Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điềuhòa nhiệt độ nước chobể cá

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.44 MB, 64 trang )

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................

........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
i

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................

Chương 3 : Thành lập và tính toán sơ đồ điều hòa.
Thành lập sơ đồ điều hòa cho hệ để từ đó định hình nguyên lý hoạt động của hệ
và dựa vào công suất yêu cầu của hệ điều hòa và hiệu suất của tấm bán dẫn để tính
toán ra công suất của tấm bán dẫn.
Chương 4: Tính chọn tấm bán dẫn và thiết bị phụ
Chọn tấm bán dẫn dựa vào công suất yêu cầu và các loại có trên thị trường. Để
từ đó tính toán các thiết bị phụ như bơm và quạt.
Chương 5 : Tự động duy trì nhiệt độ cho bể cá
Dựa vào sơ đồ điều hòa mà thiết kế mạch điện để duy trì, tự điều chỉnh nhiệt độ
cho bể cá.

iii

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT-ĐIỆN LẠNH

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Nguyễn Viết Thiết
Lớp:12N2

Số thẻ sinh viên: 104120128

Khoa: Công nghệ nhiệt-điện lạnh

Ngành: Kỹ thuật nhiệt

1. Tên đề tài đồ án:
Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho bể cá
2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
o Nhiệt độ nước yêu cầu: 270C
o Nhiệt độ không khí : Mùa hè: 400C
Mùa đông: 100C
o Thể tích bể thiết kế: V = 36 lít
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
o Giới thiệu đề tài ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho
bể cá
o Tính cân bằng nhiệt cho bể cá
o Thành lập và tính toán sơ đồ điều hòa
o Tính chọn tấm bán dẫn và thiết bị phụ
o Tự động điều chỉnh nhiệt độ nước cho bể
4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
5. Họ tên người hướng dẫn: T.S Thái Ngọc Sơn
6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 02/2017
7. Ngày hoàn thành đồ án: 06/2017
Đà Nẵng, ngày 26 tháng 05 năm 201
Trưởng Bộ môn ……………………..

Người hướng dẫn

iv

Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho bể cá

LỜI NÓI ĐẦU

Nước ta là một nước nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới. Do đó điều hoà không
khí chiếm một vị trí quan trọng cho con người lẫn các vật nuôi. Khi mà đời sống kinh
tế nâng cao thì nhu cầu về điều hoà càng cao. Mục đích của việc điều hoà không khí
là tạo ra môi trường vi khí hậu thích hợp cho điều kiện sinh lý của con người và các
sinh vật giúp cho thích nghi tốt với sự biến đổi môi trường hơn.
Với đề tài ‘’Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho bể
cá’’sau khi tìm hiểu và tiến hành làm đồ án, cùng với sự hướng dẫn tận tình hướng
dẫn về đề tài này đã đem lại cho em những kiến thức bổ ích và kinh nghiệm cho công
việc tương lai sau này.
Trong suốt quá trình làm đồ án với sự nổ lực của bản thân cùng với sự hướng dẫn
tận tình của thầy: TS.Thái Ngọc Sơn cùng các thầy cô khác trong khoa, đến nay đồ án
của em đã được hoàn thành. Trong cuốn thuyết minh này em đã cố gắng trình bày một
cách trọn vẹn và mạch lạc từ đầu đến cuối tuy nhiên vẫn còn vài sai sót, một phần do
kiến thức còn hạn chế và tài liệu không đầy đủ nên không tránh khỏi. Vì vậy em mong
muốn có được sự chỉ bảo quý báu của thầy . Em xin chân thành cảm ơn.
Đà Nẵng, tháng 6 năm2017
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Viết Thiết

SVTH: Nguyễn Viết Thiết

GVHD: TS. Thái Ngọc Sơn

1

Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho bể cá

CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn
khoa học của TS. Thái Ngọc Sơn. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này
là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây. Những số liệu
trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả
thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội
dung đồ án của mình. Trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng không liên quan đến những
vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có).
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Viết Thiết

SVTH: Nguyễn Viết Thiết

GVHD: TS. Thái Ngọc Sơn

2

Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho bể cá

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN .................................................................. i
NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN .................................................................... ii
TÓM TẮT ...................................................................................................................iii
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ........................................................................... iv
LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................................. 1
CAM ĐOAN ................................................................................................................ 2

MỤC LỤC .................................................................................................................... 3
DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ ....................................................................... 6
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT...................................................... 7
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 9
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI ỨNG DỤNG TẤM BÁN DẪN PELTIER VÀO
ĐIỀU HÒA NHIỆT ĐỘ NƯỚC CHO BỂ CÁ .......................................................... 10
1.1 Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................... 10
1.2 Cá và các ảnh hưởng của thay đổi nhiệt độ đến cá............................................ 10
1.2.1 Cá ....................................................................................................................... 10
1.2.2 Các ảnh hưởng của thay đổi nhiệt độ đến cá. .................................................. 14
1.2.2.1Hệ miễn dịch của cá. ....................................................................................... 14
1.2.2.2Ảnh hưởng đến khả năng chuyển hóa của cơ thể ............................................ 15
1.3 Các giải pháp điều hòa nhiệt độ nước bể cá ...................................................... 16
1.3.1 Sử dụng thiết bị sưởi điện trở để sưởi ấm bể cá .............................................. 16
1.3.2 Sử dụng máy điều hòa làm lạnh nước bằng chu trình nhiệt ............................ 17
1.4 Giới thiệu về tấm bán dẫn peltier( hay tấm nhiệt điện, sò lạnh) ....................... 17
1.4.1 Cấu tạo ............................................................................................................. 17
1.4.2 Nguyên lý hoạt động của tấm bán dẫn ............................................................ 18
1.5 Ứng dụng của tấm bán dẫn ................................................................................ 19
1.6 Các thông số tính toán bài toán ......................................................................... 20
CHƯƠNG 2: TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT CHO BỂ CÁ CÁNH.............................. 21
SVTH: Nguyễn Viết Thiết

GVHD: TS. Thái Ngọc Sơn

3

Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho bể cá

2.1 Phương trình cân bằng nhiệt................................................................................. 21
2.2 Tính toán hệ số truyền nhiệt các kết cấu bao che ................................................. 21
2.2.1 Cấu trúc của các kết cấu bao che....................................................................... 21
2.2.2 Xác định các hệ số truyền nhiệt của các kết cấu bao che .................................. 21
2.2.2.1 Xác định hệ số truyền nhiệt của kính bao bể cá ............................................. 22
2.2.2.2. Xác định hệ số truyền nhiệt của đáy bể cá .................................................... 35
2.3 Tính cân bằng nhiệt ............................................................................................ 36
2.3.1 Dòng nhiệt qua kết cấu bao che Q1 ................................................................... 36
2.3.2 Dòng nhiệt đi qua bề mặt thoáng của bể Q2 ...................................................... 38
2.3.3 Dòng nhiệt tỏa ra từ các thiết bị chiếu sáng, trang trí Q3 .................................. 38
2.3.4 Tổng tổn thất nhiệt ............................................................................................ 39
CHƯƠNG 3: THÀNH LẬP VÀ TÍNH TOÁN SƠ ĐỒ ĐIỀU HÒA ........................ 40
3.1 Thành lập sơ đồ tính toán ..................................................................................... 40
3.1.1 Cơ sở thiết lập sơ đồ điều hòa ........................................................................... 40
3.1.2 Sơ đồ .................................................................................................................. 40
3.1.3 Nguyên lý hoạt động ........................................................................................ 41
3.2

Tính toán năng suất tấm bán dẫn ...................................................................... 41

3.2.1 Công suất của tấm bán dẫn ................................................................................ 41
3.2.2 Kết quả tính toán .............................................................................................. 42
CHƯƠNG 4: TÍNH CHỌN TẤM BÁN DẪN VÀ THIẾT BỊ PHỤ ......................... 43
4.1 Lựa chọn tấm bán dẫn .......................................................................................... 43
4.2 Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt .............................................................................. 44
4.3 Tính chọn bơm, quạt giải nhiệt cho tấm bán dẫn ................................................. 44
4.3.1 Cơ sở lý thuyết .................................................................................................. 44
4.3.1.1 Tính chọn đường kính ống: ............................................................................ 45
4.3.1.2 Tính trở lực ..................................................................................................... 45
4.3.1.3. Tính chọn bơm, quạt cho mạng nhiệt ............................................................ 48

4.3.2 Tính chọn bơm và chọn bơm............................................................................. 49
4.3.2.1 Lưu lượng nước tuần hoàn ............................................................................ 49
4.3.2.2 Tính các tổn thất áp suất. ................................................................................ 49
4.3.2.3 Tính chọn bơm. ............................................................................................. 50
4.3.2.4 Chọn bơm ....................................................................................................... 51
4.3.3. Chọn quạt. ........................................................................................................ 51
SVTH: Nguyễn Viết Thiết

GVHD: TS. Thái Ngọc Sơn

4

Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho bể cá

4.4. Chọn và tính kiểm tra tấm tản nhiệt cho tấm bán dẫn peltier. ............................ 51
4.4.1. Chọn tấm tản nhiệt cho tấm bán dẫn peltier. .................................................... 51
4.4.2. Tính kiểm tra tấm tản nhiệt tấm bán dẫn peltier. ............................................. 52
CHƯƠNG 5: TỰ ĐỘNG DUY TRÌ NHIỆT ĐỘ NƯỚC CHO BỂ .......................... 57
5.1 Sơ đồ mạch điện ................................................................................................... 57
KẾT LUẬN ................................................................................................................ 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 54

SVTH: Nguyễn Viết Thiết

GVHD: TS. Thái Ngọc Sơn

5

Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho bể cá

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Hình 1: Hình ảnh bể cá ............................................................................................... 10
Hình 2: Thiết bị sưởi bể cá ......................................................................................... 16
Hình 3 Máy điều hòa sử dụng chu trình nhiệt ............................................................ 17
Hình 4: Sự kết nối bán dẫn trong tấm bán dẫn ........................................................... 18
Hình 5: Cấu tạo của tấm bán dẫn peltier .................................................................... 18
Hình 6: Tấm bán dẫn peltier ....................................................................................... 19
Hình 7: Kết cấu bể cá ................................................................................................. 20
Hình 8: Truyền nhiệt qua kính ................................................................................... 22
Hình 9: Truyền nhiệt qua kính ................................................................................... 33
Hình 10: Kết cấu bể cá ............................................................................................... 37
Hình 11: Sơ đồ nguyên lý hoạt động .......................................................................... 40
Hình 12: Bố trí các thiết bị trao đổi nhiệt ................................................................... 44
Hình 13: Cấu tạo của thiết bị trao đổi nhiệt ............................................................... 49
Hình 14: Tấm tản nhiệt tấm bán dẫn peltier ............................................................... 52
Hình 15: bố trí tản nhiệt tấm bán dẫn peltier.............................................................. 52
Hình 16: Kết cấu của cánh tản nhiệt .......................................................................... 53
Hình 17: Sơ đồ bố trí mạch điện ................................................................................ 57

Bảng 1: Diện tích các mặt của bể cá .......................................................................... 37
Bảng 2: Các loại tấm bán dẫn peltier ......................................................................... 43
Bảng 3: Tính chọn tốc độ cho môi chất ..................................................................... 45
Bảng 4: Hệ số KTN .................................................................................................... 46
Bảng 5: Hệ số trở lực cục bộ ...................................................................................... 47
Bảng 6: Thông số kỹ thuật của quạt.............................................................................51

SVTH: Nguyễn Viết Thiết

GVHD: TS. Thái Ngọc Sơn

6

Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho bể cá

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
V – Thể tích bể cá;
t - Nhiệt độ;
𝜔 - Tốc độ;
∆t - Hiệu nhiệt độ;
tkk - Nhiệt độ không khí;
tnc – Nhiệt độ nước;
tW- Nhiệt độ bề mặt kính;
ki- Hệ số truyền nhiệt của lớp thứ i;
Fi- Diện tích lớp thứ i;
𝛼N- Hệ số trao đổi nhiệt bên ngoài của kính;
𝛼T - Hệ số trao đổi nhiệt bên bề mặt trong của kính;
δi – Bề dày của lớp vật liệu thứ i;
𝜆i – Hệ số dẫn nhiệt qua lớp vật liệu thứ i;
∆p1 - Tổn thất áp suất trên 1 m chiều dài;
l - chiều dài;
∆pms - Tổn thất áp suất do ma sát;
ltd- chiều dài tương đương;
∆pc- Tổn thất áp suất do cục bộ;
∆p - Tổn thất áp suất;
d - Đường kính;
Re- Tiêu chuẩn Reynold;

Gr – Tiêu chuẩn Grashoff;
Pr – Tiêu chuẩn Prandtl;
Nu – Tiêu chuẩn Nusselt;
SVTH: Nguyễn Viết Thiết

GVHD: TS. Thái Ngọc Sơn

7

Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho bể cá

tm – Nhiệt độ định tính;
l – Kích thước định tính;
α – hệ số tỏa nhiệt;
η - Hiệu suất;
P - Khối lượng riêng;
H - Cột áp;
ξ- Hệ số cục bộ.

SVTH: Nguyễn Viết Thiết

GVHD: TS. Thái Ngọc Sơn

8

Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho bể cá

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Do ảnh hưởng biến đổi khí hậu những năm gần đây đến các sinh vật sống trên
trái đất, làm biến đổi môi trường sống của chúng. Đặc biệt là cá cảnh, nhưng năm gần
đây vì thay đổi thời tiết thất thường nên các loại cá cảnh dễ bị chết gây nên nhiều
thiệt hại cho thị trường cá cảnh. Vì vậy, em chọn đề tài này để làm giảm bớt sự tác
động của thay đổi khí hậu đến chúng và đồng thời tránh được những thiệt hại về thị
trường cá cảnh.
2. Mục tiêu của đề tài
Thiết kế ra 1 hệ thống điều hòa nhiệt độ nước mới có thể khắc phục được nhược
điểm của các hệ thống đang có trên thị trường. Và hệ thống được thiết kế ra phải duy
trì được nhiệt độ nước trong bể cá ổn định ở nhiệt độ 26 – 28 0C.
3. Phương pháp làm
- Dựa trên phương pháp tính truyền nhiệt để tính toán nhiệt tổn thất.
- Dựa vào các tài liệu nguồn mở trên các trang mạng internet.
4. Hướng mở rộng
Do thời gian và kinh phí tính toán và thiết kế có hạn nên phạm vi đồ án chỉ
trên mô hình nhỏ và nếu sau này có thể mở rộng tính toán ra cho các mô hình lớn hơn
và nó cũng có thể ứng dụng vào lĩnh vực nuôi thủy, hải sản để điều hòa nhiệt độ cho
cá.

SVTH: Nguyễn Viết Thiết

GVHD: TS. Thái Ngọc Sơn

9

Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho bể cá

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI ỨNG DỤNG TẤM BÁN DẪN PELTIER

VÀO ĐIỀU HÒA NHIỆT ĐỘ NƯỚC CHO BỂ CÁ
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, vấn đề biến đổi khi hậu đang tác động trực tiếp rất rõ đối với cuộc sống
của các sinh vât trên trái đất, kể cả con người. Một trong những tác động ta có thể dễ
thấy nhất là hiện tượng thời tiết thay đổi thất thường, nhiệt độ có thể tăng cao đột ngột
vào mùa hè, cũng như nhiệt độ ngày càng thấp vào mùa đông dễ gây ra các bệnh tật
cho cả con người lẫn động vật, làm cho môi trường sống của con người và động vật
càng ngày càng khắc nghiệt hơn, vì vậy hiện nay, để chống chọi với những vấn đề đó
thì biện pháp sử dụng điều hòa là biện pháp ngắn hạn trước mắt mà chúng ta đang lựa
chọn để sử dụng.
Cũng như đối với con người, việc sử dụng điều hòa cho các loài sinh vật cũng
đang được chú ý, để nâng cao môi trường sống cho các sinh vật và để hạn chế thiệt
hại kinh tế do thay đổi thời tiết. Cụ thể trong đề tài này là cá.

Hình 1: Hình ảnh bể cá
1.2 Cá và các ảnh hưởng của thay đổi nhiệt độ đến cá
1.2.1 Cá
Cá là những động vật có dây sống, phần lớn là động vật máu lạnh( ngoại nhiệt),
có mang và sống dưới nước. Hiện nay ta biết khoảng 31.900 loài cá, điều này làm chi
chúng trở thành nhóm đa dạng nhất trong số các động vật có dây sống. Sự biến đổi
nhiệt cho phép thân nhiệt của chũng biến đổi theo sự thay đổi nhiệt độ của môi trường.
Chúng là loài thu nhiệt. Vì vậy loài cá rất nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ nước của
môi trường sống.
SVTH: Nguyễn Viết Thiết

GVHD: TS. Thái Ngọc Sơn

10

Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho bể cá

Ở các vùng nhiệt đới, phạm vi hoạt động sống, và tốt cho sự phát triển nhất duy
trì ở nhiệt độ 26-280C.
• Hệ hô hấp:
Phần lớn các loài cá trao đổi các chất khí bằng mang, là bộ phận nằm ở các bên
của hầu. Các mang được cấu thành từ các cấu trúc tương tự như sợi chỉ gọi là các thớ
mảnh. Mỗi thớ mảnh chứa một hệ thống các mao mạch để có diện tích tiếp xúc bề mặt
lớn cho việc trao đổi ôxy và điôxít cacbon. Cá trao đổi khí bằng cách hút nước giàu
ôxy qua miệng và đẩy chúng qua các thớ mảnh của mang. Chúng sau đó đẩy nước
nghèo ôxy ra ngoài thông qua các lỗ hổng ở các bên của hầu. Một số loài cá, như cá
mập và cá mút đá, có nhiều lỗ hổng của mang. Tuy nhiên, phần lớn các loài cá có một
lỗ hổng của mang trên mỗi bên của cơ thể. Lỗ hổng này được che đậy bằng một lớp
chất xương bảo vệ gọi là nắp mang. Một số loài cá, như cá có phổi, đã phát triển cơ
chế thích nghi để cho phép chúng có thể tồn tại trong các khu vực nghèo ôxy hay
những nơi mà nước thường xuyên bị khô cạn. Các loài cá này có các cơ quan đặc biệt
có tác dụng như phổi. Chúng có một ống đưa không khí chứa ôxy tới cơ quan này theo
đường miệng cá. Một số loài cá có phổi là những loài phụ thuộc vào việc nhận ôxy từ
không khí và chúng sẽ chết ngạt nếu không được nhô đầu lên khỏi bề mặt nước.
• Hệ tuần hoàn:
Cá có hệ tuần hoàn khép kín với tim làm nhiệm vụ bơm máu vào một vòng tuần
hoàn đơn trong suốt cơ thể. Máu từ tim đi tới các mang, sau đó từ mang đi tới toàn bộ
cơ thể, và sau đó quay ngược trở lại tim. Ở phần lớn các loài cá, tim bao gồm bốn
phần: tĩnh mạch xoang, tâm nhĩ, tâm thất và động mạch bụng. Mặc dù có bốn phần
nhưng tim cá vẫn chỉ là loại tim hai ngăn. Tĩnh mạch xoang là một cái túi có thành
mỏng để thu thập máu từ các tĩnh mạch của cá trước khi cho nó chảy vào tâm nhĩ, là
một ngăn lớn có cơ bắp. Giữa tâm nhĩ và tâm thất có các van có tác dụng cho máu
chảy một chiều vào tâm thất. Tâm thất là ngăn có thành dày và có cơ bắp. Nó có tác
dụng như một chiếc "máy bơm" thực thụ của tim. Nó bơm máu vào một ống to gọi là
động mạch hình củ hành. Như một thiết bị ngoại vi, động mạch hình củ hành nối với

mạch máu lớn gọi là động mạch chủ, từ đó máu chảy tới các mang cá.

SVTH: Nguyễn Viết Thiết

GVHD: TS. Thái Ngọc Sơn

11

Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho bể cá

• Hệ bài tiết:
Giống như nhiều loại động vật thủy sinh, phần lớn các loài cá giải phóng các chất
thải chứa nitơ dưới dạng amôniắc. Một lượng nhỏ chất thải khuếch tán qua mang vào
trong môi trường nước xung quanh. Phần còn lại được đưa vào thận, cơ quan bài tiết
lọc các chất thải từ máu. Thận giúp cá kiểm soát nồng độ amôniắc trong cơ thể chúng.
Cá nước mặn có xu hướng mất nước do hiện tượng thẩm thấu. Đối với cá nước mặn
thì thận tích lũy các chất thải và trả lại càng nhiều nước càng tốt cho cơ thể. Điều
ngược lại diễn ra đối với cá nước ngọt, chúng có xu hướng thu nước liên tục. Thận của
cá nước ngọt là đặc biệt thích hợp để bơm một lượng lớn nước tiểu loãng ra ngoài.
Một vài loài cá có thận thích nghi đặc biệt để thay đổi chức năng của nó, cho phép cá
có thể di chuyển từ môi trường nước ngọt sang môi trường nước mặn.
• Hệ thần kinh:
Cá có hệ thần kinh phát triển tốt thiết lập xung quanh đại não, và được chia thành
các phần khác nhau. Ở phía trước của não bộ là các tổ chức khứu giác hình củ hành,
hỗ trợ cá trong việc ngửi. Không giống như phần lớn các động vật có xương sống
khác, đại não của cá chủ yếu có tác dụng hỗ trợ khứu giác hơn là phản xạ cho toàn bộ
các hành vi chủ động khác. Các thùy thị giác xử lý thông tin từ mắt. Đại não phối hợp
các chuyển động của cơ thể trong khi phần cuối của não nối với tủy xương (tiểu não)
kiểm soát chức năng của các nội tạng. Phần lớn các loài cá phát triển khá tốt cơ quan

khứu giác. Gần như toàn bộ các loài cá kiếm ăn ban ngày có các mắt phát triển tốt có
cảm nhận màu sắc tốt ít ra cũng bằng con người. Nhiều loài cá còn có các tế bào đặc
biệt gọi là các thụ quan có trách nhiệm đối với những giác quan bất thường về mùi vị.
Mặc dù cá có các tai trên đầu, nhưng nhiều loại cá không cảm thụ âm thanh tốt. Tuy
nhiên, phần lớn cá có các thụ quan nhạy cảm tạo thành hệ thống đường bên. Hệ thống
này cho phép cá phát hiện được các dao động và chuyển động nhẹ của dòng nước,
cũng như để cảm nhận chuyển động của các loại cá khác ở gần nó hay của con mồi.
Một số loài cá như cá da trơn hay cá mập, có các cơ quan có thể phát hiện các dòng
điện cực nhỏ. Một số loài cá khác như lươn điện hay cá đuối điện, có thể sản sinh ra
điện của chính nó.

SVTH: Nguyễn Viết Thiết

GVHD: TS. Thái Ngọc Sơn

12

Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho bể cá

• Hệ giác quan:
 Thị giác:
Hầu hết cá có mắt ở hai bên đầu, nhờ thế mà cá nhìn được mọi phía, điều này rất
cần thiết bởi vì cá không thể quay đầu về phía sau được. Phần lớn cá có thể nhìn tốt ở
phía trước hoặc ở 2 bên, số ít hơn có khả năng nhìn màu. Đó là điều quan trọng khi
chúng giao phối vì một số loài có thể thay đổi màu sắc khi giao phối.
 Thính giác:
Cá có tai nằm bên trong sọ. Giống như các động vật có xương sống khác, tai cá
có chức năng như các cơ quan giữ thăng bằng cũng như để nghe. Âm thanh truyền rất
tốt trong nước, và nhiều loại cá truyền âm thanh để thông tin cho nhau, có loài còn

truyền cả sóng âm (như cá heo nhưng đây không phải phụ thuộc vào thính giác).
 Xúc giác:
Nhiều loài cá sống trong những nơi tối tăm, và xúc giác của chúng là cơ quan hỗ
trợ thiết thực cho cơ quan thị giác. Một số xúc giác của cá là râu mọc xung quanh
miệng (có chức năng như ngón tay). Với cơ quan này, nó có thể di chuyển dễ dàng
dưới đáy biển hoặc sông. Một cơ quan quan trọng hơn nữa là hệ thống đường bên. Cấu
tạo của cơ quan này là một nhóm đầu dây thần kinh nằm ở dưới da bên hông của cá.
Khi có bất kỳ chuyển động nào trong nước (luôn tạo ra sóng lan truyền theo mọi
hướng), hệ thống đường bên sẽ nhận biết sóng này truyền qua hệ thần kinh và cá sẽ
biết được đó là kẻ thù hoặc thức ăn gần bên.
 Khứu giác:
Tất cả loài cá đều có khứu giác tốt. Nhiều loài tận dụng điều này để săn mồi, một
số khác để tự vệ. Nếu 1 con cá trong bầy bị thương vì kẻ thù thì tự nhiên nó sẽ tiết ra
1 chất đặc biệt trong da tan loãng vào nước. Khi các thành viên trong đàn ngửi thấy
nó, chúng sẽ bơi nhanh hơn để an toàn.
 Vị giác:
Cơ quan vị giác của cá có quan hệ chặt chẽ với cơ quan khứu giác. Tuỳ vào loài
cá mà có các vị trí vị giác khác nhau, nhưng đều phân bố ở bên trong hoặc xung quanh
miệng.

SVTH: Nguyễn Viết Thiết

GVHD: TS. Thái Ngọc Sơn

13

Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho bể cá

 Hệ cơ:

Phần lớn các loài cá chuyển động bằng cách co các cặp cơ ở hai bên xương sống
một cách so le. Sự co cơ này tạo ra đường cong hình chữ S làm cơ thể cá chuyển động
xuống dưới. Khi đường cong đạt tới vây cuối thì lực phản hồi được tạo ra. Lực phản
hồi này, kết hợp với các vây, làm cá chuyển động về phía trước. Các vây của cá có tác
dụng như là các thiết bị ổn định của máy bay. Các vây cũng làm tăng diện tích bề mặt
của đuôi, cho phép cá có được gia tốc lớn hơn. Cơ thể thuôn của cá làm giảm ma
sát khi cá chuyển động trong nước.
Do đa phần cơ thể có khối lượng riêng trung bình nặng hơn nước, cá phải có cơ
chế bù lại sự sai biệt này nếu không chúng sẽ bị chìm do lực đẩy Ác-si-mét không đủ
để cân bằng trọng lực. Nhiều loài cá xương có một cơ quan gọi là bong bóng để điều
chỉnh sức nổi của chúng thông qua điều chỉnh áp suất khí trong bong bóng. Khi
giảm áp suất khí trong bong bóng, bong bóng cá bị ép nhỏ lại, thể tích giảm và lực đẩy
Ác-si-méc giảm, khiến cá chìm xuống. Khi tăng áp suất khiến bong bóng nở ra, thể
tích tăng và lực đẩy Ácsimét tăng, khiến cá nổi lên.
1.2.2 Các ảnh hưởng của thay đổi nhiệt độ đến cá.
1.2.2.1 Hệ miễn dịch của cá.
Hệ thống miễn nhiễm của các loài sinh vật trong đó có cá cảnh, là cơ quan được
giao phó chức năng phòng chống lại các tác nhân gây bệnh có thể gây ra trong môi
trường sống của cá. Một trong các “yếu nhân” cực kỳ quan trọng trong hệ thống miễn
nhiễm của cá là các kháng thể và quá trình tạo nên các kháng thể này trong cơ thể của
cá. Theo các nghiên cứu cho các loại cá vùng nhiệt đới, thì kháng thể của cơ thể cá sẻ
phát triển mạnh nhất ở nhiệt độ 27 độ C, và khi nhiệt độ của môi trường nước mà cá
đang sinh sống tăng hay giảm ở mốc nhiệt độ này thì số lượng kháng thể trong cơ thể
cá sẽ theo đó mà giảm theo.
Sự tác hại của nhiệt độ nước sẽ thấy rõ rệt khi cá vùng nhiệt đới, khi nhiệt độ của
nước nằm ở mức 19 độ C trở xuống. Tệ hại hơn nữa là khi nhiệt độ của nước tụt hẳn
xuống ~ 12 độ C, thì khả năng sản xuất kháng thể của cá gần như hoàn toàn chấm dứt.
Đây là nguyên nhân chính tại sao khi nhiệt độ trong bể cá của các bạn giảm sút, thì
các mầm mống bệnh cũng theo đó mà gia tăng vậy!

SVTH: Nguyễn Viết Thiết

GVHD: TS. Thái Ngọc Sơn

14

Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho bể cá

1.2.2.2 Ảnh hưởng đến khả năng chuyển hóa của cơ thể
Ảnh hưởng của nhiệt độ vô cùng quan trọng đối với cơ thể của cá. Tất cả các chất
xúc tác (enzymes) trong cơ thể cá cho các quá trình chuyển hoá, phân huỷ các thành
phần hửu cơ phức tạp của cơ thể, cùng với việc phóng thích năng lượng cần thiết cho
các tiến trình hoá học trong cơ thể, cũng như việc tạo lập các hợp chất phức tạp từ các
chất hoá học đơn giản hơn trong vệc tạo lập các vật liệu cần thiết cho các mô tế bào
và các hệ thống cơ quan trong cơ thể cá hoạt động, phần lớn phụ thuộc vào trong môi
trường có nhiệt độ thích hợp. Các chất xúc tác rất cần thiết sẽ ngưng hoạt động khi
nhiệt độ của nước giảm ra khỏi tầm nhiệt độ thông thường mà cá đòi hỏi. Nếu tình
trạng tiếp tục kéo dài, nếu quá nóng, thì các chất xúc tác sẽ bị đẩy vào tình trạng bị
biến tính và không thể hoạt động hữu hiệu được. Quan trọng hơn hết là cơ quan có
chức năng điều tiết nồng độ của các khoáng chất, và các điện phân trong cơ thể là thận
sẽ có vấn đề. Một ví dụ điển hình là khi thận, là cơ quan được trao phó chức năng loại
bỏ và thải đi những phần dư thừa của dung dịch, cũng trong cơ thể như khoáng chất
và các điện phân dư thừa không còn làm việc hữu hiệu vì có sự thay đổi đột ngột về
nhiệt độ, thì lập tức nước sẻ xâm nhập vào cơ thể cá nhanh hơn là cá của các bạn có
thể thải nước trở ngược ra ngoài. Khi xâm nhập được vào các mô tế bào sẽ tạo nên
tình trạng bị phù . Chính áp xuất của phần dung dịch dư thừa này trong cơ thể tạo nên
áp xuất và đẩy ngược ra vào thành của các tế bào, tạo nên hiện tượng xù vẩy. Vì thế
xù vẩy không thể gọi là chứng bệnh được, mà xù vậy là triệu chứng của một nguyến
lý bệnh sâu xa hơn … và đó là sự giảm hiệu năng của thận khi thực thi chức năng của

cơ quan này vậy. Đây là lý do tại sao cứ mỗi lần có sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ,
thì cá của các bạn thường hay có hiện tuợng bị xù vẩy xuất hiện.
Nguyên nhân tạo ra hiện tượng xù vẩy không chỉ gói gọn quanh quẩn trong việc
thay đổi nhiệt độ, vì ngoài thận ra, đường ruột và mang cá cũng có khả năng hỗ tương
loại bỏ phần dung dích dư thừa như thận … và` khi các cơ quan này bị nhiễm trùng,
thì cơ thể cũng có thể bị hiện tượng xù vẩy. Đây cũng chính là lý do khi bị nhiễm trùng
toàn thân (systemic infection), thì xù vẩy thường sẽ đi đôi.
1.2.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên dưỡng khí oxygen và ammoniac
a. Khi nước có nhiệt độ cao, thì hàm lượng của dưỡng khí oxygen hoà tan trong
nước sẽ có sự liên hệ tỷ lệ nghịch. Nhiệt độ cao, hàm lượng oxygen hoà tan trong nước
sẽ giảm. Đặc biệt là trong các bể cá cộng đồng có nhiều cá sinh sống. Chỉ với bao
nhiêu đấy oxygen hoà tan trong nước, giờ đây có nhiều cá hơn thì số lượng dưỡng
khí có để cho các con cá tiêu thụ trong bể cá sẽ giảm sút đi khá nhiều.

SVTH: Nguyễn Viết Thiết

GVHD: TS. Thái Ngọc Sơn

15

Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho bể cá

b. Khi nước có nhiệt độ cao, nước cùng với độ pH cao sẽ chuyển độc tố ammnia
đã hoà tan trong nước từ dạng ít nguy hiểm hơn là NH4+ (ammonium) sang NH3(cực kỳ độc hại).
1.3 Các giải pháp điều hòa nhiệt độ nước bể cá
Các phương pháp điều hòa nhiệt độ phổ biến hiện nay được sử dụng:
1, sử dụng thiết bị sưởi điện trở để sưởi ấm bể cá vào mùa đông
2, sử dụng máy điều hòa làm lạnh nước dùng chu trình nhiệt.
1.3.1

Sử dụng thiết bị sưởi điện trở để sưởi ấm bể cá

Hình 2: Thiết bị sưởi bể cá
 Ưu điểm: Thiết bị rẻ, dễ dàng sử dụng
 Nhược điểm: Không thể điều hòa nước vào mùa hè
Thiết bị dễ hỏng, nổ khi sử dụng không đúng cách
Dễ xảy ra nguy cơ rò rỉ điện, nên an toàn không cao.

SVTH: Nguyễn Viết Thiết

GVHD: TS. Thái Ngọc Sơn

16

Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho bể cá

1.3.2 Sử dụng máy điều hòa làm lạnh nước bằng chu trình nhiệt

Hình 3 Máy điều hòa sử dụng chu trình nhiệt
Ưu điểm:
Có thể làm mát nước vào mùa hè.
Sử dụng chu trình nhiệt nên hiệu suất làm việc cao.
Nhược điểm:
Vì sử dụng chu trình nhiệt nên thiết bị nhiều nên cồng kềnh, phức tạp.
Thiết bị đắt tiền.
Vậy vấn đề đặt ra là phải có 1 giải pháp điều hòa có được các ưu điểm và khắc phục
được các nhược điểm của các giải pháp trên. Qua tìm hiểu và nghiên cứu, em đã sử
dụng tấm bán dẫn peltier để ứng dụng vào điều hòa nước cho bể cá để thỏa mãn các

vấn đề trên.
1.4 Giới thiệu về tấm bán dẫn peltier( hay tấm nhiệt điện, sò lạnh)
1.4.1 Cấu tạo
Cấu tạo chính tấm bán dẫn peltier bao gồm các bộ phận chính: các vật liệu bán
dẫn loại P và loại N được mắc nối tiếp với nhau; hai bản mặt cách điện nhưng dẫn
nhiệt tốt được kết nối với nguồn nóng và nguồn lạnh (một bản áp sát mối tiếp xúc PN, bản còn lại áp sát hai bán dẫn P và bán dẫn N, như chỉ ra trong hình 4); các bản kim
SVTH: Nguyễn Viết Thiết

GVHD: TS. Thái Ngọc Sơn

17

Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho bể cá

loại dẫn điện tốt dùng để kết nối các bán dẫn P và bán dẫn N; và hai bản điện cực để
nối vào chân bán dẫn P và chân bán dẫn N.

Hình 4: Sự kết nối bán dẫn trong tấm bán dẫn

Hình 5: Cấu tạo của tấm bán dẫn peltier

1.4.2 Nguyên lý hoạt động của tấm bán dẫn
Tấm bán dẫn hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng nhiệt điện do nhà khoa học
Pháp J.Peltier phát hiện ra năm 1834: đó là hiện tượng sự chênh lệch nhiệt dộ tại
khoảng trống giữa hai chất dẫn điện tạo ta một dòng điện, và ngược lại, nếu có dòng
điện chạy trong hai bán cực thì cũng tạo ra sự chênh lệch nhiệt động giữa chúng.
Dựa trên nguyên lý đó: tấm bán đẫn hoạt động như sau: Tấm bán dẫn Peltier là
linh kiện điện tử có các mối tiếp xúc hai bán dẫn p-n được nối nối tiếp với nhau, có
SVTH: Nguyễn Viết Thiết

GVHD: TS. Thái Ngọc Sơn

18

Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho bể cá

chức năng thực hiện sự hoá chuyển điện năng thành nhiệt năng, và ngược lại, nhiệt
năng thành điện năng. Khi cho dòng điện một chiều chạy qua hai mối tiếp xúc P-N thì
nhiệt lượng một mối tiếp xúc tăng lên, một mối tiếp xúc bị lạnh đi. Ngược lại, khi tạo
nhiệt độ chênh lệch giữa hai mối tiếp xúc khác nhau thì có một dòng điện chạy qua
đoạn mạch và tạo ra một suất điện động tạo thành nguồn điện một chiều.
1.5 Ứng dụng của tấm bán dẫn

Hình 6: Tấm bán dẫn peltier

Tấm bán dẫn peltier được ứng dụng:
Tấm bán dẫn peltier thường được ứng dụng rộng rãi trên các sản phẩm làm lạnh,
làm mát như tủ lạnh, tủ mát, chiller, cây nước nóng lạnh, tủ ướp rượu vang, máy ướp
bia, bộ làm mát bể cá, bộ tản nhiệt CPU, ngoài ra cũng được ứng dụng trong các thiết
bị y tế, dụng cụ thẩm mỹ..v.v
Ngoài ra nó cũng được ứng dụng cho mục đích gia nhiệt, làm nóng.
Ở đồ án này, dựa vào đặc tính của tấm bán dẫn: khi đảo chiều dòng điện thì các
mặt của bề mặt tấm bấn dẫn cũng bị đổi theo nên nó được áp dùng vào để điều hòa 2
chiều cho nước bể cá.

SVTH: Nguyễn Viết Thiết

GVHD: TS. Thái Ngọc Sơn

19

Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho bể cá

1.6 Các thông số tính toán bài toán
Bài toán: Tính thiết kế hệ thống làm lạnh vào mùa hè và sưởi ấm vào mùa đông cho
bể cá. Với thông số bể cá:
Thể tích bể cá V= 36 lít,
Với kích thước: dài x rộng x cao = 40cm x 30cm x30cm,
Kính bể cá có bề dày: 𝛿𝑘 = 0,006 𝑚 và hệ số dẫn nhiệt λk = 0,756 W/mK.
Bể cá được đặt trên bàn gỗ có bề dày: 𝛿𝑔 = 0,015 𝑚 và hệ số dẫn nhiệt λg = 0,18
W/mK.

Hình 7: Kết cấu bể cá

Thông số nhiệt độ nước yêu cầu tnc = 270C.
Thông số nhiệt độ môi trường không khí:
 Mùa đông: tkk = 100C
 Mùa hè: tkk = 400C.

SVTH: Nguyễn Viết Thiết

GVHD: TS. Thái Ngọc Sơn

20

Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điều hòa nhiệt độ nước cho bể cá

CHƯƠNG 2: TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT CHO BỂ CÁ CÁNH
Xét 1 hệ nhiệt động bất kỳ, hệ luôn chịu tác động của môi trường bên ngoài và
các thành phần bên trong về nhiều mặt. Kết quả các thông số của vi khí hậu thay đổi.
Ta gọi tác động đó là các tác nhân nhiệt, để điều hòa hệ này chúng ta cần phải can
thiệp để triệt tiêu các tác nhân nhiệt đó để cho nó về trạng thái ổn định.
2.1 Phương trình cân bằng nhiệt
Hệ điều hòa chịu tác động của các tác nhân nhiệt dưới 2 dạng phổ biến như sau:
 Nhiệt tỏa ra từ các nguồn nhiệt bên trong bể cá gọi là nguồn nhiệt tỏa:∑Qtỏa
 Nhiệt truyền qua các kết cấu bao che của bể cá là nguồn nhiệt thẩm thấu:∑Qtt
Tổng 2 thành phần trên gọi là nhiệt thừa:
QT = ∑Qtỏa + ∑Qtt
Để duy trì chế độ nhiệt trong không gian điều hòa (bể cá) trong kỹ thuật điều
hòa, người ta phải cấp tuần hoàn 1 lượng nước có lưu lượng G(kg/s) ở trạng thái V(pV,tV) nào đó cũng lấy ra lượng như vậy nhưng ở trạng thái T(pT,tT), như vậy lượng
nước này đã lấy đi trong bể cá 1 lượng QT. Ta có phương trình cân bằng nhiệt như sau:
QT = G(iT – iv)
Trong đó: G là lượng nước tuần hoàn của hệ, kg/s
iT, iV là entanpy của nước tuần hoàn vào và ra của bể cá, 0C
2.2 Tính toán hệ số truyền nhiệt các kết cấu bao che
2.2.1 Cấu trúc của các kết cấu bao che
Bể cá thông thường có kết cấu như sau:
Bể cá thường được sử dụng kính để bao quanh
Kính của bể cá thường là loại kính 5-8 mm trong suốt,
Phần đáy của bể cá cũng được làm bằng kính và tiếp xúc với bàn gỗ hoặc nhôm.
2.2.2 Xác định các hệ số truyền nhiệt của các kết cấu bao che
a, Gỉa sử bể cá được đặt trong phòng không có điều hòa không khí, và chọn nhiệt
độ môi trường với nhiệt độ cao nhất đối với mùa hè và thấp nhất với mùa đông.
b, Công thức xác định hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che

SVTH: Nguyễn Viết Thiết

GVHD: TS. Thái Ngọc Sơn

21

Ứng dụng tấm bán dẫn peltier để điềuhòa nhiệt độ nước chobể cá

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về