Transcript ตู้อบแสงอาทิตย์ปรับอุณหภูมิได้

ตู้อบแสงอาทิตย์ ปรั บอุณหภูมไิ ด้
Temperature control solar oven
• 1 หลักการและเหตุผล
โครงงานนี ้จึงได้ ศกึ ษาเกี่ยวกับอุปกรณ์ที่ใช้ พลังงานทดแทนและ
เป็ นพลังงานสะอาดไม่สร้ างมลพิษ โดยการใช้ พลังงานความร้ อนจาก
แสงอาทิตย์ในการถนอมอาหาร และสามารถควบคุมอุณหภูมิได้ โดยการใช้
เซนเซอร์ วดั อุณหภูมิ (Temperature sensor) วัดอุณหภูมิและคอย
ควบคุมการทางานของพัดลมระบายอากาศเมื่ออุณหภูมิเกินค่าที่ตงไว้
ั ้ โดย
ใช้ วงจรไฟฟ้าควบคุมการทางาน
• 2 วัตถุประสงค์
1. ศึกษาการทางานของตู้อบโดยใช้ พลังงานแสงอาทิตย์
2. สร้ างตู้อบโดยใช้ พลังงานแสงอาทิตย์ตามแบบได้
3. สามารถทาการปรับค่าอุณหภูมิที่ต้องการของตู้อบได้
4. ประยุกต์ใช้ วงจรไฟฟ้าในการควบคุมอุณหภูมิ
• 3 ขอบข่ ายของงาน
1.. สร้ างตู้อบโดยที่ขนาดตู้อบไม่เกิน 20 x 20 นิ ้ว
2. สามารถอบอาหารได้ อย่างน้ อย 4 ชิ ้น
3. ควบคุมอุณหภูมิด้วยชุดควบคุมอุณหภูมิได้ เพื่อให้ กล้ วยสุกได้ ตามเวลา
• 4 แนวทางการดาเนินงาน
โดยใช้
1. ศึกษาการทางานของเซนเซอร์ ตรวจวัดอุณหภูมิของตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์
วงจรควบคุมอุณหภูมิ
2. ออกแบบและสร้ างตู้อบพลังงานแลงอาทิตย์
3 .ติดตังชุ
้ ดควบคุมอุณหภูมิและทดลองตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์
• ผลที่คาดว่ าจะได้ รับ
1. ได้ เรี ยนรู้หลักการทางานและโครงสร้ างข้ อมูลของตู้อบพลังงาน
แสงอาทิตย์
2. ได้ เรี ยนรู้หลักการทางานของเซนเซอร์ ตรวจวัดอุณหภูมิ
3. รู้การประยุกต์ใช้ พลังงานแสงอาทิตย์เป็ นพลังงานแทนพลังงานความร้ อน
อื่นๆ
4. สามารถนาไปประยุกต์ใช้ ได้ ในชีวิตประจาวัน
ตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์
ตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์เป็ นอุปกรณ์ที่ใช้ ในการทาให้ กล้ วยแห้ งซึง่ เป็ น
วิธีหนึง่ ของการถนอมอาหาร ซึง่ นิยมทากันทังระดั
้ บชาวบ้ านและ
อุตสาหกรรม
รุปแบบตู้อบแสงอาทิตย์สว่ นใหญ่มี 3 แบบ
1.1 ตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์แบบทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้ า
1.2 ตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์แบบทรงสามเหลี่ยม
1.3 ตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์แบบทรงสี่เหลี่ยมจัสตุรัส
เครื่องมือที่ใช้ ในการวัดอุณหภูมิ
1 เทอร์ โมมิเตอร์ (Thermometer)
เทอร์ มอมิเตอร์ คือเครื่ องมือสาหรับวัดระดับความร้ อน เมื่อได้ รับความร้ อน และหดตัว
เมื่อคายความร้ อน ของเหลวที่ใช้ บรรจุในกระเปาะแก้ วของเทอร์ มอมิเตอร์
2 Thermocouple คืออุปกรณ์วดั อุณหภูมิโดยใช้ หลักการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเป็ น
แรงเคลื่อนไฟฟ้า Thermocouple
เทอร์ มิเตอร์
เทอร์ โมคัปเปิ ล
eng-temperature.com
การนาความร้ อน
ตารางค่าการนาความร้ อนจาเพาะของธาตุ
ค่ าที่
แนะนา
237
อะลูมิเนียม
W/(m·K)
21.9
ไทเทเนียม
W/(m·K)
80.4
เหล็ก
W/(m·K)
90.9
นิกเกิล
W/(m·K)
401
ทองแดง
W/(m·K)
116
สังกะสี
W/(m·K)
429
เงิน
W/(m·K)
66.8
ดีบกุ
W/(m·K)
24.4
พลวง
W/(m·K)
เลขอะตอม สัญลักษณ์ ชื่อธาตุ
13
Al
22
Ti
26
Fe
28
Ni
29
Cu
30
Zn
47
Ag
50
Sn
51
Sb
CRC
2.37
W/(cm·K)
0.219
W/(cm·K)
0.802
W/(cm·K)
0.907
W/(cm·K)
4.01
W/(cm·K)
1.16
W/(cm·K)
4.29
W/(cm·K)
0.666
W/(cm·K)
0.243
W/(cm·K)
CRC2
LNG
WEL
237
W/(m·K)
21.9
W/(m·K)
80.4
W/(m·K)
90.9
W/(m·K)
401
W/(m·K)
116
W/(m·K)
429
W/(m·K)
66.8
W/(m·K)
24.4
W/(m·K)
235
W/(m·K)
22
W/(m·K)
80
W/(m·K)
91
W/(m·K)
400
W/(m·K)
120
W/(m·K)
430
W/(m·K)
67
W/(m·K)
24
W/(m·K)
- CRC : การนาความร้ อน ที่อณ
ุ หภูมิ
27 °C ยกเว้ นแต่ที่หมายเหตุไว้
- ( P=0 ) : ค่าที่ความดันต่าที่สดุ
- CRC2 : การนาความร้ อน ที่
อุณหภูมิ 300 K และความดัน 100
kPa (1 bar) หรื อที่ความดันไออิ่มตัว
- LNG : การนาความร้ อน ที่อณ
ุ หภูมิ
300 K
• การถ่ ายเทความร้ อน(Heat Transfer)
ปรากฏการณ์ธรรมชาติทางกายภาพของการเปลี่ยนแปลงพลังงาน
1.การนาความร้ อน (conduction)
การถ่ายเทความร้ อนความร้ อนผ่านวัตถุที่เป็ นของแข็ง
2.การแผ่ รังสีความร้ อน (radiation)
ขบวนการเคลื่อนย้ ายพลังงานโดยแพร่รังสีโฟรตรอน (photron)
จากพื ้นผิวหนึง่ ไปยังอีกพื ้นผิวหนึง่ การแผ่รังสีความร้ อนนี ้สามารถส่งผ่าน
บริเวณสุญญากาศได้
3. การพาความร้ อน (convection) ขึ ้นอยูก่ บั การนาความร้ อนที่
บริเวณผิวของแข็งไปยังของไหลรอบข้ างและของไหลนันเคลื
้ ่อนตัวไปตาม
ผิว หรื อเคลื่อนตัวออกไป
การออกแบบ
1 จุดประสงค์ การออกแบบ
2 ขัน้ ตอนการออกแบบ
การทดลองเพื่อออกแบบตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์
3 เลือกวัสดุทาต้ อบพลังงานแสงอทิตยย์ ปรั บอุณหภูมิได้
วงจรทีใช้ ในการควบคุมอุณหภูมิ
+12 V
R4 10k
+12 V
LM 358N
P1 10k
+12 V
OP1 ! OPAMP T 1 ! NPN
R1 1k
+
R5 1k
R2 10k
+12 V
R3 1k
+
-
Sens or
motor
รู ปวงจรคบคุมอุณหภูมิ
การทางานของวงจรควบคุมอุณหภูมิ
• เมื่อเราตังค่
้ าตัวต้ านทานปรับค่าได้ Rp จะได้ คา่ แรงดัน set point ใช้
เป็ นแรงดันอ้ างอิงตามอุณหภูมิ และจากสมการ Gain=Vout/Vin
• หรื อ Vo=(Vs-Vsensor)G
• จากวงจรนี ้ใช้ op amp ชนิดแหล่งจ่ายไฟเดี่ยว และไม่มีตวั ต้ านทาน
ย้ อนกลับ Rfeedback
Gain=Rf/Rin=∞
เพราะฉะนัน้ เมื่อแรงดัน Vs มีคา่ มากกว่าแรงดัน
Vsensor จะทาไห้ Vo มีคา่ เป็ นบวกและเมื่อ Gain มีคา่ อนันต์ จะทา
ให้ Vo มีคา่ ประมาณแหล่งจ่าย 12 V อาจน้ อยกว่าเล็กน้ อย จะทาให้
ทรานซิสเตอร์ ทางานเกิดการเหนี่ยวนารี เลย์ทางานทาให้ มอเตอร์พดั ลม
ระบายอากาศทางาน และเมื่ออุณหภูมิลดลง ค่าแรงดันVsensor เพิม่
มากขึ ้นทาให้ (สมการ 3.2.2.2) Vo มีคา่ เป็ นลบ ซึง่ มีคา่ เท่ากับ 0 v
ทรานซิสเตอร์ ไม่ทางานจึงไม่มีกระแสเหนี่ยวนารี เลย์ มอเตอร์ พดั ลมระบาย
อากาศจึงไม่ทางาน
รู ปชุดควบคุมอุณหภูมิ
การทดลองและผลการทดลอง
1. การทดลองหาค่ าแรงดัน Set point ที่อุณหภูมิต่างๆของ
วงจรควบคุมอุณหภูมิ
การทดลองหาค่ าแรงดัน Set point
• 2 การทดลองอบกล้ วยนา้ ว้ าด้ วยตู้อบแสงอาทิตย์ ปรับ
อุณหภูมิได้
กราฟการทดลองด้วยตูอ้ บแสงอาทิตย์ปรับอุณหภูมิดด้
กราฟการทดลองอบกล้ วยด้ วยตู้อบแสงอาทิตย์ปรับอุณหภูมิได้
อุณหภูมิ (°C) 80
70
60
50
40
30
20
10
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90
เวลา (นาที)
สรุปผลการทดลอง
1 สรุ ปผลการทดลอง
สาหรับการดาเนินงานโครงงานนี ้ ได้ ออกแบบและสร้ างตู้อบ
พลังงานแสงอาทิตย์ปรับอุณหภูมิได้ เพื่อใช้ ในการอบผลไม้ เพื่อถนอม
อาหาร โดยสามารถครอบคลุมสิง่ ที่จะอบได้ หลายชนิด
2 สิ่งที่ได้ รับจากโครงการ
1. ความรู้ความเข้ าใจในการออกแบบและสร้ างตู้อบแสงอาทิตย์
2. ได้ เรี ยนรู้เกี่ยวกับการนาพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ ให้ เกิดประโยชน์
3. สามารถนาไปใช้ ในชีวิตประจาวันได้
3 ปั ญหาที่พบในการดาเนินงาน
การดาเนินงานไม่สามารถเป็ นไปได้ อย่างต่อเนื่อง
อุณหภูมิที่ควบคุมภายในตู้เปลี่ยนแปลงได้ อย่างรวดเร็ วเมื่อมีการ
สูญเสีย
ความร้ อนให้ แก่สภาพอากาศภายนอก
4 ข้ อเสนอแนะ
จากการทดลองตู้อบแสงอาทิตย์ปรับอุณหภูมิได้ ได้ ทาการ
ออกแบบและทดลองในรูปแบบเพื่อการศึกษา ในการนาไปประยุกติ
ใช้ ในชีวิตประจาวันสามารถนาไปขยายขนาดของการทางานได้
เพื่อให้ เหมาะสมตามการใช้ งาน