Su Kien 2016

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết sản xuất nước sạch bằng nguồn năng lượng mặt trời

Thứ năm - 20/10/2016 00:20
Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch và vô tận, nếu được nghiên cứu sử dụng một cách hợp lý thì chúng ta có thể tiết kiệm được một lượng lớn về năng lượng và góp phần đáng kể vào việc bảo vệ môi trường sinh thái.

        Nước là thành phần quan trọng của các tế bào sinh học và là môi trường của các quá trình sinh hóa cơ bản như quang hợp. Hơn 70% diện tích của Trái đất được bao phủ bởi nước. Lượng nước trên Trái đất có vào khoảng 1,38 tỉ km³. Trong đó 97,4% là nước mặn trong các đại dương trên thế giới, phần còn lại, 2,6%, là nước ngọt, tồn tại chủ yếu dưới dạng băng tuyết đóng ở hai cực và trên các ngọn núi, chỉ có 0,3% nước trên toàn thế giới (hay 3,6 triệu km³) là có thể sử dụng làm nước uống. Nước được sử hầu hết trong các hoạt động của cơ thể thực động vật, trong việc phát triển kinh tế xã hội,.... Như vậy có thể thấy rằng nước có vai trò hết sức quan trọng,việc cung cấp nước uống sẽ là một trong những thử thách lớn nhất của loài người trong vài thập niên tới đây.

      Bên cạnh đó, năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch và vô tận, nếu được nghiên cứu và sử dụng một cách hợp lý thì chúng ta có thể tiết kiệm được một lượng lớn về năng lượng và góp phần đáng kể vào việc bảo vệ môi trường sinh thái ngày một đang xấu đi do việc khai thác và sử dụng các nguồn năng lượng chưa qua xử lý dẫn đến gây ô nhiễm môi trường. Ngày nay các nước trên thế giới đã và đang nghiên cứu sử dụng năng lượng mặt trời dưới nhiều dạng khác nhau như: Dùng năng lượng mặt trời để cung cấp điện, sử dụng năng lượng mặt trời dưới dạng nhiệt năng.
 
3
Hình 1: Quá trình truyền năng lượng bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển trái đất
       Việt Nam là một trong những quốc gia có nguồn năng lượng mặt trời rất dồi dào, với số giờ nắng trung bình 2200 giờ/năm và cường độ bức xạ cao nhất có thể đến 980W/m2. Hiện nay việc sản xuất nước sạch chủ yếu dùng năng lượng điện năng nên chi phí năng lượng và lượng phác thải gây ô nhiễm môi trường tăng cao. Vì vậy giải pháp sản xuất nước sạch bằng năng lượng mặt trời nhằm mang lại hiệu quả kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường trong việc sử dụng năng lượng là cần thiết.
Qua quá trình nghiên cứu, tìm hiểu việc chế tạo mô hình sản xuất nước sạch bằng nguồn năng lượng mặt trời đảm bảo các tiêu chí:
- Tạo ra nguồn nước sạch đảm bảo chất lượng theo QCVN 02:2009/BYT.
- Dễ dàng vận hành, tiết kiệm năng lượng, nâng cao hiệu quả kinh tế trong việc sản xuất nước sạch dùng trong sinh hoạt.
- Giảm được ô nhiễm môi trường, đáp ừng nhu cầu sử dụng của xã hội.
        Hiện nay có nhiều loại thiết bị tạo nước ngọt từ nước mặn, đã được thương mại hóa dùng các phương pháp công nghệ hiện đại với các loại màng lọc khác nhau. Chúng có ưu điểm là năng suất cao, thích hợp với quy mô lớn nhưng bên cạnh đó có nhiều nhược điểm như giá thành cao, màng lọc hay bị hư hỏng. Bởi vậy, việc sử dụng công nghệ đun sôi nước mặn cho bốc hơi và ngưng tụ là công nghệ đơn giản nhất. Phương pháp này không nhưng dùng cho trường hợp nước mặn, mà còn phù hợp với trường hợp lấy từ các nguồn nước không sạch. Với phương án đề xuất dưới đây mang lại những ưu điểm sau:
- Đảm bảo việc đun nước mặn hoặc nước không sạch trực tiếp bằng năng lượng mặt trời mà không qua việc sử dụng điện năng hay chuyển hóa từ năng lượng mặt trời thành điện năng rồi dùng điện đó để đun nước.
- Quá trình chưng chất diễn ra một cách liên tục.
- Có thể ứng dụng công nghệ hiện đại để thực hiện tự động hóa cho hệ thống
- Mức đầu tư thấp, hiệu quả cao.
1
Hình 2: Sơ đồ hệ thống sản xuất nước sạch bằng năng lượng mặt trời.
          Hệ thống sản xuất nước sạch bằng năng lượng mặt trời gồm bốn Module được sử dụng trực tiếp năng lượng mặt trời để đun sôi nước, hơi nước thu được sẽ được ngưng tụ tại hệ thống chưng cất nước và từ đó hoàn toàn có thể thu được nước sạch phục vụ như cầu sinh hoạt mà hầu như không tiêu thụ điện năng góp phần giảm thiệu tiêu thụ điện năng, bảo vệ môi trường. Điểm mấu chốt trong hệ thống sản xuất nước sạch bằng năng lượng mặt trời đó chính là hệ thống đun nước bằng năng lượng mặt trời và hệ thống chưng cất nước, ngoài việc dùng các bộ thu nhiệt hệ thống này sử dụng thiết bị thu nhiệt chính là các gương phản xạ.
         Để tập trung năng lượng bức xạ chiếu tới mặt thu Ft, nhằm nâng cao nhiệt độ của Ft và môi chất tiếp xúc nó, người ta dùng thêm các gương phản xạ. Gương phản xạ là các bề mặt nhẵn bóng, coi là vật đục D = 0, có hệ số hấp thụ A bé và hệ số phản xạ R =  1-A lớn. Gương phản xạ thường có dạng phẳng, côn, nón, parabol trụ hoặc parabol tròn xoay và được chế tạo bằng kim loại bóng như inox, nhôm, tôn đánh bóng hoặc kính hay plastic có tráng bạc. Đặc trưng của gương phản xạ bao gồm:
- Các thông số hình học và kết cấu.
- Độ phản xạ R, điều kiện để mặt thu có thể hứng toàn bộ phản xạ từ gương.
- Độ tập trung năng lượng bức xạ (k).
Hệ thống chưng cất đóng vai trò quan trọng trong việc thu nước sạch sau quá trình đun nóng.

 
2
Hình 3. Hệ thống chưng cất nước đơn giản.
         Nước bẩn hoặc nước mặn được đưa vào khay ở dưới và được đun nóng bởi sự hập thụ năng lượng mặt trời. Phần đáy của khay được sơn đen để tăng quá trình hấp thụ bức xạ mặt trời, nước có thể xem như là trong xuốt trong việc truyền bức xạ song ngắn từ mặt trời. Bề mặt hấp thụ nhận nhiệt bức xạ của mặt trời và truyền lượng nhiệt này cho nước. Khi nhiệt độ tăng, các phân tử nước chuyển động trở nên rất mạnh và chúng tách ra khỏi bề mặt thoáng. Việc đối lưu của dòng không khí phía trên bề mặt mang theo hơi nước được ngưng tụ khi gặp dòng không khí đối lưu bên ngoài và chảy xuống máng chứa ở góc dưới. Để đạt hiệu quả cao trong quá trình ngưng tụ thì nước phải được ngưng tụ bên dưới tấm phủ. Tấm phủ có độ dốc lớn để cho các giọt nước chảy xuống dễ dàng, quá trình ngưng tụ của nước dưới tấm màng có thể là ngưng giọt hay ngưng màng, điều này phụ thuộc vào quan hệ giữa sức căng bề mặt của nước và tấm phủ. Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng ở vùng khí hậu nhiệt đới như nước ta, hệ thống chưng cất nước có thể sản xuất một lượng nước tương đương với lượng mưa 0,5cm/ngày.
        Như vậy, với hệ thống này có thể xuất ra nước ngọt, nước cất từ tất cả mọi loại nước đầu vào; hệ thống hoàn toàn không dung màng lọc, lõi lọc hay phụ kiện điện tử đắt tiền; không sử dụng hóa chất; không phải chi phí cho các năng lượng khác trong quá trình sử dụng; dễ lắp đặt, sử dụng và tiện ích. Từ kết quả tìm hiểu, nghiên cứu cơ bản trên, nhóm sinh viên ngành Kỹ thuật Cơ khí – Khoa Cơ khí trường Đại học Sao Đỏ đang triển khai chế tạo thiết bị và là một trong những công trình tham dự Hội thi sinh viên sáng tạo kỹ thuật lần 2 – năm 2017.
 

Nguồn tin: Nguyễn Đức Anh - DK04 - Ck2

Tổng số điểm của bài viết là: 0 trong 0 đánh giá

Click để đánh giá bài viết

Những tin mới hơn

Những tin cũ hơn

Bạn đã không sử dụng Site, Bấm vào đây để duy trì trạng thái đăng nhập. Thời gian chờ: 60 giây