HỘI THI KHKT DÀNH CHO H/S THPT ĐỀ TÀI: “ LỌC NƯỚC SINH HOẠT TỪ KHÔNG KHÍ DÙNG CHO CÁC CHIẾN SỸ HẢI ĐẢO HAY MỘT SỐ VÙNG KHÔ HẠN NHƯ NINH THUẬN ”

duy trì cuộc sống hàng ngày bỡi con người sử dụng nước sạch để cung cấp cho các nhu cầu ăn uống ,hoặc sử dụng cho các hoạt động sinh hoạt ...Nước sạch không chỉ là trong, không màu, khôn

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH QUẢNG TRỊ

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO QUẢNG TRỊ

Học sinh thực hiện: Trang Hán Siêu

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2.Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 3 Đối tượng nghiên cứu 1

4 Mục tiêu nghiên cứu 1

5.Tính mới mẽ của đề tài 1

6 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

7 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

7.1.Phương pháp quan sát ,điều tra 2

7 2.Phương pháp phân tích tổng hợp tài liệu 2

7 3.Phương pháp phân loại và hệ thống hóa lý thuyết 2

7 4.Phương pháp chuyên gia 2

7 5.Phương pháp thực nghiệm ,xây dựng mô hình hóa 2

7 6.Phương pháp phân tích tổng hợp 2

8 Bố cục đề tài 2

NỘI DUNG 3

Chương I.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

I Hệ thống cung cấp nguồn điện 3

I 1 Khái niệm về pin Quang điện . 3

I.2 Cấu tạo của pin Quang điện 3

I.3 Nguyên tắc hoạt động của pin Quang điện 3

I.4 Hệ thống nạp điện cho Ắcquy 3

II Khối làm lạnh nước ngưng tụ bằng sò nóng lạnh 5

II.1.Sò tản nhiệt là gì? 5

II.2.Nguyên lý làm việc 5

II.3 Thông số kỹ thuật của sò nóng lạnh 5

II.4.Quạt làm mát mặt nóng của sò nóng lạnh 5

III Khối thu hồi và xử lý nước 5

III.1.Khối thu hồi và xử lý nước 5

III.2 Quy trình lọc nước nhiều tầng 5

Chương II NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 7

I.Sơ đồ khối của các thiết bị 7

II.Quy trình hoạt động 8

Chương III QUY TRÌNH LẮP ĐẶT VÀ VẬN HÀNH MÁY 8 III.Quy trình lắp đặt 8

III.1 Lắp đặt sò nóng lạnh 8

III.2 Lắp khối thu hồi và xử lý nước 8

III.3.Lắp đặt khối nguồn 8

III.4 Vận hành thiết bị 8

KẾT LUẬN 11

1 Kết quả đạt được 11

2 Tính mới mẽ đề tài 11

3.Tính ưu việt 11

4.Hướng nghiên cứu tiếp theo 11

TÀI LIỆU THAM KHẢO 12

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Nước sạch đóng một vai trò quan trọng đối với sức khỏe và cuộc sống của con người cũng như một số loài vật khác Nước sạch giúp con người

duy trì cuộc sống hàng ngày bỡi con người sử dụng nước sạch để cung cấp cho các nhu cầu ăn uống ,hoặc sử dụng cho các hoạt động sinh hoạt Nước sạch không chỉ là trong, không màu, không mùi, không vị mà còn phải an toàn đối với sức khỏe của người sử dụng Nếu sử dụng nước không sạch thì sẽ ảnh hưởng rất lớn tới sức khỏe, vì nước là môi trường trung gian chuyển tải các chất hóa học và các loại vi khuẩn, vi rút, ký sinhtrùng gây bệnh mà mắt thường không nhìn thấy được.

Tuy nhiên ở một số vùng khó như biển hay hải đảo hoặc các vùng chịu sự khắc nghiệt của thời tiết vào những ngày hè như tỉnh Ninh Thuận những năm gần đây sự khan hiếm của nước sạch ảnh hưởng rất lớn sinh hoạt của con người và sự sinh tồn của một số động vật Xuất phát từ những vấn đề

đó ,nhóm chúng em thiết kế một chiếc máy :

“ LỌC NƯỚC SINH HOẠT TỪ KHÔNG KHÍ DÙNG CHO CÁC CHIẾN SỸ HẢI ĐẢO HAY MỘT SỐ VÙNG KHÔ HẠN NHƯ NINH THUẬN ”

2 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

- Góp phần tạo ra nguồn nước sạch sử dụng trong sinh hoạt của con người

và duy trì sự sống cho một số loại động vật ở những vùng khó khăn như hải đảo hay thiên nhiên khắc nghiệt ở Ninh Thuận những năm gần đây

- Sử dụng nguồn năng lượng sạch,dễ sử dụng , chi phí không cao,có tính bền vững lâu dài thích hợp với nhiều vùng miền

3 Đối tượng nghiên cứu

- Các thiết bị cơ điện ,điện tử như sò nóng lạnh,nguồn năng lượng sạch cung cấp điện cho thiết bị hoạt động

- Nguồn nước

-Hệ thống tinh lọc nước

4 Mục tiêu nghiên cứu.

-Thiết kế máy chiết xuất nước sạch từ không khí vận hành tự động ,tính

ổn định ,sử dụng lâu dài ,giá thành thấp

- Lắp đặt :

+ Khối nguồn (1): Pin năng lượng mặt trời ,hệ thống nạp điện dự phòng cho Ắcquy

+ Khối làm lạnh (2):

+ Khối thu gom và sử lý nước (3):

-Lắp đặt sử dụng cho các chiến sỹ hải đảo hay các vùng khắc nghiệt khí hậu khan hiếm vùng nước sạch

5 Tính mới mẽ của đề tài

-Chiết xuất được nước sạch từ không khí với giá thành và chi phí thấp

- Sử dụng nguồn năng lượng sạch từ pin năng lượng mặt trời

- Vận hành một cách tự động , tính ổn định và sử dụng lâu dài

- Góp phần cung cấp nguồn nước sinh hoạt cho những vùng đắc biệt khó khăn về nguồn nước sạch

6 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu thực trạng khan hiếm nước sạch ở vùng hải đảo hay những vùng thiên nhiên khắc nghiệt thiếu hụt nguồn nước sạch

- Tiến hành lên kế hoạch nghiên cứu ,tìm tài liệu ,thiết kế mô hình ,thu thập các thiết bị cơ ,điện ,điện tử

- Tiến hành lắp ráp ,vận hành thiết bị với điện áp 9-12 V DC

7 Phương pháp nghiên cứu

7.1.Phương pháp quan sát ,điều tra

Nghiên cứu thực trạng khan hiếm nước sạch ở vùng hải đảo hay những vùng thiên nhiên khắc nghiệt thiếu hụt nguồn nước sạch

7.2.Phương pháp phân tích tổng hợp tài liệu

Tìm hiểu một số kiến thức trong chường trình ở môn Vật lý 11,12,công nghệ , mạch điện ,điện tử ,Internet về một số thiết bị làm lạnh

7.3.Phương pháp phân loại và hệ thống hóa lý thuyết

Sắp xếp các nội dung nghiên cứu theo ba nhóm :

+ Khối nguồn (1): Pin năng lượng mặt trời ,hệ thống nạp điện dự phòng cho Ắcquy

+ Khối làm lạnh (2):

+ Khối thu gom và sử lý nước (3):

7.4.Phương pháp chuyên gia

Trao đổi học hỏi giáo viên hướng dẫn,những người có kiến thức chuyên môn để tìm ra giải pháp tối ưu

7.5.Phương pháp thực nghiệm ,xây dựng mô hình hóa

Từ ý tưởng xây dựng mô hình ,sử dụng các phép thử ,lắp ráp vận hành máy sao cho phát huy được hiệu quả

7.6.Phương pháp phân tích tổng hợp

Tìm hiểu ,nghiên cứu thực trạng ,hiệu quả khi không sử dụng hệ thống tinh lọc nước từ không khí ở vùng biển đảo hay những vùng thiên nhiên khắc nghiệt khan hiếm nước sạch để rút ra những kết luận

bổ ích, hướng phát triển vượt trội ,sáng tạo ,ưu việt hơn các đề tài có liên quan

8 Bố cục

Đề tài được chia làm ba nội dung

Phần mở đầu

Phần nội dung

Chương I Cơ sở lý thuyết

Chương II.Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của các hệ thống Chương III Quy trình lắp đặt và vận hành máy

Phần kết luận

NỘI DUNG Chương I CƠ SỞ LÝ THUYẾT I.Hệ thống cung cấp nguồn

1 Khái niệm về pin quang điện

Pin quang điện là thiết bị giúp chuyển hóa trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) thành năng lượng điện (điện năng)

dựa trên hiện tượng quang điện trong

2 Cấu tạo

Gồm tấm bán dẫn loại n, bên trên có phủ một lớp mỏng bán dẫn loại p.Mặt trên cùng là một lớp kim loại mỏng trong suốt với ánh sáng và dưới cùng là một tấm kim loại đóng vai trò là điện cực ( Hình vẽ )

3 Nguyên tắc hoạt động.

Khi ánh sáng có bước sóng thích hợp   0chiếu vào tấm kim loại mỏng phía trên cùng thì ánh sáng đi xuyên qua lớp này và lớp bán dẫn p,rồi đến lớp chuyển tiếp p-n gây ra hiện tượng quang điện trong ,giải phóng các cặp electron và lỗ trống Điện trường ở lớp chuyển tiếp p-n đẩy các lỗ trống về phía bán dẫn loại p và đẩy đẩy các electron về phía bán dẫn loại n do đó lớp bán dẫn loại p mang điện (+) và bán dẫn n mang điên (+) trở thành hai cực của nguồn điện

4 Hệ thống nạp điện cho Ăcquy

II.Khối làm lạnh nước ngưng tụ bằng sò nóng lạnh

1 Sò tản nhiệt là gì ?.

Là tấm bán dẫn siêu công nghệ còn gọi sò nóng - lạnh hay chip peltier là cấu kiện bán dẫn có tính chất làm lạnh một mặt mặt còn lại được làm nóng.Nói rõ hơn là miếng bán dẫn nhỏ, nhẹ và công suất mạnh này giúp hút nhiệt mặt phía trên và thải qua bề mặt phía dưới

2 Nguyên lý làm việc

Nguyên lý hiệu ứng Peltier:

- Thanh kim loại ở mặt nóng lấy hạt electron ở vùng dẫn từ khối bán dẫn n

và chuyển vào lỗ trống vùng hóa trị từ khối bán dẫn p , việc này giải phóngnăng lượng các electron, do đó mặt này nóng lên,

- Thanh kim loại ở mặt lạnh lấy hạt electron ở vùng hóa trị từ khối bán dẫn

p để tạo lỗ trống, tiếp đó chuyển electron vào vùng dẫn của khối bán dẫn n,việc này làm mất năng lượng tấm kim loại , do đó mặt này lạnh đi

III.Khối thu hồi xử lý nước.

1 Khối thu hồi và xử lý nước

Khối xử lý có nhiệm vụ thu hồi nước được làm lạnh tạo thành điểm sương sau đó động lại thành dòng chảy bằng một máng thu hồi sau đó đưa qua hệthống lọc nhiều tầng và cuối cùng tạo ra nguồn nước sạch

2. Quy trình lọc nước nhiều tầng

Gồm năm tầng ứng với năm lớp vật liệu

Vật liệu than hoạt tính

- Than hoạt tính gáo dừa dạng hạt hoặc dạng phân chuột dùng để khử mầu, mùi và các tạp chất hữu cơ trong nước độ dày 10 ~ 30cm

- Lớp vật liệu thứ 4:

Vật liệu lọc FILOX dùng để xử lý sắt, mangan, Asen (thạch tín) đây là lớp vật liệu rất quan trọng trong khi nguồn nước bị nhiễm các chất trên bể lọc độ dày 10cm

- Lớp vật liệu thứ 5:

Cát vàng hạt to hoặc cát thạch anh chuyên dùng cho bể lọc nước để trên cùng độ dày 10-15cm

Chương II NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG

I.Sơ đồ khối của các thiết bị.

2.Quy trình hoạt động

Máy được thiết kế thành 3 khối :

- Khối nguồn (1) : Sử dụng nguồn năng lượng sạch đó là Pin năng lượng mặt trời vừa cấp nguồn cho mạch điện hoạt động đồng thời vừa nạp pin cho Ăcquy

- Khối làm lạnh (2): Đây là khối quan trọng nhất Khối này lấy điện từ khối nguồn (2 ) lấy nguồn 12V cấp điện cho mạch điện đó là hệ thống các sò nóng lạnh, sò làm lạnh khối nhôm đến nhiệt độ đến O0C thậm chí

Cấp nguồn cho mạch sò

nóng lạnh hoạt động

Nguồn điện được lấy

từ pin năng lượng mặt

trời.

Nạp điện dự phòng cho Ắcquy

Cấp dự phòng

Nguồn điện được lấy

từ pin năng lượng mặt

trời.

Nạp điện dự phòng cho Ắcquy

Cấp dự phòng

đến -6 0C ,các phân tử khí chuyển động trong không khí va đập vào tấm nhôm dẫn nhiệt ,tấm nhôm đang có nhiệt độ thấp từ đó có sự trao đổi nhiệt và các phân tử khí trở thành điểm sương sau đó tạo thành nước

- Khối thu hồi và sử lý nước (3): Khối này dẫn nước từ khối (2) bằng hệ thống máng dẫn sau đó dẫn qua hệ thống lọc gồm nhiều tầng ,cát sạch ,đá sạch và than hoạt tính sau đó tạo ra nguồn nước sinh hoạt

Chương III QUY TRÌNH LẮP ĐẶT VÀ VẬN HÀNH MÁY

1.Lắp đặt thiết bị sò nóng lạnh

Hình ảnh sò nóng lạnh tổng thể

Hình ảnh sò nóng lạnh mặt làm lạnh

Và tấm nhôm tản nhiêt

Hình ảnh sò nóng lạnh mặt nóng

2 Lắp đặt khối thu hồi và xử lý nước

Hình ảnh hệ thống lọc 5 tầng

Hình ảnh hệ thống thu hồi nước

3.Lắp đặt khối nguồn

Hình ảnh pin năng lượng mặt trời

Hình ảnh khối sạc nuồn dự phòng

4.Vận hành hoạt động thiết bị .

Hình ảnh sản phẩm nước thu được

KẾT LUẬN

1 Kết quả đạt được.

Thiết kế và lắp đặt được thiết bị lọc nước sinh hoạt từ không khí vận hành

tự động ,giá thành thấp ,tính bền vững dùng cho các chiến sỹ hải đảo haycác vùng thiên nhiên khắc nghiệt thiếu nước sạch như tỉnh Ninh thuận

2 Tính mới mẽ đề tài

-Chiết xuất được nước sạch từ không khí với giá thành và chi phí thấp

- Sử dụng nguồn năng lượng sạch từ pin năng lượng mặt trời

4.Hướng nghiên cứu tiếp theo

-Sử dụng nguồn năng lượng sạch tích hợp hệ thống làm lạnh sâu bằng dung môi làm lạnh ngoài việc sử dụng các sò nóng lạnh , tích hợp qua tin nhắn điện thoại

- Có thể sản xuất ra thị trường

Do điều kiện về thời gian ,trình độ ,trang thiết bị còn hạn chế nên

đề tài không tránh được thiếu sót nhất định Vậy, kính mong quý thầy cô

và các bạn đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện hơn./

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 1 Trang mạng hướng dẫn cách làm mạch điều khiển từ xa PT 2248.

 2 Trang mạng Ecotech Vina

 3 Công nghệ 12 - Nguyễn Thế Khôi

 4 Vật lý 12 - Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam

 5 Trang mạng diễn đàn Xây dựng Việt Nam

 6 Vật lý 11- Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam