TỔNG QUAN VỀ BUỒNG PHUN DỊCH KHỬ KHUẨN
Công nghệ phun siêu âm tạo hạt kích thước 10 nm
Hiện nay, có nhiều phương pháp phun dung dịch như phun béc và phun sương Phun béc sử dụng máy bơm nước cột áp cao cùng ống dẫn và mũi phun tạo mưa, thường được áp dụng trong nông nghiệp quy mô lớn nhờ tính tiện lợi và chi phí thấp Phương pháp này giúp tăng độ ẩm cho đất, làm mát cây trồng và tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của cây Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là kích thước hạt lớn, chủ yếu được sử dụng trong tưới tiêu và thủy canh Bên cạnh đó, kỹ thuật phun siêu âm cho kích thước hạt khoảng 10 nm, phun ra dưới dạng sương mỏng, thường được ứng dụng trong ngành y tế và môi trường.
Hình 1.5: Một số loại đầu phun siêu âm Ảnh: pro-watec.com
Công nghệ phun siêu âm vượt trội hơn so với phun áp suất lớn nhờ khả năng tạo ra hạt sương siêu nhỏ chỉ vài nanomet Đầu phun siêu âm không chỉ giảm vận tốc phun mà còn cho phép điều chỉnh các mức độ phun khác nhau, đồng thời tiết kiệm năng lượng tiêu thụ trong quá trình hoạt động.
Phương pháp phun siêu âm sử dụng rung cơ học siêu âm với tần số thấp qua các transducer, không phụ thuộc vào áp lực nước hay vận tốc dòng lưu chất Điều này giúp giảm đáng kể vận tốc trung bình của các hạt hơi từ đầu phun siêu âm.
Nguyên lý hoạt động của kỹ thuật phun siêu âm dựa trên việc cung cấp điện áp trái dấu luân phiên, khiến vật liệu co dãn theo tần số nguồn cấp Dao động này làm cho tấm màng phía trên dao động, tăng diện tích tiếp xúc với nước và ngăn nước rơi xuống Các phân tử nước cố gắng bắt kịp dao động của tấm màng nhưng không thể do quán tính và khối lượng riêng lớn của nước, dẫn đến sự hình thành các vùng áp suất thấp giữa các sóng, gọi là lỗ trống Những lỗ trống này chứa năng lượng lớn và phát nổ gần bề mặt nước, tạo ra đỉnh sóng nhấp nhô, đồng thời bắn các giọt nước nhỏ vào không khí dưới dạng sương Kích thước của các hạt sương này rất nhỏ, chỉ khoảng 10 nm.
Hình 1.6: Dòng điện cấp vào thực hiện quá trình dao động tạo sương Ảnh: linhkienst.com
Hình 1.7: Dung dịch bị dao động làm thoát ra và bắn vào không khí Ảnh: linhkienst.com
Kỹ thuật phun siêu âm được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau, đặc biệt là trong việc tạo lớp phủ màng mỏng và sấy phun hoặc làm đông lạnh các hạt Đây là một phương pháp đã được chứng minh trong sản xuất lớp màng mỏng hiệu suất cao, được sử dụng trong lĩnh vực điện tử chính xác như bán dẫn, thiết bị chính xác, công nghệ nano, tế bào nhiên liệu và năng lượng mặt trời Hệ thống phun sương siêu âm cũng được lắp đặt trong buồng khử khuẩn, giúp đảm bảo kích thước giọt sương nhỏ và phân bố đều trên toàn bộ bề mặt cơ thể người.
PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Phân tích các phương án thiết kế
2.1.1 Các phương án khử khuẩn a Khử khuẩn bằng tia UV
Tia UV có khả năng tiêu diệt hoặc làm biến dạng vi khuẩn và các vi sinh vật khác nhờ vào tần số cao của nó Bức xạ này, với bước sóng từ 185 nm, rất hiệu quả trong việc tiêu diệt virus và vi khuẩn.
Tia UV ở bước sóng 254 nm là hiệu quả nhất trong việc khử khuẩn, khi tia này xuyên qua tế bào vi khuẩn và phản ứng với nucleic, dẫn đến việc bất hoạt hoặc tiêu diệt tế bào Tia UV đã được ứng dụng rộng rãi trong khử khuẩn nguồn nước, bề mặt vật thể và không khí, đặc biệt trong các ngành công nghiệp thực phẩm và y tế Đèn phát tia UV bao gồm một ống thủy tinh hình trụ tròn với lớp bột huỳnh quang mỏng bên trong và hai điện cực làm bằng dây vonfram dạng lò xo xoắn, được tráng một lớp bari-oxi.
Hình 2.1: Cấu tạo đèn UV Ảnh: dadco.com.vn
SARS-CoV-2 là một loại virus corona mới, thuộc nhóm virus đã từng gây ra nhiều dịch bệnh trước đây Nghiên cứu cho thấy tia UV có khả năng tiêu diệt các chủng virus này, vì vậy có thể hy vọng rằng phương pháp này cũng sẽ hiệu quả đối với virus SARS-CoV-2.
+ Việc khử khuẩn diễn ra đơn giản, nhanh chóng, tiết kiệm nhiều thời gian và sức lao động
+ Tiêu thụ rất ít năng lượng
+ Không sử dụng các chất hóa học để khử khuẩn Không để lại tồn dư hóa chất sau khi hoàn thành khử khuẩn
+ Thích hợp cho diệt khuẩn không khí, nước, vật thể, Dùng cho con người sẽ gây hại tới da và mắt
+ Đèn phát UV trong quá trình khử khuẩn sẽ kết hợp oxy tạo ra khí ozone
+ Không khử khuẩn được ở những vị trí khuất ánh đèn
Hình 2.2: Buồng khử khuẩn dùng tia UV nhằm khử khuẩn khẩu trang, thiết bị y tế Ảnh: mta.edu.vn
Hình 2.3: Đèn UV được đặt trên rô bốt nhằm khử khuẩn nhanh chóng, tự động Ảnh: UVD
Robots b Khử khuẩn bằng phun béc dung dịch
Phun béc là kỹ thuật tưới tiêu sử dụng máy bơm nước cột áp cao, kết hợp với ống dẫn và mũi phun có tiết diện nhỏ để tạo ra hiệu ứng như mưa Phương pháp này thường được áp dụng trong nông nghiệp để tưới cây và phun thuốc.
Hình 2.4: Phun béc trong nông nghiệp Ảnh: baogialai.com.vn
Phương pháp phun béc hiện nay đang trở thành lựa chọn phổ biến nhờ tính tiện lợi và giá thành hợp lý, không yêu cầu độ chính xác cao Trên thị trường, có nhiều loại bình phun béc từ cá nhân đến hệ thống phun tự động quy mô lớn, phục vụ đa dạng mục đích sử dụng.
Hình 2.5: Phun dung dịch khử khuẩn trong bệnh viện bằng bình phun béc cỡ nhỏ Ảnh: bvdktuthainguyen.gov.vn Ưu điểm:
+ Chế tạo, lắp ráp, vận hành đơn giản
+ Tiện lợi, dễ sử dụng, dễ sửa chữa
+ Thích hợp khử khuẩn ở không gian rộng, ít bị che khuất
+ Độ chính xác thấp, kích thước hạt lớn nên không thể áp dụng phun trong môi trường bị khuất như gấp khúc trên quần áo
+ Sau khi phun khử khuẩn sẽ làm ướt, gây ra nhiều bất tiện cho người sử dụng buồng khử khuẩn phun béc c Khử khuẩn bằng phun sương dung dịch
Phương pháp phun sương là kỹ thuật hiệu quả để phân tán dung dịch thành dạng sương trong không khí, thường được áp dụng để làm mát chuồng trại và vườn cây.
14 nó còn được dùng để phun dung dịch khử khuẩn khử nấm, virus, vi khuẩn, mầm bệnh trong phòng mổ, không khí,
Hình 2.6: Làn sương được phun ra từ máy phun sương mini cầm tay Ảnh: tiki.vn
Phương pháp phun sương tạo ra hạt siêu nhỏ, kích thước lên đến 0,7 𝜇𝑚, cho phép hóa chất được phun ra đủ nhẹ để bao phủ mọi bề mặt và không gian cần khử khuẩn, đảm bảo hiệu quả khử trùng đồng đều trên tất cả các bề mặt.
Hình 2.7: Phun sương khử khuẩn phòng chống dịch bệnh COVID-19 Ảnh: soytequangninh.gov.vn
Kể từ khi dịch COVID-19 bùng phát toàn cầu, nhiều quốc gia đã áp dụng phương pháp phun sương để khử khuẩn đồ vật, không gian sống và khu cách ly một cách hiệu quả.
+ Có khả năng khử khuẩn tại các vị trí bị che khuất
+ Vận hành êm ái, không gây tiếng ồn
+ Linh kiện dễ tìm kiếm, dễ dàng chế tạo số lượng lớn trong trường hợp khẩn cấp Khuyết điểm:
Phun sương tạo độ ẩm có thể dẫn đến hiện tượng ẩm ướt và đọng nước, gây hư hỏng cho thiết bị và tạo môi trường thuận lợi cho sự phát triển của nấm mốc và vi khuẩn.
+ Muốn bền và sạch sẽ cần phải thường xuyên vệ sinh hệ thống phun sương trong buồng d Phun dung dịch khử khuẩn dạng khói
Phun khói là phương pháp phổ biến trong nông nghiệp nhờ khả năng tạo ra làn khói rộng lớn, có thể xâm nhập vào những khu vực rậm rạp để tiêu diệt côn trùng và phun thuốc bảo vệ thực vật Phương pháp này hoạt động dựa trên nguyên lý hỗn hợp không khí và xăng được phát nổ liên tục trong buồng đốt, tạo ra áp lực để phun dung dịch khử khuẩn Khi dung dịch này được đưa vào buồng đốt, nó nhanh chóng bốc hơi nhờ nhiệt độ cao, hòa quyện với hóa chất và nhiên liệu để tạo thành khói lan tỏa, nâng cao hiệu quả khử khuẩn Do đó, nhiều quốc gia đã áp dụng máy phun khói để nhanh chóng khử khuẩn các khu vực có ca nhiễm bệnh.
Hình 2.8: Khử khuẩn bằng phun khói được áp dụng rộng rãi ở Trung Quốc Ảnh: tapchitaichinh.vn Ưu điểm:
+ Tạo làn khói bao trùm khu vực phun, khử khuẩn hiệu quả kể cả các vùng bị che khuất
+ Thích hợp để khử khuẩn không gian công cộng rộng lớn như bến xe, cảng hàng không, vùng dịch,
+ Khi hoạt động tạo ra tiếng ồn lớn
+ Do dùng động cơ đốt nhiên liệu nên khi hoạt động sẽ sinh ra nhiệt
+ Không thích hợp để phun vào cơ thể người e Phun siêu âm
Vật liệu làm đầu tạo sương siêu âm thường là vật liệu áp điện, có khả năng biến dạng khi có điện áp Khi áp dụng điện áp trái dấu theo chu kỳ, vật liệu sẽ co dãn theo tần số nguồn cấp, tạo ra dao động Dao động này khiến tấm màng phía trên cũng dao động, giúp tăng diện tích tiếp xúc với nước và ngăn nước rơi xuống phía dưới.
Sóng nước không thể theo kịp dao động của tấm màng do quán tính và khối lượng riêng lớn, dẫn đến sự hình thành các vùng áp suất thấp gọi là lỗ trống Những vùng này chứa năng lượng cao và khi phát nổ gần bề mặt nước, tạo ra những đỉnh sóng nhấp nhô Tại đỉnh sóng, các giọt nước nhỏ được cung cấp năng lượng từ lỗ trống và có thể thoát ra không khí dưới dạng sương mù với kích thước hạt khoảng 10 nm Nhờ vào tính năng này, phun siêu âm được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp, chẳng hạn như tạo độ ẩm cho nhà yến và làm mát không gian, đồng thời cũng rất hiệu quả trong việc phun dung dịch khử khuẩn.
Hình 2.9: Cấu tạo bộ phun sương siêu âm Ảnh: pcbvn.vn
Hình 2.10: Làn sương tạo ra bằng phun siêu âm, có kích thước hạt rất nhỏ, mịn Ảnh: mayphunsuonggiare.com.vn Ưu điểm:
+ Kích thước hạt siêu nhỏ, khử khuẩn được những vị trí khuất, nhỏ, hẹp
+ Không để lại nước đọng trong buồng hay trên quần áo người sử dụng
+ Phương pháp phun tiết kiệm dung dịch nhất
+ Các mắt phun siêu âm dễ hỏng vặt
+ Chi phí đầu tư lớn
2.1.2 Các phương án thiết kế buồng a Dạng vòm mở
Một số quốc gia đã sử dụng buồng khử khuẩn có thiết kế dạng vòm mở như Thổ Nhĩ
Kỳ, Trung Quốc, Thái Lan…(Hình 11)
Hình 2.11: Thiết kế buồng khử khuẩn dạng vòm mở được nhiều nước sử dụng như Trung
Quốc, Thái Lan Ảnh: cbc.ca, nationthailand.com
Thiết kế này cũng có nhiều ưu điểm song đó cũng có vài nhược điểm: Ưu điểm:
+ Người đứng trong tiếp xúc đều với các lỗ phun trên vòm, đem lại hiệu quả khử khuẩn cao
+ Có không gian bên trong rộng lớn, thoải mái
+ Vị trí các lỗ phun cách xa người sử dụng, gây hao phí chất khử khuẩn hơn
+ Không gian mở dễ bị các yếu tố bên ngoài tác động như gió, làm giảm hiệu quả phun khử khuẩn
+ Khả năng vận chuyển hạn chế hơn
Buồng khử khuẩn dạng đường hầm đã được nhiều quốc gia, đặc biệt là Ấn Độ, áp dụng rộng rãi Thiết kế này bao gồm một lối đi dài với các vòi phun dung dịch dọc theo lối đi, giúp người sử dụng tiết kiệm thời gian mà không cần phải dừng lại lâu Ưu điểm nổi bật của thiết kế này là tính tiện lợi và hiệu quả trong việc khử khuẩn.
+ Tiết kiệm thời gian khử khuẩn
+ Thuận tiện lắp đặt tại lối vào trường học, bệnh viện, nhà máy,
+ Có thể khử khuẩn cho nhiều người cùng lúc
+ Chỉ thích hợp lắp đặt cố định, tính cơ động thấp
+ Tốn thêm chi phí linh kiện, vật tư chế tạo
+ Nếu công đoạn nghiên cứu không tốt sẽ khó xác định được mật độ bám của dung dịch sát khuẩn khi có người di chuyển bên trong
+ Tốn nhiều diện tích khi đặt những nơi chật hẹp, đông người
Hình 2.12: Buồng khử khuẩn dạng đường hầm Ảnh: tribuneidia.com c Dạng hộp kín
Hình 2.13: Buồng khử khuẩn một người dạng hộp Ảnh: forbes.com, jakartapost.com
Thiết kế của kiểu buồng này được nhiều nước trên thế giới áp dụng và lắp đặt ở nhiều nơi (Hình 13) Ưu điểm:
+ Nhỏ gọn, dễ chế tạo
+ Khả năng cơ động cao, có thể nhanh chóng triển khai ở vùng bùng phát dịch
+ Dung dịch khử khuẩn được phun trong không gian kín, vừa người, đảm bảo hiệu quả khử khuẩn cao nhất
+ Tiết kiệm dung dịch khử khuẩn
+ Chỉ khử khuẩn được một người một lần.
Lựa chọn phương án thiết kế sơ bộ
Thiết kế buồng phải có tính đa năng cao, thể hiện qua các tiêu chí sau:
+ Phù hợp với người Việt Nam, gồm người lớn và trẻ em
+ Thời gian khử khuẩn linh hoạt, đáp ứng phục vụ quy mô lớn
+ Dễ dàng tháp lắp, vận chuyển
+ Có thể phun được nhiều loại dung dịch
+ Hoạt động tự động, sử dụng dễ dàng
Nhóm nghiên cứu quyết định lựa chọn:
Phương án phun siêu âm với kích thước hạt 10 nm sử dụng vỉ tạo âm siêu âm 10 mắt mang lại nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm hiệu quả khử khuẩn cao, tiết kiệm dung dịch, hạn chế tồn dư hóa chất và không gây bất tiện cho người sử dụng.
+ Phương án thiết kế buồng: buồng dạng hộp kín, có lối vào và lối ra
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BUỒNG PHUNG DỊCH KHỬ KHUẨN
Đặt vấn đề
Buồng khử khuẩn cần được thiết kế dễ dàng chế tạo và lắp ráp, thuận tiện cho việc vận chuyển đến các địa điểm công cộng như trường học, bệnh viện và bến xe Thiết bị này phải hoạt động tự động để giảm thiểu tiếp xúc với người dùng, đồng thời có kích thước nhỏ gọn để tạo sự thoải mái và tiện lợi Quan trọng nhất, buồng khử khuẩn phải đảm bảo hiệu quả phun khử khuẩn cao nhất.
Buồng được cấu tạo từ các thành phần cơ bản như thùng chứa hóa chất, tủ điện, hệ thống ống dẫn dung dịch, hệ thống phun, cùng với vách, trần và đế.
Thiết kế phần khung cơ khí
Sau khi xem xét các mẫu hệ thống khử khuẩn trong nước và trên thế giới, chúng tôi chọn cấu tạo như sau:
Hình 3.1: Sơ đồ cấu tạo buồng phun dung dịch khử khuẩn
1: Tấm đế; 2: Vách trái; 3: Vách phải; 4: Tấm thông hơi; 5: Trần buồng; 6: Cảm biến và tấm gá cảm biến; 7: Thùng đựng hóa chất; 8: Thùng điện; 9: Giá đỡ thùng
Nguyên lý hoạt động của buồng khử khuẩn là khi có người bước vào, cảm biến sẽ tự động nhận diện và kích hoạt đèn báo hiệu để bắt đầu quá trình phun Sau một khoảng thời gian phun, đèn sẽ sáng lên để thông báo kết thúc quá trình, cho phép người trong buồng bước ra và người tiếp theo có thể vào để bắt đầu quy trình khử khuẩn mới.
3.3 Thiết kế sàn, vách, trần cho buồng khử khuẩn a) Thiết kế sàn buồng
Sàn buồng là một mặt phẳng nằm ngang có chức năng chịu lực và bao che, được thiết kế đủ chắc chắn để chịu tải trọng từ các bộ phận khác và người sử dụng Nó có bộ phận giằng giúp tăng độ cứng và chống lại tác động của gió Sàn cũng cần bảo vệ không gian bên trong khỏi các tác nhân gây hại từ dưới mặt sàn và làm kín không gian phun khử khuẩn Bên cạnh đó, sàn buồng cần có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, sử dụng vật liệu nhẹ, dễ tìm kiếm và vận chuyển, yêu cầu nhiều yếu tố kỹ thuật để đảm bảo hiệu quả.
Thiết kế sàn buồng như sau:
Hình 3.2: Thiết kế sàn buồng khử khuẩn
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật sàn buồng:
Vật liệu SS400 b) Thiết kế vách buồng
Vách buồng có vai trò quan trọng trong việc ngăn cách và tạo không gian kín cho quá trình phun khử khuẩn, đồng thời tham gia vào kết cấu chịu lực của buồng, chịu đựng sức nặng của trần và góp phần tạo nên tính thẩm mỹ cho sản phẩm Cấu tạo của vách buồng bao gồm nhiều yếu tố thiết yếu.
Hình 3.3: Sơ đồ cấu tạo vách buồng
Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật của vách buồng
5 Lỗ ghép ống dẫn dung dịch ỉ130 SL: 1
Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật thanh chân và thanh bắt vách
Thanh chân Thanh bắt vách
Số lỗ ỉ10 13 7 c) Thiết kế trần buồng
Trần buồng cần được thiết kế hợp lý và gọn nhẹ để lắp đặt các thiết bị như lỗ phun, cảm biến và đèn báo hiệu, đồng thời đảm bảo tính thẩm mỹ cao.
Kết cấu trần buồng như hình 17:
Hình 3.4: Kết cấu trần buồng
1: Tấm trần trong; 2: Thanh ngang; 3: Tấm trần ngoài; 4: Cảm biến và thanh gá cảm biến
Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật trần buồng:
3.4 Tính toán hệ thống lỗ phun cho buồng khử khuẩn
Hệ thống lỗ phun của buồng được thiết kế dọc theo hai bên vách và phía trên, cho phép dung dịch khử khuẩn anolyte được phun tuần hoàn từ dưới lên mà không cần người sử dụng phải xoay người Dung dịch được phun dưới dạng hạt sương siêu âm, giúp tăng cường độ bao phủ và mang lại cảm giác thoải mái, không gây khó chịu hay đọng nước trên cơ thể.
Các vòi phun được bố trí trong các lỗ thông hơi trên hình 18:
Hình 3.5: Tấm thông hơi lỗ phun dung dịch khử khuẩn
Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật các lỗ phun dung dịch trong buồng
Kích thước tấm thông hơi: D x R (mm) 394 x 146
Số lượng tấm thông hơi 2
Số lượng lỗ thông hơi 15
Kích thước lỗ thông hơi (mm) 80 x 2xR10
Vật liệu SS400 Đường kớnh lỗ ghộp (mm) 14 x ỉ4
Hình 3.6: Sơ đồ bố trí lỗ phun trên vách trần
Hình 3.7: Sơ đồ bố trí lỗ phun trên vách trong trái và phải
Bảng 3.6: Thông số kỹ thuật các lỗ phun trên vách trần, vách trong trái phải
Vách trần Vách trong trái và phải
Số lượng lỗ phun 9 30 Đường kính lỗ phun (mm) 10 10
Tính toán hệ thống lỗ phun cho buồng khử khuẩn
Hệ thống lỗ phun được thiết kế ở phía trên và hai bên vách buồng, giúp dung dịch phun tuần hoàn từ dưới lên mà không cần xoay người Dung dịch khử khuẩn anolyte được phun dưới dạng hạt sương siêu âm, tăng cường độ bao phủ mà không gây khó chịu hay đọng nước trên cơ thể người sử dụng.
Các vòi phun được bố trí trong các lỗ thông hơi trên hình 18:
Hình 3.5: Tấm thông hơi lỗ phun dung dịch khử khuẩn
Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật các lỗ phun dung dịch trong buồng
Kích thước tấm thông hơi: D x R (mm) 394 x 146
Số lượng tấm thông hơi 2
Số lượng lỗ thông hơi 15
Kích thước lỗ thông hơi (mm) 80 x 2xR10
Vật liệu SS400 Đường kớnh lỗ ghộp (mm) 14 x ỉ4
Hình 3.6: Sơ đồ bố trí lỗ phun trên vách trần
Hình 3.7: Sơ đồ bố trí lỗ phun trên vách trong trái và phải
Bảng 3.6: Thông số kỹ thuật các lỗ phun trên vách trần, vách trong trái phải
Vách trần Vách trong trái và phải
Số lượng lỗ phun 9 30 Đường kính lỗ phun (mm) 10 10
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, HỆ THỐNG PHUN SIÊU ÂM …
Thiết kế hệ thống điều khiển
Buồng khử khuẩn sử dụng bộ điều khiển PLC FX2N-10MR có kích thước tổng thể như hình 19
Hình 4.1: Kích thước bộ điều khiển PLC FX2N-10MR
PLC FX2N-10MR là dòng PLC kinh tế nhất, nổi bật với giá cả phải chăng và độ tin cậy cao, sử dụng phần mềm GX của Mitsubishi Thiết bị này rất phù hợp cho các ứng dụng nhỏ, giúp tiết kiệm chi phí đầu tư.
Bảng 4.1: Thông số PLC FX2N-10MR
Ngõ vào 6 ngõ in, kích 0V
Ngõ ra 4 ngõ ra rơ-le
Ngõ vào analoge 2 ngõ 0-10V, 12 bit
Thiết kế hệ thống phun siêu âm
Nhóm nghiên cứu sử dụng vỉ tạo ẩm siêu âm 10 mắt 7L/H (hình 21)
Hình 4.3: Vỉ tạo ẩm siêu âm 10 mắt Ảnh: tiki.vn
Vỉ được cấu tạo từ một board mạch điện tử có chức năng chuyển đổi dòng điện bình thường thành điện xoay chiều tần số cao, phát sóng siêu âm qua mắt tạo ẩm Khi dung dịch tiếp xúc với sóng siêu âm, nó sẽ tách thành hơi sương Máy được trang bị cảm biến, tự động ngưng hoạt động khi không có dung dịch, đảm bảo an toàn cho người sử dụng Tất cả các tính năng này được tích hợp trong thiết bị.
34 khuông inox chống rỉ, chống nước Công nghệ phun siêu âm không tạo ra tiếng ồn, hiệu suất cáo, tiết kiệm điện, không gây đọng nước lên người dùng
Bảng 4.2: Thông số kĩ thuật vỉ tạo ẩm siêu âm 10 mắt 7L/H
Xuất xứ Trung Quốc Áp sử dụng 48V DC
Số mắt siêu âm trên 1 vỉ 10 mắt
Kích thước hạt phun 10 nm
Trong thiết kế buồng khử khuẩn, việc xác định lưu lượng phun, số lượng và vị trí vòi phun là rất quan trọng để đánh giá hiệu quả khử khuẩn Nhóm nghiên cứu đã áp dụng phương pháp CFD (Computational Fluid Dynamics) để mô phỏng quá trình phun khử khuẩn trong buồng.
Tính toán động lực học dòng chảy CFD (Computational Fluid Dynamics) sử dụng các phương pháp số và công nghệ mô phỏng máy tính để giải quyết các vấn đề liên quan đến chuyển động của môi trường, đặc tính lý hóa, sức bền, nhiệt động, động học và động lực học Công nghệ này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm xây dựng đập thủy điện, thiết kế hệ thống thông gió và thử nghiệm khí tài quân sự.
CFD đã trở thành một phương pháp quan trọng trong động lực học lưu chất, được xem như "hướng thứ ba" bên cạnh thực nghiệm thuần túy và lý thuyết thuần túy.
Mô hình buồng khử khuẩn thực tế đã được tối giản bằng cách loại bỏ các chi tiết không cần thiết trong quá trình tính toán (hình 4.4) Lưu lượng chất lỏng được tính toán nhằm đảm bảo phủ đều toàn bộ không gian buồng trong thời gian phun 20 giây.
Dung dịch Anolyte (Anolyte ClO) được sử dụng để tính toán mô phỏng phun khử khuẩn, chứa 99,69% nước và không gây độc hại cho con người cũng như môi trường, nhưng vẫn có khả năng diệt khuẩn hiệu quả Anolyte đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như xử lý nước, chăn nuôi, trồng trọt, nuôi trồng và chế biến thủy sản, sản xuất bia, bệnh viện, khách sạn và vệ sinh nhà xưởng Việc mô phỏng phun dung dịch Anolyte sẽ mở rộng khả năng ứng dụng cho nhiều loại dung dịch khử khuẩn khác.
Hình 4.4: Mô hình buồng khử khuẩn dùng trong tính toán
Dựa trên mục đích nhiệm vụ, phương trình Navier-Stokes và một số phương trình liên quan đã được sử dụng để tính toán lưu chất trong môi trường 3D
𝜕𝑡 + u ∇u) = −∇𝑝 + ∇𝕋 + F (2) Định luật bảo toàn khối lượng:
36 u: vận tốc (m/s); p: áp suất (Pa);
F: lực trên đơn vị thể tích (N/m 3 );
Chảy rối là một thách thức lớn trong mô phỏng CFD, và nghiên cứu này phân tích buồng khử khuẩn bằng mô đun k-ε Mô đun này được sử dụng phổ biến trong tính toán dòng chảy rối trong các nghiên cứu và ứng dụng công nghiệp, thông qua việc giải quyết phương trình động năng (k) và phương trình tiêu tán rối (𝜀) Nhờ đó, nó giúp cải thiện độ chính xác của kết quả và giảm khối lượng tính toán.
𝜕𝑥 𝑗] + 𝑃 𝑘 + 𝑃 𝑏 − 𝜌𝜖 − 𝑌 𝑀 + 𝑆 𝑘 (4) Phương trình tiêu tán rối (𝜀):
𝑢 𝑗 : thành phần vận tốc theo hướng
Tất cả các bề mặt, bao gồm bề mặt cơ thể người được định nghĩa là “wall”,
“inlet” là những lỗ phun siêu âm với tốc độ 2 m/s Hướng chuyển động của dòng hơi vuông góc với cửa vòi phun
Sau khi hoàn thành việc xây dựng mô hình, bước tiếp theo là chia lưới tính toán Trong trường hợp không có người bên trong, mô hình có tổng cộng 363,657 nút và 1,946,212 phần tử được sử dụng.
37 dụng Với trường hợp thứ 2 (có một người bên trong), tổng cộng có 4490118 nút và 2392611 phần tử (Hình 4.5)
Hình 4.5: Chia lưới tính toán toán mô hình buồng khử khuẩn
Các kết quả khi ứng dụng CFD vào nghiên cứu thiết kế hệ thống phun trong buồng khử khuẩn:
Hình 4.6: Mật độ dung dịch khử khuẩn trong buồng khi không có người và có người
Hình 4.6 cho thấy sự phân bố của dung dịch khử khuẩn sau 20 giây phun, cho thấy dung dịch đã được phun tỏa đều khắp không gian buồng và trên cơ thể người Những khu vực có khả năng chứa nhiều vi khuẩn, như bàn tay, có mật độ dung dịch cao hơn, từ đó tăng khả năng bất hoạt mầm bệnh và giảm nguy cơ lây nhiễm Hình 4.7 và hình 4.8 minh họa chuyển động của dòng hơi trong quá trình khử khuẩn.
38 khi buồng hoạt động và vận tốc của nó Vận tốc cao nhất đạt 2 m/s tại các vòi phun và vận tốc thấp nhất tại đáy buồng
Hình 4.7: Mô phỏng chuyển động của dòng hơi trong buồng phun khử khuẩn
Hình 4.8: Trường vận tốc của dòng hơi chuyển động trong buồng khử khuẩn
Hình 4.9 minh họa sự phân bố áp suất trong buồng sau 20 giây, cho thấy áp suất phân bố đồng đều và đạt giá trị tối đa tại trần buồng Trong vài giây đầu, có sự chênh lệch lớn giữa áp suất cao nhất và thấp nhất, nhưng sau khi dòng hơi di chuyển từ khu vực áp suất cao đến khu vực áp suất thấp, sự chênh lệch này giảm dần Hiện tượng này được thể hiện rõ trong hình 4.10 và 4.11.
Hình 4.9: Phân bố áp suất trong buồng
Hình 4.10: Giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của áp suất trong buồng khi có người
Hình 4.11: Giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của áp suất trong buồng khi không có người
Khi có người trong buồng áp suất, không gian bị thu hẹp, khiến dòng hơi khó chuyển động từ nơi có áp suất cao sang nơi có áp suất thấp Điều này dẫn đến sự giảm dần của giá trị áp suất lớn nhất và nhỏ nhất Ngược lại, trong trường hợp không có người, giá trị áp suất ổn định ngoại trừ 5 giây đầu sau khi phun.
Bằng cách áp dụng các phương pháp nghiên cứu tiên tiến và công cụ tính toán hiện đại, hệ thống phun trong buồng đã được đánh giá một cách đầy đủ về khả năng bất hoạt mầm bệnh trước khi đưa vào sản xuất Các mô hình động lực học đã được thiết lập để mô phỏng chuyển động của dung dịch khử trùng, với các thông số như vận tốc, dòng chảy, áp suất và mật độ bao phủ hoàn toàn phù hợp cho việc sử dụng thực tế.
GIA CÔNG, CHẾ TẠO BUỒNG KHỬ KHUẨN
HƯỚNG DẪN LẮP ĐẶT VÀ VẬN HÀNH
Hướng dẫn lắp đặt
- Chọn nơi khô ráo, sạch sẽ, có nền vững chắc
- Không đặt buồng ở gần nguồn nhiệt, nơi khó tiếp cận
- Không đặt buồng gần các chất hóa học, có thể làm hư hao thiết bị, giảm hiệu suất hoạt động của buồng
- Tháo các bọc nilong than buồng và linh kiện
- Kiểm tra số lượng linh kiện kèm theo đúng với chỉ dẫn
- Lắp đặt thảm lót sàn, màn cửa
- Lắp đặt hệ thống đèn, cảm biến
- Kiểm tra các mối ghép đường ống để tránh rò rỉ khi sử dụng
Hướng dẫn vận hành
b) Kiểm tra máy trước khi hoạt động
- Cố định các bánh xe xuống nền
- Chú ý kiểm tra các bộ phận như thùng đựng dung dịch, ống dẫn, lỗ thông hơi vòi phun, tránh hiện tượng bám bẩn, rác … có trong máy
- Kiểm tra nguồn, các thiết bị cơ, đèn báo…
- Bật CB của tủ điện
- Quan sát điện áp nguồn, đèn báo pha…Nếu ổn định mới được vận hành máy
- Kiểm tra các cảm biến bằng cách nhìn thông số trên màn hình hiển thị c) Vận hành buồng
- Cho dung dịch khử khuẩn vào thùng chứa Lưu ý dung dịch phải sạch không chứa cặn bẩn, vật thể lạ vì sẽ gây tắc nghẽn dường ống
- Cài đặt thời gian phun
- Quan sát tín hiệu đèn của buồng khi vận hành
+ Đèn vàng: Buồng sẵn sàng hoạt động, có thể bước vào
+ Đèn đỏ: Buồng đang trong quá trình phun Không nên bước vào hay bước ra ngoài
+ Đèn xanh: Quá trình phun hoàn tất, người trong buồng bước ra ngoài
+ Đèn vàng: Buồng sẵn sàng khử khuẩn cho người kế tiếp
- Nên sử dụng buồng ở những nơi đông người (bệnh viện, trường học, cơ quan… không nên sử dụng trong hộ gia đình
Bảng 6.1: Các sự cố thường gặp, nguyên nhân và cách khắc phục
SỰ CỐ NGUYÊN NHÂN CÁCH KHẮC PHỤC
Buồng không hoạt động - Không có tín hiệu điện
- Mức dung dịch chưa đạt
- Kiểm tra nguồn điện cung cấp
- Thêm dung dịch vào thùng chứa
Buồng phun không đạt yêu cầu
- Kiểm tra các tác nhân gây tắc nghẽn lỗ phun như bụi bẩn
- Cài đặt thông số (gọi nhân viên kỹ thuật)
Buồng không hoạt động dù có điện hoặc hoạt động không ngừng
- Lỗi hệ thống điều khiển - Gọi nhân viên kỹ thuật
Buồng bị rò rỉ dung dịch - Lỗi đường ống - Kiểm tra các đường ống, thùng đựng dung dịch, gọi nhân viên kỹ thuật
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
1 Kết luận Đề tài đã đạt được kết quả sau:
Nghiên cứu tổng quan về khử khuẩn và buồng khử khuẩn bao gồm việc tìm hiểu tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước, các tiêu chuẩn an toàn và thiết kế phù hợp với người Việt Nam Bên cạnh đó, bài viết cũng phân tích ưu nhược điểm của các dạng buồng khử khuẩn hiện có cùng với các phương thức khử khuẩn, nhằm chọn ra kiểu thiết kế và nguyên lý hoạt động tối ưu nhất để ứng dụng tại thị trường trong nước.
Nghiên cứu thiết kế và chế tạo buồng khử khuẩn bao gồm các công đoạn quan trọng như thiết kế phần đế, khung và trần buồng, cùng với việc phát triển hệ thống điều khiển Ngoài ra, còn có thiết kế và mô phỏng để đánh giá hiệu quả của hệ thống phun siêu âm.
Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục cải tiến buồng khử khuẩn Mục tiêu của chúng tôi hướng tới như sau:
- Nghiên cứu cải tiến hiệu quả khử khuẩn của hệ thống phun siêu âm
- Cải tiến kiểu dáng công nghiệp, hệ thống điều khiển, thiết kế cơ khí
- Nghiên cứu tích hợp thêm nhiều chức năng theo yêu cầu khách hàng như tích hợp máy đo nhiệt độ, thông báo bằng giọng nói ở nhiều thứ tiếng…
- Phát triển sự đa năng của buồng khử khuẩn như kiểm soát số lượng người đi qua, kiểm soát lượng dung dịch còn lại trong bồn chứa
Chúng tôi không chỉ cải tiến buồng khử khuẩn mà còn nghiên cứu các sản phẩm khác nhằm hỗ trợ công tác chống dịch COVID-19, bao gồm buồng lấy mẫu khử khuẩn cho xét nghiệm quy mô lớn, máy sát khuẩn tay tự động, máy trợ thở, và phòng áp lực âm phục vụ điều trị bệnh nhân truyền nhiễm.
