BÁO cáo NGHIÊN cứu KHOA học kĩ THUẬT sử dụng tiết kiệm nguồn nhiên liệu xanh cho máy sấy nông sản

Dự án “Sử dụng tiết kiệm nguồn nhiên liệu xanh cho máy sấy nông sản” với mong muốn xây dựng một quy trình khép kín từ việc sử dụng chính các phụ phẩm trong sản xuất nông nghiệp kết hợp v

I PHẦN CHUNG

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Hiện nay, các phế thải trong đời sống và các phụ phẩm trong sản xuất nông nghiệp

là một trong những tác nhân gây ô nhiễm môi trường, chất lượng các nông sản trong việc bảo quản còn thấp Vậy, làm cách nào để góp phần nâng cao chất lượng của nông sản trong việc bảo quản? Làm gì để góp phần giữ gìn môi trường sạch và đảm bảo sự phát triển bền vững trong sản xuất nông nghiệp?

Dự án “Sử dụng tiết kiệm nguồn nhiên liệu xanh cho máy sấy nông sản” với

mong muốn xây dựng một quy trình khép kín từ việc sử dụng chính các phụ phẩm trong sản xuất nông nghiệp kết hợp với việc sử dụng các phế thải trong đời sống tạo ra một nguồn nhiên liệu xanh cung cấp cho máy sấy nhằm nâng giá trị của nông sản trong công tác bảo quản, đồng thời qua đó góp phần thực hiện nhiệm vụ hạn chế ô nhiễm môi trường

1.2 LỊCH SỬ CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Hiện nay, trên thị trường đã xuất hiện nhiều loại máy sấy nông sản, phục vụ cho việc sấy từng loại nông sản khác nhau

• Đặc biệt, chúng tôi nhận thấy sản phẩm sấy nông sản nhiệt độ thấp của Kĩ sư Ngô Vân Trường sử dụng rất hiệu quả Nhưng máy sấy đã sử dụng nguồn cấp nhiệt từ phương pháp đốt cháy trực tiếp củi, phụ phẩm nông nghiệp, Đây chính là hạn chế, là một lý do làm ô nhiễm môi trường Do đó, và chúng tôi mong muốn được cải tiến cho sản phẩm này để nó được hoàn thiện

• Một số máy sấy tiên tiến hơn, sử dụng nguồn cấp điện từ pin năng lượng mặt trời Tuy nhiên, sản phẩm này lại rất đắt và nguồn điện đủ cung cấp cho máy sấy lại phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết

1.3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN

• Vận dụng kiến thức liên môn vật lí, tin học, điện - điện tử, cơ khí để giải quyết những vấn đề thực tiễn trong cuộc sống hằng ngày

• Thông qua việc thực hiện đề án, nâng cao và rèn luyện năng lực tự học cho HS (Làm việc theo nhóm, thuyết trình, phương pháp nghiên cứu khoa học, tra cứu tài liệu, thí nghiệm khoa học,…)

• Áp dụng sự phát triển của khoa học - công nghệ vào những lĩnh vực của đời sống hàng ngày

• Nâng cao chất lượng nông sản trong công tác bảo quản

• Đặc biệt, tận dụng tốt các nguồn phế thải có sẵn trong đời sống (long bia, tuyp đèn hỏng) và phụ phẩm nông nghiệp để tạo nguồn năng lượng và góp phần bảo

vệ môi trường sống xanh, sạch, đẹp

1.4 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

• Xây dựng quy trình, nguyên lí hoạt động, mô hình của việc kết hợp sử dụng tiết kiệm nhiên liệu sạch từ phế phẩm nông nghiệp kết hợp năng lượng mặt trời để sấy nông sản

1.5 GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU

• Đề tài nghiên cứu chỉ áp dụng cho việc sử dụng nguồn nhiên liệu sạch từ nguồn năng lượng mặt trời kết hợp sử dụng các phụ phẩm trong quá trình sản xuất bắp, cà phê, khoai mì cung cấp cho máy sấy nông sản

• Thời gian nghiên cứu: Từ 1/9/2014 đến 1/1/2015

• Nơi thực hiện nghiên cứu: thị trấn Ngãi Giao, huyện Châu Đức, tỉnh BR-VT

1.6 GIẢ THUYẾT NGHIÊN CỨU

Nếu sử dụng nguồn nhiên liệu sạch cho máy sấy nông sản thì sẽ tiết kiệm trong

công tác bảo quản và hạn chế ô nhiễm môi trường

1.7 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

• Nghiên cứu tài liệu

• Thực nghiệm khoa học: Thực nghiệm và xây dựng mô hình máy sấy nông sản qua:

o Phương pháp bố trí thí nghiệm

o Phương pháp thực hiện từng thí nghiệm

• Chuyên gia: Tham khảo, bàn luận và lấy ý kiến của chuyên gia về lĩnh vực kỹ thuật điện, điện tử, cơ khí, …

1.8 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Tạo ra nguồn nhiên liệu sạch cung cấp cho máy sấy nông sản, đáp ứng được những nhu cầu của nông dân nói riêng và của ngành sản xuất nông nghiệp nói chung, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường sống xanh - sạch - đẹp qua nội dung nghiên cứu sau:

• Khai thác những tính năng và ứng dụng của việc hấp thu năng lượng mặt trời để cung cấp cho máy sấy nông sản

• Khai thác những tính năng và ứng dụng của việc tạo khí gaz từ đốt cháy phụ phẩm nông nghiệp và độ mở của khí gaz để cung cấp cho máy sấy phụ thuộc vào nguồn nhiệt từ năng lượng mặt trời mà buồng sấy đã nhận

• Lắp ráp và lập trình các thiết bị theo quy trình đã nghiên cứu

1.9 NHỮNG ĐIỂM MỚI CỦA ĐỀ TÀI

• Sử dụng những phế thải có thể gây ô nhiễm môi trường trong cuộc sống (long bia, tuyp đèn hỏng) thiết kế thành buồng hấp thu nhiệt từ mặt trời để cung cấp cho buồng sấy

• Sử dụng chính các phụ phẩm thải ra trong sản xuất nông sản dùng để sấy các nông sản, nhằm nâng cao chất lượng nông sản trong công tác bảo quản

• Tiết kiệm nhiên liệu từ việc tự động điều chỉnh lượng khí từ bình chứa gaz (thu được từ việc đốt cháy phụ phẩm nông nghiệp) đi vào buồng sấy, phụ thuộc vào nhiệt lượng mà buồng sấy đã hấp thu từ nguồn năng lượng mặt trời

II KẾT QUẢ

Trong thời gian 4 tháng (từ ngày 1/9/2014 đến 1/1/2015), nhóm chúng tôi đã nghiên cứu và thu được các kết quả như sau:

2.1 Xây dựng quy trình và nguyên lí hoạt động của hệ thống máy sấy.

• Bộ phận cấp nhiệt hoạt động, gồm hai nguồn cấp nhiệt chính là bếp sinh học và năng lượng mặt trời

• Nông sản sau khi làm sạch được đưa vào buồng sấy

• Hộp điều khiển: điều khiển tự động về nhiệt độ, van xả khí nóng, van dẫn khí vào bếp hồng ngoại theo nhu cầu đã ấn định

• Khi hệ thống hoạt động hết thời gian quy định, bộ phận cấp nhiệt ngừng hoạt động, nông sản được đưa ra thùng chứa

2.2 Xây dựng quy trình nguồn cung cấp nhiệt cho máy sấy

2.2.1 Xây dựng quy trình nguồn cung cấp nhiệt cho máy sấy từ năng lương mặt trời

a Cấu tạo

 Buồng sấy

 Tấm thu nhiệt

 Ống thu nhiệt

 Quạt đẩy khí nóng

 Tấm pin mặt trời

b Nguyên lí hoạt động

 Dàn ống thu nhiệt được tận dụng từ các phế phẩm trong đời sống như lon bia, lon nước ngọt, tuýp đèn hỏng cắt bỏ hai đầu rồi nối lại với nhau theo hình chữ Z, phủ lên chúng một lớp sơn đen nhằm giúp việc hấp thu nhiệt tốt hơn Đặt trên dàn ống

là tấm kính, tấm kính này có hai nhiệm vụ:

Thứ nhất, tạo ra hiệu ứng nhà kính

Thứ hai, dàn ống thu nhiệt không cố định mà được thiết kế có thể xoay tự động hướng ánh ánh nắng mặt trời theo mọi thời điểm trong ngày

Hai điều này góp phần làm tăng khả năng hấp thu nhiệt trong dàn ống

Dàn ống hấp thu năng lượng mặt trời được tận dụng từ các lon bia, cắt bỏ hai đầu rồi nối lại với nhau, phủ lên chúng một lớp sơn đen giúp việc hấp thu nhiệt tốt hơn

 Quạt đẩy khí nóng hoạt động nhờ nguồn điện được cung cấp từ pin mặt trời làm nhiệm vụ ) đẩy dòng khí đi vào buồng sấy

 Hoạt động của dàn ống thu nhiệt:

• Nguồn điện 12V cung

cấp cho hộp điều khiển

• Hộp điều khiển (khối

điều khiển) nhận tín

hiệu từ các cảm biến

ánh sáng, điều khiển hệ

thống qua bộ truyền

động quay tự động

hướng ánh nắng mặt

trời

* Khối cảm biến ánh sáng:

Hệ thống chuyển động theo

nguyên tắc cân bằng điện áp

tại các vị trí cảm biến ánh

sáng A và B

* Nguyên lý hoạt động:

Khi các cảm biến A1, A2, A3 không nhận được ánh nắng (buổi sáng sớm), các cảm biến B1, B2, B3 nhận được ánh nắng → quang trở tại các vị trí cảm biến B1, B2, B3 tốt hơn tại vị trí các cảm biến A1, A2, A3 → chênh lệch điện áp tại vị trí A1 < B1→ Hệ thống chuyển động cho đến khi điện áp tại vị trí cảm biến A1 cân bằng với điện áp tại

vị trí cảm biến B1 (A1 vuông góc với các tia nắng mặt trời) → dàn ống sẽ dừng chuyển động cho đến khi điện áp tại vị trí cảm biến A1 chênh lệch với B1 thì dàn ống lại tiếp

tục chuyển động

2.2.2 Xây dựng quy trình nguồn cung cấp nhiệt cho máy sấy từ phụ phẩm nông nghiệp

a Cấu tạo

1 Buồng sấy

2 Van (V)

V.1: Van quạt gió (Cung

cấp Oxy cho bình đốt

nguyên liệu và Oxy cho

đầu đốt hồng ngoại)

V.2: Van điều tiết Oxy

(Chỉnh hồng ngoại)

V.4: Van thoát khói (Dùng

kiểm tra khói, mở van khi

ủ bếp)

V.3: Van khoá bếp (Khoá

bếp khi không sử dụng)

b Nguyên lí hoạt động

Phế phẩm nông nghiệp (vỏ cà phê, cùi bắp nghiền, ) được nén chặt trong bình đốt nguyên liệu, với nguyên tắc là ém khí lấy khói để tạo ngọn lửa cháy ở bếp hồng ngoại và cung cấp cho buồng sấy

Nguồn gas được sử dụng để sinh nhiệt cung cấp vào buồng sấy ít hay nhiều phụ thuộc vào nhiệt độ được truyền từ nguồn cung cấp nhiệt năng lượng mặt trời đi vào buồng sấy là cao hay thấp

2.2.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hộp điều khiển

1 Đèn báo nguồn điện trong hộp điều khiển

2 Đồng hồ điều khiển dùng bấm đặt thời gian cần sấy

cụ thể cho nông sản

3 Đồng hồ điều khiển nhiệt độ gồm:

 PV là chỉ số nhiệt độ đang có trong buồng sấy

 SV là chỉ số giới hạn nhiệt độ cần đạt trong

buồng sấy được cài đặt

4 Đèn báo tín hiệu hoạt động của van điều khiển

lượng nhiên liệu vào buồng sấy khi qua bếp hồng

ngoại

5 Công tắc điều khiển (Auto: Hệ thống hoạt động tự động; Manual: Điều khiển bằng tay ; Off: Hệ thống ngừng hoạt động)

Cảm biến nhiệt độ nhận tín hiệu từ buồng sấy, trong trường hợp nhiệt độ trong buồng sấy vượt qua mức giới hạn → van thoát khí từ buồng sấy mở, van khóa bếp đóng, đồng thời đèn tín hiệu xanh sẽ bật sáng → thoát khí → nhiệt độ trong buồng sấy sẽ phù hợp như giới hạn đã điều chỉnh ở đồng hồ điều khiển nhiệt độ → đến khi nhiệt độ trong buồng sấy giảm đến mức điều chỉnh → van thoát khí từ buồng sấy đóng, van khóa bếp mở, đồng thời đèn tín hiệu xanh tắt

* Sơ đồ mạch điện

2.3 Kết quả thực nghiệm

Qua tiến hành thực nghiệm, với nhiệt độ trung bình trong ngày từ 30 - 32 0 C, chúng tôi thu được kết quả tiết kiệm nhiệt độ cung cấp cho buồng sấy theo bảng tính như sau:

Ống hấp thu nhiệt

Mốc thời gian

h

〈

hoặc 〉15h

h

h 10

9〈 〈

hoặc từ

h

h 15

14〈 〈

30 11

10≤h〈 h

hoặc từ

h

h 14

13 〈 ≤

h h

h30 13

Nhiệt độ

tiết

kiệm

vào

buồng

sấy

Thực nghiệm

Thực nghiệm

Thực nghiệm

Thực nghiệm

Ví dụ:

Cà phê được sấy ở nhiệt độ 70 0 C trong thời gian từ 25 - 28 giờ

đến 15 giờ (khi trời nắng) được tính như sau:

Ống hấp thu nhiệt

Mốc thời gian

h

〈

hoặc 〉15h

h

h 10

9〈 〈

hoặc từ

h

h 15

14〈 〈

30 11

10≤h〈 h

hoặc từ

h

h 14

13〈 ≤

h h

h30 13

Nhiệt độ tiết kiệm vào

Nhiệt độ do bếp sinh học

Làm phép tính tương tự chúng ta cũng tính sẽ được sự tiết kiệm nguồn nhiệt

do mặt trời cung cấp với:Bắp được sấy ở nhiệt độ 700C trong thời gian từ 10 - 13 giờ

Và khoai mì lát được sấy ở nhiệt độ 700C trong thời gian từ 26 - 30 giờ

III KẾT LUẬN KHOA HỌC

Việc sử dụng “Sử dụng tiết kiệm nguồn nhiên liệu xanh cho máy sấy nông

sản” thực sự khả thi và có ý nghĩa thực tiễn, nghiên cứu đã góp phần:

1 Đảm bảo thực hiện sự phát triển bền vững trong sản xuất nông nghiệp, góp phần xây dựng môi trường xanh, sạch cho cộng đồng

2 Thực hiện tiết kiệm nhiên liệu trong công tác bảo quản nông sản

3 Nâng cao chất lượng sản phẩm trong công tác bảo quản

IV TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Bộ giáo dục và đào tạo; Tài liệu tập huấn tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học kỹ thuật của học sinh trường trung học; Hà Nội 2013

2 Công nghệ 10 – Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam, Hà Nội 2013

3 Nguyễn Đình Phú; Giáo trình vi xử lý 1, 2; ĐH Sư Phạm kỹ Thuật, 2007

4 DKS_GROUP; Giáo trình vi điều khiển

5 http://www.hocavr.com/

6 How to Make a Solar Food Dehydrater From Beer Cans https://www.youtube.com/watch?v=7B2DGXPOk4Q

7 http://dakusta.org.vn/index.php?option=com_content&task=view&id=565&Itemid=11

8 http://kiemtailieu.com/kinh-doanh-tiep-thi/tai-lieu/ky-thuat-say-ngo 2/1.html

9 http://www.cuongthinhmeco.com/bvct/may-thai-san-may-xat-vo-thiet-bi-xu-ly-bui/98/may-say-lua.html