Nghiên cứu sử dụng các phế phẩm nông nghiệp để chế tạo tấm panel cách nhiệt sử dụng trong dân dụng và công nghiệp

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 141 NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁC PHẾ PHẨM NÔNG NGHIỆP ĐỂ CHẾ TẠO TẤM PANEL CÁCH NHIỆT SỬ DỤNG TRONG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP USE OF RESEARCH AGRICULTURAL RESIDUE TO BUILD THE PANELS INSULATION USE IN CIVIL AND INDUSTRY SVTH: Nguyễn Hữu Thao, Huỳnh Trung Tài Lớp 05N1, Trường Đại học Bách khoa GVHD: PGS.TS. Võ Chí Chính Khoa công nghệ Nhiệt Điện Lạnh, Trường Đại học Bách khoa TÓM TẮT Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu của việc sử dụng những phế phẩm nông nghiệp để chế tạo các tấm panel cách nhiệt để ứng dụng trong dân dụng và công nghiệp. ABSTRACT This paper presents research results of using agricultural waste products to manufacture insulation panels for applications in civil and industrial. 1. Mở đầu Nước ta là một nước nông nghiệp và hàng năm thải ra một lượng lớn đến hàng triệu tấn các chất phế thải như trấu, bã mía, vỏ hạt điều, vỏ lạc, rơm, vỏ cafê Nếu sử dụng các phế thải này một cách thích hợp có thể ứng dụng vào nhiều lĩnh vực như: xây dựng gạch xốp cách nhiệt, sản xuất điện năng, sản xuất tấm panel cách nhiệt, cách âm, chống nóng Một số nơi người nông dân sử dụng các phế thải nông nghiệp để làm chất đốt nhưng không hiệu quả, hoặc đốt bỏ gây ô nhiễm môi trường sống nghiêm trọng, thậm chí ở một số nơi chúng không được sử dụng rất lãng phí. Cùng với sự phát triển của nền nông nghiệp, qui mô sản xuất ngày càng lớn và tập trung, các phế phẩm nông nghiệp ngày càng nhiều, việc nghiên cứu sử dụng chúng phục vụ đời sống và công nghiệp càng trở nên cấp bách và cần thiết. Một trong những hướng sử dụng đó là sản xuất các tấm panel cách nhiệt phục vụ cho đời sống và trong công nghiệp. Nhu cầu sử dụngcác tấm cách nhiệt ở Việt Nam rất lớn, ví dụ như cách nhiệt mái nhà các công trình công cộng, các nhà máy, phân xưởng, các hộ gia đình, trường học... 2. Nội dung đề tài 2.1. Chế tạo các tấm panel cách nhiệt 2.1.1. Chuẩn bị nguyên liệu Chuẩn bị nguyên liệu như: trấu, phoi bào, bã mía, xơ dừa... Phơi khô nguyên liệu để đảm bảo tính cách nhiệt tốt. Sàng lọc nguyên liệu, chỉ giữ lại nguyên liệu đảm bảo chất lượng và kích cỡ. Băm nhỏ nguyên liệu đạt kích cỡ phù hợp để đảm bảo chất lượng bề mặt các tấm Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 142 panel khi ép. 2.1.2. Chuẩn bị ép Chuẩn bị các khuôn ép theo các kích cỡ chuẩn, sử dụng thích hợp cho từng mục đích cụ thể. Khuôn ép được chế tạo từ thép tấm và ép bằng tay. Khi qui mô lớn có thể sử dụng hệ thống bơm thủy lực để ép nhằm đảm bảo lực ép và độ nén panel đồng đều. khô. . 2.1.3. Ép khuôn khối lượng định sẵn với từng loại nguyên liệu. Ép theo các độ dày định sẵn, sau khoảng thời gian 45 phút lấy tấm panel ra ngoài. , sơn... trong dân d . 2.1.4. Sản phẩm đạt được Sau khi tiến hành chế tạo tấm panel cách nhiệt ta được kết quả sau: Hình 1 - Panel các loại khác nhau 2.2. Nghiên cứu thực nghiệm xác định hệ số dẫn nhiệt 2.2.1. Mô tả thí nghiệm Để xác định hệ số dẫn nhiệt của các loại panel cách nhiệt nhằm đánh giá khả năng cách nhiệt của chúng, chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm như sau: Dựng một khối hợp lập phương từ các tấm panel cách nhiệt cùng chủng loại và kích thước với kích thước 350x350x350mm. Ở giữa tâm khối hộp bố trí một đèn điện tròn công suất 200W, và coi như một hình cầu tỏa nhiệt đều ra 6 mặt khối hộp. Đặt 3 cảm biến nhiệt độ dùng để xác định nhiệt độ các bề mặt vách và không khí trong khối hộp. Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 143 2.2.2. Xác định hệ số dẫn nhiệt Phương trình truyền nhiệt khi ổn định: Q = U.I = 6.Q1 + Qkk (1) Trong đó: Q1, Qkk – , W. )tt(.FQ 2w1w1 )'t"t.(C.V. Q kkkkp kk : - , m 2 ; - , W/m.K; tw1,tw2,t ” kk,t ’ kk – , o C; - , giây; VC p ,, - . )tt.(C.V. )tt.(.F6Q ' kk " kkp 2w1w (2) Từ (1) và (2) ta có: )tt.(F6 )tt.(C.V. Q 2w1w ' kk " kkP (3) 2.3. Kết quả đạt được 2.1 Stt gian ] t"kk [ 0 C] tw1 [ 0 C] tw2, [ 0 C] =10mm =15mm =20mm 1 0 30.5 30.5 30.5 30.5 30.5 Hình 2.2: Mô hình thí nghiệm tw1 tw2 Q=U*I Q1 Boïng âeìn Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 144 2 10 57 57 41 33 31 3 20 66 66 43 35 31.5 4 30 74 74 48 35 32 5 40 77 77 49 36 33 6 50 79 79 49 37 35 7 60 80 80 49.5 37 36 Tương tự đối với các tấm panel phoi bào, bã mía. Dưới đây là kết quả tính toán hệ số dẫn nhiệt của các tấm panel. 2.2 [W/m.K] Stt gian [phút] =10 [mm] =15 [mm] =20 [mm] =10 [mm] =15 [mm] =20 [mm] =10 [mm] =15 [mm] =20 [mm] 1 10 0.168 0.169 0.18 0.21 0.21 0.23 0.224 0.231 0.231 2 20 0.117 0.132 0.145 0.156 0.162 0.173 0.171 0.18 0.174 3 30 0.104 0.102 0.106 0.124 0.13 0.125 0.123 0.141 0.152 4 40 0.097 0.096 0.103 0.106 0.104 0.102 0.112 0.124 0.126 5 50 0.09 0.094 0.093 0.101 0.103 0.101 0.102 0.103 0.105 6 60 0.089 0.09 0.085 0.101 0.1 0.101 0.102 0.086 0.102 10 20 30 40 50 60 70 phuït 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 Bãö daìy 10mm Bãö daìy 15mm Bãö daìy 20mm t c0 2.3 2.3.1. Nhận xét 11,0 135,0 14,0 < 0,23 W/m.K như vậy các tấm panel có khả năng cách nhiệt tốt. Sai số trong mỗi lần thí nghiệm bề dày khác nhau khi tính toán hệ số dẫn nhiệt thì có sự sai lệch ∆ 10 %. Sai số này có thể cho phép được. Đối với các tấm panel cách nhiệt ở trên ta thấy, khi độ dày càng tăng thì độ chênh nhiệt độ t càng lớn. Các tấm panel cách nhiệt có thể đảm bảo độ bền cơ học cũng như tính thẩm mỹ cao. Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 145 Tấm panel cách nhiệt trên có khả năng cách nhiệt tốt và có những tính chất ưu điểm hơn một số vật liệu cách nhiệt có trên thị trường như: tính chất chống cháy, chống mối mọt, và tạo xốp khí trong tấm panel cách nhiệt... Khi so sánh các tấm panel cách nhiệt như: tấm panel vỏ trấu, tấm panel bã mía, tấm panel phoi bào, và tấm panel hỗn hợp thì ta thấy rằng hệ số dẫn nhiệt của vỏ trấu nhỏ nhất, như vậy tấm panel bằng vỏ trấu có khả năng cách nhiệt tốt nhất. 2.4. Tính kinh tế của đề tài Để đánh giá tính kinh tế của đề tài, ta đánh giá giá thành của 1m2 tấm panel cách nhiệt, dày 10mm loại này sau khi đã chế biến thành phẩm như sau: 2.4.1. Tiền mua keo Giá mua keo, axít (phenol formandehit + Keo Epoxy): 25.000 VND/kg/8tấm Diện tích 8 tấm: F = 8x0,35x0,35 = 0,98 m2 Tiền mua keo tính cho 1m2: T1 = 25.000/0,98 = 25.500 đồng. 2.4.2. Tiền mua hoá chất Giá mua hoá chất (chống mối mọt, tạo sự rỗng khí) 11.500VND/kg/12 tấm. : F = 12x0,35x0,35=1,47 m2. 1m2: T2=11.500/1,47 . Vật liệu ép: bã mía, vỏ trấu, phoi bào 2.000/50kg (hiện tại thu lượm không tốn tiền). 1 m2: T3 . Nhân công: do mình. Giá thành tính để chế tạo 1 m2 tấm panel: T=T1+T2+T3 = 37.300VND/m 2 3. Kết luận Các tấm panel mặc dù được sản xuất thủ công nhưng chất lượng thẩm mỹ có thể sử dụng được trong công nghiệp và đời sống. Hệ số dẫn nhiệt của tất cả loại panel này (vỏ trấu, phoi bào, bã mía) đều khá nhỏ chứng tỏ hiệu quả cách nhiệt tốt, có thể sử dụng làm vật liệu cách nhiệt tốt. Độ bền cơ học, chống mối mọt, chống cháy tốt. Giá thành không cao (37.300 VNĐ/m2) so với loại vật liệu cách nhiệt khác. Dễ chế tạo, có thể triển khai qui mô vừa và lớn mà không cần đầu tư nhiều. Có thể sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau như: laphong, trang trí trần Đây là đề tài mới và ý nghĩa thực tiễn cao. Trong thời gian tới với nhu cầu sử dụng các tấm panel cách nhiệt ngày càng nhiều với các mục đích khác nhau thì sẽ mở ra một hướng mới cho một ngành công nghiệp về sản xuất tấm panel cách nhiệt. Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 146 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS. Nguyễn Bốn, PGS.TS. Hoàng Ngọc Đồng (1999), Nhiệt kĩ thuật, Nxb Giáo Dục, Hà Nội. [2] PGS.TS. Phạm Lê Dần, GS.TSKH. Đặng Quốc Phú (1999), Bài tập cơ sở kĩ thuật nhiệt, Nxb Giáo dục, Hà Nội. [3] TS. Vũ Minh Đức (2006), “Sản xuất gạch “Xốp” cách nhiệt từ phế thải”, Tạp chí gốm xây dựng, số 37. [4] GS Halimaton Hamdan, “Sản xuất aerogel cách nhiệt từ tro trấu của đại học công nghệ malaysia”, Tạp chí khoa học phổ thông, Webside: tro-trau.html [5] 35(2006). [6] , Webside: [7] [8] Và một số tài liệu liên quan đến công nghệ hoá, trên internet...