(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu ảnh hưởng của tần số xung điện áp hình chữ nhật đến hiệu quả xử lý nước điện hóa cho tháp giải nhiệt trong hệ thống water chiller

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
DƯƠNG HUỲNH MINH NHỰT

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TẦN SỐ XUNG
ĐIỆN ÁP HÌNH CHỮ NHẬT ĐẾN HIỆU QUẢ XỬ LÝ
NƯỚC ĐIỆN HÓA CHO THÁP GIẢI NHIỆT TRONG
HỆ THỐNG WATER CHILLER

NGÀNH: KỸ THUẬT NHIỆT – 8520115

SKC007245

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05/2021


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
DƯƠNG HUỲNH MINH NHỰT

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TẦN SỐ XUNG ĐIỆN ÁP

HÌNH CHỮ NHẬT ĐẾN HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC ĐIỆN
HÓA CHO THÁP GIẢI NHIỆT TRONG HỆ THỐNG WATER
CHILLER

NGÀNH: KỸ THUẬT NHIỆT – 8520115

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05/2021
1


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
DƯƠNG HUỲNH MINH NHỰT

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TẦN SỐ XUNG ĐIỆN ÁP

HÌNH CHỮ NHẬT ĐẾN HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC ĐIỆN
HÓA CHO THÁP GIẢI NHIỆT TRONG HỆ THỐNG WATER
CHILLER

NGÀNH: KỸ THUẬT NHIỆT – 8520115
Hướng dẫn khoa học:
TS. LÊ MINH NHỰT

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05/2021
2




i

ii


iii


iv


v


vi


LÝ LỊCH KHOA HỌC

Dán hình
3x4 & đóng
mộc giáp lại

hình

I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: Dương Huỳnh Minh Nhựt

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 01/03/1995

Nơi sinh: Bến Tre

Quê quán: Bến Tre

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 444, Căn Cứ, Mỹ Thạnh, Giồng
Trôm, Bến Tre
Điện thoại cơ quan: 028 37314063

Điện thoại nhà riêng:

Fax:

E-mail:


II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo:

Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/

Nơi học (trường, thành phố):
Ngành học:
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 10/2013 đến 03/2018

Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Ngành học: Công Nghệ Kỹ Thuật Nhiệt
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo bộ thu
khơng khí năng lượng mặt trời cánh sóng dọc
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 20/01/2018,
Xưởng Nhiệt, Khoa Cơ Khí Động Lực.
Người hướng dẫn: TS. Lê Minh Nhựt
3. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 04/2019 đến 05/2021

Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Ngành học: Kỹ thuật nhiệt

vii


Tên luận văn: Nghiên cứu ảnh hưởng của tần số xung điện áp hình
chữ nhật đến hiệu quả xử lý nước điện hóa cho tháp giải nhiệt trong
hệ thống water chiller Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 09/05/2021, Phòng
A2-201, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Người hướng dẫn: TS. Lê Minh Nhựt
5. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Tiếng Anh, cơ bản
6. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật được chính thức cấp; số bằng,
ngày & nơi cấp: Kỹ sư Công nghệ kỹ thuật nhiệt, Số hiệu: 521813, ngày
cấp 10/04/2018 tại Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI
HỌC:

Thời gian
03/2018
03/2019
04/2019
Nay
IV. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ:
1. Effects of Flow Rate of Cooling Water on Performance of Electrochemical
Water Treatment for Cooling Tower of Water-Cooled Chiller. Proceedings of the
2nd Annual International Conference on Material, Machines and Methods for
Sustainable Development (MMMS2020), pp 672-679. (Đồng tác giả)
2. Đánh giá ảnh hưởng của mật độ dịng điện đến hiệu quả xử lý nước làm mát
bình ngưng của hệ thống điều hịa khơng khí trung tâm water chiller bằng phương
pháp điện phân. Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật số 63/2021. (Đồng tác giả)

XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN hoặc ĐỊA PHƯƠNG Ngày 22 tháng 05 năm 2021

(Ký tên, đóng dấu)

Người khai ký tên

viii


CẢM TẠ
Để hồn thành luận văn thạc sĩ này, tơi xin bày tỏ lời cảm ơn tới giáo viên
hướng dẫn của tôi, TS. Lê Minh Nhựt - Người đã định hướng, trực tiếp hướng dẫn và
cố vấn cho tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài luận văn. Xin chân thành cảm ơn
những tài liệu chuyên ngành, sự hỗ trợ về thiết bị thí nghiệm và điều kiện nghiên cứu.
Đồng thời, Thầy cũng là người luôn chia sẽ cho tôi những kinh nghiệm quý giá về cả
kiến thức chuyên môn cũng như định hướng phát triển bản thân. Một lần nữa, tôi xin

gửi lời cảm ơn sâu sắc và chân thành nhất của mình đến Thầy.

Tơi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến những Thầy/Cô trong Khoa
Cơ Khí Động Lực, những Thầy trong hội đồng bảo vệ đã góp ý, hướng dẫn và
tạo điều kiện cho tơi thực hiện đề tài nghiên cứu và hoàn thành luận văn.

Cuối cùng, tơi xin tỏ lịng biết ơn đến phụ huynh, đồng nghiệp và
bạn bè và các em sinh viên đã luôn bên cạnh giúp đỡ, động viên tôi
trong thời gian hoàn thành luận văn thạc sĩ.
Trân trọng./

ix


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng
được ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 05 năm 2021

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Dương Huỳnh Minh Nhựt

x


TĨM TẮT
Mục tiêu chính của đề tài là đánh giá sự ảnh hưởng của tần số, độ rộng
xung điện áp, mật độ dòng điện đến hiệu quả xử lý nước điện hóa cho nước

làm mát trong tháp giải nhiệt của hệ thống water chiller giải nhiệt nước.
Một hệ thống xử lý nước điện hóa được thiết kế để xử lý nước làm mát của
tháp giải nhiệt của hệ thống chiller giải nhiệt nước được lắp đặt trong khuôn viên
của Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Thiết bị này bao gồm một
bộ nguồn điều khiển một chiều, các thiết bị đo lường, bể phản ứng điện hóa và
các điện cực. Loạt thí nghiệm đầu tiên, mẫu nước làm mát ban đầu được xử lý
trong bể phản ứng 2 lít để đánh giá ảnh hưởng của tần số, độ rộng xung điện áp
và mật độ dòng điện đến hiệu quả của quá trình xử lý nước làm mát điện hóa
xung. Trong loạt thí nghiệm thứ hai, hệ thống xử lý nước điện hóa này được kết
nối với tháp giải nhiệt để xử lý nước làm mát tuần hoàn qua bể phản ứng nhằm so
sánh hiệu quả và điện năng tiêu thụ của phương pháp điện hóa xung so với
phương pháp điện hóa một chiều truyền thống.
Kết quả nghiên cứu cho thấy với độ rộng xung điện áp là 0.7, tần số 1 kHz,
2

mật độ dòng điện 80 A/m cho hiệu quả xỷ lý nước làm mát của tháp giải nhiệt tối
đa đã được quan sát. Khi so sánh chế độ điện hóa xung với chế độ điện hóa một
chiều thì điện năng tiêu thụ giảm xuống đồng thời hiệu quả loại bỏ độ cứng tổng
tăng lên. Do đó, đã chứng minh được tính ưu việt của phương pháp điện hóa
xung so với phương pháp điện hóa một chiều truyền thống.

xi


ABSTRACT
The main objective of the thesis is to evaluate the effects of the frequency,
the duty cycle and the current density on the performance of the electrochemical
cooling water treatment for cooling towers of water-cooled chiller systems.
An electrochemical water treatment system designed to treat cooling water
samples of the cooling tower of a water chiller system is designed and installed on the

campus of Ho Chi Minh City University of Technology and Education. This system
consists of a DC power supply, measuring equipment, an electrochemical reactor tank
and electrodes. The first series of experiments, a cooling water sample was treated in
a 2-liter reactor to evaluate the effects of the frequency, the duty cycle and the current
density on the performance of the electrochemical cooling water treatment. In the
second series of experiments, this cooling water treatment system was connected to
the cooling tower to treat the circulating cooling water through the reactor to compare
the performance of the pulsed electrochemical method over the traditional DC
electrochemical method and the power consumption.

The result shows that the highest performance of the electrochemical
cooling water treatment system corresponds to a pulse duty cycle of 0.7,
2

frequency 1kHz, a current density of 80 A/m was observed. When compared with
the DC pulse electrochemical and DC electrochemical the power consumption
decreases and the total hardness removal performance increases. Therefore, it
has proved the superiority of the pulsed electrochemical method compared to the
traditional DC electrochemical method.

xii


MỤC LỤC
Trang tựa

TRANG

Quyết định giao đề tài
Biên bản chấm luận văn

Phiếu nhận xét luận văn
Lý lịch khoa học..................................................................................................................... vii
Lời cam đoan............................................................................................................................. x
Cảm tạ........................................................................................................................................... ix
Tóm tắt........................................................................................................................................... x
Mục lục...................................................................................................................................... xiii
Danh mục các chữ viết tắt............................................................................................. xvii
Danh sách các bảng........................................................................................................ xviii
Danh sách các hình............................................................................................................ xix
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN..................................................................................................... 1
1.1 Tổng quan về hướng nghiên cứu................................................................ 1
1.1.1 Tổng quan về xử lý nước làm mát của tháp giải nhiệt trong hệ thống

chiller giải nhiệt nước........................................................................................... 1
1.1.2 Tổng quan các nghiên cứu liên quan đề tài.................................. 2
1.2 Tính cấp thiết của đề tài..................................................................................... 9
1.3 Mục đích nghiên cứu của đề tài.................................................................. 12
1.4 Nhiệm vụ, đối tượng và giới hạn nghiên cứu của đề tài...............12
1.4.1 Nhiệm vụ nghiên cứu:............................................................................. 12
1.4.2 Đối tượng và giới hạn nghiên cứu của đề tài............................. 13
1.5 Phương pháp nghiên cứu.............................................................................. 13
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT.................................................................................... 14

xiii


2.1

Hệ thống làm lạnh nước Wate

2.1.1
2.1.2
2.1.3
2.1.4
2.2

Một số vấn đề của hệ thống gi

2.2.1
2.2.2
chiller giải nhiệt nước. ..............................................................................
2.2.3
2.3

Phương pháp xử lý nước điện

2.3.1
2.3.2
2.3.3
2.4

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệ

2.4.1
2.4.2
2.4.3
2.5

Phương pháp điện hóa xung

2.6

Q trình điện phân nước làm

2.7

Hiệu suất xử lý nước ...........

CHƯƠNG 3 THIẾT LẬP THỰC NGHIỆM......................................................
3.1

Thiết kế hệ thống giải nhiệt củ

3.2

Sơ đồ thí nghiệm ..................

xiv


3.3 Thiết bị thí nghiệm.............................................................................................. 49
3.3.1 Thiết bị xử lý nước điện hóa................................................................ 49
3.3.2 Thiết bị đo lường........................................................................................ 53
3.4 Phương pháp thí nghiệm................................................................................ 58
3.4.1 Thí nghiệm định hướng xác định các thông số kỹ thuật của hệ thống xử

lý nước........................................................................................................................ 59
3.4.2 Thí nghiệm xác định ảnh hưởng của xung điện áp đến hiệu quả xử lý

nước.............................................................................................................................. 60

3.4.3 Thí nghiệm đánh giá hiệu quả xử lý nước giải nhiệt tuần hoàn qua bể
phản ứng giữa hai trường hợp điện hóa một chiều và điện hóa xung một chiều

61
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...................................................................... 62
4.1 Kết quả thí nghiệm định hướng xác định các thông số kỹ thuật của hệ thống

xử lý nước...................................................................................................................... 62
4.1.1 Kết quả thí nghiệm định hướng xác định thể tích bể phản ứng
.......................................................................................................................................... 62
4.1.2 Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực đến sự sụt giảm độ cứng tổng.64

4.2 Ảnh hưởng của xung điện áp đến hiệu quả xử lý nước...............64
4.2.1 Ảnh hưởng của tần số đến sự sụt giảm độ cứng tổng và chỉ số TDS . 64

4.2.2 Ảnh hưởng của tần số đến hiệu quả loại bỏ độ cứng tổng 66
4.2.4. Ảnh hưởng của độ rộng xung điện áp đến hiệu quả loại bỏ độ cứng

tổng và tiêu thụ năng lượng............................................................................ 68
4.2.5 Ảnh hưởng của mật độ dòng điện đến hiệu quả làm giảm độ cứng tổng

69
4.2.6 Ảnh hưởng của mật độ dòng điện đến hiệu quả loại bỏ độ cứng tổng

giữa hai trường hợp điện hóa một chiều và điện hóa xung một chiều 70

xv


4.2.7 Ảnh hưởng của mật độ dòng điện đến sự tiêu thụ điện năng giữa hai

trường hợp điện hóa một chiều và điện hóa xung một chiều......71
4.3. Hiệu quả xử lý nước tuần hoàn qua bể phản ứng giữa hai trường hợp điện

hóa một chiều và điện hóa xung một chiều................................................. 73
4.3.1 Ảnh hưởng của lưu lượng đến hiệu quả xử lý nước điện hóa
.......................................................................................................................................... 73
4.3.2 Hiệu quả xử lý nước tuần hoàn qua bể phản ứng giữa hai trường hợp

điện hóa một chiều và điện hóa xung một chiều................................. 74
4.3.3 Sự tương quan giữa hiệu quả xử lý nước và điện năng tiêu thụ trong hai

trường hợp điện hóa một chiều và điện hóa xung một chiều......75
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................... 77
5.1. Kết Luận.................................................................................................................. 77
5.2. Kiến nghị................................................................................................................. 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................ 79
PHỤC LỤC................................................................................................................................. 85

xvi


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
KÝ HIỆU
AHU

BH
COD
COP
DC

EC
EDTA
FCU
GSA
TDS
TCXD VN

xvii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 1.1. Cơ cấu sử dụng năng lượng của ba thể loại cơng trình Chung cư – Thương

mại – Văn phòng tại Hà Nội năm 2013....................................................................... 10
Bảng 2.1 Tiêu chuẩn nước giải nhiệt cho hệ thống chiller:........................... 19
Bảng 3.1 Thông số điện cực........................................................................................... 51

xviii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 1.1 Nhu cầu sử dụng nước trong các tịa nhà........................................... 11

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống water chiller giải nhiệt nước..................................... 14
Hình 2.2 Hiện tượng ăn mịn trong thiết bị trao đổi nhiệt............................... 20
Hình 2.3 Cáu cặn hình thành trong thiết bị trao đổi nhiệt............................... 21
Hình 2.4 Cặn bẩn bám trên bề mặt thiết bị trao đổi nhiệt................................ 22
Hình 2.5 Vi khuẩn hình thành trên bề mặt truyền nhiệt.................................... 23
Hình 2.6 Khả năng hình thành cáu cặn trên bề mặt truyền nhiệt của các loại thiết bị

trao đổi nhiệt khác nhau.................................................................................................... 24
Hình 2.7 Ảnh hưởng của nồng độ CaCO3 đến hiệu quả của thiết bị trao đổi nhiệt dạng

ống vỏ.......................................................................................................................................... 25
Hình 2.8 Ảnh hưởng của độ dày lớp cáu cặn đến nhiệt độ nước ra của thiết bị ngưng

tụ..................................................................................................................................................... 26
Hình 2.9 Ảnh hưởng của độ dày lớp cáu cặn đến hiệu suất trao đổi nhiệt . 27

Hình 2.10 Phương pháp lọc nước đầu vào trước tháp giải nhiệt..............28
Hình 2.11 Thiết bị thương mại xử lý nước tháp giải nhiệt.............................. 33
Hình 2.12 Mơ tả q trình điện phân........................................................................... 34
Hình 2.13 Quá trình khuếch tán tại bề mặt điện cực.......................................... 39
Hình 2.14 Chế độ nguồn xung một chiều................................................................. 41
Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống giải nhiệt của water chiller giải nhiệt nước......45
Hình 3.2 Hệ thống giải nhiệt bình ngứng của chiller làm mát bằng nước
......................................................................................................................................................... 48

Hình 3.3 Sơ đồ thiết bị xử lý nước điện hóa.......................................................... 48
Hình 3.4 Hệ thống xử lý nước điện hóa tuần hồn............................................. 49
Hình 3.5 Bộ cấp nguồn hệ thống xử lý nước điện hóa.................................... 50
Hình 3.6 Bể phản ứng và các điện cực..................................................................... 52
Hình 3.7 Bơm tuần hồn và cảm biến lưu lượng................................................ 52

Hình 3.8 Bút đo PH P-2S của hãng total meter..................................................... 53
Hình 3.9 Bút đo chỉ số TDS.............................................................................................. 54

xix


Hình 3.10 Bộ chuẩn độ cứng.......................................................................................... 55
Hình 3.11 Đồng hồ vạn năng và thiết bị đo năng lượng tiêu thụ................57
Hình 4.1 Ảnh hưởng của thể tích bể phản ứng đến hiệu quả loại bỏ độ cứng tổng . 62

Hình 4.2 Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các điện cực đến sự sụt giảm tổng độ

cứng của nước theo thời gian....................................................................................... 63
Hình 4.3 Sự sụt giảm độ cứng tổng giữa các tần số khác nhau theo thời gian
......................................................................................................................................................... 64

Hình 4.4 Sự sụt giảm chỉ số TDS giữa các tần số khác nhau theo thời gian
......................................................................................................................................................... 65

Hình 4.5 Ảnh hưởng của tần số đến hiệu quả loại bỏ độ cứng tổng.......66
Hình 4.6 Ảnh hưởng của tần số đến chỉ số pH của nước làm mát...........67
Hình 4.7 Ảnh hưởng của độ rộng xung điện áp đến hiệu quả loại bỏ độ cứng tổng và

tiêu thụ năng lượng............................................................................................................. 68
Hình 4.8 Ảnh hưởng của mật độ dòng điện đến hiệu quả loại bỏ độ cứng tổng và tiêu

thụ năng lượng....................................................................................................................... 69
Hình 4.9 Ảnh hưởng của mật độ dòng điện đến hiệu quả làm giảm độ cứng tổng giữa

hai trường hợp điện hóa một chiều và điện hóa xung một chiều..............70

Hình 4.10 Ảnh hưởng của mật độ dòng điện đến sự tiêu thụ điện năng của giữa hai

trường hợp điện hóa một chiều và điện hóa xung một chiều...................... 72
Hình 4.11 Ảnh hưởng của lưu lượng nước qua bộ xử lý đến sự sụt giảm độ cứng tổng

của nước theo thời gian.................................................................................................... 73
Hình 4.12 Sự sụt giảm độ cứng tổng theo thời gian giữa hai trường hợp nguồn một

chiều và nguồn xung một chiều.................................................................................... 74
Hình 4.13 Hiệu quả xử lý nước và điện năng tiêu thụ trong hai trường hợp điện hóa

một chiều và điện hóa xung một chiều..................................................................... 75

xx