Bộ phản ứng quang tảo có áp suất: 10 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Trước khi đi sâu vào hướng dẫn này, tôi muốn giải thích thêm một chút về dự án này là gì và tại sao tôi chọn thực hiện nó. Mặc dù nó hơi dài nhưng tôi khuyến khích các bạn vui lòng đọc qua, vì rất nhiều việc tôi đang làm sẽ không có ý nghĩa nếu không có thông tin này.

Tên đầy đủ của dự án này sẽ là một máy phản ứng quang tảo có áp suất với khả năng thu thập dữ liệu tự động, nhưng nó sẽ hơi dài như một tiêu đề. Định nghĩa của photobioreactor là:

"Một lò phản ứng sinh học sử dụng nguồn ánh sáng để nuôi cấy vi sinh vật quang dưỡng. Những sinh vật này sử dụng quá trình quang hợp để tạo ra sinh khối từ ánh sáng và carbon dioxide và bao gồm thực vật, rêu, tảo vĩ mô, vi tảo, vi khuẩn lam và vi khuẩn màu tím"

Thiết lập lò phản ứng của tôi được sử dụng để phát triển tảo nước ngọt, nhưng nó có thể được sử dụng cho các sinh vật khác.

Với cuộc khủng hoảng năng lượng và các vấn đề biến đổi khí hậu, có rất nhiều nguồn năng lượng thay thế, chẳng hạn như năng lượng mặt trời, đang được khám phá. Tuy nhiên, tôi tin rằng quá trình chuyển đổi của chúng ta từ việc phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch sang các nguồn năng lượng thân thiện với môi trường hơn sẽ diễn ra dần dần, vì chúng ta không thể đại tu hoàn toàn nền kinh tế một cách nhanh chóng. Nhiên liệu sinh học có thể đóng vai trò như một bước đệm vì nhiều ô tô chạy bằng nhiên liệu hóa thạch có thể dễ dàng chuyển đổi sang chạy bằng nhiên liệu sinh học. Bạn hỏi nhiên liệu sinh học là gì?

Nhiên liệu sinh học là nhiên liệu được sản xuất thông qua các quá trình sinh học như quang hợp hoặc phân hủy kỵ khí, chứ không phải là các quá trình địa chất tạo ra nhiên liệu hóa thạch. Chúng có thể được thực hiện thông qua các quy trình khác nhau (mà tôi sẽ không trình bày chi tiết ở đây). Hai phương pháp phổ biến là transesterification và siêu âm.

Hiện nay, thực vật là nguồn cung cấp nhiên liệu sinh học lớn nhất. Điều này rất có ý nghĩa vì để tạo ra các loại dầu cần thiết cho nhiên liệu sinh học, những cây này phải trải qua quá trình quang hợp để lưu trữ năng lượng mặt trời dưới dạng năng lượng hóa học. Điều này có nghĩa là khi chúng ta đốt nhiên liệu sinh học, lượng khí thải thải ra sẽ bị triệt tiêu cùng với khí cacbonic mà thực vật đã hấp thụ. Đây được gọi là chất trung hòa cacbon.

Với công nghệ hiện tại, cây ngô có thể cung cấp 18 gallon nhiên liệu sinh học trên một mẫu Anh. Đậu nành cho 48 gallon, và hoa hướng dương cho 102. Có những loài thực vật khác, nhưng không có loài nào so sánh được với tảo có thể cho 5, 000 đến 15, 000 gallon trên một mẫu Anh (Sự thay đổi là do loài tảo). Tảo có thể được nuôi trong các ao mở được gọi là mương hoặc trong các lò phản ứng quang học.

Vì vậy, nếu nhiên liệu sinh học tuyệt vời như vậy và có thể được sử dụng trong ô tô sử dụng nhiên liệu hóa thạch, tại sao chúng ta không làm điều đó nhiều hơn nữa? Trị giá. Ngay cả với sản lượng dầu tảo cao, chi phí sản xuất nhiên liệu sinh học cũng cao hơn nhiều so với nhiên liệu hóa thạch. Tôi đã tạo ra hệ thống lò phản ứng này để xem liệu tôi có thể cải thiện hiệu quả của một lò phản ứng quang không và nếu nó hoạt động thì ý tưởng của tôi có thể được sử dụng trong các ứng dụng thương mại.

Đây là khái niệm của tôi:

Bằng cách thêm áp suất vào một lò phản ứng quang điện, tôi có thể tăng khả năng hòa tan của cacbon điôxít như được mô tả bởi Định luật Henry, trong đó nói rằng ở nhiệt độ không đổi, lượng khí nhất định hòa tan trong một loại nhất định và thể tích chất lỏng tỷ lệ thuận với áp suất riêng phần của chất khí đó ở trạng thái cân bằng với chất lỏng đó. Áp suất một phần là áp suất mà một hợp chất nhất định tạo ra. Ví dụ, áp suất riêng phần của khí nitơ ở mực nước biển là 0,78 atm vì đó là phần trăm nitơ có trong không khí.

Điều này có nghĩa là bằng cách tăng nồng độ carbon dioxide hoặc bằng cách tăng áp suất không khí, tôi sẽ làm tăng lượng CO2 hòa tan trong lò phản ứng sinh học. Trong thiết lập này, tôi sẽ chỉ thay đổi áp suất. Tôi hy vọng rằng điều này sẽ cho phép tảo quang hợp nhiều hơn và phát triển nhanh hơn.

KHUYẾN CÁO: Đây là một thử nghiệm mà tôi hiện đang tiến hành và tôi tại thời điểm viết bài này, tôi không biết nó sẽ ảnh hưởng đến sản xuất tảo. Trường hợp xấu nhất, nó sẽ là một photobioreactor chức năng. Là một phần của thử nghiệm, tôi cần theo dõi sự phát triển của tảo. Tôi sẽ sử dụng cảm biến CO2 cho việc này với Arduino và thẻ SD để thu thập và lưu dữ liệu để tôi phân tích. Phần thu thập dữ liệu này là tùy chọn nếu bạn chỉ muốn tạo một photobioreactor, nhưng tôi sẽ cung cấp hướng dẫn và mã Arduino cho những ai muốn sử dụng nó.

Bước 1: Vật liệu

Vì phần thu thập dữ liệu là tùy chọn, tôi sẽ chia danh sách tài liệu thành hai phần. Ngoài ra, thiết lập của tôi tạo ra hai bộ phản ứng quang học. Nếu bạn chỉ muốn có một lò phản ứng, chỉ cần sử dụng một nửa số vật liệu cho bất kỳ thứ gì trên 2 (Danh sách này sẽ cho biết số lượng hoặc vật liệu theo sau là kích thước nếu có). Tôi cũng đã thêm các liên kết đến một số tài liệu mà bạn có thể sử dụng, nhưng tôi khuyến khích bạn nên nghiên cứu trước về giá trước khi mua vì chúng có thể thay đổi.

Photobioreactor:

• 2 - bình nước 4,2 gallon. (Được sử dụng để pha chế nước. Đảm bảo rằng chai đối xứng và không có tay cầm gắn sẵn. Nó cũng phải có nắp đậy.
• 1 - Dải đèn LED RGB (15 đến 20 feet hoặc nhiều hơn một nửa cho một lò phản ứng. Không nhất thiết phải có địa chỉ riêng, nhưng hãy đảm bảo rằng nó đi kèm với bộ điều khiển và nguồn điện riêng)
• Sủi bọt hồ cá có dung tích 2 - 5 gallon + khoảng 2 feet ống (thường được cung cấp cùng với thiết bị tạo bọt khí)
• 2 - trọng lượng của ống tạo bọt khí. Tôi chỉ sử dụng 2 cục đá nhỏ và dây chun.
• 2 feet - ống nhựa đường kính trong 3/8"
• Van xe đạp NPT 2 - 1/8 "(Liên kết Amazon cho van)
• 1 ống - 2 phần epoxy
• Nuôi tảo bắt đầu
• Phân bón thực vật hòa tan trong nước (Tôi đã sử dụng nhãn hiệu MiracleGro của Home Depot)

Thông tin quan trọng:

Dựa trên nồng độ của chất nuôi cấy khởi động, bạn sẽ cần nhiều hơn hoặc ít hơn trên mỗi gallon dung tích của lò phản ứng. Trong thí nghiệm của mình, tôi đã tiến hành 12 lần thử nghiệm mỗi lần có dung tích 2,5 gallon nhưng chỉ bắt đầu với 2 muỗng canh. Tôi chỉ cần nuôi tảo trong một bể riêng cho đến khi tôi có đủ. Ngoài ra, các loài không quan trọng, nhưng tôi đã sử dụng Haematococcus vì chúng hòa tan trong nước tốt hơn tảo dạng sợi. Đây là một liên kết cho tảo. Như một thử nghiệm phụ thú vị, một lúc nào đó tôi có thể mua tảo phát quang sinh học. Tôi thấy nó diễn ra tự nhiên ở Puerto Rico và chúng trông rất tuyệt.

Ngoài ra, đây có lẽ là lần lặp lại thiết kế thứ 4 của tôi và tôi đã cố gắng làm cho chi phí thấp nhất có thể. Đó là một lý do tại sao thay vì tạo áp suất bằng máy nén thực tế, tôi sẽ sử dụng máy tạo bọt thủy sinh nhỏ. Tuy nhiên, chúng có ít lực hơn và có thể di chuyển không khí với áp suất khoảng 6 psi cộng với áp suất nạp của nó.

Tôi đã giải quyết vấn đề này bằng cách mua máy tạo bọt khí có ống hút mà tôi có thể kết nối với đường ống. Đó là nơi tôi lấy số đo đường ống 3/8 của mình. Đầu vào của bọt khí được kết nối với đường ống, sau đó đầu kia được kết nối với lò phản ứng. Điều này tái chế không khí nên tôi cũng có thể đo hàm lượng carbon dioxide bằng cảm biến của mình. Các ứng dụng thương mại có thể sẽ chỉ có nguồn cung cấp không khí ổn định để sử dụng và thay vào đó loại bỏ. Đây là liên kết dành cho các bộ tạo bọt khí. Chúng là một phần của bộ lọc bể cá mà bạn không cần. Tôi chỉ sử dụng chúng vì tôi đã từng sử dụng một bộ lọc cho những con cá cưng của tôi. Bạn cũng có thể tìm thấy bọt nước mà không có bộ lọc trực tuyến.

Thu thập dữ liệu:

• 2 - Cảm biến CO2 Vernier (chúng tương thích với Arduino, nhưng cũng đắt tiền. Tôi đã mượn của tôi từ trường của tôi)
• Ống co nhiệt - đường kính ít nhất 1 inch để vừa với các cảm biến
• 2 - Bộ điều hợp protoboard tương tự Vernier (mã đặt hàng: BTA-ELV)
• 1 - breadboard
• dây jumper breadboard
• 1 - Thẻ SD hoặc MicroSD và bộ chuyển đổi
• 1 - Lá chắn thẻ SD Arduino. Của tôi là từ Seed Studio và mã của tôi cũng dành cho nó. Bạn có thể cần phải điều chỉnh mã nếu lá chắn của bạn là từ một nguồn khác
• 1 - Arduino, tôi đã sử dụng Arduino Mega 2560
• Cáp USB cho Arduino (để tải lên mã)
• Bộ nguồn Arduino. Bạn cũng có thể sử dụng cục gạch sạc điện thoại với cáp USB để cấp nguồn 5V

Bước 2: Áp lực

Để tạo áp suất cho bình chứa, cần phải thực hiện hai việc chính:

1. Nắp phải có thể cố định vào chai một cách chắc chắn
2. Một van cần được lắp đặt để tăng thêm áp suất không khí

Chúng tôi đã có van. Chỉ cần chọn một chỗ trên chai, phía trên đường tảo và khoan một lỗ trên đó. Đường kính của lỗ phải bằng đường kính của đầu van lớn hơn hoặc đầu vít (Bạn có thể tạo lỗ thí điểm nhỏ hơn trước và sau đó là lỗ có đường kính thực). Điều này sẽ cho phép đầu không van để lúa mạch lọt vào trong chai. Sử dụng một cờ lê có thể điều chỉnh, tôi vặn chặt van vào nhựa. Điều này cũng tạo ra các rãnh trên nhựa cho vít. Tiếp theo, tôi chỉ cần tháo van ra, thêm băng keo vào ống nước và đặt nó trở lại vị trí cũ.

Nếu chai của bạn không có nhựa dày thành bình:

Sử dụng một ít giấy nhám, làm nhám phần nhựa xung quanh lỗ. Sau đó, trên phần lớn hơn của van, bôi một lượng lớn epoxy. Nó có thể là hai phần epoxy hoặc bất kỳ loại nào khác. Chỉ cần đảm bảo rằng nó có thể chịu được áp lực cao và có khả năng chống nước. Tiếp theo, chỉ cần đặt van vào vị trí và giữ một chút cho đến khi nó dính đúng vị trí. Đừng lau phần thừa xung quanh các cạnh. Cũng nên để thời gian epoxy đóng rắn trước khi thử nghiệm phản ứng quang điện.

Đối với phần nắp, cái tôi có đi kèm với một vòng chữ O và đóng chặt. Tôi sử dụng áp suất tối đa là 30 psi và nó có thể giữ nó lại. Nếu bạn có một cái vít trên nắp, nó thậm chí còn tốt hơn. Chỉ cần đảm bảo luồn nó bằng băng keo thợ sửa ống nước. Cuối cùng, bạn có thể quấn sợi xe hoặc băng keo nặng dưới chai lên trên nắp để giữ cố định chai.

Để kiểm tra, hãy từ từ thêm không khí qua van và lắng nghe xem có rò rỉ không khí hay không. Sử dụng một ít nước xà phòng sẽ giúp xác định vị trí không khí thoát ra và cần thêm epoxy.

Bước 3: Bubbler

Như tôi đã đề cập trong phần vật liệu, kích thước cho ống của tôi dựa trên bình bọt khí tôi đã mua. Nếu bạn đã sử dụng liên kết hoặc mua cùng một thương hiệu bình bọt khí, thì bạn không phải lo lắng về các kích thước khác. Tuy nhiên, nếu bạn có một nhãn hiệu bình bọt khí khác, thì bạn cần thực hiện một số bước sau:

1. Hãy chắc chắn rằng có một lượng. Một số bong bóng sẽ có đầu vào rõ ràng, và những người khác sẽ có nó xung quanh đầu ra (như tôi có, hãy tham khảo hình ảnh).
2. Đo đường kính của đầu vào và đó là đường kính trong của ống.
3. Đảm bảo rằng đầu ra / ống sủi bọt có thể vừa vặn với ống đầu vào của bạn một cách dễ dàng nếu lượng hút của bộ sủi bọt của bạn ở xung quanh đầu ra.

Tiếp theo, luồn ống nhỏ hơn qua ống lớn hơn và sau đó gắn một đầu vào đầu ra của sủi bọt. Trượt đầu lớn hơn đầu vào. Sử dụng epoxy để giữ cố định và bịt kín khỏi áp suất cao. Chỉ cần cẩn thận không để bất kỳ chất epoxy nào vào bên trong cửa nạp. Lưu ý nhỏ, sử dụng giấy nhám để cào nhẹ bề mặt trước khi thêm epoxy sẽ giúp liên kết bền chặt hơn.

Cuối cùng, tạo một lỗ trên chai đủ lớn cho đường ống. Trong trường hợp của tôi, nó là 1/2 (Hình 5). Luồn ống nhỏ hơn qua nó và lên trên đỉnh của chai. Bây giờ bạn có thể gắn một quả nặng (tôi đã sử dụng dây cao su và một tảng đá) và đặt nó trở lại chai. Sau đó đặt ống lớn hơn qua chai và sơn epoxy vào đúng vị trí. Lưu ý rằng ống lớn kết thúc ngay sau khi nó đi vào chai. Điều này là do đây là cửa hút không khí và bạn sẽ không muốn nước bắn vào nó.

Một lợi ích khi có hệ thống khép kín này có nghĩa là hơi nước sẽ không thoát ra ngoài và căn phòng của bạn sẽ không có mùi như tảo.

Bước 4: Đèn LED

Đèn LED được biết đến là loại bóng tiết kiệm năng lượng và mát hơn nhiều so với bóng đèn sợi đốt hoặc bóng đèn huỳnh quang bình thường. Tuy nhiên, chúng vẫn tạo ra một ít nhiệt và có thể dễ dàng nhận thấy nếu nó được bật trong khi vẫn cuộn lại. Khi chúng tôi sử dụng các dải trong dự án này, chúng sẽ không được nhóm lại với nhau. Dung dịch nước tảo dễ dàng tỏa ra hoặc hấp thụ thêm bất kỳ nhiệt lượng nào.

Tùy thuộc vào loài tảo, chúng sẽ cần nhiều hay ít ánh sáng và nhiệt. Ví dụ, loại tảo phát quang sinh học mà tôi đã đề cập trước đó cần nhiều ánh sáng hơn. Một nguyên tắc chung mà tôi đã sử dụng là giữ nó ở cài đặt thấp nhất và từ từ tăng nó lên một hoặc hai mức độ sáng khi tảo phát triển.

Tuy nhiên, để thiết lập hệ thống đèn LED, chỉ cần quấn dải xung quanh chai một vài lần với mỗi vòng quấn lên khoảng 1 inch. Chai của tôi có các đường gờ ở đó để đèn LED lắp vào một cách thuận tiện. Tôi chỉ cần dùng một chút băng dính đóng gói để giữ cho nó ở đúng vị trí. Nếu bạn đang sử dụng hai chai như tôi, chỉ cần quấn một nửa xung quanh chai này và nửa xung quanh chai kia.

Bây giờ bạn có thể tự hỏi tại sao các dải đèn LED của tôi không quấn quanh đầu của bộ phản ứng quang học của tôi. Tôi đã cố ý làm điều này vì tôi cần không gian cho không khí và cho cảm biến. Mặc dù chai có thể tích 4,2 gallon, tôi chỉ sử dụng một nửa số đó để nuôi tảo. Ngoài ra, nếu lò phản ứng của tôi có một lỗ rò rỉ nhỏ, thì áp suất thể tích sẽ giảm ít hơn vì thể tích không khí thoát ra là một tỷ lệ phần trăm nhỏ hơn của tổng lượng không khí bên trong bình. Tôi phải chú ý đến việc tảo có đủ carbon dioxide để phát triển, nhưng đồng thời cũng phải có ít không khí hơn để lượng carbon dioxide mà tảo hấp thụ sẽ ảnh hưởng đến thành phần tổng thể của tảo. không khí, cho phép tôi ghi lại dữ liệu.

Ví dụ, nếu bạn hít thở trong một túi giấy, nó sẽ chứa một tỷ lệ cao khí cacbonic. Nhưng nếu bạn chỉ hít thở trong bầu không khí mở, thành phần tổng thể của không khí sẽ vẫn giống nhau và không thể phát hiện ra bất kỳ sự thay đổi nào.

Bước 5: Kết nối Protoboard

Đây là nơi thiết lập photobioreactor của bạn hoàn tất nếu bạn không muốn thêm bộ cảm biến và thu thập dữ liệu arduino. Bạn có thể bỏ qua bước trồng tảo.

Tuy nhiên, nếu quan tâm, bạn cần mang đồ điện tử ra để kiểm tra sơ bộ trước khi cho vào bình. Đầu tiên, kết nối tấm chắn thẻ SD trên đầu arduino. Bất kỳ chân nào bạn thường sử dụng trên arduino được sử dụng bởi tấm chắn thẻ SD vẫn có sẵn; chỉ cần kết nối dây jumper với lỗ ngay trên.

Tôi đã đính kèm hình ảnh về các cấu hình pin arduino ở bước này mà bạn có thể tham khảo. Dây màu xanh lá cây được sử dụng để kết nối 5V với arduino 5V, màu cam để kết nối GND với Arduino nối đất và màu vàng để kết nối SIG1 với Arduino A2 và A5. Lưu ý rằng có nhiều kết nối bổ sung với các cảm biến có thể đã được thực hiện, nhưng chúng không cần thiết để thu thập dữ liệu và chỉ giúp thư viện Vernier thực hiện các chức năng nhất định (chẳng hạn như xác định cảm biến đang được sử dụng)

Dưới đây là tổng quan nhanh về chức năng của các chân của protoboard:

1. Tín hiệu đầu ra SIG2 - 10V chỉ được sử dụng bởi một số cảm biến vernier. Chúng tôi sẽ không cần nó.
2. GND - kết nối với mặt đất arduino
3. Vres - các cảm biến vernier khác nhau có các điện trở khác nhau trong chúng. cung cấp điện áp và đọc đầu ra hiện tại từ chân này giúp xác định các cảm biến, nhưng nó không hoạt động đối với tôi. Tôi cũng biết trước mình đang sử dụng cảm biến nào nên tôi đã mã hóa nó vào chương trình.
4. ID - cũng giúp xác định các cảm biến, nhưng không cần thiết ở đây
5. 5V - cung cấp nguồn 5 volt cho cảm biến. Kết nối với arduino 5V
6. SIG1 - đầu ra cho các cảm biến từ thang đo 0 đến 5 vôn. Tôi sẽ không giải thích các phương trình hiệu chuẩn và tất cả để chuyển đổi đầu ra của cảm biến thành dữ liệu thực tế, nhưng hãy nghĩ về cảm biến CO2 hoạt động như thế này: càng cảm nhận được nhiều CO2 thì điện áp trả về trên SIG2 càng nhiều.

Thật không may, thư viện cảm biến Vernier chỉ hoạt động với một cảm biến và nếu chúng ta cần sử dụng hai cảm biến, thì chúng ta sẽ cần đọc điện áp thô do các cảm biến xuất ra. Tôi đã cung cấp mã dưới dạng tệp.ino trong bước tiếp theo.

Khi bạn đang gắn dây jumper vào breadboard, hãy nhớ rằng các hàng lỗ được kết nối với nhau. Đây là cách chúng tôi kết nối các bộ điều hợp protoboard với arduino. Ngoài ra, một số chân có thể được sử dụng bởi đầu đọc thẻ SD, nhưng tôi đảm bảo rằng chúng không ảnh hưởng đến nhau. (Nó thường là chân số 4)

Bước 6: Viết mã và kiểm tra

Tải phần mềm arduino về máy tính của bạn nếu bạn chưa cài đặt phần mềm này.

Tiếp theo, kết nối các cảm biến với bộ điều hợp và đảm bảo rằng tất cả các dây đều ổn (Kiểm tra để đảm bảo rằng các cảm biến đang ở cài đặt thấp từ 0 - 10, 000 ppm). Cắm thẻ SD vào khe cắm và kết nối arduino với máy tính của bạn qua cáp USB. Sau đó, mở tệp SDTest.ino mà tôi đã cung cấp ở bước này và nhấp vào nút tải lên. Bạn sẽ cần tải xuống thư viện SD dưới dạng tệp.zip và thêm nó vào.

Sau khi tải lên mã thành công, hãy nhấp vào công cụ và chọn màn hình nối tiếp. Bạn sẽ thấy thông tin về việc đọc cảm biến được in ra màn hình. Sau khi chạy mã một lúc, bạn có thể rút arduino và lấy thẻ SD ra.

Tuy nhiên, nếu bạn lắp thẻ SD vào máy tính xách tay của mình, bạn sẽ thấy tệp DATALOG. TXT. Mở nó và đảm bảo rằng có dữ liệu trong đó. Tôi đã thêm một số chức năng vào kiểm tra SD sẽ lưu tệp sau mỗi lần ghi. Điều đó có nghĩa là ngay cả khi bạn rút thẻ SD ra giữa chương trình, nó sẽ có tất cả dữ liệu cho đến thời điểm đó. Tệp AlgaeLogger.ino của tôi thậm chí còn phức tạp hơn với sự chậm trễ để làm cho nó chạy trong một tuần. Trên hết, tôi đã thêm một hàm sẽ bắt đầu một tệp datalog.txt mới nếu nó đã tồn tại. Nó không bắt buộc để mã hoạt động, nhưng tôi chỉ muốn tất cả dữ liệu mà Arduino thu thập trên các tệp khác nhau thay vì phải sắp xếp chúng theo giờ được hiển thị. Tôi cũng có thể cắm arduino trước khi bắt đầu thử nghiệm và chỉ cần đặt lại mã bằng cách nhấp vào nút màu đỏ khi tôi sẵn sàng bắt đầu.

Nếu mã kiểm tra hoạt động, thì bạn có thể tải xuống tệp AlgaeLogger.ino mà tôi đã cung cấp và tải nó lên arduino. Khi bạn đã sẵn sàng để bắt đầu thu thập dữ liệu của mình, hãy bật arduino, lắp thẻ SD và nhấp vào nút màu đỏ trên arduino để khởi động lại chương trình. Mã sẽ thực hiện các phép đo cách nhau một giờ trong 1 tuần. (168 bộ sưu tập dữ liệu)

Bước 7: Cài đặt cảm biến vào Photobioreactor

Ồ vâng, làm sao tôi có thể quên được?

Bạn cần cài đặt các cảm biến vào bộ phản ứng quang trước khi cố gắng thu thập dữ liệu. Tôi chỉ có bước kiểm tra các cảm biến và mã trước cái này để nếu một trong các cảm biến của bạn bị lỗi, thì bạn có thể lấy một cái khác ngay lập tức trước khi tích hợp nó vào photobioreactor. Việc tháo các cảm biến sau bước này sẽ rất khó, nhưng hoàn toàn có thể. Hướng dẫn về cách làm như vậy ở bước Mẹo và Suy nghĩ cuối cùng.

Dù sao đi nữa, tôi sẽ tích hợp các cảm biến vào nắp chai vì nó cách xa nước nhất và tôi không muốn nó bị ướt. Ngoài ra, tôi nhận thấy tất cả hơi nước ngưng tụ gần đáy và thành mỏng của chai nên vị trí này sẽ ngăn hơi nước làm hỏng các cảm biến.

Để bắt đầu, hãy trượt ống co nhiệt lên trên cảm biến, nhưng đảm bảo không che hết các lỗ. Tiếp theo, thu nhỏ ống bằng ngọn lửa nhỏ. Màu sắc không quan trọng nhưng tôi đã sử dụng màu đỏ để hiển thị.

Tiếp theo khoan một lỗ 1”ở giữa nắp và dùng giấy nhám để đánh nhám phần nhựa xung quanh, điều này sẽ giúp epoxy kết dính tốt.

Cuối cùng, thêm một ít epoxy lên ống và trượt cảm biến vào vị trí trên nắp. Thêm một ít epoxy ở bên ngoài và bên trong của nắp, nơi nắp gặp nhiệt co lại và để khô. Bây giờ nó phải kín hơi, nhưng chúng tôi sẽ cần phải kiểm tra áp suất để nó an toàn.

Bước 8: Kiểm tra áp suất bằng cảm biến

Vì chúng tôi đã kiểm tra bộ phản ứng quang trước với van xe đạp, chúng tôi chỉ cần quan tâm đến nắp ở đây. Giống như lần trước, từ từ thêm áp lực và lắng nghe rò rỉ. Nếu bạn tìm thấy, hãy thêm một ít epoxy vào bên trong nắp và bên ngoài.

Cũng nên sử dụng nước xà phòng để tìm chỗ rò rỉ nếu bạn muốn, nhưng không cho bất kỳ thứ gì vào bên trong cảm biến.

Điều cực kỳ quan trọng là không có không khí thoát ra khỏi photobioreactor. Việc đọc cảm biến CO2 bị ảnh hưởng bởi một hằng số liên quan trực tiếp đến áp suất. Biết được áp suất sẽ cho phép bạn tìm ra nồng độ carbon dioxide thực tế để thu thập và phân tích dữ liệu.

Bước 9: Nuôi cấy tảo và chất dinh dưỡng

Để phát triển tảo, hãy đổ đầy nước vào thùng chứa ngay phía trên đèn LED. Nó phải là khoảng 2 gallon cho hoặc lấy một vài cốc. Sau đó, bổ sung phân bón thực vật hòa tan theo hướng dẫn trên hộp. Tôi thực sự thêm một chút nữa để tăng sự phát triển của tảo. Cuối cùng, bổ sung nuôi cấy khởi động tảo. Ban đầu tôi sử dụng 2 muỗng canh cho toàn bộ 2 gallon, nhưng tôi sẽ sử dụng 2 chén trong quá trình thử nghiệm của mình để tảo phát triển nhanh hơn.

Đặt đèn LED ở cài đặt thấp nhất và tăng nó sau đó nếu nước trở nên quá tối. Bật thiết bị sủi bọt và để lò phản ứng trong khoảng một tuần hoặc lâu hơn để tảo phát triển. Nhiều người cần phải xoáy nước xung quanh một vài lần để ngăn tảo lắng xuống đáy.

Ngoài ra, quá trình quang hợp hấp thụ chủ yếu ánh sáng đỏ và xanh lam, đó là lý do tại sao lá có màu xanh lục. Để cung cấp cho tảo ánh sáng cần thiết mà không làm nóng chúng quá nhiều, tôi đã sử dụng ánh sáng tím.

Trong các hình ảnh đính kèm, tôi chỉ trồng ra 2 thìa bột khởi động ban đầu mà tôi có vào khoảng 40 cốc cho thí nghiệm thực tế của mình. Bạn có thể nói rằng tảo đã phát triển rất nhiều vì trước đây nước hoàn toàn trong xanh.

Bước 10: Mẹo và suy nghĩ cuối cùng

Tôi đã học được rất nhiều điều trong quá trình xây dựng dự án này và tôi rất vui được trả lời các câu hỏi trong phần bình luận với khả năng tốt nhất của mình. Trong khi đó, đây là một số mẹo mà tôi có:

1. Sử dụng băng dính xốp hai mặt để cố định mọi thứ vào đúng vị trí. Nó cũng làm giảm rung động từ bọt khí.
2. Sử dụng dải điện để bảo vệ tất cả các bộ phận cũng như có không gian để cắm các thứ.
3. Sử dụng máy bơm xe đạp có đồng hồ đo áp suất và không thêm áp suất khi chưa đổ đầy nước vào bình. Đây là vì hai lý do. Thứ nhất, áp suất sẽ tăng nhanh hơn, và thứ hai, trọng lượng của nước sẽ ngăn đáy chai bị đảo ngược.
4. Thỉnh thoảng hãy xoáy tảo để có một giải pháp đồng đều.
5. Để tháo các cảm biến: sử dụng một lưỡi dao sắc để cắt ống khỏi cảm biến và xé đi nhiều nhất có thể. Sau đó, nhẹ nhàng kéo cảm biến ra.

Tôi sẽ bổ sung thêm nhiều mẹo khi họ nghĩ đến.

Cuối cùng, tôi muốn kết thúc bằng một vài điều. Mục đích của dự án này là để xem liệu tảo có thể phát triển nhanh hơn để sản xuất nhiên liệu sinh học hay không. Mặc dù nó là một photobioreactor đang hoạt động, tôi không thể đảm bảo áp lực sẽ tạo ra sự khác biệt cho đến khi tất cả các thử nghiệm của tôi hoàn thành. Khi đó, tôi sẽ thực hiện chỉnh sửa tại đây và hiển thị kết quả (Tìm kiếm nó vào khoảng giữa tháng 3).

Nếu bạn cảm thấy hướng dẫn này có khả năng hữu ích và tài liệu tốt, hãy để lại cho tôi một lượt thích hoặc một bình luận. Tôi cũng đã tham gia các cuộc thi về LED, Arduino và Epilog nên hãy bình chọn cho tôi nếu tôi xứng đáng.

Cho đến lúc đó, chúc mọi người DIY'ing vui vẻ

CHỈNH SỬA:

Thí nghiệm của tôi đã thành công và tôi cũng có thể tham dự hội chợ khoa học cấp nhà nước với nó! Sau khi so sánh đồ thị của các cảm biến carbon dioxide, tôi cũng chạy thử nghiệm ANOVA (Phân tích phương sai). Về cơ bản những gì thử nghiệm này thực hiện là nó xác định xác suất của các kết quả đã cho xảy ra một cách tự nhiên. Giá trị xác suất càng gần 0, khả năng nhìn thấy kết quả đã cho càng ít, có nghĩa là bất kỳ biến độc lập nào được thay đổi đều thực sự có ảnh hưởng đến kết quả. Đối với tôi, giá trị xác suất (hay còn gọi là giá trị p) rất thấp, khoảng 10 được nâng lên -23…. về cơ bản là 0. Điều này có nghĩa là việc tăng áp suất trong lò phản ứng cho phép tảo phát triển tốt hơn và hấp thụ nhiều CO2 hơn như tôi đã dự đoán.

Trong thử nghiệm của tôi, tôi có một nhóm đối chứng không có áp suất tăng thêm, 650 cm khối không khí, 1300 cm khối không khí và 1950 cm khối không khí được thêm vào. Các cảm biến ngừng hoạt động bình thường trên đường có áp suất cao nhất nên tôi đã loại trừ nó như một yếu tố ngoại lai. Mặc dù vậy, giá trị P không thay đổi nhiều và vẫn dễ dàng làm tròn thành 0. Trong các thí nghiệm trong tương lai, tôi sẽ thử và tìm một cách đáng tin cậy để đo sự hấp thụ CO2 mà không cần cảm biến đắt tiền và có thể nâng cấp lò phản ứng để nó có thể xử lý an toàn hơn áp lực.

Á quân Cuộc thi Đèn LED 2017