Tài liệu Thiết bị thu nước từ không khí

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI TRƯỜNG THPT CHU VĂN AN- TÂY HỒ- HÀ NỘI ************** ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸ THUẬT DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤP THÀNH PHỐ LẦN THỨ TƯ (NĂM HỌC 2014 - 2015). Tên đề tài: THIẾT BỊ THU NƯỚC TỪ KHÔNG KHÍ Lĩnh vực: Vật lý cơ khí NGƯỜI HƯỚNG DẪN TÁC GIẢ: - Th.S Đào Hữu Toàn Nguyễn Duy - Đơn vị công tác: Trường THPT Chu Văn An Lớp: 12Sử. Trường: THPT Chu Văn An. Hà Nội, tháng 12 năm 2013 MỤC LỤC *Phần I: Lí do chọn đề tài. *Phần II: Tổng quan vấn đề nghiên cứu và điểm mới, sáng tạo của đề tài. II.1: Phân loại II.2: Các phương pháp thu nước III.3: Tính mới và sáng tạo *Phần III: Quá trình nghiên cứu và kết quả. III.1: Nội dung đã nghiên cứu III.2: Nội dung sẽ nghiên cứu *Phần IV: Kết luận. Tài liệu tham khảo. Phần I: Lí do chọn đề tài: Bắt nguồn từ thực trạng nước ta hiện nay: - Nước sinh hoạt cho người dân trong mùa hè luôn là nỗi lo từ nhiều năm qua ở nước ta. - Tại các thành phố, tỷ lệ dân cư đô thị được cấp nước trung bình cả nước mới đạt khoảng 70%, chủ yếu cấp cho các vùng nội thị. Thậm chí ngay cả một số khu vực ngay trong nội thành Hà Nội cũng đã từng bị mất nước sinh hoạt cục bộ. Và tình trạng thiếu nước sạch tại khu vực ngoại thành còn trầm trọng hơn do chỉ có 32% dân số ngoại thành Hà Nội được sử dụng nước sạch. - Bên cạnh đó, nguồn nước sạch ở nước ta còn rất khan hiếm ở một số vùng nông thôn, các vùng miền xa xôi, những nơi khô hạn và đặc biệt là các hải đảo. Người dân ở đây phải đi bộ hàng chục km để gánh nước về cho gia đình cho dù nguồn nước đó không đảm bảo chất lượng, có thể gây ảnh hưởng đến sức khỏe, nhưng nếu không lấy thì không có nước sử dụng. Dù vậy, có nước để gánh về vẫn còn là một hạnh phúc của người dân, bởi ở những nơi nắng nóng khắc nghiệt khiến nguồn nước bị khô cạn hay ở ngoài hải đảo, người dân phải chắt chiu từng chút nước để sinh hoạt. Chứng kiến thực trạng trên, tác giả đã đề ra một phương án nhằm thu được một lượng lớn nước sạch an toàn hoàn toàn từ tự nhiên một cách hiệu quả mà lại đơn giản, tiết kiệm chi phí, phù hợp với nhiều kiểu khí hậu khác nhau (đặc biệt là ở nước ta) để có thể giải quyết được vấn đề thiếu nước sạch. Phần II: Tổng quan vấn đề nghiên cứu và điểm mới, sáng tạo của đề tài. II.1: Phân loại: - Thiếu nước sạch do vị trí địa lý, khí hậu - Thiếu nước sạch do các nguồn nước sạch bị ô nhiễm - Thiếu nước sạch do dân số tăng nhưng nguồn nước lại giảm - Thiếu nước sạch do các hoạt động của con người II.2: Các phương pháp thu nước: Hiện nay, trên thế giới và cả ở trong nước, đã có rất nhiều những phương pháp khác nhau để khắc phục tình trạng thiếu nước sạch như: - Thu gom và xử lý nước mưa - Thu nước từ các loại lưới thu gom sương mù - Chưng cất nước mặn thành nước ngọt - Tái sử dụng nước thải sinh hoạt - Thu nước từ độ ẩm cao - ... II.3: Tính mới và sáng tạo: -Nếu như những thiết bị thu nước sạch khác chỉ ứng dụng được ở một số nơi nhất định (VD: thiết bị chưng cất nước mặn chỉ có thể ứng dụng ở những vùng ven biển; lưới thu gom sương mù chỉ có thể ứng dụng ở những vùng có nhiều sương mù; ...) thì thiết bị này lại phù hợp với nhiều kiểu khí hậu khác nhau. - Thiết bị sử dụng nguồn năng lượng từ pin mặt trời và tuabin gió nên nguồn năng lượng này sẽ tạo ra được một nguồn điện liên tục , không bị phụ thuộc vào điện lưới nên rất phù hợp với những vùng miền xa xôi, hẻo lánh chưa có điện lưới. - Đặc biệt, thiết bị còn có một ưu điểm lớn, đó là ngay kể cả khi không có nguồn điện để bộ phận làm lạnh hoạt động thì vẫn thu được nước do vào ban đêm, khi nhiệt độ giảm xuống, kim loại sẽ lạnh nhanh hơn so với môi trường khiến quá trình ngưng tụ vẫn tiếp tục diễn ra. - Thiết bị được thiết kế nhỏ gọn (kích thước tùy theo nhu cầu) và dễ dàng di chuyển nên có thể lắp đặt cho từng gia đình. Tính năng này còn trở nên rất hữu ích và phù hợp với những chiếc tàu thuyền đi biển dài ngày (luôn luôn có gió để cung cấp năng lượng cho thiết bị). - Cấu tạo đơn giản, hiệu quả cao, chi phí thấp. Phần III: Quá trình nghiên cứu và kết quả. III.1: Nội dung đã nghiên cứu a) Quá trình thu thập tài liệu: Tác giả đã tiến hành thu thập các kiến thức, các tài liệu, số liệu nghiên cứu,... Các kiến thức và tài liệu thu thập được lấy làm cơ sở cho phương pháp nghiên cứu. b) Lập cơ sở lý thuyết cho mô hình: + Ngưng tụ: là quá trình chuyển đổi từ thể khí sang thể lỏng + Tuabin gió: là thiết bị dùng để biến đổi động năng của gió thành cơ năng. Năng lượng của gió làm cho 2 hoặc 3 cánh quạt quay quanh 1 rotor. Mà rotor được nối với trục chính và trục chính sẽ truyền động làm quay trục quay máy phát để tạo ra điện. + Pin mặt trời: là thiết bị giúp chuyển hóa trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) thành năng lượng điện (điện năng) dựa trên hiệu ứng quang điện. c) Mô hình: Sau khi thu thập kiến thức và tài liệu, tác giả đã tiến hành nghiên cứu và thiết kế mô hình. Kết quả, đã tạo ra được mô hình hoàn chỉnh, có thể mô phỏng lại quá trình thu nước từ không khí qua sự ngưng tụ. d) Tính toán: - Thiết bị với công suất 14W cung cấp khoảng 0,24l/h (khoảng 5,76 l/ngày) với điều kiện nhiệt độ là 25 độ C, độ ẩm khoảng 80%. tùy theo nhu cầu nước sử dụng mà mình thiết kế thiết bị cho phù hợp. - Giả sử: Nếu cần 2,4l/h thì cần thiết bị có công suất là 140W. Mặt trời mỗi ngày cung cấp 1000W/m2, mà hiệu suất pin mặt trời là khoảng 18%, như vậy 1m2 pin mặt trời thu được 180W/m2/ngày, tức là 1m2 pin mặt trời mỗi giờ cho ra 7,5W. Vì vậy để tạo ra 140W/h thì cần diện tích pin mặt trời là 18,6m2. Giá pin mặt trời trên thị trường có giá khoảng 2 triệu đ/m2 => để đầu tư pin mặt trời hết khoảng: 2 x 18,6 = 37,2 triệu đ Máy phát điện sức gió dạng ring công suất 876W/ngày = 36,5W/h  tạo ra được 36,5/14x0,24 = 0,63l/h. Giá máy phát điện sức gió dạng ring khoảng 48 triệu đ  Tổng đầu tư là: 37,2 + 48 = 85,2 triệu đ  Diện tích 18,7m2 pin mặt trời và 1 máy phát điện sức gió dạng ring công suất 876W tạo ra 2,41 + 0,631 = 3,3l/h = 79,2l/ ngày. Coi độ bền của thiết bị là 30 năm => chi phí để tạo ra 1l nước trong 30 năm đó là: [(85.200.000đ / (30x365)] / 79,2 = 98,24 vnđ/l = 982 vnđ/m3 Trong khi đó, giá nước sạch hiện nay trung bình khoảng 8000 vnđ/m3 (5.020 vnđ/m3 trong 10m3 đầu tiên và 13.377 vnđ/m3 khi dùng trên 30m3) III.2: Nội dung sẽ nghiên cứu tiếp - Trong thời gian tới: Tiếp tục tiến hành thử nghiệm trong từng gian đoạn thời tiết khác nhau, các kiểu khí hậu khác nhau để từ đó nâng cao và cải thiện để thiết bị đạt hiệu quả cao nhất. - Nghiên cứu thêm bộ phận lọc và chứa nước mưa. - Tăng thêm diện tích bề mặt tiếp xúc của các thanh kim loại với không khí sao cho thật phù hợp. Phần IV: Kết luận. Thiết bị thu nước từ không khí thông qua quá trình ngưng tụ nên có thể cho ra nguồn nước sạch, an toàn. Thiết bị phù hợp với nhiều kiểu khí hậu, hoạt động bất kể ngày hay đêm, nắng hay mưa, độ ẩm cao hay độ ẩm thấp mà không bị phụ thuộc vào điện lưới. Theo tính toán, để tạo ra một lít nước, chi phí tiêu tốn cho thiết bị rẻ hơn gấp khoảng 8 lần so với giá nước trung bình hiện tại. Tài liệu tham khảo: https://www.youtube.com/watch?v=SGxAG3g7l6s http://m.tietkiemnangluong.vn/Tham-khao/Kien-thuc-chuyen-mon/Nguyenly-lam-viec-cua-tuabin-gio.aspx http://www.pinmattroi.com/kien-thuc-co-ban-ve-pin-mat-troi/pin-mat-troila-gi.html http://vietpictures.net/vi/y-tng-xanh/1017-thit-b-thu-nc-sch-t-sngmu.html#.VHMDAyPcdMw http://vnexpress.net/tin-tuc/thoi-su/ha-noi-tang-gia-nuoc-sach-tu-1-103085647.html http://www.thietbiloc.com/loc-nuoc-bien/9-chung-cat-nuoc-bien-thanhnuoc-ngot http://thegioidien.com.vn/home/index.php? option=com_virtuemart&Itemid=440