các đối thủ trên thế giới như: Ấn Độ, Thái Lan, Ecuador, Indonesia…

Nhìn vào số liệu, có thể thấy được trong những năm gần đây ngành tôm Việt Nam đã tập trung chạy theo sản lượng nhưng không tăng được về giá trị Cụ thể, sản lượng tôm thẻ chân trắng lớn nhưng giá trị chỉ bằng một phần ba so với tôm sú Ngay thời điểm từ đầu năm đến nay giá tôm sú loại 30 con/kg dao động khoảng 250.000 đến 300.000 đồng/kg; nhưng tôm thẻ loại 100 con/kg chỉ khoảng 80.000 đồng/kg.[3]

Theo đánh giá của nhiều chuyên gia, ngành tôm hiện đang hội tụ nhiều thuận lợi như: các hiệp định thương mại tự do tạo điều kiện thuận lợi cho tôm Việt Nam thâm nhập vào thị trường thế giới Đội ngũ doanh nhân, nhà khoa học, người nuôi tôm có kinh nghiệm, thời tiết thuận lợi…Tuy nhiên, ngành tôm Việt Nam vẫn đứng trước nhiều thách thức trong sản xuất, như vấn đề cung ứng giống, việc truy xuất nguồn gốc, chế biến và phát triển thị trường, giá cả bấp bênh

Có một thực tế là hiện nay nguồn tôm bố mẹ còn phụ thuộc vào nhập khẩu (tôm thẻ chân trắng) và khai thác tự nhiên (tôm sú); chất lượng tôm giống không ổn định, chưa qua kiểm tra chất lượng Kỹ thuật ươm giống lớn chưa được phổ biến Môi trường, dịch bệnh còn tác động rất lớn trong quá trình nuôi; giá thành sản xuất cao; nguy cơ tồn dư hóa chất, kháng sinh

Trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM 3

Mặt khác, ngành chức năng và người nuôi tôm cũng phải đối mặt trước vấn đề như chất lượng của nguồn thức ăn vẫn chưa đảm bảo từ khâu quản lý số lượng và chất lượng Trong khi đó đây lại chính là yếu tố quyết định đến chất lượng, sinh trưởng củatôm Thực tế vẫn có nhiều đơn hàng tôm bị trả lại do hàm lượng tạp chất dư thừa trong tôm còn cao Tại hội thảo Khoa học công nghệ Phục vụ Nuôi tôm Công nghệ cao do Tổng cục Thủy sản tổ chức, nhiều chuyên gia nhận định, muốn phát triển ổn định ngành tôm và đạt mục tiêu xuất khẩu 10 tỷ USD ngành tôm đến năm 2025, phải đẩy mạnh việc ứng dụng công nghệ cao vào sản xuất Muốnvậy cần có sự thay đổi mạnh mẽ từ công tác quản lý ngành đến các vấn đề về tổ chức sản xuất, ứng dụng tiến bộ khoa học công nghệ, hình thành chuỗi giá trị con tôm… Trong đó cần lấy công nghệ cao làm phương châm phát triển bền vững, giúp người nuôi tôm tiếp cận, ứng dụng được các tiến bộ khoa học một cách hiệu quả và bền vững nhất

Bên cạnh đó, cần tăng cường nghiên cứu chọn tạo giống, gia hóa theo kế hoạch hợp đồng quốc gia, sản phẩm quốc gia Các trại giống phải đảm bảo an toàn sinh học, tuân thủ nghiêm quy định quản lý chất lượng; xử lý nghiêm việc vận chuyển giống không tuân thủ quy định; hướng dẫn người dân ươm giống lớn trước khi thả vào nuôi… Thời gian qua, mặc dù nghề nuôi tôm cho năng suất cao, người nuôi có lãi, tuy nhiên giá cả còn bấp bênh Để phát triển ổn định ngành tôm trong thời gian tới, ngoài ứng dụng công nghệ cao trong sản xuất, nhà nước cần quan tâm đến giá cả làm sao phải ổn định… [2]

Ứng dụng năng lượng mặt trời vào hệ thống nuôi tôm hiện nay

1.2.1 Áp dụng cho hệ thống cấp oxi

Từ lâu đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực và mang lại nhiều lợi ích thiết thực, bởi đó là nguồn năng lượng sạch Mới đây, một ứng dụng mới của năng lượng mặt trời được áp dụng vào mô hình nuôi tôm Cụ thể là ứng dụng năng lượng mặt trời để tạo oxy cho mô hình nuôi tôm công nghiệp, thay thế máy chạy bằng dầu diesel

Hình 1.1: Hệ thống cấp oxy cho tôm (Nguồn Internet) Ứng dụng năng lượng mặt trời trong thời gian gần đây được các hộ nuôi tôm ở 2 tỉnh Bạc Liêu và Cà Mau áp dụng Ở Bạc Liêu, ứng dụng được áp dụng tại trang trại nuôi tôm sú của ông Võ Hồng Ngoãn (xã Vĩnh Trạch Đông, thị xã Bạc Liêu) Kết quả cho thấy, việc ứng dụng năng lượng mặt trời để nuôi tôm là một giải pháp bảo vệ môi trường ao nuôi, giảm chi phí sản xuất, tăng lợi nhuận cho người nuôi Hệ thống tạo khí oxy bằng năng lượng mặt trời sẽ giúp giảm thiểu sự ô nhiễm và các chất gây bẩn trong ao hồ nuôi trồng thủy sản Giải pháp này loại bỏ khả năng gây ô nhiễm từ các nguồn năng lượng khác như dầu diesel, khí nén…Khi sử dụng cho nuôi tôm công nghiệp thì hoàn toàn không sử dụng hệ thống quạt vận hành bằng dầu diesel hoặc điện, qua đó sẽ giảm được chi phí sản xuất cho người nuôi tôm Theo tính toán của nhà sản xuất, trên diện tích ao nuôi khoảng 0,5 ha, nếu dùng máy chạy dầu diesel để vận hành dàn quạt, chi phí sản xuất trung bình mỗi vụ nuôi khoảng 30 triệu đồng Còn nếu dùng hệ thống tạo khí oxy được ứng dụng bằng năng lượng mặt trời, chi phí sản xuất sẽ không đáng kể do không tốn chi phí nhiên liệu, máy và nhiều dụng cụ khác

Ngoài những ưu điểm trên thì việc ứng dụng năng lượng mặt trời để nuôi tôm vẫn còn nhiều điểm cần được nhà sản xuất nghiên cứu, cải thiện mới thích nghi được với mô hình nuôi tôm công nghiệp ở đồng bằng sông Cửu Long Theo ông Tạ Minh Phú - Phó Giám đốc Sở NN&PTNT Bạc Liêu, cho rằng đây là một hệ thống mới, chi phí đầu tư ban đầu khá cao so với khả năng của nhiều người nuôi tôm trong tỉnh hiện nay (trên 100 triệu đồng cho một hệ thống năng lượng mặt trời đủ sức phục vụ ao nuôi với diện tích 0,5 ha) Mặc dù nhà sản xuất đã đưa ra phương thức bán trả góp với đề nghị khoảng 6 triệu đồng/tháng trong thời gian khoảng 3 năm, nhưng với nhiều nông dân thì đây vẫn còn là

Trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM 5 mức cao Sở NN&PTN Bạc Liêu cũng khuyến cáo người dân cần tính toán và cân nhắc kỹ trước khi đi đến quyết định đầu tư vào ứng dụng này

1.2.2 Áp dụng cho máy cung cấp thức ăn cho tôm Áp dụng hệ thống điện mặt trời vào máy cho tôm mang lại nhiều lợi ích to lớn như tiết kiệm được nguồn điện, giảm được chi phí, giúp tôm tránh được những căn bệnh như đốm trắng rất khó chữa Giúp tôm nhanh lớn đạt được nhiều năng suất và nâng cao doanh thu cũng như lợi nhuận cho người dân Chi phí lắp đặt hệ thống điện mặt trời vào máy cho tôm ănkhá hợp lý Hệ thống còn mang lại lợi ích nuôi trồng cho những nơi chưa có điện lưới kéo đến Giúp người nuôi trồng trở nên thuận lợi và dễ dàng hơn Vì vậy phải tính toán và chọn pin mặt trời sao cho phù hợp với máy

Hình 1.2: Máy cho tôm ăn dùng pin mặt trời

1.2.3 Ưu, nhược điểm của hệ thống năng lượng mặt trời đối với việc nuôi tôm Ưu điểm:

- Khả năng tái tạo cao và góp phần bảo vệ môi trường

- Tôm dễ chết trong môi trường ô nhiễm

- Sự phong phú dồi dào

- Nguồn cung bền vững và vô tận

- Tính khả dụng cao- Sạch về sinh thái

- Hiệu quả cao, chi phí hoạt động thấp

- Áp dụng rộng rãi, công nghệ tiên tiến

- Dễ dàng áp dụng vì những nơi nuôi tôm có nhiều ánh nắng mặt trời

- Chi phí lưu trữ năng lượng cao

- Sử dụng nhiều thành phần đắt tiền và quý hiếm

- Mật độ năng lượng thấp

- Hiệu quả hệ thống phụ thuộc vào vị trí đặt tấm pin.

Yêu cầu về việc nuôi tôm

Thức ăn là nguồn chi phí chính trong hoạt động nuôi trồng thủy sản, chiếm khoảng 60% tổng chi phí nuôi Nó ảnh hưởng đến năngsuấtvà sảnlượng tôm nuôi Cho ăn đầy đủ số lượng và chất lượng, tôm khỏe mạnh, lớn nhanh, không gây ô nhiễm môi trường, hiệu quả kinh tế cao Thiếu thức ăn, tôm chậm pháttriển, còi cọc, kích cỡ không đều dễ cảm nhiễm bệnh Thừa thức ăn, ao nuôi mau dơ bẩn gây ô nhiễm, tảo và một số vi sinh vật phát triển quá mức làm ảnh hưởng tới môi trường ao nuôi, dễ gây ra hiện tượng nở hoa, thiếu ôxy cục bộ về ban đêm dẫn đến tôm chết hàng loạt

Các loại thức ăn dùng cho nuôi tôm hiện nay rất đa dạng và phong phú, bao gồm thức ăn khô, ẩm, ướt… phải chọn các loại thức ăn phù hợp với từng loại tôm và từng giai đoạn mà tôm phát triển

Thức ăn viên có dạng hình trụ, bề mặt mịn, kích thước đáp ứng được đối với kích cỡ miệng tôm Với thức ăn dạng mảnh, yêu cầu các hạt đều nhau, bề mặt mịn, kích cỡ vừa với cỡ miệng

Hình 1.3: Các dạng thức ăn cho tôm (Nguồn Internet)

Cũng như tôm sú, nên chia thức ăn trong ngày ra nhiều bữa, tháng thứ nhất từ 2 - 3 bữa, các tháng sau từ 4 – 5 bữa, nên cho theo những giờ cố định, tránh thời gian môi trường nước không thuận lợi (từ 12 giờ khuya – 4 giờ sáng là thời gian lượng oxy hòa tan thấp nhất và từ 11 giờ 30 – 2 giờ chiều là thời gian nhiệt độ nước trên bề mặt cao nhất) Khi chuyển cỡ thức ăn, không chuyển đột ngột mà chuyển chậm từ 5 – 7 ngày, tỷ lệ thức ăn cỡ nhỏ - cỡ lớn lần lượt là 7-3, 5-5, 3-7 rồi mới toàn cỡ lớn, khi cho ăn thì cho cỡ nhỏ trước, cỡ lớn sau, rải đều khắp ao, với ao mới thả, lượng thức ăn ban đầu tạm tính tương ứng 80% lượng tôm, sau đó điều chỉnh lại

1.3.3 Tập tính ăn của tôm

Tôm sú là loại ăn tạp, sống ở đáy ao, nơi có bùn cát, ban ngày thường nghỉ, ban đêm hoạt động mạnh.Tôm sú thích các động vật sống và di chuyển chậm hơn là xác thối rữa hay mảnh vụn hữu cơ Tôm sú đặc biệt ưa ăn giáp xác, thực vật dưới nước, mảnh vụn hữu cơ, giun nhiều tơ, loại 2 mảnh vỏ, côn trùng

Trong tự nhiên, 85% thức ăn của tôm sú là giáp xác, cua nhỏ, động vật nhuyễn thể hai mảnh vỏ, 15% là cá, giun nhiều tơ, thuỷ sinh vật, mảnh vụn hữu cơ, cát bùn Mặc khác tôm sú bắt mồi nhiều hơn khi thuỷ triều rút

Trong ao nuôi, tôm sú bắt mồi nhiều vào sáng sớm và chiều tối Tôm bắt mồi bằng càng, sau đó đẩy thức ăn vào miệng để gặm, thời gian tiêu hoá thức ăn của tôm trong dạ dày là 4-5 giờ

Khi thả thức ăn vào ao cách đàn tôm khoảng gần 11 mét, tôm thẻ cảm nhận ngay lập tức sự có mặt của thức ăn và lập tức đổi hướng tiến đến nguồn thức ăn Nếu thả thức ăn ngay gần đàn tôm, cả đàn sẽ kéo đến rất nhanh khiến một lượng thức ăn có thể bị vùi xuống đáy ao do tôm tranh nhau ăn mồi

Tôm thẻ chân trắng có đặc tính cơ hội, chúng chỉ xâu xé phần thức ăn ở lớp nước trên mà không để ý để phần thức ăn bị vỡ chìm xuống bên dưới Một điều khá thú vị là tôm thẻ khi bắt được một viên thức ăn chúng sẽ bỏ phần còn lại và tiếp tục đi theo đàn, nhai viên thức ăn đó một ít sau đó lại thả ra Khi thấy viên thức ăn lớn hơn chúng ngay lập tức nhả viên thức ăn nhỏ ra và chiếm lấy lượng thức ăn lớn hơn Dường như không muốn bị bỏ lại khỏi đàn cũng như những vùng khác cũng đang có thức ăn Những con tôm thẻ nhỏ hơn sẽ phải ăn những mảnh vụn, viên thức ăn sót lại của những con tôm lớn hơn Nếu đàn tôm ít con, lượng thức ăn bị vùi lấp sẽ được moi lên.Thời gian ban đêm, tôm tách đàn và lặn xuống phần nền đáy ao tìm những viên thức ăn bị vùi lấp.

Nhu cầu khách hàng về sử dụng máy cho tôm ăn tự động

Do chi phí thức ăn chiếm hơn nửa tổng chi phí trong nuôi tôm nên việc sử dụng máy cho tôm ăn tự động giúp tiết kiệm lượng thức ăn sẽ làm giảm chi phí so với việc cho ăn thủ công Phương pháp cho ăn thủ công thường khó kiểm soát lượng thức ăn thừa, gây ô nhiễm môi trường nước và đáy ao

Việc sử dụng máy cho tôm ăn tự động giúp chia nhỏ lượng thức ăn trong ngày thành nhiều lần,cho tôm ăn tự động giúp người nuôi tôm dễ dàng điều chỉnh lượng thức ăn và khoảng cách giữa các lần cho ăn nhằm thực hiện việc rải thức ăn đạt hiệu quả cao nhất Tôm được ăn đầy đủ, không có thức ăn dư thừa tích tụ ở đáy ao Sử dụng máy cho tôm ăn tự động giúp quản lý thức ăn không những tiết kiệm chi phí sản xuất mà còn đẩy nhanh tốc độ tăng trưởng của tôm, rút ngắn thời gian nuôi, tôm phát triển đồng đều nên giảm độ chênh lệch kích cỡ tôm khi thu hoạch

Máy cho tôm ăn tự động giúp làm giảm sự biến động của oxy hòa tan… và làm giảm các khu vực kỵ khí trong ao do làm giảm sự tích tụ chất thải, thức ăn dư thừa Hệ thống cho ăn tự động khiến chất lượng nước được cải thiện và tôm được cho ăn liên tục nên đảm bảo tôm sẽ khỏe mạnh hơn Đồng thời, việc cải thiện chất lượng nước cũng giúp hạn chế dịch bệnh, làm giảm nguy cơ tôm chết Bên cạnh đó, lợi nhuận gia tăng do tiết kiệm được chi phí nhân công và giá thành sản xuất

Do máy được điều khiển tự động giúp giảm sức lao động, chủ động thời gian cho công việc khác Giảm chi phí thuê mướn nhân công…

TỔNG QUAN GIẢI PHÁP

Tính toán, cài đặt máy, lắp đặt máy cho tôm ăn

Để thiết kế máy cần qua các giai đoạn tính toán, lắp ráp cài đặt máy Thông số ảnh hưởng mật thiết đến tỷ lệ sống và phát triển của tôm Để tối ưu hóa số lượng thức ăn cũng như loại thức ăn cho tôm ta cần tính toán các thông số: tỷ lệ sống và lượng thức ăn

+Xác định tỷ lệ sống của tôm ở 1-2 tuần nuôi Đặt giai rộng 2m 2 , cao 1m trong ao sau khi các chỉ tiêu môi trường nước ao nuôi ở mức thích hợp Chăm sóc, cho ăn với tôm trong giai bình thường như với tôm ngoài ao Gom tôm về một góc giai, đếm số tôm còn sống và thả trở lại phần giai còn lại sau mỗi 3-

Tính ra tỷ lệ sống của đàn tôm trong giai bằng số tôm còn sốngchia cho số lượng tôm tronggiai ban đầu rồi nhân 100, đơn vị (%) Suy ra tỷ lệ sống của đàn tôm trong ao là tỷ lệ sống của đàn tôm trong giai

Ví dụ: Giả sử số tôm chứa trong giai ban đầu là 1.000 con

Sau 10 ngày, đếm số tôm trong giai, còn được 950 con Vậy tỷ lệ sống của đàn tôm trong giai là 95% Suy ra tỷ lệ sống của đàn tôm trong ao là 95% tại thời điểm đó

+Xác định tỷ lệ sống của tôm với cách thu mẫu bằng sàng ăn

Ta đếm số lượng tôm mẫu thu được bằng sàng ăn và đếm số sàng ăn thu mẫu và tính tổng diện tích của các sàng ăn với dạng sàng ăn hình vuông, sàng ăn hình tròn:

Sàng ăn hình vuông, cạnh 0,8m diện tích sàng là 0,64m 2 (mét vuông)

Sàng ăn hình tròn, đường kính 0,8m, diện tích sàng là 0,5m 2

Tổng diện tích của các sàng ăn bằng diện tích của mỗi sàng ăn sau đó nhân số sàng Tính số lượng tôm còn lại trong ao tại thời điểm kiểm tra bằng số lượng tôm mẫu thu được nhân với diện tích ao rồi chia cho tổng diện tích của các sàng ăn

Tính tỷ lệ sống của tôm trong ao bằng số lượng tôm còn lại trong ao tại thời điểm kiểm tra chia cho số lượng tôm thả ban đầu sau đó nhân 100, đơn vị là (%)

Ví dụ: Số lượng tôm mẫu thu được bằng sàng ăn là 56 con Số sàng ăn thu mẫu tròn là 4 sàng, diện tích mỗi sàng là 0,5m 2 Tổng diện tích của 4 sàng ăn là 0,m 2 nhân 4 sàng là

2m 2 Giả sử diện tích ao là 3.000m 2 , số lượng tôm còn lại trong ao tại thời điểm kiểm tra là 56 con nhân với diện tích 3.000m 2 rồi chia cho diện tích sàng ăn 2m 2 là 84.000 con

Giả sử số lượng tôm thả ban đầu là 90.000 con thì, tỷ lệ sống của tôm trong ao là84.000 con chia cho 90.000 con nhân 100 ta được tỷ lệ sống là 93%

+Xác định tỷ lệ sống của tôm với cách thu mẫu bằng chài

Với phương pháp xác định tỷ lệ sống này ta tiến hành đếm số lượng tôm mẫu thuđược bằng chài, đếm số lần chài thu mẫu

Tớnh diện tớch chài bằng (ẵ độ dài của đường kớnh giềng chỡ căng trũn) nhõn (ẵ độ dài của đường kính giềng chì căng tròn) nhân 3,14 đơn vị (m 2 )

Tính tổng diện tích của các lần chài bằng diện tích của chài nhân số lần chài thu mẫu, đơn vị là mét vuông (m 2 )

Tính số lượng tôm còn lại trong ao tại thời điểm kiểm tra bằng số lượng tôm thu được nhân diện tích ao sau đó chia tổng diện tích của các lần chài

Tính tỷ lệ sống của tôm trong ao bằng số lượng tôm còn lại trong ao tại thời điểm kiểm tra chia số lượng tôm thả ban đầu và nhân 100, đơn vị (%)

Ví dụ: Số lượng tôm mẫu thu được bằng chài là 298 con Số lần chài thu mẫu là 6 lần Diện tớch của chài: Chài hỡnh trũn, đường kớnh trờn giềng chỡ là 2m, ẵ độ dài này là 1m Diện tích chài = 1m x 1m x 3,14 = 3,14m 2 , tính tròn là 3m 2 (thường làmtròn số nhỏ hơn do diện tích chài thực tế khi thu mẫu thường nhỏ hơn diện tích chài tính toán)

Tổng diện tích của các lần chài là 3m 2 x 6 lần = 18m 2

Giả sử diện tích ao là 3.000m 2 Số lượng tôm còn lại trong ao tại thời điểm kiểm tra là 298 con x 3.000m 2 /18m 2 = 49.666 con.

Nhiệm vụ thiết kế

Trong quá trình tìm hiểu ta thấy được việc cho tôm ăn bằng tay tốn sức lao động, thời gian hoặc chi phí thuê mướn nhân công Đồng thời khó kiểm soát được lượng thức ăn dư dẫn đến ô nhiễm nguồn nước hao tốn chi phí, tôm phát triển không đồng điều Từ đó việc sử dụng một máy có thể tự động cung cấp thức ăn cho tôm là một nhu cầu cần thiết để thực hiện nhiệm cấp thức ăn cho tômthay thế cho sức người trong việc cho ăn bằng tay, trong quá trình cho ăn dùng sức người

2.2.1 Yêu cầu kỹ thuật Đảm bảo phun thức ăn đều khắp bán kính ao tôm cần sử dụng và đúng yêu cầu kỹ thuật Chế độ phun thức ăn phải đảm bảo được cấp theo chu kỳ và liên tục, hợp lí với thông số máy nhằm tạo điều kiện cho tôm ăn hết thức ăn, tránh dư thừa dẫn đến ô nhiễm nguồn nước

Kích thước chiều rộng và chiều cao máy phải hợp lí, để dễ dàng vận chuyển, thiết bị chế tạo đơn giản,dễ tháo lắp, dễ vệ sinh, độ bền cao, làm việc hiệu quả, ổn định, giảm nhẹ sức lao động cho người sử dụng

Vật liệu chế tạo phải thích hợp với thức ăn tôm và chịu được điều kiện khắc nghiệt của môi trường nuôi, không gây ảnh hưởng đến chất lượng thức ăn Phải có bộ phận che chắn thích hợp để bảo vệ các thiết bị máy để tránh tác động khách quan của môi trường

Máy phải đảm bảo thức ăn không bị vỡ nát trong quá trình cho ăn Máy phải kín để cho thức ăn không bị ẩm ướt, hư hỏng

2.2.2 Yêu cầu kinh tế và yều cầu sử dụng

Máy được thiết kế sử dụng cho quy mô hộ gia đình, nuôi ao bạt với chi phí giá thành phù hợp với hộ gia đình Máy được thiết kế dễ sử dụng và vận hành, phù hợp với đối tượng sử dụng là nông dân Trên máy có hướng dẫn sử dụng, vận hành máy và thao tác Một số quy định khi vận hành máy để đảm bảo an toàn cho cả người và máy

Một số phương án phân phối thức ăn hiện hành

Nước ta có diện tích nuôi trồng thủy hải sản lớn trong đó diện tích nuôi tôm chiếm một vị trí quan trọng Dẫn đến nhu cầu áp dụng khoa học kỹ thuật cũng như máy móc hiện đại để hỗ trợ vào việc chăm sóc nuôi dưỡng thủy hải sản Nắm bắt được nhu cầu đó hiện này trên thị trường có rất nhiều loại máy với những nguyên lý hoạt động khác nhau nhầm mục đích đáp ứng nhu cầu của việc cho tôm ăn tự động Dưới đây là những nguyên lý được áp dụng cho các máy hiện nay

-Phương án dùng dòng khí

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý của dòng khí

1 Quạt ly tâm 4 Miệng phun

2 Vỏ quạt ly tâm 5 Phễu chứa

3 Ống dẫn khí 6 Tấm điều chỉnh

Hình 2.2 Hình ành thực tế khi dùng dòng khí

Thiết bị gồm có quạt li tâm (1), vỏ quạt ly tâm(2), ống dẫnkhí (3), miệngphun (4), phễu chứa thức ăn (5) và tấm điều chỉnh (6) Khi có tín hiệulàmviệc,quạt li tâm quay tạo thành luồng khí mạnh, thức ăn từ phễu chứa rơi xuống qua tấm điều chỉnh và được thổi văng ra ngoài Muốn điều chỉnh tốc độ cho ăn nhanh hay chậm ta có thể điều chỉnh tấm

Trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM 14 điều chỉnh thức ăn (6) Muốn điều chỉnh khoảng văng xa của hạt thức ăn ta điều chỉnh tốc độ quay của quạt li tâm (1)

2.3.3 Ưu và nhược điểm của phương án Ưu điểm:

- Thiết bị làm việc êm, không gây ồn

- Thức ăn ít bị vỡ vụn

- Tầm văng xa của hạt thức ăn lớn

- Dễ dàng điều khiển góc độ phun

- Khả năng phủ rộng bị hạn chế, mật độ rải không đều

- Tiêu hao công suất lớn

- Giá thành tương đối cao

2.3.4 Phương án dùng băng tải

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý của băng tải

Hình 2.4: Máy dùng đĩa đa năng

Thiết bị gồm có băng tải (1), phễu đựng thức ăn (2) Thức ăn sẽ được chứa sẵn trong phễu Khi có tín hiệu hoạt động, thức ăn trong phễu được rót bằng trục vít xoắn làm thức ăn rơi và chuyển động trên băng tải, sau đó được phun ra ngoài Ưu và nhược điểm của phương án Ưu điểm:

- Thiết bị đơn giản, dễ chế tạo

- Tầm văng xa không lớn lắm, mật độ rải không đều

- Khi muốn tầm xa tương đối lớn ta phải tăng tốc độ động cơ, gây ồn và cơ cấu làm việc không ổn định

2.3.5 Phương án dùng cánh văng

Thức ăn được chứa trong thùng (1), khi nhận tín hiệu làm việc, cánh văng sẽ quay,thức ăn rơi vào trong cánh Dưới tác dụng của lực ly tâm, hạt thức ăn được văng ra khỏi cánh Cánhở đây códạng ống, nhằm đảm bảothức ăn tớimột khoảng di chuyển nhất định trong ống mới được văng ra ngoài Dođó thức ăn được phân bố đều Ưu điểm:

- Tầm văng xa của thức ăn lớn, diện tích phủ rộng thức ăn lớn và mật độ rải đều

- Thiết bị đơn giản, dễ chế tạo

- Năng suất cao, có khả năng tự động hóa

- Thức ăn ít bị vỡ

- Vì thức ăn được rót từ trên xuống nên khi thiết bị hoạt động có một lượngthức ăn va chạm với khung máy giữ thùng chứa

- Nếu tốc độ quá lớn gây ồn, không đảm bảo an toàn

2.3.6 Lựa chọn phương án thiết kế

Yêu cầu của việc cho ăn là gián đoạn, chia ra nhiều lần rải, thức ăn khôngđược vỡ vụn, thức ăn phân bố rộng và đều, sai số mật độ rải thứcănkhông quá 8%,không tập trung một chỗ …Như vậy đối với phương án dùng băng tải và dùng dòng khí là không phù hợp với việc choăn vì khả năng phủ rộng còn bị hạn chế, thức ăn phân bố không đều, chế tạo gặp nhiều khó khăn, chỉ thích hợp nuôi cá Đối với phương án dùng đĩa văng, do khả năng phủ thức ăn bị hạn chế, mậtđộ rải không đều, tầm văng xa không lớn lắm, thức ăn bị vỡ vụng, không đem lại hiệu quả cũng như cải thiện sức lao động công nhân Trên đây là những phương án đã được áp dụng trong thực tế tuy nhiên hiệu quả đem lại không cao, không thỏa mãn những yêu cầu của việc cho tôm ăn

Kết luận: Từ những phân tích ưu nhược điểm của các phương án trên, ta thấyphương án dùng cánh văng là hợp lý, nó đã đáp ứng được nhữngyêucầukỹ thuậtđề ra của thiết bị

Trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM 17 rải Do đó ta chọn phương án rải dùng cánh văng để tính toán thiết kế thiết bị rải thức ăn tôm tự động.

Phương án thiết kế bộ phận cung cấp thức ăn

Trong quá trình hoạt động thường có hiện tượng rơi vãi thức ăn tôm gây khó kiểm soát lượng thức ăn thừa, gây ô nhiễm môi trường nước và đáy ao Để tránh hiện tượng này thì máy cần phải có bộ phận cung cấp thức ăn cho cánh văng

2.4.1 Phương án dùng cánh gạt

Hình 2.5: Cánh gạt (Nguồn Internet)

Bộ rót được cấu tạo như một cánh gạt được kết nối trực tiếp với động cơ, trên cánh gạt có những rãnh để kéo thức ăn Khi máy hoạt động, cánh gạt quay làm thức ăn rơi xuống cánh văng Khi ngừng hoạt động cánh gạt ngừng quay thức ăn sẽ không rơi xuống cánh văng, giúp kiểm soát tối đa lượng thức ăn dư thừa Ưu, nhược điểm của phương án Ưu điểm :

- Kiểm soát tốt lượng thức ăn thừa

- Không rơi vãi ra ngoài

- Tốn chi phí do sử dụng hai động cơ

- Khó chế tạo và chi phí cao

2.4.2 Phương án dùng trục vít

Trục vít được gắn trực tiếp vào cánh văng, nhờ đai ốc và vòng đệm giúp truyền momen trực tiếp từ động cơ sang cánh văng Khi máy hoạt động, trục vít quay làm thức ăn rơi từ rãnh xuống cánh văng Ưu, nhược điểm của phương án Ưu điểm

- Ít tốn chi phí do sử dụng vì một động cơ

- Phù hợp với nhu cầu chế tạo đơn chiếc

- Khó kiểm soát lượng thức ăn thừa

- Có thể có tình trạng kẹt, va đập thức ăn gây tăng tải trọng cho động cơ

- Khó chế tạo, gia công cần độ chính xác cao

- Tỷ lệ vỡ vụn thức ăn cao

2.4.3 Phương án dùng trục khuấy

Trục khuấy được gắn trực tiếp vào cánh văng, mục đích là để thức ăn không bị đọng lại ở phễu Khi máy hoạt động, trục khuấy quay làm thức ăn rơi xuống cánh văng Ưu, nhược điểm của phương án Ưu điểm

- Ít tốn chi phí do sử dụng một động cơ

- Dễ chế tạo, lắp ráp

- Phù hợp với nhu cầu chế tạo đơn chiếc

2.4.4 Lựa chọn phương án thiết kế

Yêu cầu của việc cung cấp thức ăn là không được làm cho thức ăn vỡ vụn, thức ăn phải được rót xuống điều cho cánh văng, hạn chế tình trạng kẹt thức ăn và rơi vãi ra ngoài khi máy hoạt động Đối với phương án dùng cánh gạt thì lượng thức ăn được kiểm soát dễ dàng, không làm thức ăn bị vỡ vụn và rơi vãi ra ngoài nhưng khi chế tạo gặp nhiều khó khăn trong việc sản xuất và rất tốn chi phí Đối với phương án dùng trục vít thì ít tốn chi phí nhưng gia công khó và độ vỡ vụn thức ăn còn cao Đối với phương án dùng trục khuấy thì ít tốn chi phí dễ gia công và độ vụn thức ăn cũng giảm bớt

Kết luận: Từ những phân tích ưu nhược điểm của các phương án trên, ta thấy phương án dùng trục khuấy là hợp lý, nó đã đáp ứng được những yêu cầu kỹ thuật đề ra của thiết bị Do đó ta chọn phương án dùng trục khuấyđể tính toán thiết kế thiết bị cung cấp thức ăn tôm tự động

PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT

Nguyên lý hoạt động của thiết bị rải thức ăn cho tôm

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lí máy cung cấp thức ăn cho tôm

(Nguồn của nhóm tác giả)

Nguyên lý hoạt động: Máy được lắp đặt ở giữa hồ, thức ăn được chứa trong thùng, vàsẽ được rót xuống cánh văng Cánh văng và trục khuấy được nhận momen từ động cơ thông qua khớp nối, đảm bảo được hiệu suất hoạt động tốt nhất Khi hoạt động thời gian cữ ăn sẽ được điều chỉnh trên điện thoại smartphone qua phần mềm eWeLink, có thể cài đặt tối đa 8 cữ ăn trong ngày Đến giờ cho ăn, động cơ nhận tín hiệu làm việc từ công tắc từ xa Sonoff và quay Khi có tín hiệu, rơle thời gian đóng lại, khởi động từcó điện và thức ăn trong cánh sẽ văng ra ngoài Nhờ phễu hướng liệu mà thức ăn không rơi vãi ra ngoài, đảm bảo thức ăn được rót hoàn toàn trong cánh văng Thời gian cho ăn và nghỉ được điều chỉnh trên rơ le thời gian làm cho khởiđộng từ và động cơ hoạt động theo nhu cầu Cứ như thế, quá trình làm việc được lặp lại một cách tự động cho những lần rải khác.

Tính toán các thông số kỹ thuật của thiết bị rải

3.2.1 Tính toán, xác định tốc độ động cơ

Phương trình chuyển động của hạt thức ăn

Thức ăn có dạng viên và khối lượng tập trung (m) thành một chất điểm Bỏ qua lực ma sát giữa các hạt với nhau, và sức cản của môi trường khi bay ra khỏi cánh văng (sức cản của không khí và sự ảnh hưởng của gió) Cánh quay đều với vận tốc (rad/s)

Ta có sơ đồ tính toán như hình:

Hình 3.2: Sơ đồ tính toán động lực của hạt thức ăn

(Nguồn của nhóm tác giả) Trong đó:

ℎ 𝑥 : Khoảng cách từ cánh đến mặt thoáng của hồ nuôi

𝑅 𝑥 : Bán kính của cánh quay

𝐺, 𝑁: Trọng lực của hạt thức ăn và phản lực của đĩa lên hạt

𝐹 𝑚𝑠 , 𝐹 𝑙𝑡 : Lực ma sát và lực ly tâm tác dụng lên hạt

Trường hợp 1: Nếu cánh văng không có kết cấu hướng lên ( = 0)

Bỏ qua lực cản của môi trường, ta có phương trình chuyển động của hạt:

Hình 3.3: Qũy đạo của hạt thức ăn khi ra khỏi cánh với a=0

Bảng 3.1: Kết quả tính toán khi cho tốc độ động cơ thay đổi ứng với𝛼 = 0 n (vg/ph) Rx (m) v(m/s) hx (m) L(độ văng xa) (m)

Trường hợp 2: Nếu cánh văng có kết cấu hướng lên so với phương ngang 1 góc

 0 , ta có phương trình chuyển động của hạt:

Hình 3.4: Qũy đạo của hạt thức ăn khi văng ra khỏi cánh với a °

Bảng 3.2: Quỹ đạo của hạt thức ăn khi văng ra khỏi cánh với 𝛼 = 20° n (vg/ph) Rx(m) v (m/s) hx (m) L(độ văng xa) (m)

Theo số liệu tính toán từ bảng ta thấy để thức ăn có thể văng xa 20m ta cần đạt vận tốcxấp xỉ 17m/s Từ đó ta xác định số vòng quay động cơ cần có

Số vòng quay sơ bộ động cơ:

3.2.2 Tính công suất bộ rải và chọn động cơ

Công suất gần đúng của động cơ điện dùng cho cánh văng rải thức ăn:

𝐺: trọnglượng cánh văng và trục khuấy (N)

Dựa vào số liệu xuất từ Inventor ta có:

Vì Cánh văng được nối với trục động cơ bởi khớp nối trục, chọn𝜓 =0,98

Vậy: Công suất yêu cầu của động cơ

0,98= 0,16 (𝑘𝑊) = 160 (𝑊) Với k: Hệ số an toàn, chọn k=1.3 Điều kiện chọn động cơ

Ta chọn được động cơ điện DC 24V MY1025

Tốc độ Quay (vg/ph) Đường kính (mm)

Tính toán kích thước và kiểm tra bền thùng chứa thức ăn

3.3.1 Công dụng và yêu cầu kỹ thuật

Yêu cầu kỹ thuật của thùng là không bị biến dạng khi cho thức ăn vào, độ bền hóa học cao, bề mặt phía trong của đĩa phải trơn phẳng tạo điều kiện thuận lợi cho thức ăn rơi xuống cánh quay, đảm bảo vệ sinh thức ăn, tránh gây độc cho thức ăn

3.3.2 Chọn vật liệu làm thùng

Thùng được đặt ở giữa ao, sẽ chịu nhiều tác động từ thời tiết và môi trường như mưa gió

Trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM 28 nhiệt độ cao Để đảm bảo yêu cầu vệ sinh, độ bền hóa học và độ cứng vững ta chọn vật liệulà INOX 304

3.3.3 Tính toán kích thước thùng chứa Ứng với 100.000 con tôm sú thì lượng thức ăn nhiều nhất trong quá trình nuôi là lượng thức ăn ở ngày cuối cùng (70 kg) Mỗi ngày ta cung cấp thức ăn vào máy khoảng 2

- 3 lần Do đó ta tính toán lượng thức ăn mà thùng có thể chứa tối đa là 25 kg

Ta có thể tích của thùng chứa:

𝛿 – trọng lượng riêng của vật liệu:𝛿 u8 kg/m 3 [1]

𝑚 – khối lượng của thức ăn (kg)

𝑉 – thể tích của lượng thức ăn (m 3 )

Vậy thể tích thùng chứa là:

Theo hình 3.3-1, thể tích thùng được cấu tạo từ 2 phần hình trụ và hình nón, từ đó ta có:

Trong đó: 𝑉2 thể tích phần hình nón

ℎ: Chiều cao hình nón (lấy ℎ = 0,11m)

𝑟 1 : Bán kính miệng trên (lấy 𝑟 1 = 0,1665m)

𝑟2: Bán kính miệng dưới(lấy 𝑟2=0,02m)

ℎ 1 : Chiều cao của thể tích 𝑉 1

𝑅: Bán kính của thùng, lấy 𝑅 1 = 0,1665 (m)

Từ các kích thước cơ bản của thùng chứa, cũng như qua thực nghiệm, ta xây dựng kết cấu thùng chứa thức ăn (hình 3.3-2)

Hình 3.5: Kết cấu thùng chứa thức ăn

3.3.4 Kiểm tra bền thùng chứa thức ăn

Thùng chứa thức ăn với khối lượng m= 25kg, phần không gian ở trên được thông với khí quyển chịu một áp suất P o =98100N/mm 2 Trọng lượng riêng thức ăn

𝛾 = 758kg / m 3 , chiều dày thành ống 𝛿 = 1mm, biết [𝜎] 𝑘 = 40N/mm 2

Theo lý thuyết đàn hồi ứng dụng ta có phương trình cân bằng đối với thùng:

Vì thùng chứa có dạng hình trụ: 𝜌 𝑘 = ∞,: 𝜌 𝑣 = 𝑅

Do vậy theo phương trình Laplace, ta có:

Vậy thùng chứa thức ăn đủ bền trong điều kiện làm việc đã cho.

Thiết kế phễu hướng liệu

3.4.1 Công dụng và yêu cầu kĩ thuật

Phễu hướng liệu có tác dụng định hướng dòng chảy thức ăn từ thùng chứaxuống cánh văng Phễu hướng liệu được lắp tại đầu ra của thùng Yêu cầu mặt trong của phễu phải trơn nhẵn

Ta chọn vật liệu của phễu hướng liệu là INOX 304

Vì chỉ có tác dụng hướng liệu, không chịu lực lớn nên ta kiểm tra bền từ thực nghiệm ta chọn kết cấu phễu hướng liệu như sau:

Thiết kế vành khung

Vành khung được lắp trên khung máy có nhiệm vụ đỡ phễu và thùng, đảm bảo độ vững cho phễu và thùng khi lắp vào

Ta chọn vật liệu cho vành khung là thép CT3

Ta chọn kết cấu vành khung như sau:

Tính toán thiết kế cánh văng

Cánh văng có tác dụng rải thức ăn ra xa một khoảng 20m theo yêu cầu, cánh văng được truyền động từ động cơ thông qua khớp nối Vì quay với tốc độ lớn nên yêu cầu cân

Trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM 32 bằng về mặt kết cấu phải cao để giảm rung động

Do công dụng, yêu cầu kĩ thuật của cánh, và để đảm bảo vệ sinh cũng như khả năng chống oxy hóa cao trong môi trường nuôi, ta chọn vật liệu là inox 304

Do đặc điểm làm việc của cánh văng là chịu lực không lớn, sức cản giữa cánh với không khí không đáng kể, không chịu nhiệt, không va đập nên ở đây ta không tính toán chỉ tiêu sức bền, chỉ tiêu va đập, chỉ tiêu nhiệt…

Hình 3.6: Kết cấu cánh văng

3.6.4 Cân bằng cánh văng Để thỏa mãn độ văng xa theo yêu cầu đặt ra cho thiết bị, cánh văng phải quay với tốc độ rất lớn n= 2750 vòng/phút Nếu chế tạo cánh văng không chính xác, độ cânbằng cánh văng kém thì mức phá hủy của thiết bị rải là rất cao do rung động Vì vậy để tăng tuổi thọ cũng như độ ổn định làm việc của thiết bị, ta phải tiến hành cân bằng cánh văng

Nguyên nhân gây mất cân bằng của cánh là do trọng tâm của cánh không trùng với tâm quay của nó và nhiệm vụ cân bằng máy là ta đưa trọng tâm trùng với tâm quay

Xem cánh văng là vật quay mỏng, ta dùng phương pháp dò trực tiếp (cân bằng tĩnh) để tiến hành cân bằng cánh văng, phương pháp này đơn giản, ít tốn kém, nhưng độ chính xác không cao

Trình tự các bước cân bằng:

Hình 3.7: Sơ đồ tiến hành cân bằng cánh văng

Bước 1: Đặt trục cánh văng lên hai gối cố định nằm ngang song song với nhau (hình 3.6-2) Khi cánh văng cân bằng thì bao giờ nó cũng tự lựa một vị trí sao cho trọng tâm S của nó nằm, ở vị trí thấp nhất, nghĩa là nằm đâu đó trên bán kính thẳng đứng đi xuống tia OA của cánh.Nếu cánh văng chưa cânbằng tức là trọng tâm S chưa trùng với tia OA

Bước 2: Đặt một khối lượng mở một điểm thuận tiện trên bán kính thẳng đứng đi lên sao cho khi đặt khối lượng này, cánh sẽ cân bằng phiếm định (dù đặt cánh trên gối đỡ ở vị trí nào nó cũng nằm yên và không lăn) Để xác định m ta phải thử nhiều lần bằng cách gắn tạm và cánh một khối lượng mà ta có thể thêm hay bớt Ví dụ đắp matit hoặc dùng matit để gắn những mẫu kim loại trên cánh

Sau khi cánh đã được cân bằng phiếm định, ta tháo bỏ khối lượng gắn tạm ra và tại vị trí này ta gắn cố định một khối lượng bằng khối lượng m hoặc tại vị trí xuyên tâm đối với khối lượng gắn tạm, ta bớt đi một khối lượng như vậy [15]

Tính toán thiết kế trục khuấy

Trục khuấy có nhiệm vụ làm cho thức ăn xuống đều và đỡ bị vướng

Ta chọn vật liệu cho cây khuấy là thép CT3

Do đặc điểm làm việc của cây khuấy không chịu lực lớn nên ở đây ta không tính chỉ tiêu va đập, chỉ tiêu sức bền Ta chọn kết cấu cây khuấy như sau:

Tính toán thiết kế khớp nối

Khớp nối là chi tiết trung gian dùng để kết nối các trục với nhau, làm nhiệm vụ truyền chuyển động từ trục dẫn động cơ đến trục công tác (cánh văng) Theo [9], khi chọn cấp chính xác người thiết kế cần xuất phát yêu cầu sử dụng của chi tiết và khả năng công

Trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM 35 nghệ để chọn cho phù hợp, cao quá sẽ làm tăng chi phí chế tạo, thấp quá sẽ không đảm bảo yêu cầu sử dụng

Do đó nên chọn kiểu lắp H7/js6 (lắp trung gian) dùng ở các mối ghép để tháo lắp của khớp nối lên trục khi chịu tải trọng tĩnh và không va đập

Ta chọn vật liệu cho khớp nối là thép CT3

Ta chọn khớp nối như sau:

Thiết kế hệ thống điều khiển

Quá trình làm việc tự động của thiết bị bao gồm: Thời điểm cữ ăn điều khiển bằng Sonoff (điều chỉnh qua smartphone hình 3.4), khoảng thời gian cho ăn và nghỉ (điều chỉnh qua rơ le thời gian) Tốc độ động cơ thay đổi nhờ bộ điều tốc nhằm tăng diện tích phủ rộng của thức ăn phù hợp với tập tính ăn mồi phân tán của tôm nuôi, cũng như đối với từng diện tích ao nuôi

Thiết bị gồm 2 tấm pin mặt trời 12V- 10W mắc nối tiếpvào bộ sạc để tích điện vào hai bình ắcquy mắc nối tiếp để tạo điện áp 24V cho động cơ DC 24V.Ngoài ra, máy được

Trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM 36 thiết kế hai chế độ lưới điện trong nhà và điện từ pin mặt trời thông qua công tắc ba vị trí phù hợp với nhu cầu người sử dụng

Các hộ dân nuôi tôm thường chia cữ ăn của tôm thành nhiều cữ, hoặc cho ăn liên tục 12 giờ, ví dụ: 6h – 18h, 7h – 19h …

Thiết bị tự động có thể đáp ứng yêu cầu trên (ví dụ như hình 3.17) Ta cài đặt một cữ ăn thời gian bắt đầu chạy 11h46 và thời gian ngừng là 11h48, đối với việc chia nhiều

Trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM 37 cữ ăn ta chỉ cần lặp lại việc cài đặt với những khoảng thời gian khác nhau Ngoài ra, máy có thể cài đặt tối đa 8 cữ ăn tùy vào công tắc điều khiển từ xa Sonoff.

Tính toán thiết kế pin năng lượng mặt trời

Theo khảo nghiệm thực tế các hộ nuôi tôm thường cho tôm ăn trong khoảng 12h liên tục, từ 6h tới 18h hoặc từ 7h tới 19h Cũng có nhiều hộ dân chia ra nhiều cữ trong ngày, thông thường là 4 cữ Vậy ta dựa vào thực tế thời gian cho ăn tối đa mỗi ngày cho ăn 12h, cho ăn 10s nghỉ 10p Số lần cho ăn trong ngày là:

Thời gian hoạt động của máy là:

Với công suất động cơ 250w thì lượng điện tiêu thụ của động cơ trong 1 ngày là:

Công suất thực tế của pin mặt trời:

Công suất lý thuyết pin mặt trời cần cung cấp bằng tổng lượng điện cần thiết trong

1 ngày/PGF PGF được tính toán trên các số liệu về điều kiện môi trường nên nó khác nhau theo từng vị trí địa lý, ví dụ trị số PGF trung bình ở Việt Nam là khoảng 4,56 Việt Nam có vị trí địa lý năm dọc theo đường vỹ tuyến, nên nhìn chung từ Bắc vào Nam chỉ số PGF tăng dần từ 2.5 đến khoảng 5 Có thể tham khảo vị PGF vị trí địa lý của bạn dựa vào bản đồ nhiệt gần đúng dưới đây:

Hình 3.8: Bản đồ nhiệt độ

(Nguồn Internet) Vậy công suất lý thuyết của pin mặt trời là:

Chọn pin mặt trờiP= 10w, 2 tấm mắc nối tiếp.

Tính dung lượng ắc quy

Dung lượng ắc quy = (Tổng năng lượng điện sử dụng trong 1 ngày * Ngày dự trữ) / (Hiệu suất ắc quy * DOD)

Tổng năng lượng cần sử dụng trong 1 ngày: 50Wh

Số ngày dự trữ: 1 ngày

Dung lượng ắc quy cần thiết là:

0,8 × 0,5= 125 𝑊ℎ Ắc quy 12v đổi ra dung lượng ghi trên ắc quy là:

Chọn bộ sạc: Có dòng 10A/12V để nạp cho dung lượng ắc quy 15Ah.

Các phương án thiết kế pin năng lượng mặt trời

Với phạm vi đề tài tính toán thiết kế cho 1 máy công suất nhỏ nên sử dụng hệ thống pin mặt trời độc lập, dự trữ bằng ắc quy Để áp dụng cho một hộ nuôi tôm khi sử dụng nhiều máy cho tôm ăn tự động, kết hợp sử dụng cho máy tạo oxy Ta có thể áp dụng 2 hệ thống lắp đặt pin mặt trời sau để đạt hiệu quả kinh tế tốt nhất

3.12.1 Hệ thống pin mặt trời hòa lưới có dự trữ

Hình 3.9: Hệ thống pin hòa lưới có dự trữ

( Nguồn Internet) Đối với hệ thống hòa lưới có dự trữ ưu điểm tận dụng được lượng điện hấp thụ được vào những ngày nắng, lưu trữ trong ắc quy để sử dụng cho những ngày không nắng

Nhược điểm: chi phí bảo trì sửa chữa ắc quy lớn, nếu hệ có công suất lớn thì dung lượng ắc quy phải đủ lớn để có thể cấp cho hệ thống hoạt động dẫn đến chi phí tăng cao Nguy hiểm cháy nổ

3.12.2 Hệ thống pin mặt trời hòa lưới không dự trữ Đối với hệ thống này không dự trữ giảm chi phí cho ắc quy Bộ hòa lưới sẽ tự lựa chọn nguồn điện lưới hoặc điện mặt trời

Nhược điểm: Chi phí đầu tư ban đầu tương đối cao

QUY TRÌNH THIẾT KẾ

Quy trình lắp ráp, sử dụng và bảo dưỡng máy

Hình 4.1: Máy rải thức ăn tự động (Nguồn của nhóm tác giả)

Vì cấu tạo của thiết bị rải tương đối đơn giản, nên ta chỉ nêu trình tự các bước lắp ráp:

Bước 1: Lắp ráp các chi tiết tương quan lên khung - lắp hộp đựng động cơ và hộp điều khiển được lắp sẵn các thiết bị điện và motor vào khung

Bước 2: Lắp cánh văng và trục khuấy với động cơ bằng khớp nối, và cân chỉnh sao cho đồng tâm

Bước 3: Lắp vành vào khung bằng bu long Sau đó đặt phễu và thùng inox lên vành Vành và phễu được cố định với nhau nhờ các gân

Bước 4: Những tấm pin được lắp sẵn vào giá đỡ Sau đó lắp cụm giá đỡ vào khung máy và cố định bằng bu long

Bước 5: Kiểm tra và siết các bu long các phần khung và chi tiết cơ khí

Bước 6: Nối các thiết bị điện theo sơ đồ mạch (hình 3.3)

Yêu cầu kỹ thuật trong lắp ráp

Khoảng cách giữa mặt bíchcánh văng với phễu hướng liệu không lớn hơn 3cm Điều chỉnh độ đồng trục giữa đường tâm cánh văng với đường tâm phễu hướng liệu không quá 0,05mm

Thiết bị được lắp ráp và đặt ở giữa ao với khoảng cách phù hợp Quá trình làm việc tự động của thiết bị như số lần cho ăn, thờiđiểmcho ăn, thời gian cho ăn, được ta cài đặt

Trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM 42 sẵn trong smartphone thông qua phần mềm eWeLink kết nối với Sonoff Người sử dụng phải chèo thuyền ra và cấp thức ăn vào thùng Đến giờ cho ăn thì máy tự động rải

Vì làm việc trong điều kiện ngoài trời, có sự xâm nhập của nước, bụi bặm nên ta phải thường xuyên kiểm tra tình trạng làm việc của các bộ phận che chắn Định kỳ lau chùi, tra dầu mỡ cho động cơ, những chi tiết hư hỏng phải thay thế kịp thời Mặt khác vì thiết bị đặt trên mặt nước nên ta phải thường xuyên kiểm tra các đường dây, tránh sự rò rỉ điện nguy hiểm cho người và tài sản.

Mô hình lắp đặt với nhiều máy

Hình 4.2: Cách bố trí máy và bộ phận điều khiển

Với những ao diện tích lớn cần lắp đặt nhiều máy, dễ dàng cho lắp đặt cũng như sử dụng ta có thể bố trí máy và bộ phận điều khiển như hình Máy được đặt trên những phần đế đã được xây dụng sẵn trong ao, bằng xi măng hoặc có thể bằng cây gỗ

Hằng ngày người sử dụng chỉ cần chèo xuồng ra và đổ thức ăn vào từng máy Bộ phận điều khiển được đặt trong nhà có thể xây dựng trên bờ vuông tôm, đảm bảo được an toàn và thuận tiện, trên mái gắn hệ thống pin mặt trời, ắc quy đặt trong nhà để đảm bảo công suất lớn nhất của pin

Khi lắp đặt có thể sử dụng nguồn điện lưới 220V để nuôi mạch điều khiển Hoặc có thể sử dụng bộ inverter để biến đổi điện từ ắc quy sang 220V (hình 5.3-2) để nuôi mạch điều khiển, tùy vào điều kiện mà lựa chọn phương án thích hợp Đối với một ao sử dụng nhiều máy ta chỉ cần sử dụng 1 bộ điều khiển chung cho các máy, vì các máy hoạt động cùng chế độ

Lưu ý: khi lắp đặt nhiều máy, cần tính toán lựa chọn lại pin mặt trời, bộ sạc cũng như ắcquy để đủ công suất hoạt động cho cả hệ thống Phạm vi của thuyết minh này chỉ áp dụng đủ cho 1 máy hoạt động

THI CÔNG SẢN PHẨM

Kết quả chế tạo kết cấu cơ khí

Sau nhiều tháng nghiên cứu và chế tạo nhóm đã chế tạo thành công mô hình máy cung cấp thức ăn nuôi tôm thông minh dùng năng lượng mặt trời Dưới đây là hình mô hình máy của nhóm

5.1.2 Cơ cấu chuyển động cơ khí

- Cấp nguồn cho động cơ, động cơ truyền lực cho cánh văng thông qua khớp nối

(Nguồn chụp từ sản phẩm ĐATN của nhóm)

Hình 5 1: Khung máy (Nguồn chụp từ sản phẩm ĐATNcủa nhóm)

Hình 5.2: Động cơ và cánh văng

Kết quả thi công phần điều khiển

Hình 5.4: Mạch sonoff điều khiển từ xa qua wifi 3G nguồn DC 5v-32v

Hình 5.5: Khởi động từ DC 24v (Nguồn chụp từ sản phẩm ĐATN của nhóm) Hình 5.3: Động cơ motor

(Nguồn chụp từ sản phẩm ĐATN của nhóm)

- Bộ điều khiển giúp người sử dụng điều chỉnh thời gian cho ăn của tôm

Hình 5.6 Timer DH48S (Nguồn chụp từ sản phẩm ĐATN của nhóm)

5.2.5 Cầu dao đảo 32A và nguồn switching power 24V- 15A

- Được sử để đảo nguồn từ ắc quy sang điện lưới hoặc ngược lại

Hình 5.7: Càu dao đảo 32A (Nguồn chụp từ sản phẩm ĐATN của nhóm)

- Nguồn switching power 24V- 15A dùng để chuyển đổi nguồn 220v thành nguồn 24v

Hình 5.8: Nguồn switching power 24V- 15A (Nguồn chụp từ sản phẩm ĐATN của nhóm)

Khảo nghiệm

Hình 4.5: Sơ đồ kiểm tra sai số mật độ phân bố thức ăn

1: Diện tích phân bố của thức ăn khi rải

2: Những diện tích thức ăn được chọn bất kỳ để kiểm tra, so sánh số lượng hạt thức ăn

Diện tích rải là hình vành khăn, thức ăn phân bố tương đối đều ở phạm vi bán kính 10m đến 20m Khoảng cách gần tâm rải là 5m, khoảng cách xa nhất cách tâm rải là 25m những thưa thớt Lượng thức ăn va vào cột chiếm 3-4% tổng lượng thức ăn cho một lần rải Thiết bị làm việc ổn định

Hình 4.6: Một số hình ảnh khảo nghiệm

Trong quá trình làm việc, ta thấy tùy cấp độ gió mà độ văng xa thức ăn khác nhau, dẫn đến hiệu quả rải của thiết bị cũng khác nhau Để khắc phục vấn đề này, ta sử dụng thêm một bộ điều tốc gắn với độngcơ, lúcnày ta đã linh hoạt hơn trong việc chọn tốc độ quay động cơ để đạt độvăng xa theo yêu cầu Mặt khác khi sử dụng bộ điều tốc,thiết bị cũngđược sử dụng rộng hơn đối với những ao có diện tích khác nhau, do đó phạm vi sử dụng của thiết bị càng mở rộng hơn

Vì máy đặt ở dưới nước nên có sự dao động lắc lư trong quá trình làmviệc, nên lượng thức ăn được rải trên một đơn vị thời gian sẽ tăng so với tính toán Do đó ta có thể điều chỉnh nhỏ thông qua bộ điều tốc cho quátrình cho ăn Ở đây, ta chú ý một vấn đề nữa là có một lượng nhỏ thức ăn va vào thân máy Ta không thể giải quyết triệt để vấn đề này, mà chỉ hạn chế lượng thức ăn va vào thân máy bằng cách giảm đến mức thấp nhất tiết diện cho phép củakhung máy

Tiêu đề	Thiết kế, chế tạo máy cung cấp thức ăn nuôi tôm thông minh dùng năng lượng mặt trời
Tác giả	Nhóm tác giả
Trường học	Trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM
Chuyên ngành	Kỹ thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa
Thể loại	Báo cáo Đồ án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	TP.HCM

Định dạng
Số trang	81
Dung lượng	2,8 MB