Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điềuhòa nhiệt độ nước chobể cá

Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: o Giới thiệu đề tài ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho bể cá o Tính cân bằng nhiệt cho bể cá o Thành lập và tính toán

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

TÓM TẮT

Tên đề tài: Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho bể cá

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Thiết

Chương 2 :Tính cân bằng nhiệt cho bể cá

Ở chương này tính toán các tổn thất nhiệt để từ đó xác định năng suất lạnh yêu cầu của hệ điều hòa và từ đó làm cơ sở để chọn công suất cho thiết bị

Chương 3 : Thành lập và tính toán sơ đồ điều hòa

Thành lập sơ đồ điều hòa cho hệ để từ đó định hình nguyên lý hoạt động của hệ

và dựa vào công suất yêu cầu của hệ điều hòa và hiệu suất của tấm bán dẫn để tính toán ra công suất của tấm bán dẫn

Chương 4: Tính chọn tấm bán dẫn và thiết bị phụ

Chọn tấm bán dẫn dựa vào công suất yêu cầu và các loại có trên thị trường Để

từ đó tính toán các thiết bị phụ như bơm và quạt

Chương 5 : Tự động duy trì nhiệt độ cho bể cá

Dựa vào sơ đồ điều hòa mà thiết kế mạch điện để duy trì, tự điều chỉnh nhiệt độ cho bể cá

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT-ĐIỆN LẠNH

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT

NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Nguyễn Viết Thiết Số thẻ sinh viên: 104120128

Lớp:12N2 Khoa: Công nghệ nhiệt-điện lạnh Ngành: Kỹ thuật nhiệt

1 Tên đề tài đồ án:

Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho bể cá

2 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

o Nhiệt độ nước yêu cầu: 270C

o Nhiệt độ không khí : Mùa hè: 400C

Mùa đông: 100C

o Thể tích bể thiết kế: V = 36 lít

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

o Giới thiệu đề tài ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho

bể cá

o Tính cân bằng nhiệt cho bể cá

o Thành lập và tính toán sơ đồ điều hòa

o Tính chọn tấm bán dẫn và thiết bị phụ

o Tự động điều chỉnh nhiệt độ nước cho bể

4 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

5 Họ tên người hướng dẫn: T.S Thái Ngọc Sơn

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 02/2017

7 Ngày hoàn thành đồ án: 06/2017

LỜI NÓI ĐẦU

Nước ta là một nước nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới Do đó điều hoà không khí chiếm một vị trí quan trọng cho con người lẫn các vật nuôi Khi mà đời sống kinh

tế nâng cao thì nhu cầu về điều hoà càng cao Mục đích của việc điều hoà không khí

là tạo ra môi trường vi khí hậu thích hợp cho điều kiện sinh lý của con người và các sinh vật giúp cho thích nghi tốt với sự biến đổi môi trường hơn

Với đề tài ‘’Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho bể

cá’’sau khi tìm hiểu và tiến hành làm đồ án, cùng với sự hướng dẫn tận tình hướng

dẫn về đề tài này đã đem lại cho em những kiến thức bổ ích và kinh nghiệm cho công việc tương lai sau này

Trong suốt quá trình làm đồ án với sự nổ lực của bản thân cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy: TS.Thái Ngọc Sơn cùng các thầy cô khác trong khoa, đến nay đồ án của em đã được hoàn thành Trong cuốn thuyết minh này em đã cố gắng trình bày một cách trọn vẹn và mạch lạc từ đầu đến cuối tuy nhiên vẫn còn vài sai sót, một phần do kiến thức còn hạn chế và tài liệu không đầy đủ nên không tránh khỏi Vì vậy em mong muốn có được sự chỉ bảo quý báu của thầy Em xin chân thành cảm ơn

Đà Nẵng, tháng 6 năm2017 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Viết Thiết

vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có)

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Viết Thiết

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN i

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN ii

TÓM TẮT iii

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv

LỜI NÓI ĐẦU 1

CAM ĐOAN 2

MỤC LỤC 3

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ 6

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 7

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI ỨNG DỤNG TẤM BÁN DẪN PELTIER VÀO ĐIỀU HÒA NHIỆT ĐỘ NƯỚC CHO BỂ CÁ 10

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 10

1.2 Cá và các ảnh hưởng của thay đổi nhiệt độ đến cá 10

1.2.1 Cá 10

1.2.2 Các ảnh hưởng của thay đổi nhiệt độ đến cá 14

1.2.2.1Hệ miễn dịch của cá 14

1.2.2.2Ảnh hưởng đến khả năng chuyển hóa của cơ thể 15

1.3 Các giải pháp điều hòa nhiệt độ nước bể cá 16

1.3.1 Sử dụng thiết bị sưởi điện trở để sưởi ấm bể cá 16

1.3.2 Sử dụng máy điều hòa làm lạnh nước bằng chu trình nhiệt 17

1.4 Giới thiệu về tấm bán dẫn peltier( hay tấm nhiệt điện, sò lạnh) 17

1.4.1 Cấu tạo 17

1.4.2 Nguyên lý hoạt động của tấm bán dẫn 18

1.5 Ứng dụng của tấm bán dẫn 19

1.6 Các thông số tính toán bài toán 20

CHƯƠNG 2: TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT CHO BỂ CÁ CÁNH 21

2.1 Phương trình cân bằng nhiệt 21

2.2 Tính toán hệ số truyền nhiệt các kết cấu bao che 21

2.2.1 Cấu trúc của các kết cấu bao che 21

2.2.2 Xác định các hệ số truyền nhiệt của các kết cấu bao che 21

2.2.2.1 Xác định hệ số truyền nhiệt của kính bao bể cá 22

2.2.2.2 Xác định hệ số truyền nhiệt của đáy bể cá 35

2.3 Tính cân bằng nhiệt 36

2.3.1 Dòng nhiệt qua kết cấu bao che Q1 36

2.3.2 Dòng nhiệt đi qua bề mặt thoáng của bể Q2 38

2.3.3 Dòng nhiệt tỏa ra từ các thiết bị chiếu sáng, trang trí Q3 38

2.3.4 Tổng tổn thất nhiệt 39

CHƯƠNG 3: THÀNH LẬP VÀ TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ ĐIỀU HÒA 40

3.1 Thành lập sơ đồ tính toán 40

3.1.1 Cơ sở thiết lập sơ đồ điều hòa 40

3.1.2 Sơ đồ 40

3.1.3 Nguyên lý hoạt động 41

3.2 Tính toán năng suất tấm bán dẫn 41

3.2.1 Công suất của tấm bán dẫn 41

3.2.2 Kết quả tính toán 42

CHƯƠNG 4: TÍNH CHỌN TẤM BÁN DẪN VÀ THIẾT BỊ PHỤ 43

4.1 Lựa chọn tấm bán dẫn 43

4.2 Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt 44

4.3 Tính chọn bơm, quạt giải nhiệt cho tấm bán dẫn 44

4.3.1 Cơ sở lý thuyết 44

4.3.1.1 Tính chọn đường kính ống: 45

4.3.1.2 Tính trở lực 45

4.3.1.3 Tính chọn bơm, quạt cho mạng nhiệt 48

4.3.2 Tính chọn bơm và chọn bơm 49

4.3.2.1 Lưu lượng nước tuần hoàn 49

4.3.2.2 Tính các tổn thất áp suất 49

4.4 Chọn và tính kiểm tra tấm tản nhiệt cho tấm bán dẫn peltier 51

4.4.1 Chọn tấm tản nhiệt cho tấm bán dẫn peltier 51

4.4.2 Tính kiểm tra tấm tản nhiệt tấm bán dẫn peltier 52

CHƯƠNG 5: TỰ ĐỘNG DUY TRÌ NHIỆT ĐỘ NƯỚC CHO BỂ 57

5.1 Sơ đồ mạch điện 57

KẾT LUẬN 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Hình 1: Hình ảnh bể cá 10

Hình 2: Thiết bị sưởi bể cá 16

Hình 3 Máy điều hòa sử dụng chu trình nhiệt 17

Hình 4: Sự kết nối bán dẫn trong tấm bán dẫn 18

Hình 5: Cấu tạo của tấm bán dẫn peltier 18

Hình 6: Tấm bán dẫn peltier 19

Hình 7: Kết cấu bể cá 20

Hình 8: Truyền nhiệt qua kính 22

Hình 9: Truyền nhiệt qua kính 33

Hình 10: Kết cấu bể cá 37

Hình 11: Sơ đồ nguyên lý hoạt động 40

Hình 12: Bố trí các thiết bị trao đổi nhiệt 44

Hình 13: Cấu tạo của thiết bị trao đổi nhiệt 49

Hình 14: Tấm tản nhiệt tấm bán dẫn peltier 52

Hình 15: bố trí tản nhiệt tấm bán dẫn peltier 52

Hình 16: Kết cấu của cánh tản nhiệt 53

Hình 17: Sơ đồ bố trí mạch điện 57

Bảng 1: Diện tích các mặt của bể cá 37

Bảng 2: Các loại tấm bán dẫn peltier 43

Bảng 3: Tính chọn tốc độ cho môi chất 45

Bảng 4: Hệ số KTN 46

Bảng 5: Hệ số trở lực cục bộ 47

Bảng 6: Thông số kỹ thuật của quạt 51

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

𝛼N- Hệ số trao đổi nhiệt bên ngoài của kính;

𝛼T - Hệ số trao đổi nhiệt bên bề mặt trong của kính;

δi – Bề dày của lớp vật liệu thứ i;

𝜆i – Hệ số dẫn nhiệt qua lớp vật liệu thứ i;

∆p1 - Tổn thất áp suất trên 1 m chiều dài;

Re- Tiêu chuẩn Reynold;

Gr – Tiêu chuẩn Grashoff;

Pr – Tiêu chuẩn Prandtl;

Nu – Tiêu chuẩn Nusselt;

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Do ảnh hưởng biến đổi khí hậu những năm gần đây đến các sinh vật sống trên trái đất, làm biến đổi môi trường sống của chúng Đặc biệt là cá cảnh, nhưng năm gần đây vì thay đổi thời tiết thất thường nên các loại cá cảnh dễ bị chết gây nên nhiều thiệt hại cho thị trường cá cảnh Vì vậy, em chọn đề tài này để làm giảm bớt sự tác động của thay đổi khí hậu đến chúng và đồng thời tránh được những thiệt hại về thị trường cá cảnh

2 Mục tiêu của đề tài

Thiết kế ra 1 hệ thống điều hòa nhiệt độ nước mới có thể khắc phục được nhược điểm của các hệ thống đang có trên thị trường Và hệ thống được thiết kế ra phải duy trì được nhiệt độ nước trong bể cá ổn định ở nhiệt độ 26 – 28 0C

3 Phương pháp làm

- Dựa trên phương pháp tính truyền nhiệt để tính toán nhiệt tổn thất

- Dựa vào các tài liệu nguồn mở trên các trang mạng internet

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI ỨNG DỤNG TẤM BÁN DẪN PELTIER

VÀO ĐIỀU HÒA NHIỆT ĐỘ NƯỚC CHO BỂ CÁ 1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, vấn đề biến đổi khi hậu đang tác động trực tiếp rất rõ đối với cuộc sống của các sinh vât trên trái đất, kể cả con người Một trong những tác động ta có thể dễ thấy nhất là hiện tượng thời tiết thay đổi thất thường, nhiệt độ có thể tăng cao đột ngột vào mùa hè, cũng như nhiệt độ ngày càng thấp vào mùa đông dễ gây ra các bệnh tật cho cả con người lẫn động vật, làm cho môi trường sống của con người và động vật càng ngày càng khắc nghiệt hơn, vì vậy hiện nay, để chống chọi với những vấn đề đó thì biện pháp sử dụng điều hòa là biện pháp ngắn hạn trước mắt mà chúng ta đang lựa chọn để sử dụng

Cũng như đối với con người, việc sử dụng điều hòa cho các loài sinh vật cũng đang được chú ý, để nâng cao môi trường sống cho các sinh vật và để hạn chế thiệt hại kinh tế do thay đổi thời tiết Cụ thể trong đề tài này là cá

Hình 1: Hình ảnh bể cá

1.2 Cá và các ảnh hưởng của thay đổi nhiệt độ đến cá

1.2.1 Cá

Cá là những động vật có dây sống, phần lớn là động vật máu lạnh( ngoại nhiệt),

có mang và sống dưới nước Hiện nay ta biết khoảng 31.900 loài cá, điều này làm chi chúng trở thành nhóm đa dạng nhất trong số các động vật có dây sống Sự biến đổi

Ở các vùng nhiệt đới, phạm vi hoạt động sống, và tốt cho sự phát triển nhất duy

trì ở nhiệt độ 26-280C

• Hệ hô hấp:

Phần lớn các loài cá trao đổi các chất khí bằng mang, là bộ phận nằm ở các bên của hầu Các mang được cấu thành từ các cấu trúc tương tự như sợi chỉ gọi là các thớ mảnh Mỗi thớ mảnh chứa một hệ thống các mao mạch để có diện tích tiếp xúc bề mặt lớn cho việc trao đổi ôxy và điôxít cacbon Cá trao đổi khí bằng cách hút nước giàu ôxy qua miệng và đẩy chúng qua các thớ mảnh của mang Chúng sau đó đẩy nước nghèo ôxy ra ngoài thông qua các lỗ hổng ở các bên của hầu Một số loài cá, như cá mập và cá mút đá, có nhiều lỗ hổng của mang Tuy nhiên, phần lớn các loài cá có một

lỗ hổng của mang trên mỗi bên của cơ thể Lỗ hổng này được che đậy bằng một lớp chất xương bảo vệ gọi là nắp mang Một số loài cá, như cá có phổi, đã phát triển cơ chế thích nghi để cho phép chúng có thể tồn tại trong các khu vực nghèo ôxy hay những nơi mà nước thường xuyên bị khô cạn Các loài cá này có các cơ quan đặc biệt

có tác dụng như phổi Chúng có một ống đưa không khí chứa ôxy tới cơ quan này theo đường miệng cá Một số loài cá có phổi là những loài phụ thuộc vào việc nhận ôxy từ không khí và chúng sẽ chết ngạt nếu không được nhô đầu lên khỏi bề mặt nước

• Hệ bài tiết:

Giống như nhiều loại động vật thủy sinh, phần lớn các loài cá giải phóng các chất thải chứa nitơ dưới dạng amôniắc Một lượng nhỏ chất thải khuếch tán qua mang vào trong môi trường nước xung quanh Phần còn lại được đưa vào thận, cơ quan bài tiết lọc các chất thải từ máu Thận giúp cá kiểm soát nồng độ amôniắc trong cơ thể chúng

Cá nước mặn có xu hướng mất nước do hiện tượng thẩm thấu Đối với cá nước mặn thì thận tích lũy các chất thải và trả lại càng nhiều nước càng tốt cho cơ thể Điều ngược lại diễn ra đối với cá nước ngọt, chúng có xu hướng thu nước liên tục Thận của

cá nước ngọt là đặc biệt thích hợp để bơm một lượng lớn nước tiểu loãng ra ngoài

Một vài loài cá có thận thích nghi đặc biệt để thay đổi chức năng của nó, cho phép cá

có thể di chuyển từ môi trường nước ngọt sang môi trường nước mặn

• Hệ giác quan:

 Thị giác:

Hầu hết cá có mắt ở hai bên đầu, nhờ thế mà cá nhìn được mọi phía, điều này rất cần thiết bởi vì cá không thể quay đầu về phía sau được Phần lớn cá có thể nhìn tốt ở phía trước hoặc ở 2 bên, số ít hơn có khả năng nhìn màu Đó là điều quan trọng khi chúng giao phối vì một số loài có thể thay đổi màu sắc khi giao phối

 Thính giác:

Cá có tai nằm bên trong sọ Giống như các động vật có xương sống khác, tai cá

có chức năng như các cơ quan giữ thăng bằng cũng như để nghe Âm thanh truyền rất tốt trong nước, và nhiều loại cá truyền âm thanh để thông tin cho nhau, có loài còn truyền cả sóng âm (như cá heo nhưng đây không phải phụ thuộc vào thính giác)

 Xúc giác:

Nhiều loài cá sống trong những nơi tối tăm, và xúc giác của chúng là cơ quan hỗ trợ thiết thực cho cơ quan thị giác Một số xúc giác của cá là râu mọc xung quanh miệng (có chức năng như ngón tay) Với cơ quan này, nó có thể di chuyển dễ dàng dưới đáy biển hoặc sông Một cơ quan quan trọng hơn nữa là hệ thống đường bên Cấu tạo của cơ quan này là một nhóm đầu dây thần kinh nằm ở dưới da bên hông của cá Khi có bất kỳ chuyển động nào trong nước (luôn tạo ra sóng lan truyền theo mọi

hướng), hệ thống đường bên sẽ nhận biết sóng này truyền qua hệ thần kinh và cá sẽ biết được đó là kẻ thù hoặc thức ăn gần bên

 Khứu giác:

Tất cả loài cá đều có khứu giác tốt Nhiều loài tận dụng điều này để săn mồi, một

số khác để tự vệ Nếu 1 con cá trong bầy bị thương vì kẻ thù thì tự nhiên nó sẽ tiết ra

1 chất đặc biệt trong da tan loãng vào nước Khi các thành viên trong đàn ngửi thấy

nó, chúng sẽ bơi nhanh hơn để an toàn

 Vị giác:

Cơ quan vị giác của cá có quan hệ chặt chẽ với cơ quan khứu giác Tuỳ vào loài

cá mà có các vị trí vị giác khác nhau, nhưng đều phân bố ở bên trong hoặc xung quanh miệng

 Hệ cơ:

Phần lớn các loài cá chuyển động bằng cách co các cặp cơ ở hai bên xương sống một cách so le Sự co cơ này tạo ra đường cong hình chữ S làm cơ thể cá chuyển động xuống dưới Khi đường cong đạt tới vây cuối thì lực phản hồi được tạo ra Lực phản hồi này, kết hợp với các vây, làm cá chuyển động về phía trước Các vây của cá có tác dụng như là các thiết bị ổn định của máy bay Các vây cũng làm tăng diện tích bề mặt của đuôi, cho phép cá có được gia tốc lớn hơn Cơ thể thuôn của cá làm giảm ma sát khi cá chuyển động trong nước

Do đa phần cơ thể có khối lượng riêng trung bình nặng hơn nước, cá phải có cơ chế bù lại sự sai biệt này nếu không chúng sẽ bị chìm do lực đẩy Ác-si-mét không đủ

để cân bằng trọng lực Nhiều loài cá xương có một cơ quan gọi là bong bóng để điều chỉnh sức nổi của chúng thông qua điều chỉnh áp suất khí trong bong bóng Khi giảm áp suất khí trong bong bóng, bong bóng cá bị ép nhỏ lại, thể tích giảm và lực đẩy Ác-si-méc giảm, khiến cá chìm xuống Khi tăng áp suất khiến bong bóng nở ra, thể tích tăng và lực đẩy Ácsimét tăng, khiến cá nổi lên

1.2.2 Các ảnh hưởng của thay đổi nhiệt độ đến cá

1.2.2.1 Hệ miễn dịch của cá

Hệ thống miễn nhiễm của các loài sinh vật trong đó có cá cảnh, là cơ quan được giao phó chức năng phòng chống lại các tác nhân gây bệnh có thể gây ra trong môi trường sống của cá Một trong các “yếu nhân” cực kỳ quan trọng trong hệ thống miễn nhiễm của cá là các kháng thể và quá trình tạo nên các kháng thể này trong cơ thể của

cá Theo các nghiên cứu cho các loại cá vùng nhiệt đới, thì kháng thể của cơ thể cá sẻ phát triển mạnh nhất ở nhiệt độ 27 độ C, và khi nhiệt độ của môi trường nước mà cá đang sinh sống tăng hay giảm ở mốc nhiệt độ này thì số lượng kháng thể trong cơ thể

cá sẽ theo đó mà giảm theo

Sự tác hại của nhiệt độ nước sẽ thấy rõ rệt khi cá vùng nhiệt đới, khi nhiệt độ của nước nằm ở mức 19 độ C trở xuống Tệ hại hơn nữa là khi nhiệt độ của nước tụt hẳn xuống ~ 12 độ C, thì khả năng sản xuất kháng thể của cá gần như hoàn toàn chấm dứt Đây là nguyên nhân chính tại sao khi nhiệt độ trong bể cá của các bạn giảm sút, thì các mầm mống bệnh cũng theo đó mà gia tăng vậy!

1.2.2.2 Ảnh hưởng đến khả năng chuyển hóa của cơ thể

Ảnh hưởng của nhiệt độ vô cùng quan trọng đối với cơ thể của cá Tất cả các chất xúc tác (enzymes) trong cơ thể cá cho các quá trình chuyển hoá, phân huỷ các thành phần hửu cơ phức tạp của cơ thể, cùng với việc phóng thích năng lượng cần thiết cho các tiến trình hoá học trong cơ thể, cũng như việc tạo lập các hợp chất phức tạp từ các chất hoá học đơn giản hơn trong vệc tạo lập các vật liệu cần thiết cho các mô tế bào

và các hệ thống cơ quan trong cơ thể cá hoạt động, phần lớn phụ thuộc vào trong môi trường có nhiệt độ thích hợp Các chất xúc tác rất cần thiết sẽ ngưng hoạt động khi nhiệt độ của nước giảm ra khỏi tầm nhiệt độ thông thường mà cá đòi hỏi Nếu tình trạng tiếp tục kéo dài, nếu quá nóng, thì các chất xúc tác sẽ bị đẩy vào tình trạng bị biến tính và không thể hoạt động hữu hiệu được Quan trọng hơn hết là cơ quan có chức năng điều tiết nồng độ của các khoáng chất, và các điện phân trong cơ thể là thận

sẽ có vấn đề Một ví dụ điển hình là khi thận, là cơ quan được trao phó chức năng loại

bỏ và thải đi những phần dư thừa của dung dịch, cũng trong cơ thể như khoáng chất

và các điện phân dư thừa không còn làm việc hữu hiệu vì có sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ, thì lập tức nước sẻ xâm nhập vào cơ thể cá nhanh hơn là cá của các bạn có thể thải nước trở ngược ra ngoài Khi xâm nhập được vào các mô tế bào sẽ tạo nên tình trạng bị phù Chính áp xuất của phần dung dịch dư thừa này trong cơ thể tạo nên

áp xuất và đẩy ngược ra vào thành của các tế bào, tạo nên hiện tượng xù vẩy Vì thế

xù vẩy không thể gọi là chứng bệnh được, mà xù vậy là triệu chứng của một nguyến

lý bệnh sâu xa hơn … và đó là sự giảm hiệu năng của thận khi thực thi chức năng của

cơ quan này vậy Đây là lý do tại sao cứ mỗi lần có sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ, thì cá của các bạn thường hay có hiện tuợng bị xù vẩy xuất hiện

Nguyên nhân tạo ra hiện tượng xù vẩy không chỉ gói gọn quanh quẩn trong việc thay đổi nhiệt độ, vì ngoài thận ra, đường ruột và mang cá cũng có khả năng hỗ tương loại bỏ phần dung dích dư thừa như thận … và` khi các cơ quan này bị nhiễm trùng, thì cơ thể cũng có thể bị hiện tượng xù vẩy Đây cũng chính là lý do khi bị nhiễm trùng toàn thân (systemic infection), thì xù vẩy thường sẽ đi đôi

1.2.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên dưỡng khí oxygen và ammoniac

a Khi nước có nhiệt độ cao, thì hàm lượng của dưỡng khí oxygen hoà tan trong nước sẽ có sự liên hệ tỷ lệ nghịch Nhiệt độ cao, hàm lượng oxygen hoà tan trong nước

sẽ giảm Đặc biệt là trong các bể cá cộng đồng có nhiều cá sinh sống Chỉ với bao nhiêu đấy oxygen hoà tan trong nước, giờ đây có nhiều cá hơn thì số lượng dưỡng khí có để cho các con cá tiêu thụ trong bể cá sẽ giảm sút đi khá nhiều

b Khi nước có nhiệt độ cao, nước cùng với độ pH cao sẽ chuyển độc tố ammnia

đã hoà tan trong nước từ dạng ít nguy hiểm hơn là NH4+ (ammonium) sang NH3- (cực kỳ độc hại)

1.3 Các giải pháp điều hòa nhiệt độ nước bể cá

Các phương pháp điều hòa nhiệt độ phổ biến hiện nay được sử dụng:

1, sử dụng thiết bị sưởi điện trở để sưởi ấm bể cá vào mùa đông

2, sử dụng máy điều hòa làm lạnh nước dùng chu trình nhiệt

1.3.1 Sử dụng thiết bị sưởi điện trở để sưởi ấm bể cá

Hình 2: Thiết bị sưởi bể cá

 Ưu điểm: Thiết bị rẻ, dễ dàng sử dụng

 Nhược điểm: Không thể điều hòa nước vào mùa hè

Thiết bị dễ hỏng, nổ khi sử dụng không đúng cách

Dễ xảy ra nguy cơ rò rỉ điện, nên an toàn không cao

1.3.2 Sử dụng máy điều hòa làm lạnh nước bằng chu trình nhiệt

Hình 3 Máy điều hòa sử dụng chu trình nhiệt

Ưu điểm:

Có thể làm mát nước vào mùa hè

Sử dụng chu trình nhiệt nên hiệu suất làm việc cao

1.4 Giới thiệu về tấm bán dẫn peltier( hay tấm nhiệt điện, sò lạnh)

1.4.1 Cấu tạo

Cấu tạo chính tấm bán dẫn peltier bao gồm các bộ phận chính: các vật liệu bán dẫn loại P và loại N được mắc nối tiếp với nhau; hai bản mặt cách điện nhưng dẫn nhiệt tốt được kết nối với nguồn nóng và nguồn lạnh (một bản áp sát mối tiếp xúc P-

N, bản còn lại áp sát hai bán dẫn P và bán dẫn N, như chỉ ra trong hình 4); các bản kim

loại dẫn điện tốt dùng để kết nối các bán dẫn P và bán dẫn N; và hai bản điện cực để nối vào chân bán dẫn P và chân bán dẫn N

Hình 4: Sự kết nối bán dẫn trong tấm bán dẫn

Hình 5: Cấu tạo của tấm bán dẫn peltier

1.4.2 Nguyên lý hoạt động của tấm bán dẫn

Tấm bán dẫn hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng nhiệt điện do nhà khoa học Pháp J.Peltier phát hiện ra năm 1834: đó là hiện tượng sự chênh lệch nhiệt dộ tại khoảng trống giữa hai chất dẫn điện tạo ta một dòng điện, và ngược lại, nếu có dòng

chức năng thực hiện sự hoá chuyển điện năng thành nhiệt năng, và ngược lại, nhiệt năng thành điện năng Khi cho dòng điện một chiều chạy qua hai mối tiếp xúc P-N thì nhiệt lượng một mối tiếp xúc tăng lên, một mối tiếp xúc bị lạnh đi Ngược lại, khi tạo nhiệt độ chênh lệch giữa hai mối tiếp xúc khác nhau thì có một dòng điện chạy qua đoạn mạch và tạo ra một suất điện động tạo thành nguồn điện một chiều

bị y tế, dụng cụ thẩm mỹ v.v

Ngoài ra nó cũng được ứng dụng cho mục đích gia nhiệt, làm nóng

Ở đồ án này, dựa vào đặc tính của tấm bán dẫn: khi đảo chiều dòng điện thì các mặt của bề mặt tấm bấn dẫn cũng bị đổi theo nên nó được áp dùng vào để điều hòa 2 chiều cho nước bể cá

1.6 Các thông số tính toán bài toán

Bài toán: Tính thiết kế hệ thống làm lạnh vào mùa hè và sưởi ấm vào mùa đông cho

Thông số nhiệt độ nước yêu cầu tnc = 270C

Thông số nhiệt độ môi trường không khí:

 Mùa đông: tkk = 100C

 Mùa hè: tkk = 400C

CHƯƠNG 2: TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT CHO BỂ CÁ CÁNH

Xét 1 hệ nhiệt động bất kỳ, hệ luôn chịu tác động của môi trường bên ngoài và các thành phần bên trong về nhiều mặt Kết quả các thông số của vi khí hậu thay đổi

Ta gọi tác động đó là các tác nhân nhiệt, để điều hòa hệ này chúng ta cần phải can thiệp để triệt tiêu các tác nhân nhiệt đó để cho nó về trạng thái ổn định

2.1 Phương trình cân bằng nhiệt

Hệ điều hòa chịu tác động của các tác nhân nhiệt dưới 2 dạng phổ biến như sau:

 Nhiệt tỏa ra từ các nguồn nhiệt bên trong bể cá gọi là nguồn nhiệt tỏa:∑Qtỏa

 Nhiệt truyền qua các kết cấu bao che của bể cá là nguồn nhiệt thẩm thấu:∑Qtt Tổng 2 thành phần trên gọi là nhiệt thừa:

QT = ∑Qtỏa + ∑Qtt

Để duy trì chế độ nhiệt trong không gian điều hòa (bể cá) trong kỹ thuật điều hòa, người ta phải cấp tuần hoàn 1 lượng nước có lưu lượng G(kg/s) ở trạng thái V(p-V,tV) nào đó cũng lấy ra lượng như vậy nhưng ở trạng thái T(pT,tT), như vậy lượng nước này đã lấy đi trong bể cá 1 lượng QT Ta có phương trình cân bằng nhiệt như sau:

QT = G(iT – iv) Trong đó: G là lượng nước tuần hoàn của hệ, kg/s

iT, iV là entanpy của nước tuần hoàn vào và ra của bể cá, 0C

2.2 Tính toán hệ số truyền nhiệt các kết cấu bao che

2.2.1 Cấu trúc của các kết cấu bao che

Bể cá thông thường có kết cấu như sau:

Bể cá thường được sử dụng kính để bao quanh

Kính của bể cá thường là loại kính 5-8 mm trong suốt,

Phần đáy của bể cá cũng được làm bằng kính và tiếp xúc với bàn gỗ hoặc nhôm

2.2.2 Xác định các hệ số truyền nhiệt của các kết cấu bao che

a, Gỉa sử bể cá được đặt trong phòng không có điều hòa không khí, và chọn nhiệt

độ môi trường với nhiệt độ cao nhất đối với mùa hè và thấp nhất với mùa đông

b, Công thức xác định hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che

Đối với các bể cá thông thường người ta sử dụng kính 5 – 8 mm trong suốt để làm

bể cá Đối với đồ án này chọn kính loại 6 mm, trong suốt

k là hệ số truyền nhiệt của kính, W/m2K

αN: Hệ số tỏa nhiệt của không khí vào kính, W/m2K

αT: Hệ số tỏa nhiệt của kính vào nước, W/m2K

δi: là bề dày của các lớp bao che ,m

λi: là hệ số truyền nhiệt của các lớp bao che, W/mK

2.2.2.1 Xác định hệ số truyền nhiệt của kính bao bể cá

Hình 8: Truyền nhiệt qua kính

❖ Bài toán: Vách kính đặt trong không khí đối lưu cưỡng bức: tốc độ không

khí ω = 2 m/s

• Tính hệ số tỏa nhiệt từ không khí vào vách: α1

Đối với mùa hè thì trong phòng thường có quạt nên tính toán bài toán với mô

hình: Đối lưu cưỡng bức

Với tốc độ gió trong phòng: ω = 2 m/s

Theo công thức thực nghiệm trong tài liệu [ 3 ] ta có:

α1 = 6,15 + 4,17.ω W/m2K Với ω là tốc độ gió của không khí, m/s

Vậy ta tính được α1 = 6,15 + 4,17.2 = 14,49 W/m2K

• Tính hệ số tỏa nhiệt từ vách vào nước: α2

Mô hình: Tỏa nhiệt đối lưu tự nhiên trong không gian vô hạn:

Num = C.( Grm Prm )nVới tm2 = (tw2 + tf2)/2

Chọn tw2 = 27,5 0C

Khi đó: tm = (tw2 + tf2)/2 = (27,5 + 27) /2 = 27,3 0C

Trong đó: tw2 là nhiệt độ vách trong của bể tw2 = 27,5 0C

tf2 là nhiệt độ của nước tf2 = 270C

Tra bảng tính chất vật lí của nước trên đường bão hòa tại tài liệu [1] trang 219 và

sử dụng phương pháp nội suy ta có tại tm =27,3 0C:

l là kích thước định tính l = h = 0,3 m

∆𝑡 = tw2– tf2 = 27,5 - 27 = 0,5 0C

Grm = 𝑔.𝛽.𝑙

3 ∆𝑡

𝜈2 = 9,81.2,82775.10

−4 0,33.0,5 (0,8603.10−6)2 = 50599233,86 ( Grm Prm ) = 50599233,86 5,86 = 296511510,4

Theo công thức Newton ta có:

q2 = α2.(tw2 – tf2 )= 183,88.(27,5 – 27) = 91,94 W/m2 Gọi qk là lượng nhiệt truyền từ không khí vào nước trong bể cá:

k là hệ số truyền nhiệt của vách kính trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức

Trong đó: tw2 là nhiệt độ vách trong của bể tw2 = 27,4 0C

tf2 là nhiệt độ của nước tf2 = 27 0C

Tra bảng tính chất vật lí của nước trên đường bão hòa tài liệu [1] trang 219 và sử dụng phương pháp nội suy ta có tại tm =27,4 0C:

λ = 61,306.10-2 W/m.K

Khi đó ta tính được: Grm = 𝑔.𝛽.𝑙3.∆𝑡

𝜈2 Với g là gia tốc trọng trường g =9,81 m2/s

l là kích thước định tính l = h = 0,3 m

∆𝑡 = tw2– tf2 = 27,8 - 27 = 0,8 0C Grm = 𝑔.𝛽.𝑙

3 ∆𝑡

𝜈2 = 9,81.2,8486.10

−4 0,33.0,8 (0,857.10−6)2 = 82185004,76 ( Grm Prm ) = 82185004,76 5,836 = 479631687,8

Theo công thức Newton ta có:

q2 = α2.(tw2 – tf2 )= 215,94.(27,8 – 27) = 172,75 W/m2 Gọi qk là lượng nhiệt truyền từ không khí vào nước trong bể cá:

14,49 +0,0060,756+215,941 = 12,26 W/m2K

❖ Bài toán: Vách kính đặt trong không khí đối lưu tự nhiên

• Tính hệ số tỏa nhiệt từ vách vào nước: α2

Mô hình bài toán: Tỏa nhiệt đối tự nhiên trong không gian vô hạn:

Num = C.( Grm Prm )nVới tm = (tw2 + tf2)/2

Chọn tw2 = 27,5 0C

Khi đó: tm = (tw2 + tf2)/2 = (27,5 + 27) /2 = 27,3 0C

Trong đó: tw2 là nhiệt độ vách trong của bể tw2 = 27,5 0C

tf2 là nhiệt độ của nước tf2 = 270C

Tra bảng tính chất vật lí của nước trên đường bão hòa tài liệu [1] trang 219 và sử dụng

phương pháp nội suy ta có tại tm =27,3 0C:

Gọi q2 là lượng nhiệt truyền từ vách trong đến nước trong của bể, W/m2

Theo công thức newton ta có:

q2 = α2.(tw2 – tf2 )= 183,88.(27,5 – 27) = 91,94 W/m2 Gọi qλ là lượng nhiệt vách ngoài truyền vào vách trong của bể, W/m2

qλ = (tw1 – tw2).𝜆𝑘

𝛿𝑘

Trong đó λk là hệ số truyền nhiệt của kính, λk = 0,756 W/Mk

Trong đó: tw1 là nhiệt độ vách ngoài của bể tw1 = 28,2 0C

tf1 là nhiệt độ của không khí tf1 = 400C Tra bảng tính chất vật lí của không khí tài liệu [1] trang 218 và sử dụng phương pháp nội suy ta có tại tm =34,1 0C:

Gọi qk là lượng nhiệt truyền từ không khí vào nước trong bể cá:

kk là hệ số truyền nhiệt của vách kính đối lưu tự nhiên

• Tính hệ số tỏa nhiệt từ vách vào nước: α2

Mô hình bài toán: Tỏa nhiệt đối tự nhiên trong không gian vô hạn:

Num = C.( Grm Prm )nVới tm = (tw2 + tf2)/2

Chọn tw2 = 27,2 0C

Khi đó: tm = (tw2 + tf2)/2 = (27,2 + 27) /2 = 27,1 0C

Trong đó: tw2 là nhiệt độ vách trong của bể tw2 = 27,2 0C

tf2 là nhiệt độ của nước tf2 = 270C

Tra bảng tính chất vật lí của nước trên đường bão hòa tài liệu [1] trang 219 và sử dụng

phương pháp nội suy ta có tại tm =27,1 0C: