thiết kế hệ thống chiếu sáng nhân tạo cho xí nghiệp chế biến nghiền công ty cổ phần mănggan cao bằng

Thiết kế hệ thống chiếu sáng nhân tạo cho Xí nghiệp chế biến nghiền Công ty Cổ phần Măng Gan Cao Bằng”. MỞ ĐẦU1.Tính cấp thiết của đề tài Như chúng ta đã biết quặng mangan là một trong những khoáng sản quý. Tất cả đồ thép đều chứa nó. Tuy nhiên, rất ít người biết đến Mănggan.Mănggan đã được sử dụng từ Thời kỳ Đồ đá như một loại màu tô trong các bức tranh vẽ trên hang động. Ngày nay, khoảng 90% Mănggan được dùng trong sản xuất gang thép; 10% còn lại được dùng làm pin, hóa chất, lon nhôm và mạch điện tử.Từ những giá trị nêu trên việc khai thác và chế biến quặng mangan chính là phục vụ cho sự nghiệp công nghiệp hóa, hiên đại hóa nền kinh tế đất nước.Công ty Cổ phần Măng Gan Cao Bằng là một trong những công ty khai thác và chế biến quặng Măng Gan của nước ta, đáp ứng nhu cầu sử dụng trong nước và xuất khẩu. Công ty luôn được chú trọng cải thiện điều kiện lao động và môi trường làm việc để tăng năng suất lao động và chất lượng sản phẩm. Trong đó, ánh sáng là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sản xuất và sức khỏe người lao động.Qua quá trình thực tập tại Công ty cổ phần Măng Gan Cao Bằng, em được biết Công ty muốn cải tạo lại, thiết kế mới hệ thống chiếu sáng nhằm phục vụ tốt cho công tác sản xuất cũng như sức khỏe người lao động. Cùng với sự hướng dẫn của thầy giáo ThS.Nguyễn Hồng Sơn và các cô chú anh chị đang công tác tại Công ty em đã đưa gia ý kiến và đề xuất cải thiện môi trường lao động đồng thời tính toán : “ Thiết kế hệ thống chiếu sáng nhân tạo cho Xí nghiệp chế biến nghiền Công ty Cổ phần Măng Gan Cao Bằng”. 2.Mục tiêu của đề tàiGóp phần cải thiện điều kiện làm việc và đảm bảo sức khỏe cho người lao động, ngăn ngừa tai nạn lao động và bệnh nghề nghiệp.Thiết kế mới hệ thống chiếu sáng cho xí nghiệp chế biến nghiền của công ty nhằm phù hợp với đặc điểm sản xuất của xí nghiệp, tăng năng suất lao động, đạt hiệu quả kinh tế cao.3.Nội dung nghiên cứuLý thuyết cơ bản về kĩ thuật chiếu sáng công nghiệp thiết kế chiếu sáng trong phân xưởng sản xuất.Thực trạng công tác an toàn vệ sinh lao động tại công ty Cổ phần Măng Gan Cao Bằng .Thiết kế hệ thống chiếu sáng nhân tạo cho xí nghiệp chế biến nghiền công ty Măng gan Cao Bằng.4.Phạm vi nghiên cứu Xí nghiệp chế biến nghiền Công ty Cổ phần Măng Gan Cao Bằng.5.Phương pháp nghiên cứuPhương pháp hồi cứu tài liệu.Phương pháp khảo sát thực tế.Phương pháp tổng hợp và phân tích số liệu.Tính toán, thiết kế hệ thống chiếu sáng công nghiệp.6.Đối tượng nghiên cứuĐiều kiện làm việc tại công ty Cổ phần Măng Gan Cao Bằng.Hệ thống chiếu sáng của Xí nghiệp chế biến nghiền công ty Cổ phần Măng Gan Cao Bằng. CHƯƠNG I :NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ÁNH SÁNG1.1. Lịch sử phát triển của kỹ thuật chiếu sángCó thể coi việc phát triển và chế ngự ngọn lửa là bước đầu cho kỹ thuật chiếu sáng của nhân loại. Nguồn sáng nhân tạo đầu tiên là ngọn nến được sử dụng từ 5000 năm trước theo chiều dài lịch sử ngành kỹ thuật chiếu sáng có bước phát triển rực rỡ khởi đầu từ thời đại ánh sáng điện.Isaac Newton, từ năm 1669 đã phát hiện ánh sáng trắng là tổ hợp của ánh sáng bẩy mầu khi cho tia sáng mặt trời chiếu qua lăng kính.Năm 1756, nhà bác học Nga M.lômonosov là người đầu tiên phát hiện tế bào thị giác và đề xuất thuyết ba mầu của ánh sáng.Bắt đầu từ thế kỷ XIX các định luật cơ bản về điện từ được công bố. Năm 1873 nhà khoa học Scotlald J.C Maxwell đã đề xuất lý thuyết trường điện từ thống nhất và tiên đoán sự tồn tại của ánh sáng điện từ. Năm 1888 nhà khoa học Đức Heỉnrich Hertz lần đầu tiên đã thí nghiệm thành công thu và phát sóng điện từ … Công cụ phân tích phổ được các nhà khoa học Đức phát hiện và ứng dụng trong việc nghiên cứu ánh sáng nhờ đó bức màn bí mật của ánh sáng được phát hiện.Ánh sáng trắng mà mắt người cảm nhận được cơ bản chất sóng điện từ có bước sóng khác nhau đi từ tia tím có bước sóng 380 nm tới tia màu đỏ có bước sóng 780 nm thuyết lượng tử ra đời cuối thế kỷ 19 bởi Mark Plank. Chính Albert Einstein là ngưới đầu tiên đề xuất bản chất sóng hạt của ánh sáng và giải thích ánh sáng gồm vô số hạt nhỏ mang năng lượng là các photon.Hiện tượng phát nóng và tạo nên ánh sáng đỏ khi dòng điện chạy qua sợi dây kim loại được phát hiện năm 1802. Đèn sợi đốt đầu tiên được chế tạo vào năm 1879 từ sợi cacbon, tạo nên nhiệt độ 39000K, hiệu quả ánh sáng 2 lmw tuổi thọ 6000 h. Năm 1908 nhà khoa học Đức đã sử dụng sợi đốt vonfram niken kéo dài tuổi thọ của đèn sợi đốt. Nhà khoa học Hoa Kỳ nghiên cứu bức xạ nhiệt điện tử của sợi đốt trong chân không và đề xuất sợi đốt xoắn kép và được dụng rộng dãi cho đến ngày nay. Các đèn sợi đốt hiện đại trong môi trường Halogen có chỉ số thể hiện màu xấp xỉ 100, cho ánh sáng ấm và đạt hiệu quả 20 lmw.Hồ quang thủy ngân được phát hiện từ năm 1901 nhưng 30 năm sau mới được ứng dụng thực tế, từ năm 1960 các đèn phóng điện thủy ngân mới được ứng dụng trong chiếu sáng công cộng, chúng có thể chuyển hóa 20% điện năng thành quang năng là nguồn sáng lạnh. Hiện tượng ion hóa phát sáng trong chất khí được nhà khoa học Anh phát hiện và úng dụng để chế tạo các loại đèn phóng điện. Đèn hơi Natri áp suất thấp được chế tạo năm 1923 cho ánh sáng đơn sắc màu vàng chúng có thể chuyển hóa 80% điện năng thành quang năng, vì vậy có hiệu quả ánh sáng rất cao đạt tới 200 lmw nhưng hệ số thể hiện màu rất thấp gần bằng 0. Đèn sodium áp suất cao có thể chuyển hóa 50% điện năng thành quang năng cho ánh sáng gần với màu trắng hơn, hiệu quả ánh sáng đạt tới 120 lmw chủ yếu dùng cho chiếu sáng công cộng.Năm 1933 các đèn ống huỳnh quang đầu tiên được bán ra thị trường và ngày nay đã trở thành nguồn sáng chủ yếu được sử dụng rộng rãi để chiếu sáng trong nhà các đèn huỳnh quang thế hệ mới có hiệu quả ánh sáng tới 80 lmw, chỉ số thể hiện màu 70 85. Các đèn Halogen kim loại chế tạo năm 1960 có hiệu suất ánh sáng không lớn hơn đèn sodium áp suất cao, nhưng có sáng trắng hơn và được sử dụng rộng rãi trong chiếu sáng công cộng, chúng có thể được chế tạo với công suất lớn cỡ 2 kw, hiệu quả ánh sáng đạt tới 95 lmw, thích hợp cho chiếu sáng các công trình văn hóa, thể thao …Gần đây các nguồn sáng dựa trên hiện tượng phát quang trong chất bán dẫn được ứng dụng trong các điốt phát quang (Led) cũng đã được sử dụng trong chiếu sáng. Hiệu suất phát quang của các led siêu sáng có thể đạt hiệu quả ánh sáng tới 115 lmW. Ưu điểm quan trọng nhất của các led là chúng có kích thước nhỏ, tuổi thọ rất cao có thể đạt tới 100000 h, vì vậy chúng được sử dụng trong các đèn trang trí, quảng cáo, đèn tín hiệu và hi vọng đây sẽ là một nguồn sáng phổ biến trong tương lai gần.Chiếu sáng là một kỹ thuật đa ngành trước hết là mối quan tâm của các kỹ sư điện, các nhà vật lý nghiên cứu quang và quang phổ học, các cán bộ kỹ thuật của công ty công trình công cộng và các nhà quản lý đô thị. Chiếu sáng cũng là mối quan tâm của các nhà kiến trúc xây dựng và giới mỹ thuật nghiên cứu về chiếu sáng cũng là công việc của các bác sĩ nhãn khoa, các nhà tâm sinh lý học, giáo dục thể chất học đường. Trong thời gian gần đây với sự ra đời và hoàn thiện của các nguồn sáng hiệu suất cao, các phương pháp tính toán và công cụ phần mềm chiếu sáng mới, kỹ thuật chiếu sáng đã chuyển từ giai đoạn chiếu sáng tiện nghi sang chiếu sáng hiệu quả và tiết kiệm điện năng gọi tắt là chiếu sáng tiện ích. Theo các số liệu thống kê năm 2005 điện năng sử dụng cho chiếu sáng toàn thế giới là 2650 tỷ kWh, chiếm 19% sản lượng điện. Hoạt động chiếu sáng xảy ra đồng thời vào giờ cao điểm buổi tối đã khiến cho đồ thị phụ tải của lưới điện tăng vọt gây khó khăn cho việc truyền tải và phân phối điện. Chiếu sáng tiện ích là một giải pháp tổng thể nhằm tối ưu hóa hoàn toàn kỹ thuật chiếu sáng từ việc sử dụng nguồn sáng có hiệu suất sáng cao, thay thế các loại đèn sợi đốt có hiệu quả năng lượng thấp bằng đèn compact, sử dụng rộng rãi các đèn huỳnh quang thế hệ mới, sử dụng trấn lưu sắt từ tổn hao thấp và trấn lưu điện tử, sử dụng tối đa hiệu quả ánh sáng tự nhiên, điều chỉnh ánh sáng theo mục đích và yêu cầu sử dụng, nhằm giảm điện năng tiêu thụ mà vẫn bảo đảm tiện nghi nhìn. Kết quả của chiếu sáng tiện ích phải đạt tiện nghi nhìn tốt nhất, tiết kiệm năng lượng hạn chế các loại khí nhà kính, góp phần bảo vệ môi trường.1.2. Bản chất của ánh sáng Thuyết điện từ trường thống nhất do Maxwell đưa ra là cơ sở cho nhận thức ánh sáng là sóng điện từ. Ánh sáng là sóng điện từ được phát ra khi có sự chuyển mức năng lượng của các điện tử trong các nguyên tử của nguồn sáng. Ánh sáng là sóng điện từ phẳng được đặc trưng bởi vectơ cường độ điện trường và vectơ cảm ứng từ luôn luôn vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng.Tỉ số độ lớn của hai véctơ : là độ từ thẩm của chân không là hằng số điện môi trong chân không 136 . Theo tính toán của Maxwell , tốc độ lan truyền sóng điện từ bằng Trong chân không, sóng điện từ lan truyền đẳng hướng với vận tốc c = 3.108msTrong môi trường chiết suất ánh sáng có vận tốc : Tần số và bước sóng liên hệ bởi biểu thức Trong chân không Thuyết điện từ về ánh sáng giải thích được các hiện tượng nhiễu xạ, giao thoa, phân cực và tán sắc ánh sáng nhưng không giải thích được một số hiện tượng khác như bức xạ của các vật đen, hiệu ứng quang điện…Nội dung của thuyết lượng tử:Các nguyên tử phân tử vật chất không hấp thụ hay bức xạ năng lượng một cách liên tục mà thành những phần tử riêng biệt, đứt quãng có năng lượng hoàn toàn xác định gọi là lượng tử ánh sáng hay photon . Năng lượng của photon chỉ phụ thuộc duy nhất vào tần số : Với h là hằng số planck h = 6,6256.1034 J.s.c là vận tốc ánh sáng trong chân không. là bước sóng ánh sáng.Bất kỳ một nguồn sáng nào cũng bao gồm một số vô cùng lớn các photon lan truyền theo các quy luật của sóng điện từ.Thuyết lượng tử không những giải thích thành công sự tương tác giữa ánh sáng và vật chất mà còn đặt nền tảng cho các nghiên cứu vật lý quan trọng khác.Theo quan điểm của vật lý học hiện đại sóng hạt là hai mặt đối lập nhưng lại thống nhất trong cùng một đối tượng vật chất. Trên quan điểm này, năm 1924 nhà vật lý người pháp đã đưa ra giả thuyết lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng. Theo thuyết này :Mỗi vi hạt tự do có năng lượng và động lượng xác định tương ứng với một sóng phẳng đơn sắc xác định.Năng lượng của hạt liên hệ với tần số dao động của sóng tương ứng theo hệ thức Động lượng p của vi hạt liên hệ với bước sóng của sóng tương ứng theo hệ thức Sau đây đưa ra các bức xạ điện từ thường gặp có bước sóng nằm trong dải sóng radio đến tia Bảng 1.1: Các bức xạ điện từ thường gặp có bước sóng nằm trong dải sóng radio đến tia 3000 m 1000 m Sóng dài (LW)1000 m – 100 mSóng trung (MW)100 m – 10 m Sóng ngắn (SW)10 m – 0,5 m Sóng TV ( FM )0,5 m – 1 mm Sóng rađa1000 µm 0,78 µm Hồng Ngoại ( IR )0,78 µm – 0,38 µm Ánh sáng nhìn thấy.0,38 µm – 0,01 µm Tử ngoại ( UV ).100 A0 – 0,01 A0 Tia XNhỏ hơn 0,01 A0Tia ( 1 µm = 10 6 m, 1 A0 = 10 10 m )Mắt người là bộ phận cảm biến quang sinh học vô cùng tinh tế và linh hoạt, cảm nhận được ánh sáng trong dải bước sóng từ 380 nm đến 780 nm. Sự cảm nhận ánh sáng của mỗi người cũng khác nhau.Trong ánh sáng nhìn thấy, mỗi bước sóng đơn sắc được mắt người cảm nhận bằng một màu riêng. Nhiều ánh sáng đơn sắc tổ hợp lại thành ánh sáng phức hợp.Ánh sắc nhìn thấy chiếm một dải rất hẹp trong phổ bức xạ điện từ có bước sóng liên tục từ 380 nm đến 780 nm, ứng với các dải màu liên tục từ tím, chàm, lam, lục, vàng, da cam, đỏ của bảy sắc cầu vồng. Đây chỉ là các màu chính của phổ ánh sáng trắng, thực ra trong phổ ánh sáng trắng có vô số màu biến thiên liên tục mà mắt chúng ta không thể phân biệt được.Tính chất và màu của ánh sáng phức hợp được quyết định bởi cường độ quang phổ của các thành phần ánh sáng đơn sắc có trong phổ của nó. Hình 1.1. Giới hạn phổ màu của ánh sáng nhìn thấy1.3. Hệ thống thị giác1.3.1. Mắt và cấu tạo của mắtMắt là cơ quan cảm thụ ánh sáng, có cấu trúc vô cùng tinh vi. Mắt người có dạng hình cầu đường kính khoảng 2,4 cm, nặng khoảng 7 g. Ngoài cùng là lớp giác mạc mềm và trong suốt, rồi đến một lớp màng mống mắt hay còn gọi là lòng đen, có tác dụng chắn sáng. Chính giữa lòng đen có lỗ hở nhỏ, hình tròn, gọi là con ngươi. Phía sau con ngươi gọi là thủy tinh thể có tác dụng như một thấu kính hội tụ. Thủy tinh thể được đặt trong một chất lỏng trong suốt chiết suất = 1,336 gọi là thủy tinh dịch. Đáy mắt phía trong được phủ một lớp màng gọi là võng mạc, vừa là màn ảnh, vừa là bộ phận thu nhận sóng. Chính giữa võng mạc có một vòng tròn nhỏ, đường kính chừng 1 mm, gọi là điểm vàng, đây là nơi nhạy sáng nhất của võng mạc. Võng mạc được bao phủ bằng các tế bào thần kinh dạng protein, thực chất đây là các tế bào quang điện liên hệ với bộ não bằng các dây thần kinh thị giác, biến đổi tín hiệu sáng thành tín hiệu điện phù hợp với ánh sáng kích thích vào nó. Các cơ có thể giúp mắt xoay trong hốc mắt để định hướng trục nhìn.1.3.2. Hệ thống quang học của mắtTa có thể hình dung mắt giống như một camera, trong đó con ngươi tương tự cơ cấu điều chỉnh độ mở ống kính, thủy tinh thể là một thấu kính hai mặt lồi bằng chất trong suốt, đàn hồi và có thể thay đổi độ cong để điều tiết hình ảnh hội tụ đúng trên võng mạc. Hoạt động điều tiết của thủy tinh thể tương tự bộ phận điều chỉnh tụ tiêu, còn võng mạc tương tự lớp nhạy ánh sáng hay màn ảnh của camera. Sự điều tiết của mắt nhằm mục đích làm cho các hình ảnh xa, gần rơi đúng trên võng mạc với độ sáng thích hợp giúp ta nhìn rõ các vật.Có hai loại tế bào thị giác:Tế bào hình nón có số lượng khoảng 7 triệu, chúng được phân bố chủ yếu ở vùng giữa võng mạc và được kích thích bằng mức chiếu sáng cao, còn gọi là thị giác ngày, các tế bào hình nón đảm bảo chức năng nhận biết màu.Tế bào hình que nhiều hơn tế bào hình nón ( khoảng 130 triệu) và bao phủ vùng còn lại của võng mạc, tuy nhiên vùng này vẫn có lẫn một số tế bào hình nón. Các tế bào hình nón được kích thích bằng mức chiếu sáng thấp, còn gọi là thị giác đêm và chỉ tạo nên nhận biết màu đen trắng, vì vậy khi chiếu sáng ở mức độ quá thấp, ta không thể phân biệt các màu của các vật, không có một danh giới rõ rệt đối với hai loại tế bào này, chúng hoạt động nhiều hay ít còn phụ thuộc vào mức chiếu sáng, nhất là trong miền trung gian giữa thị giác ngày và thị giác đêm.Độ nhạy của mắt đối với ánh sáng phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng. Bảng 1.2 a. Đặc tính thị giác của mắt người.Đặc tính thị giácThị giác ngày (Photopic)Thị giác đêm ( Scotopic)Tế bào cảm quangHình nón, đáy 0,005 mm, cao 0,07 mm.Hình que dài 0,07 mm, đường kính 0,002 mm.Số lượng tế bào7 triệu130 triệuPhân bố tế bào150 nghìnmm2,giữa võng mạcNgoài tâm võng mạcĐộ nhạy cảm nhận>3,4 cdm2