Tài liệu Thiết kế máy lọc bụi không khí

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI TRƯỜNG THPT Phan Huy Chú – Đốống Đa ************** ĐỀỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸỸ THUẬT DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤẤP THÀNH PHỐẤ LẤỀN THỨ TƯ (NĂM HỌC 2014 - 2015). Tên đêề tài:THIỀẤT KỀẤ MÁỸ LỌC BỤI KHỐNG KHÍ Lĩnh vực: Kỹỹ thuật: Kỹỹ thuật điện và cơ khí NGƯỜI HƯỚNG DẪN HD1: - Cử nhân Nguyễn Thành Lập - Đơn vị công tác: ĐH Sư Phạm Hà Nội HD2: - Cử nhân Trần Văn Huy - Đơn vị công tác: Trường THPT Phan Huy Chú – Đống Đa TÁC GIẢ: 1.Bùi Tuấn Minh 2.Ngô Hoàng Sơn Lớp:12D1 Lớp:11A3 Hà Nội, tháng 11 năm 2014 2 Lời nói đầu Bụi là những phần tử ở thể rắn hoặc thể lỏng lở lửng trong không khí. Để có thể lửng lơ lâu trong không khí, kích thước của các hạt bụi thường không to quá 50-70 micron (mỗi micron bằng một phần nghìn milimet). Hiện nay ở một số thành phố lớn, tình trạng ô nhiễm không khí do bụi rất phổ biến. Và tình trạng ô nhiêm không khí đang là một thực trạng đáng quan ngại và theo các chuyên gia đánh giá, ô nhiễm không khí đang ở mức báo động đỏ và cao nhất từ trước đến nay. Từ thực trạng nói trên, chúng em đã lên ý tưởng tạo ra một thiết bị có thể lọc được tối đa bụi trong không khí mà chỉ dụng nguyên liệu tái chế. Thiết bị chỉ sử dụng các phương pháp lọc bụi cơ bản được học trong sách giáo khoa THPT nhưng có sự đổi mới kết hợp của ba phương pháp: Ly tâm, Lưới tĩnh điện, buồng lắng bụi. Bụi được hút vào cổng hút bụi nhờ một quạt tản nhiệt được lắp ở bên trên bộ lọc bụi. Khi bụi đi vào trong sẽ chuyển động theo dòng lưu chuyển không khí. Các hạt bụi to sẽ rơi xuống dưới đáy chai nhựa to nhờ phương pháp buồng lắng và ly tâm. Các hạt bụi nhỏ tiếp tục chuyển động và được nhiễm điện âm, khi đi vào bên trong chai nhỏ có các lớp vỏ lon nhôm mang điện tích dương nhằm giữ các hạt bụi nhỏ ở đó. Không khí đã được lọc sẽ đi qua quat tản nhiêt ở bên trên và đi ra ngoài môi trường. 3 I - Thực trạng ô nhiễm không khí do bụi Ở hầu hết các đô thị nước ta đều bị ô nhiễm bụi, nhiều nơi bị ô nhiễm bụi trầm trọng, tới mức báo động. Các khu dân cư ở cạnh đường giao thông lớn và ở gần các nhà máy, xí nghiệp cũng bị ô nhiễm bụi rất lớn.  Nồng độ bụi trong các khu dân cư ở xa đường giao thông xa các cơ sở sản xuất hay trong các khu công viên cũng đạt tới xấp xỉ trị số tiêu chuẩn cho phép.  Trong những năm gần đây, Hà Nội đang phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trường, trong đó có môi trường không khí. Đặc biệt là, tại các khu công nghiệp, các trục đường giao thông lớn đều bị ô nhiễm với các cấp độ khác nhau. Một con đường ô nhiễm bụi ở Hà Nội  Các nhà máy xí nghiệp xả ra một lượng lớn khí bụi vào môi trường 4 II - Nguyên nhân Vì sao lại có những thực trạng đáng buồn như trên và hệ quả của nó để lại? Ta hãy cùng tìm hiểu 1. Do con người 1.1. Ô nhiễm không khí do giao thông đô thị Với mức độ tăng trưởng trung bình hàng năm về xe máy là 15% và ôtô là 10% năm 1996 thì thành phố có 600.000 xe máy và 34.000 ô tô nhưng sau 10 năm thì lượng ô tô tăng lên gấp 4,4 lần (150.000), xe máy tăng lên 2,6 lần (1,55 triệu) đây chính là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường không khí chủ yếu trên các tuyến đường giao thông của Hà Nội. Trong khi đó, cơ sở hạ tầng giao thông còn thấp , cường độ dòng xe lớn, đường hẹp, nhiều giao điểm (ngã ba, ngã tư), ý thức người tham gia giao thông kém,... Tất cả những yếu tố trên dẫn đến lượng khí độc hại như CO, SO2, NO2 và các hợp chất chứa bụi, chì, khói được thải ra tăng, gây ô nhiễmmôi trường không khí tại các trục giao thông chính và các nút giao thông đặc biệt vào các giờ cao điểm. 5 Lượng lớn phương tiện giao thông được tiêu thụ Bên cạnh đó, chất lượng các phương tiện giao thông cũng như ý thức người dân khi tham gia giao thông là nguyên nhân làm tăng nồng độ chất ô nhiễm. Hàng loạt các yếu tố như: quá cũ, hay quá thời gian sử dụng, hệ thống thải không đạt yêu cầu, lượng khí thải không đảm bảo tiêu chuẩn thải… Công trường đang xây dựng 1.2. Ô nhiễm không khí do xây dựng Tốc độ đô thị hóa ở Hà Nội diễn ra khá nhanh và mạnh, thành phố như một “công trường” lớn. Hiện nay trên địa bàn thành phố luôn có hơn 1.000 công trình xây dựng lớn nhỏ được thi công, gây ô nhiễm bụi cả khu vực rộng lớn. Ngoài ra, mỗi tháng còn có khoảng 10.000 m2đường bị đào bới để thi công các công trình hạ tầng kỹ thuật. Thành phố hiện nay có khoảng hơn 300 điểm tập trung buôn bán vật liệu xây dựng. Mà phần lớn những điểm buôn bán không có đủ điều kiện kinh doanh bảo đảm vệ sinh môi trường, diện tích nhỏ hẹp, không có hàng rào che chắn, thường sử dụng vỉa hè làm nơi tập kết vật liệu, vì vậy luôn phát tán bụi vào môi 6 trường. Tất cả những nguyên nhân trên khiến cho tình trạng ô nhiễm bụi vẫn ở mức cao. Vận chuyển vật liệu xây dựng 1.3. Do hoạt động sinh hoạt và dịch vụ của cộng đồng Môi trường không khí không chỉ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố trên mà còn bị ảnh hưởng bởi hoạt động sinh hoạt của người dân như: khí thải từ gia đình dùng bếp than tổ ong để đun nấu (bình quân một gia đình tiêu thụ 2kg than/ngày, tức là 50 60kg/tháng) cũng đóng góp một phần đáng kể trong việc làm suy giảm chất lượng môitrường không khí của Hà Nội. Hoạt động của làng nghề (gốm Bát Tràng, Triều Khúc…), các cơ sở tiểu thủ công nghiệp nằm rải rác khắp các ngõ xóm, khu dân cư(đặc biệt là khu vực ngoại thành) cũng gây ra những ảnh hưởng không nhỏ. Hoạt động sinh hoạt, dịch vụ của người dân cũng thải ra một lượng rác rất lớn, lượng rác tồn đọng lâu ngày không được thu rọn cũng gây ra ảnh hưởng đối với môi trường không khí. Tất cả các hoạt động này gây ra những khó khăn cho việc kiểm soát và giảm thiểu ô nhiễm môi trường không khí của thành phố. 7 Cảnh sinh hoạt của người dân 2. Do môi trường tự nhiên - Ô nhiễm do hoạt động của núi lửa: hoạt động của núi lửa phun ra một lượng khổng lồ các chất ô nhiễm như tro bụi. - Ô nhiễm do cháy rừng: cháy rừng do các nguyên nhân tự nhiện cũng như các hoạt động thiếu ý thức của con người. - Ô nhiễm do bão cát: hiện tượng bão cát thường xảy ra ở những vùng đất trơ và khô không có lớp phủ thực vật ngoài việc gây ra ô nhiễm bụi. - Ô nhiễm do phân hủy các chất hữu cơ trong tự nhiên: Do quá trình lên men các chất hữu cơ khu vực bãi rác, đầm lầy và thậm chí có cả các vi sinh vật. 8 Bụi sinh ra từ tự nhiên III .Hệ quả 9 1 Sức khỏe con người Ai cũng cảm nhận được ít nhiều về tác hại của hạt bụi, nhưng tác hại thực sự ghê gớm của nó chính là cái giá phải trả cho nền công nghiệp hóa, cho sự phát triển của khoa học. Đó là căn bệnh bụi phổi. Bụi khói thuốc lá có kích thước dưới 1 micron, hàng năm giết chết hơn 300 nghìn người trên toàn thế giới, gấp 6 lần số người chết vì tai nạn giao thông. Bụi Silic. Người làm ở mỏ than, nghề khoan đục đá, sản xuất đồ gốm sứ, gạch ngói, xi măng, khai thác cát... dễ mắc bệnh bụi phổi. Biến chứng thường gặp nhất làm giảm phế nang, gây khó thở, suy hô hấp, viêm phế quản mạn tính, viêm phổi cấp tính, tâm phế mạn, tràn khí màn phổi làm chết người. Ngoài ra, nó là chất được công nhận gây ung thư phổi, ung thư dạ dày, thanh quản, thận... Ô nhiễm môi trường không khí 2 Ảnh hưởng đến môi trường Gây ra các sự biến đổi về khí hậu và thiên tai như: - Hiệu ứng nhà kính và hiện tượng nóng lên toàn cầu 10 +Sự tăng mực nước biển do băng tan làm tăng thể tích đại dương. +Nhiệt độ tăng sẽ gây hậu quả nghiêm trọng đến nông nghiệp và hệ thống sinh thái, cũng như làm trầm trọng thêm những vấn đề sa mạc hóa và sự thiếu hụt nước. - Mưa axít: gây tổn hại nghiêm trọng đến các cánh rừng và các hồ trở thành một vấn đề môi trường quốc tế - Suy giảm tầng ôzôn: khi tầng ôzôn bị phá hủy và mưc dộ ánh sang xuyên qua trái đât tăng lên, nảy sinh các mối lo ngại về hậu quả liên quan đến môi trường sinh thái 3. Ảnh hưởng đến các thiết bị điện tử Ví dụ như: Laptop khá tiện lợi cho công việc di động, gọn nhẹ và dễ mang theo khi đi công tác. Và thấp nhất sau hai năm sử dụng thì nó có thể đã bám khá nhiểu bụi bẩn ở bên trong máy. Ảnh hưởng của bụi đến các thiết bị điện tử 11 Vị trí bám nhiều bụi nhất được xác định là quạt tản nhiệt, và khi đó do bụi bám nên hiệu năng giải nhiệt của nó sẽ bị giảm đáng kể làm cho laptop trở nên nóng hơn và dễ gây tình trạng tắt máy đột ngột hay nguy hiểm hơn là gây cháy nổ từ bên trong. IV. Một số thiết bị lọc bụi tân tiến khác 1. Máy lọc không khí Coways Máy lọc không khí Coways mang lại không khí trong lành và khỏe mạnh hàng ngày. Luồng không khí mạnh mẽ và hoạt động cực kỳ yên tĩnh, lý tưởng cho bất kỳ không gian sống nào. Hệ thống lọc của COWAY tùy chỉnh cấu hình để bảo vệ chống lại một loạt các nhân có hại trong không khí, chất gây ô nhiễm và mùi hôi. Chất lượng của công nghệ lọc không khí Coways đã đạt được chứng nhận của các tổ chức uy tín trong ngành công nghiệp như BAF, SIAA, Energy Star và AAFA. Dù được trang bị hệ thống lọc khí siêu mỏng nhưng thiết bị lọc không khí Coway cũng gồm 8 lớp lọc khác nhau với sự kết hợp giữa công nghệ lọc A3 gồm 3 lớp có thể loại bỏ vi khuẩn, bụi bẩn và khử mùi khó chịu. Thử nghiệm cho thấy sự kết hợp các công nghệ lọc trên đã loại bỏ tới 99% vi khuẩn (là những vi khuẩn gây bệnh cúm và viêm nhiễm đường hô hấp), 80% bụi bẩn và 40% các loại mùi khó chịu như khói thuốc lá, mùi gas hoặc một số loại hôi mốc khác. 12 Ngoài ra các máy lọc khí thế hệ “siêu mỏng” này còn có rất nhiều tính năng thân thiện môi trường và con người như vỏ được làm từ những vật liệu tái chế, tiết kiệm điện (ở mức thấp nhất chỉ tiêu thụ hết 4,3W và cao nhất là 43W), độ ồn thấp (cao nhất 48,4 dBA) và phím điều khiển đơn giản. Có thể nói, với sự phát triển không ngừng của nền kinh tế tri thức thì Coway ngày càng có được những sản phẩm tốt hơn không chỉ thuần túy về công năng sử dụng mà còn về độ an toàn cho người sử dụng và môi trường 2. Máy lọc không khí Panasonic f-pxf35a Hạt nanoe thâm nhập sâu vào mọi kết cấu bên trong để bắt lấy vi khuẩn và chất gây dị ứng và ngăn chặn đến 99,9% các tác nhân gây dị ứng. Bộ lọc không khí tích hợp với công nghệ Super alleru-buster, Tinh chất trà xanh và vi sinh kháng khuẩn. Lưu thông không khí 3D giúp lọc sạch hiệu quả các chất bụi bẩn và mùi hôi trong nhà. Đèn báo mức ô nhiễm thay đổi trên bảng đèn để cho thấy chất lượng không khí. Chế độ tự động tạo ra tốc độ hoạt động tương ứng với mức độ ô nhiễm không khí. Chế độ Turbo có thể loại bỏ sự ô nhiễm tại cài đặt mặc định trong 10 phút. Chế độ khi ngủ mang lại sự thoải mái, dễ chịu trong suốt 8 giờ. Chế độ kiểm tra bộ lọc sẽ nhắc nhở khi đến thời hạn cần phải thay mới. Hiệu quả cho kích cỡ phòng tối đa 26 m2. 13 V – Hộp xanh 1. Giới thiệu 1.1. Vật liệu - 1 chai nhựa 1,5l 2 chai nhựa 350ml Giấy bạc nhôm 1 quạt tản nhiệt máy tính Vỏ lon nhôm Mạch tạo điện áp cao Biến áp xung trong tivi +Biến áp xung là biến áp hoạt động ở tần số cao khoảng vài chục KHz như biến áp trong các bộ nguồn xung , biến áp cao áp . lõi biến áp xung làm bằng ferit , do hoạt động ở tần số cao nên biến áp xung cho công xuất rất mạnh, so với biến áp nguồn thông thường có cùng trọng lượng thì biến áp xung có thể cho công xuất mạnh gấp hàng chục lần. . 14 Bộ biến áp xung trong tivi +Biến áp xung biến đổi điện áp xung hay cường độ xung. Số vòng dây của biến áp xung thường ít. Lõi của biến áp xung là ferit hay hợp kim pemeloïd trong khi lõi của biến áp thường là thép silic. Biến áp xung cộng các tín hiệu xung, biến đổi cực tính của các xung và lọc bỏ thành phần một chiều của dòng điện. Biến áp xung làm tăng biên độ điện áp hoặc dòng mà vẫn duy trì được dạng xung ban đầu, không bị méo.Độ dài xung (ở các máy điều khiển tự động) vào khoảng 0.1 μs, ngắn hơn chu kỳ của điện lưới hàng triệu lần, nghĩa là tần số lớn gấp hàng triệu lần, đến MHz. 1.2. Cơ chế hoạt động Bụi được hút vào cổng hút bụi nhờ một quạt tản nhiệt được lắp ở bên trên bộ lọc bụi. Khi bụi đi vào trong sẽ chuyển động theo dòng lưu chuyển không khí. Các hạt bụi to sẽ rơi xuống dưới đáy chai nhựa to nhờ phương pháp buồng lắng và ly tâm. Các hạt bụi nhỏ tiếp tục chuyển động và được nhiễm điện âm, khi đi vào bên trong chai nhỏ có các lớp vỏ lon nhôm mang điện tích dương nhằm giữ các hạt bụi nhỏ ở đó. Không khí đã được lọc sẽ đi qua quat tản nhiêt ở bên trên và đi ra ngoài môi trường. Còn những hạt bụi nhỏ ở bên trong sau khi ngắt nguồn điện sẽ bị trung hòa về điện và rơi xuống dưới đáy chai to cùng với các hạt bụi to. Công việc còn lại là mở lắp chai to và lấy bụi ra ngoài. 1.3. Mục đích và ứng dụng - Sử dụng nguyên liệu tái chế 100%. Và theo công văn mới của thủ tướng chính phủ về quyết định thu hồi và sử lý sản phẩm thải bỏ đã 15 tạo điều kiện để sản xuất hộp xanh đại trà vì giá cả rất hợp lý, nắm bắt xu thế thay đổi trong nước. - Hộp xanh có kích thước nhỏ gọn có thể đặt phù hợp ở tất cả mọi nơi như trường học, nhà ở các nơi công cộng như công viên hay trên các con đường. - Có năng suất lọc bụi trong không khí cao và sử dụng lâu dài. - An toàn dễ sử dụng. - Kết hợp và sử dụng rất nhiều các phương pháp lọc bụi được học trong sách giáo khoa như: buồng lắng bụi, phương pháp lọc bụi ly tâm, phương pháp lọc bụi tĩnh điện nên mang tính thí nghiệm và thực tế cao. 2. Thí nghiệm 2.1. Qui trình lắp đặt - Cắt phần cuối của cả hai loại chai nhựa(5 cm), lồng hai chai nhỏ với nhau. - Dùng vỏ lon nhôm cắt thành các dây răng cưa khoảng 20cm và dán vào mặt ngoài 2 chai nhựa nhỏ đã được gắn với nhau. - Cố định chai nhỏ bên trong chai to, lắp đặt quạt tản nhiệt ở phần cuối chai to đã được cắt, cắt một hình chữ nhật vừa đủ ở rìa vỏ chai to. - Nối hệ thống mạch điện vào chai. 16 Mạch tạo điện áp cao dùng biếến áp xung Quạt tản nhiệt Bình lọc và chứa bụi 2. 2. Quá trình thí nghiệm - TN1: Lắp điện vào hai tấm vỏ lon đã được cắt cho nằm song song và cách nhau một khoảng 5cm , tấm bên dưới mang điện tích âm, tấm trên mang điện tích dương. Thả các hạt bụi vào tấm dưới, một lúc sau các hạt bụi sẽ bị hút lên tấm bên trên  Thí nghiệm thành công 17 - TN2 : thả các hạt bụi vào chai đã cắt sửa hoàn chỉnh nhằm xác định dòng dịch chuyển của các hạt bụi.  Thí nghiệm thành công. - TN3 : nối chai với nguồn điện 220V nhằm thử nghiệm tổng thể hệ thống.  Thí nghiệm đã thất bại. Lý do : Điện bị hở, phóng điện yếu không thể làm các hạt bụi bị nhiễm điện và hút chúng. TN4: sử dụng bộ mạch mới, bao gồm Mạch tạo điện áp cao và biến áp - xung trong tivi thay cho nguồn 220V bình thường tăng hiệu điện thế lên 2000V.  Thí nghiệm thành công, ( mặc dù hiệu điện thế là 200V nhưng vẫn rất an toàn do cường độ dòng điện nhỏ) 3. Tổng kết  Ưu điểm: - Sử dụng nguyên liệu tái chế 100%. Và theo công văn mới của thủ tướng chính phủ về quyết định thu hồi và sử lý sản phẩm thải bỏ đã tạo điều kiện để sản xuất hộp xanh đại trà vì giá cả rất hợp lý, nắm bắt xu thế thay đổi trong nước. 18 - Hộp xanh có kích thước nhỏ gọn có thể đặt phù hợp ở tất cả mọi nơi như trường học, nhà ở các nơi công cộng như công viên hay trên các con đường. - Có năng suất lọc bụi trong không khí cao và sử dụng lâu dài. - An toàn dễ sử dụng. - Kết hợp và sử dụng rất nhiều các phương pháp lọc bụi được học trong sách giáo khoa như: buồng lắng bụi, phương pháp lọc bụi ly tâm, phương pháp lọc bụi tĩnh điện nên mang tính thí nghiệm và thực tế cao. - Sau khi lọc khí thoát ra là khí ozon.  Nhược điểm -Chưa có số liệu thực tế lượng bụi hút được trong một ngày do chưa có điều kiện đáp ứng thí nghiệm đo lượng bụi thu được trong một căn phòng trong một ngày. - Phạm vi hoạt động còn chưa lớn. 4. Tính mới - Sử dụng nguyên liệu tái chế 100%. Và theo công văn mới của thủ tướng chính phủ về quyết định thu hồi và sử lý sản phẩm thải bỏ đã tạo điều kiện để sản xuất hộp xanh đại trà vì giá cả rất hợp lý, nắm bắt xu thế thay đổi trong nước. - Hộp xanh có kích thước nhỏ gọn có thể đặt phù hợp ở tất cả mọi nơi như trường học, nhà ở các nơi công cộng như công viên hay trên các con đường. - Có năng suất lọc bụi trong không khí cao và sử dụng lâu dài. - An toàn dễ sử dụng. - Kết hợp và sử dụng rất nhiều các phương pháp lọc bụi được học trong sách giáo khoa như: buồng lắng bụi, phương pháp lọc bụi ly tâm, phương pháp lọc bụi tĩnh điện nên mang tính thí nghiệm và thực tế cao. 19 - Sau khi lọc xong khí xả ra là khí ozon(tác dụng ngoài dự kiến) 5. Phương hướng phát triển - Có thể ứng dụng vào hệ thống quạt thông gió. Có thể lắp đặt thêm hệ thống năng lượng mặt trời nhằm tiết kiệm điện. Dẫn khí ozon để sử dụng các tác dụng của nó. Lắp thêm tính năng cài đặt giờ tự động ngừng lọc bụi. Lắp thêm hệ thống giảm tiếng ồn 20