Thiết kế, chế tạo mô hình máy khuấy trộn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƯƠNG
KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ

-----------------------

TRẦN THỊ TUYỀN

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH
MÁY KHUẤY TRỘN

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Ngành: Đại học Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử

Phú Thọ, 2018


i

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƯƠNG
KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ

-----------------------

TRẦN THỊ TUYỀN

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH
MÁY KHUẤY TRỘN

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Ngành: Đại học Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: Th.S NGUYỄN VĂN QUYẾT

Phú Thọ, 2018


ii
LỜI CẢM ƠN
Trong cuộc sống khơng có sự thành cơng nào mà không gắn liền với
những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người
khác. Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập tại trường đến nay, em đã
nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cơ, gia đình và bạn bè.
Với lịng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý thầy cô ở Khoa Kỹ thuật Công nghệ và đặc biệt các thầy cô trong bộ môn Điện tử - Trường Đại học
Hùng Vương đã dùng tâm huyết, lịng nhiệt tình cùng với kiến thức có được
của mình để truyền đạt, chỉ bảo cho em những kiến thức quý báu trong suốt
thời gian học tập tại trường. Và đặc biệt, trong học kỳ này. Nếu khơng có
những sự hướng dẫn, chỉ bảo tậm tình của các thầy cơ thì bài báo cáo này của
em rất khó có thể hồn thiện được.
Bài báo cáo đồ án của em được thực hiện trong khoảng thời gian
khoảng 6 tháng. Bước đầu đi vào thực tế nghiên cứu em nhận thấy vốn kiến
thức của bản thân còn hạn chế và gặp rất nhiều khó khăn. Nhưng nhờ có sự
giúp đỡ, chỉ bảo của giảng viên hướng dẫn là thầy ThS. Nguyễn Văn Quyết
nên vấn đề của em đã được giải quyết. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và
sự tri ân sâu sắc tới Thầy, xin chúc thầy sức khỏe, công tác tốt và cùng với
các thầy cô trong trường đào tạo ra những sinh viên ưu tú phục vụ cho đất
nước.
Trong quá trình nghiên cứu, cũng như trong q trình viết bài báo cáo,
khó tránh khỏi những sai sót, vậy nên em rất mong nhận được sự quan tâm
cùng với những sự chỉ bảo, những ý kiến đóng góp của các thầy cơ và các bạn
sinh viên để cho đề tài của em hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn.

Sinh viên thực hiện

Trần Thị Tuyền


iii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................ ii
DANH MỤC HÌNH ẢNH .............................................................................. v
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................... vi
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN........................................ vii
PHẦN A. MỞ ĐẦU ....................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài.............................................................................. 1
2. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................... 2
3. Ý nghĩa khoa học của đề tài ........................................................................ 2
4. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ........................................................................ 3
PHẦN B. NỘI DUNG .................................................................................... 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................... 4
1.1.Tổng quan về các phương pháp khuấy trộn .............................................. 4
1.2.Nhiệm vụ, phân loại của máy khuấy trộn. ................................................. 5
1.4.Yêu cầu kỹ thuật đối với máy khuấy trộn ................................................. 6
1.5.Các loại máy khuấy hiện nay .................................................................... 6
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ............................................................................................. 13
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.......................................................... 13
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ......................................................................... 13
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................ 13
2.2. Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 13
2.3. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................... 13
2.3.1. Tiến trình thực hiện nghiên cứu .......................................................... 13

2.3.2. Phương pháp nghiên cứu nội dung 1:.................................................. 13
2.3.3. Phương pháp nghiên cứu nội dung 2:.................................................. 14
2.3.4. Phương pháp nghiên cứu nôi dung 3:................................................. 40
2.3.5. Phương pháp nghiên cứu nội dung 4:................................................. 45
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐẠT ĐƯỢC ................................ 46
3.1. Kết quả gia công, chế tạo hệ thống cơ khí mơ hình máy khuấy ............. 46


iv
3.2. Kết quả thi công, chế tạo hệ thống điều khiển ....................................... 47
3.3. Lắp đặt chạy thử .................................................................................... 48
PHẦN C. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................... 50
1. Kết luận .................................................................................................... 50
2. Hạn chế, tồn tại ........................................................................................ 50
3.Kiến nghị và đề xuất giải pháp .................................................................. 50
3.1. Kiến nghị ............................................................................................... 50
3.2. Đề xuất giải pháp................................................................................... 51
PHẦN D. TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................ 52
PHỤ LỤC .................................................................................................... 53


v
DANH MỤC HÌNH ẢNH


vi

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Thông số cơ bản cuả Arduino Uno .................................................. 19
Bảng 3.1 Bảng chỉ tiêu đánh giá máy khuấy trộn.............................................. 49

vii

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Nguyễn Văn Quyết


1
PHẦN A. MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Từ thời xa xưa con người đã biết khuấy trộn nguyên liệu để phục vụ

cho sinh hoạt cũng như phục vụ cho buôn bán, sinh hoạt. Nhưng những công
đoạn khuấy trộn này cịn thơ sơ và dùng sức người là chính. Khi nền kinh tế
phát triển cùng với khoa học kỹ thuật luôn phát triển trong tất cả các lĩnh
vực, nhất là các ngành sản xuất. Việc đòi hỏi cải tiến và nâng cấp hệ thống
sản xuất luôn là ưu tiên hàng đầu. Một trong những hệ thống đó là hệ thống
khuấy trộn nguyên liệu tự động[1]. Hệ thống này giúp cho sản xuất linh hoạt
hơn, tiết kiệm thời gian và nhân lực, tăng sản lượng, đem lại lợi ích kinh tế
cao và hiệu quả. Tuy nhiên với điều kiện ở Việt Nam, chi phí cho các hệ
thống khuấy trộn nguyên liệu tự động khá lớn nên chỉ được áp dụng cho các
hệ thống có yêu cầu khuấy trộn phức tạp, còn một lượng lớn các doanh
nghiệp vẫn sử dụng trực tiếp sức lực con người để làm việc.
Ưu điểm vượt trội của phương pháp khuấy trộn tự động so với việc khuấy
trộn thủ công là thời gian khuấy nhanh và độ chính xác cao. Cho đến nay đã
có rất nhiều các cơng trình nghiên cứu về cơng nghệ và phương pháp khuấy
trộn.
Một số tài liệu về công nghệ khuấy trộn:
[1]. Nguyễn Minh Tuyển (2006), Quá trình và thiết bị khuấy trộn trong công
nghệ, Nhà xuất bản Xây Dựng.
[2]. Nguyễn Quang Minh (2014), Các lọai máy khuấy trộn, < Arduino,
>.
[3]. Nguyễn Tăng Cường (2016), Máy khuấy trộn nông sản thực phẩm,
< />Mục đích chung của các cơng trình nghiên cứu này là tạo ra sản phẩm
ứng dụng nhằm tự động hóa nâng cao năng suất lao động và hiệu quả trong
sản xuất.


2
Arduino là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với
các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ hoặc các thiết bị điện khác.
Phần cứng của thiết bị đã tích hợp nhiều chức năng cơ bản và là mã nguồn

mở. Ngôn ngữ lập trình trên nền Java lại vơ cùng dễ sử dụng tương thích với
ngơn ngữ C và hệ thống thư viện vơ cùng phong phú được chia sẻ miễn phí
trên Internet. Chính vì thế mà Arduino đã và đang dần phổ biến và được phát
triển ngày càng mạnh mẽ trên toàn thế giới[4].
Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực
kỳ dễ sử dụng, với ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay
cả với những người ít am hiểu về điện tử và lập trình, ngồi ra cịn những lợi
ích sau:


Làm việc chắc chắn, liên tục, tuổi thọ cao, chịu được môi

trường khắc nghiệt.


Có thể làm việc trong nhiều điều kiện khác nhau.



Sử dụng đơn giản, giá thành rẻ[4].

Xuất phát từ tình hình thực tế tự động hóa tại các phân xưởng, nhà kho
và các khu vực điều hành quản lý vẫn đang tiếp tục được nâng cao cùng với
kiến thức đã được học trong trường, Emđã nghiên cứu và thực hiện đề tài “ Thiết
kế, chế tạo mơ hình máy khuấy trộn ”. Đây chỉ là một phần nhỏ trong quy trình
sản xuất, tuy vậy em mong rằng với đề tài này em sẽ củng cố được kiến thức đã
được học trong trường và ứng dụng một phần nhỏ trong sản xuất.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Thiết kế, chế tạo thành công mơ hình máy khuấy trộn.
3. Ý nghĩa khoa học của đề tài

- Tìm hiểu được cơng nghệ khấy trộn trong công nghiệp: cấu tạo,
nguyên lý làm việc của hệ thống khuấy trộn.
- Tìm hiểu được cách lắp đặt, kết nối, lập trình trong hệ thống khuấy
trộn.


3
4. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Đã thiết kế, chế tạo thành cơng mơ hình máy khuấy trộn và có thể phát
triển để ứng dụng trong thực tế sản xuất. Đề tài giúp em trải nghiệm thực tế thi
công hệ thống và làm quen dần với việc áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực tế,
cũng như các thiết bị kỹ thuật.


4
PHẦN B. NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.Tổng quan về các phương pháp khuấy trộn
Khuấy trộn là một quá trình cơ học được dùng rất nhiều trong các quá
trình sản xuất thực phẩm nhằm tăng cường các quá trình truyền nhiệt hoặc để
thu được một hỗn hợp đồng nhất từ nhiều cấu tử trộn lại. Ngoài ra khuấy trộn
còn được dùng nhiều để làm tan nhanh chất rắn trong lỏng hoặc tăng cường
các phản ứng hóa học trong hỗn hợp[1].
Quá trình khuấy hệ lỏng rất thường gặp trong cơng nghiệp: cơng nghiệp
hóa chất, cơng nghiệp thực phẩm, công nghiệp luyện kim, công nghiệp vật
liệu xây dựng.
Quá trình khuấy có thể được thực hiện trong các ống có chất lỏng chảy
qua, trong các bơm vận chuyển, trên đĩa của các tháp tinh luyện cũng như
trong các thiết bị khuấy hoạt động nhờ năng lượng cơ học đưa vào qua cơ cấu
khuấy hoạt động nhờ năng lượng của khí nén[1].

Có thể chia phương pháp khuấy trộn ra làm hai loại:
- Khuấy trộn thủ cơng là q trình mà con người trực tiếp tham gia vào công
đoạn khuấy trộn.
- Khuấy trộn tự động là quá trình mà các thiết bị điều khiển tự động đóng vai
trị chủ đạo. Trong quá trình khuấy tự động được chia ra thành nhiều phương
pháp khác nhau.
- Các phương pháp điều khiển khuấy trộn tự động:
+ Điều khiển sử dụng PLC.
+ Điều khiển sử dụng vi điều khiển.
+ Điều khiển sử dụng Arduino.
 Một số hệ thống khuấy trộn trong công nghiệp:
Theo nguyên lý làm việc, hệ thống khuấy được chia làm hai loại:liên tục và
gián đoạn.
Loại làm việc liên tục gồm các loại sau:


5
- Máy trộn vít tải nằm ngang một trục, hai trục.
- Máy trộn ly tâm.
Loại làm việc gián đoạn gồm các loại sau:
- Máy khuấy thùng quay hình trụ nằm ngang, thẳng đứng, trục chéo, hình lục
giác nằm ngang, chữ V.
- Máy khuấy nằm ngang một trục, hai trục.
- Máy khuấy vít tải thẳng đứng.
- Máy khuấy lớp sơi có cánh đảo.
1.2.Nhiệm vụ, phân loại của máy khuấy trộn.
a. Nhiệm vụ:
- Khuấy trộn các thành phần nguyên liệu đã được định sẵn thành 1 hỗn hợp
đồng đều.
- Tăng cường các q trình hóa sinh học trong q trình chế biến thực phẩm.

- Tăng cường quá trình trao đổi nhiệt khi chế biến thực phẩm.
- Hòa tan chất này vào chất khác (hoà tan muối, đường với các chất khác)
Ba loại quá trình điển hình này thực hiện với các loại đồng thể và dị thể
khác nhau như hệ lỏng-lỏng, lỏng-khí, lỏng-rắn.
b. Phân loại
Có nhiều cách để phân loại máy khuấy trộn như phân loại theo nguyên
lý cấu tạo, theo bố trí bộ phận trộn, theo số bộ phận trộn, theo cách làm việc,
theo tính chất của sản phẩm đầu ra…v.v
Phân loại theo nguyên lý cấu tạo:
- Máy trộn có bộ phận trộn quay:
+ Máy trộn kiểu vít
+ Máy trộn kiểu cánh quạt
+ Máy trộn kiểu hành tinh
+ Máy trộn kiểu cánh gạt
- Máy trộn thùng quay:
+ Máy trộn kiểu trống


6
+ Máy trộn kiểu côn
- Máy trộn - định mức phối hợp
Phân loại theo cách bố trí bộ phận trộn:
- Máy trộn kiểu vít hay cánh gạt ngang
- Máy trộn kiểu vít hay cánh gạt đứng
- Máy trộn kiểu vít nghiêng
Phân loại theo số bộ phận trộn:
- Máy trộn kiểu đơn, kép
- Máy trộn kiểu thùng, đơn, kép
Phân loại theo cách làm việc:
- Máy trộn liên tục

- Máy trộn gián đoạn
Phân loại theo tính chất sản phẩm:
- Máy trộn khơ
- Máy trộn nước
- Máy trộn ướt
1.4.Yêu cầu kỹ thuật đối với máy khuấy trộn
- Đảm bảo chất lượng trộn cao (đặc trưng là độ đồng đều), nhất là khi trộn
hỗn hợp có những thành phần với tỉ lệ rất ít. Độ trộn đồng đều có 1 ý nghĩa rất
lớn trong việc bảo đảm phẩm chất, giá trị của sản phẩm đầu ra.
- Có khả năng trộn được các hỗn hợp lỏng.
- Có năng suất cao và chi phí năng lượng dùng thấp.
1.5.Các loại máy khuấy hiện nay
a. Khuấytrộnbằngcơkhí
Các cánh khuấy có hình dạng khác nhau, được lắp đặt trong máy. Khi
máy hoạt động cánh khuấy tạo ra sự xáo trộn dòng chất lỏng. Cánh khuấy
thường được sử dụng trong các bể khuấy trộn như một phương tiện để trộn
chất lỏng và huyền phù. Cánh khuấy thông thường sử dụng một thiết kế mở
và được gắn với một trục trung tâm được đặt ở trung tâm của bể[3].


7

Hình 1.1. Bể khuấy trộn với một cánh khuấy đặt ở chính giữa
 Các loại cánhkhuấy
Cánh khuấy mái chèo: thường dùng để hồ tan chất rắn có khối lượng
riêng khơng lớn, việc khuấy trộn tạo ra thuỷ động lực học cao. Tốc độ khuấy
chậm, bề mặt cánh khuấy lớn hơn, sử dụng phổ biến trong bể tạo bông. Các
lưỡi dao được làm bằng thép tấm, hàn hoặc cố định bằng bu lông trên các ổ
trục và thường là 2, 3 hoặc 4 mảnh. Nó có hai loại, lưỡi bằng phẳng, thẳng và
lưỡi gấp. Cánh khuấy gấp tiêu thụ ít điện năng hơn so với cánh khuấy bằng

phẳng và thẳng. Cánh khuấy mái chèo cũng có thể được sử dụng để khuấy
chất lỏng có độ nhớt cao, thúc đẩy sự trao đổi lên xuống của chất lỏng. Tốc
độ quay của cánh khuấy là 20~100 vòng/phút, độ nhớt cao nhất là 20Pa.s[3].
Đặc điểm kỹ thuật:
- Số lượng cánh khuấy tuỳ theo yêu cầu, có thểcó 2, 3 cánh.
- Khuấy cho bể keotụ.
- Trục khuấy liên kết trục động cơ bằng ống nối đồng trục.
- Ống nối bằng inox304.
- Trục, cánh khuấy bằng inox304.


8
- Đường kính cánh khuấy: 800 – 1200mm.
- Tốc độ: 20 – 100 vịng/phút.

Hình 1.2. Cánh khuấy mái chèo
Cánh khuấy chân vịt (chong chóng):điều chế dung dịch huyền phù, nhũ
tương, không thể dung cánh khuấy chân vịt để khuấy chất lỏng có độ nhớt cao
hoặc khuấy chất lỏng trong đó có các hạt rắn có khối lượng riêng lớn, chủ yếu
được sử dụng trong chất lỏng có độ nhớt thấp. Hiệu quả khuấy thuỷ động lực
học cao. Cánh khuấy tiêu chuẩn gồm có 3 mảnh. Mức độ biến động của chất
lỏng là không cao khi cánh khuấy đang làm việc. Đường kính của cánh quạt
khuấy nhỏ, d/D = 1/4~1/3, tốc độ đầu thường là 7~10 m/s, tốc độ tối đa có thể
được15m/s[3].
Đặc điểm kỹ thuật:
- Số lượng cánh khuấy: 2 hoặc 3cánh.
- Tốc độ khuấy chậm: 70 – 130vòng/phút.
- Trục khuấy liên kết với trục bằng ống nối inox304.
- Trục và cánh khuấy làm bằng inox 304,316.
Ứng dụng:

- Khuấy bể phản ứng tạo bông keotụ.
- KhuấybểđiềuchỉnhPH.


9
- Khuấybểcân bằng bểkhử
- Nito, khử Photpho.

Hình 1.3. Cánh khuấy chân vịt
Cánh khuấy tuabin:để điều chế huyền phù mịn, để hoà tan các chất rắn
nhanh hoặc để khuấy trộn các hạt rắn đã lắng cặn có nồng độ pha rắn đến
60%. Turbine khuấy thuộc về khuấy chất lỏng độ nhớt thấp, nó có hiệu quả có
thể hồn thành tất cả các hoạt động trộn và xử lý với nhiều độ nhớt của dung
dịch sét. Khuấy tua bin được chia thành loại mở và loại đĩa. Loại mở bao gồm
cánh quạt thẳng và phẳng, cánh quạt xiên, cánh quạt cong; Loại đĩa bao gồm
đĩa cánh quạt phẳng và thẳng, đĩa cánh quạt xiên, đĩa cánh quạt cong, v.v…
Cánh khuấy tuabin mở loại thường là 2 hoặc 4 miếng; loại đĩa là phổ biến
nhất đã 6 miếng. Lực cắt lớn, có thể làm cho các hạt chất lỏng phân tán rất tốt,
phù hợp với độ nhớt thấp đến trung bình của chất lỏng (chất lỏng phân tán,
chất huyền phù). Cánh khuấy uốn cong theo hướng dịng chảy chất lỏng, có
thể giảm tiêu thụ điện năng và phù hợp với khuấy chất lỏng có chứa hạt
rắngiịn[3].
Đặc điểm kỹ thuật:
- Cánh khuấy tuabin 4 cánh, góc nghiêng450.


10
- Tốcđộkhuấychậm,kiểutrụckhuấyđồngtrụcđộngcơ.
- Trục khuấy liên kết đồng tâm với hộp giảm tốc bằng ống nốitrục.
- Ống nối trục được sơn phủ chống ăn mòncao.

- Trục và cánh khuấy bằng inox 304, 316 với kích thước có thể thayđổi.
- Ống nối trục bằng inox304.
- Tốc độ khuấy: 100-200rpm.
- Đường kính cánh khuấy từ:200-800mm.
- Trục và cánh khuấy được lắp đặt rờinhau.
Ứng dụng:
- Cánh khuấy được dùng cho các thể tích bể từ 0,1 – 180 m3.
- Khuấy trộn bể phẩn ứng keotụ.
- Khuấy trộn bồn pha hoáchất.
- Khuấy trộn hệ thống sản xuất thựcphẩm.
- Khuấy trộn bể chống lắng bùncặn.

Hình 1.4. Cánh khuấy tubin
b. Máy khuấychìm


11
Các máy khuấy phải đặt trong lòng chất lỏng với một tốc độ quy định
để đảm bảo thời gian thích hợp của q trình. Từ quan điểm cơng nghệ pha
trộn của xem, khối lượng bơm qua đường kính bên ngồi của máy trộn là
không quan trọng; quan trọng là khối lượng đặt trong chuyển động với tốc độ
quy định.
Các máy khuấy chìm có thể hoạt động trong chất lỏng ở nhiệt độ tối đa
40ºC và ngập sâu đến 10 m. Khi lắp đặt máy trộn chìm phải chú ý đến vị trí
của nó. Đặc biệt là sự cân bằng trong bể tại nơi mà các hoạt động xảy ra liên
tục khi áp lực của máy khuấy bằng các áp lực bên ngồi tác động đến chiều
xoay của cánh quạt. Vì vậy, các áp lực bên ngồi phải được tính tốn. Ngồi
ra lượng nước đưa vào bể (ví dụ như từ sự tuần hồn) phải được tính tốn.
Khơng chỉ các giá trị lưu lượng dòng chảy mà còn sự điều hướng của chúng
cũng rất quan trọng.

Hình 1.5. Cánh khuấy chìm
Theo các nghiên cứu, trục hướng tâm của đà quay chuyền cho các chất
lỏng bằng cách khuấy là quan trọng. Nó tương đương với lực tải cánh quạt
hướng trục. Vì vậy, lực hướng trục là thông số quan trọng nhất của máy
khuấy và nó được quy định tại danh mục sản phẩm. Lực hướng trục có thể dễ


12
dàng chuyển đổi thành hiệu quả dòng khối lượng chất lỏng (tức công suất)
đưa vào chuyển động với tốc độ v quy định. Khi nước thải được khuấy trộn,
các yêu cầu tốc độ nước ít nhất là v = 0,3 m/s. Vì vậy, cơng suất thực tế cho v
= 0,3 m/s được xác lập. Máy khuấy có thể chuyển động trong lượng nước này
với tốc độ tối thiểu v = 0,3 m/s.[3]
Lực trục: F (kN);
Hiệu quả đầu ra: v = 0,3 (m/s); Q = 0,3 (m3/s);
Công suất đầu vào động cơ: P1 (kW);
Công suất đầu ra động cơ (ở trục động cơ): P2 (kW).
c. Khuấy trộn bằng khínén
Dùng để khuấy chất lỏng có độ nhớt thấp. khí nén thường là khơng khí
được nén qua một ống các lỗ nhỏ, ống này đặt ở tận đáy thiết bị. khơng khí
chui qua lỗ tạo thành những bọt nhỏ, rồi qua lớp chất lỏng làm cho chất lỏng
bị khuấy. Để khuấy được đều người ta làm đường ống khí thành vịng, hoặc
xoắn ốc, đôi khi làm một dãy ống thẳng đặt song song nhau[3].

Hình 1.6. Bể khuấy trộn bằng khí nén


13
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG

PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
- Công nghệ khuấy trộn.
- Bo mạch Arduino và ngơn ngữ lập trình.
- Các thiết bị dùng điều khiển và lấy tín hiệu.
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu thiết kế, điều khiển máy khuấy trộn 2 chất lỏng có màu khác nhau
sử dụng bộ điều khiển Arduino Uno R3.
2.2. Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1: Cơ sở thiết kế mơ hình trình khuấy trộn.
Nội dung 2: Thiết kế mơ hình máy khuấy trộn.
Nội dung 3: Chế tạo mơ hình máy khuấy trộn.
Nơi dung 4: Chạy thử và đánh giá kết quả hoạt động của mơ hình.
2.3. Phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Tiến trình thực hiện nghiên cứu
Tiến trình nghiên cứu gồm có 4 bước:
- Bước 1: Đưa ra các thông số cần đạt được của hệ thống khấy trộn thiết kế:
số lượng dung dịch khấy, công suất của động cơ khấy….
- Bước 2: Thiết kế mơ hình máy khuấy trộn.
- Bước 3: Thi cơng mơ hình
+ Thi cơng phần cứng của mơ hình.
+ Lập trình điều khiển của mơ hình
Bước 4: Chạy thử và đánh giá sự ổn định của mơ hình.
2.3.2. Phương pháp nghiên cứu nội dung 1:
a. Mức độ khuấy trộn
Là sự phân bố tương hỗ của hai hay nhiều chất sau khi trộn. Nó là chỉ tiêu
để đánh giá hiệu quả khuấy và có thể sử dụng để đánh giá cường độ khuấy.

14
Theo cơng thức Hixon-Tenry thì mức độ khuấy là

X

I

i

n

n

: số mẫu thử

Xi

: nồng độ mẫu thử lần i và được xác định

Xi 

i
nếu  i   i 0
i0

Xi 

1 i
nếu  i   i 0
1 i 0

Trong đó i ,  i 0 là phần thể tích của cấu tử i trong mẫu thử và trong tồn bộ
thiết bị.
b. Cường độ khuấy
Người ta thường dùng một trong các đại lượng sau đây biểu thị cường độ
khuấy:
- Số vòng quay n của cánh khuấy.
- Vận tốc vòng V của đầu cánh khuấy.
- Công suất khuấy riêng: nghĩa là công suất chi phí để khuấy một đơn vị thể
tích
Nv 

N
V

Trong đó:

N: số vịng quay của cánh khuấy
V: vận tốc động cơ khuấy

c. Hiệu quả khuấy
Hiệu quả khuấy được xác định bằng năng lượng tiêu hao để đạt được
hiệu ứng công nghệ cần thiết. Thiết bị khuấy có hiệu quả cao nếu nó đạt được
u cầu đề ra và tốn ít năng lượng nhất và ngược lại.
2.3.3. Phương pháp nghiên cứu nội dung 2:
Từ kết quả quá trình nghiên cứu chỉ tiêu đánh quá trình khuấy trộn, em
đã chọn loại máy khuấy cơ khí để sử dụng cho khóa luận. Hệ thống cơ khí của
máy khuấy đã được lên kế hoạch thiết kế và thi công, để thực hiện được nội

15
dung là thiết kế, em sử dụng các công cụ hỗ trợ thiết kế như phần mềmthiết kế
SolidWord thiết kế cơ khí.

Hình 2.1. Thiết kế bể khuấy

Hình 2.2. Giá đỡ bộ điều khiển
Giá đỡ bộ điều khiển được thiết kế có dạng hình vng, chất liệu được
làm bằng gỗ, có kích thước 25x25x1,3 cm. Bên trong có khoan lỗ để đặt động
cơ khuấy và cảm biến siêu âm.


16

Arduino

Nguồn tổ
ong

Động
cơ

Relay

Cảm biến

Hình 2.3. Vị trí các linh kiện được đặt trong giá bộ điều khiển
 Tính chọn linh kiện, thiết bị:
a. Bo mạch Arduino UNO R3

2.4

Arduino Uno R3

Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thơng qua cổng USB hoặc
cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V.
Thường thì cấp nguồn bằng pin vng 9V là hợp lí nhất nếu bạn khơng có sẵn


17
nguồn từ cổng USB. Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, bạn sẽ
làm hỏng Arduino UNO.
Các chân năng lượng:
- GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO.
- 5V: cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.
- 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là
50mA.
- Vin (Voltage Input): cung cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối
cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND.
- IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể
được đo ở chân này.
- RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương
đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.
Lưu ý:
-

Các chân 3.3V và 5V trên Arduino là các chân dùng để cấp nguồn ra

cho các thiết bị khác, không phải là các chân cấp nguồn vào. Việc cấp nguồn
sai vị trí có thể làm hỏng board. Điều này khơng được nhà sản xuất khuyến

khích.
-

Cấp nguồn ngồi khơng qua cổng USB cho Arduino UNO với điện áp

dưới 6V có thể làm hỏng board.
-

Cấp điện áp trên 13V vào chân RESET trên board có thể làm hỏng vi

điều khiển ATmega328.
-

Cường độ dòng điện vào/ra ở tất cả các chân Digital và Analog của

Arduino UNO nếu vượt quá 200mA sẽ làm hỏng vi điều khiển.
-

Cấp điệp áp trên 5.5V vào các chân Digital hoặc Analog của Arduino

UNO sẽ làm hỏng vi điều khiển.
-

Cường độ dòng điện qua một chân Digital hoặc Analog bất kì của

Arduino UNO vượt quá 40mA sẽ làm hỏng vi điều khiển. Do đó nếu không
dùng để truyền nhận dữ liệu, bạn phải mắc một điện trở hạn dòng.