Giáo trình Cơ điện nông nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ 
DỰ ÁN HỢP TÁC VIỆT NAM – HÀ LAN 
BÀI GIẢNG 
CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP 
 Người biên soạn: Đinh Vương Hùng 
Huế, 08/2009 
 1 
Chương 1 
NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG 
1.1. VẬT LIỆU CƠ ĐIỆN NÔNG NGHIỆP 
 Người ta dùng nhiều loại vật liệu để chế tạo các máy móc cơ điện nông 
nghiệp, nhưng chủ yếu là kim loại và hợp kim. Ngoài ra còn dùng gỗ, cao su, chất 
dẻo, v.v... Kim loại có thể chia ra kim loại đen và kim loại màu. Kim loại đen là liên 
kết của sắt với cácbon và một vài nguyên tố khác. Kim loại màu như đồng, nhôm, 
chì, thiếc, kẽm, ... Hợp kim cũng chia ra hợp kim đen và hợp kim màu. Hợp kim 
đen là liên kết của sắt - cácbon với một số kim loại khác để cải thiện một số tính 
chất nào đó của vật liệu. Hợp kim màu là liên kết của các kim loại màu. 
1.1.1. Tính chất chung của kim loại và hợp kim. 
1.1.1.1.Tính chất lý học 
Tính chất lý học của kim loại và hợp kim bao gồm: vẻ sáng mặt ngoài, tính 
nóng chảy, tính dẫn nhiệt, tính dẫn điện, tính nhiễm từ và tính giãn nở vì nhiệt . 
- Vẻ sáng mặt ngoài : Mỗi kim loại phản chiếu ánh sáng theo một màu sắc riêng 
tạo ra vẻ sáng mặt ngoài, gọi là màu của kim loại. Thí dụ: Đồng có màu đỏ, thiếc có 
màu trắng bạc, kẽm có màu xám... Kim loại không trong suốt, ngay cả những tấm 
kim loại được dát rất mỏng cũng không để cho ánh sáng xuyên qua nó được. 
- Tính nóng chảy: Kim loại có tính chảy loãng khi đốt nóng và đông đặc khi 
làm nguội. Nhiệt độ ứng với lúc kim loại chuyển từ thể rắn sang thể lỏng hoàn toàn 
gọi là nhiệt độ nóng chảy. Nhiệt độ nóng chảy có ý nghĩa rất quan trọng trong công 
nghệ đúc và công nghệ hàn. Phần lớn nhiệt độ nóng chảy của kim loại lớn hơn 
2000C (Thiếc 2320C, chì 3270C, kẽm 4190C, nhôm 6600C, đồng 10830C, sắt 
15390C). 
- Tính dẫn nhiệt: Là tính chất truyền nhiệt của kim loại khi bị đốt nóng hoặc 
làm lạnh. Kim loại và hợp kim có tính dẫn nhiệt tốt thì càng dễ đốt nóng nhanh và 
đồng đều cũng như càng dễ nguội nhanh. Tính dẫn nhiệt của mỗi kim loại giảm 
xuống khi nhiệt độ tăng và ngược lại khi nhiệt độ giảm xuống. 
- Tính dẫn điện: Là khả năng truyền dẫn điện của kim loại và hợp kim. Tính 
chất này cần được lưu ý khi ta dùng kim loại làm vật truyền dẫn điện năng. Nói 
chung kim koại đều có tính dẫn điện. Các kim loại có tính dẫn điện tốt tức là điện 
trở của kim loại đó bé. 
Các kim loại có tính dẫn điện tốt là bạc, đồng, nhôm, nhưng do bạc đắt tiền nên 
ít được sử dụng trong kỹ thuật. Khi nhiệt độ tăng thì tính dẫn điện giảm và ngược 
lại khi nhiệt độ giảm thì tính dẫn điện tăng. Phần lớn kim loại nào dẫn nhiệt tốt thì 
cũng dẫn điện tốt. Hợp kim nói chung có tính dẫn điện kém kim loại. 
 2 
- Tính giãn nở vì nhiệt : Đó là khi đốt nóng, kim loại giãn nở ra và khi nguội 
lạnh thì co lại. Hệ số giãn nở vì nhiệt thường rất nhỏ, nhưng với các chi tiết kích 
thước lớn, chịu sự thay đổi nhiệt độ đáng kể, thì cần chú ý tới tính giãn nở vì nhiệt. 
- Tính nhiễm từ : Chỉ có một số kim loại có tính nhiễm từ, tức là nó bị từ hóa 
sau khi đặt trong một từ trường. Sắt và hầu hết các hợp kim của sắt đều có tính 
nhiễm từ. Niken và Côban cũng có tính nhiễm từ và được gọi là chất sắt từ. Còn hầu 
hết các kim loại khác không có tính nhiễm từ. 
1.1.1.2 Tính chất hóa học 
Tính chất hóa học của kim loại và hợp kim là biểu thị khả năng của kim loại và 
hợp kim chống lại tác dụng hóa học của các môi trường có hoạt tính khác nhau. 
Tính chất hóa học của kim loại và hợp kim biểu thị ở hai dạng chủ yếu: Tính chống 
ăn mòn và tính chịu a xít . 
- Tính chống ăn mòn: Là khả năng chống lại sự ăn mòn của hơi nước và ôxy 
của không khí ở nhiệt độ thường hay nhiệt độ cao. 
- Tính chịu a xít: Là khả năng chống lại tác dụng của các môi trường a xít. 
Khi lựa chọn kim loại hay hợp kim ta phải căn cứ vào tính chất hóa học để biết 
khả năng chịu đựng của nó đối với tác dụng hóa học của môi trường xung quanh. 
1.1.1.3. Tính chất cơ học 
Tính chất cơ học của kim loại và hợp kim là khả năng chống lại tác dụng của 
lực bên ngoài lên kim loại hay hợp kim. Lực tác dụng bên ngoài có nhiều dạng khác 
nhau. Có lực tác dụng từ từ đều đặn gọi là lực tĩnh, có lực lại tác dụng đột ngột gây 
ra va đập gọi là lực động. Tính chất cơ học của kim loại và hợp kim bao gồm: Độ 
bền, độ đàn hồi, độ dẻo, độ cứng, độ dai va chạm,.v.v.. 
- Độ bền: là khả năng của kim loại hay hợp kim chống lại tác dụng của lực bên 
ngoài mà không bị phá hỏng. 
- Độ đàn hồi: là khả năng biến dạng của kim loại hay hợp kim dưới tác dụng 
của lực bên ngoài rồi trở lại như cũ khi thôi lực tác dụng. 
- Độ dẻo: là khả năng biến dạng của kim loại hay hợp kim dưới tác dụng của 
lực bên ngoài mà không bị phá hỏng, đồng thời vẫn giữ được sự biến dạng đó khi 
thôi lực tác dụng bên ngoài. 
- Độ cứng: là khả năng chống lại biến dạng dẻo cục bộ khi có ngoại lực tác 
dụng thông qua vật nén có độ cứng lớn hơn. Nếu cùng một giá trị lực nén, lõm biến 
dạng trên mẫu đo càng lớn, càng sâu thì độ cứng của mẫu đo càng kém. 
- Độ dai va chạm là khả năng chịu đựng của vật liệu đối với các ngoại lực tác 
dụng có tính chất đột ngột (va đập) mà không bị phá hủy. 
1.1.1.4. Tính chất công nghệ 
 3 
Tính chất công nghệ là khả năng của kim loại hay hơp kim có thể thưc hiện 
được các phương pháp công nghệ để sản xuất ra các sản phẩm. Tính chất công nghệ 
bao gồm: Tính cắt gọt, tính hàn, tính rèn, tính đúc, tính nhiệt luyện. 
- Tính cắt gọt: Là khả năng của kim loại gia công cắt gọt dễ hay khó, được xác 
định bằng tốc độ cắt gọt, lực cắt gọt, và độ bóng bề mặt của kim loại sau khi cắt gọt. 
- Tính hàn: là khả năng tạo thành sự liên kết giữa các chi tiết máy khi nung 
nóng cục bộ chỗ cần hàn đến trạng thái chảy hoặc dẻo. 
- Tính rèn: là khả năng biến dạng vĩnh cửu của kim loại hay hợp kim dưới tác 
dụng của ngoại lực để tạo thành hình dáng của chi tiết mà không bị phá hỏng. 
- Tính đúc: là khả năng chảy loãng của kim loại và hợp kim khi đốt nóng để đổ 
đầy vào khuôn đúc. 
- Tính nhiệt luyện: là khả năng làm thay đổi độ cứng, độ bền, độ dẻo của kim 
loại và hợp kim bằng cách nung nóng lên nhiệt độ nhất định rồi làm nguội theo một 
chế độ xác định. 
Trong công nghiệp chế tạo máy nói chung, các kim loại nguyên chất ít được sử 
dụng vì nó có độ bền, độ cứng thấp. Nhiều kim loại dẫn điện rất tốt, nhưng ở nhiệt 
độ cao, tính dẫn điện lại giảm đi. Sự giãn nở vì nhiệt của kim loại nguyên chất rất 
lớn khi có sự thay đổi nhiệt độ. Tính công nghệ của kim loại nguyên chất cũng kém 
(khó đúc, khó gia công cắt gọt,...). Chính vì những lý do đó mà trong thực tế hầu hết 
các chi tiết máy đều được chế tạo từ hợp kim. 
1.1.2. Hợp kim đen (hợp kim sắt - cácbon) 
Ngươi ta chia hợp kim sắt - cácbon ra làm hai loại: gang và thép. Gang và thép 
là hai loại vật liệu quan trọng nhất của ngành công nghiệp chế tạo máy. 
1.1.2.1. Gang 
Gang là hợp kim của sắt và cácbon với một số nguyên tố khác, tỷ lệ cácbon 
trong gang là 2-5%. Còn các nguyên tố khác như silic, mangan, phốt pho, lưu huỳnh 
thì tùy từng loại gang có thể nằm trong khoảng 0,12-2%. 
Gang được luyện từ quặng sắt trong các lò cao. Các loại gang thường dùng là 
gang xám, gang trắng, gang dẻo, gang biến tính và gang cầu. 
Nói chung ngoài tỉ lệ cácbon cao, gang còn có nhiều tạp chất chưa được khử 
hết nên gang cứng, dòn, dễ nứt vỡ. Gang thường dùng để chế tạo các chi tiết máy 
chịu tải trọng tĩnh và có hình dáng đơn giản. Còn các chi tiết máy chịu tải trọng lớn, 
va đập và có hình dáng phức tạp thì được chế tạo bằng thép. 
1.1.2.2. Thép 
 Thép là một vật liệu quan trọng của nền kinh tế quốc dân nói chung và của 
ngành công nghiệp chế tạo máy nói riêng. Thép được luyện từ gang trong các lò 
chuyên dùng để khử bớt tạp chất và giảm tỉ lệ cácbon xuống dưới 2%. Ngoài 
cácbon ra, trong thành phần của thép còn có một lượng rất nhỏ các nguyên tố 
 4 
mangan, silic, phốt pho và lưu huỳnh... Riêng đối với thép hợp kim thì còn có các 
nguyên tố như: crôm, niken, vônphram, môlipđen... 
Tỉ lệ cácbon trong thép càng cao thì thép càng cứng, ngược lại tỉ lệ cácbon 
trong thép càng thấp thì thép càng dẻo. Các nhà máy luyện kim chế tạo sẵn các loại 
thép định hình có tiết diện khác nhau. 
Tùy theo việc sử dụng người ta chia thép làm hai nhóm: Nhóm thép cácbon và 
nhóm thép hợp kim. Nhóm thép cácbon dùng trong các ngành chế tạo máy và ngành 
xây dựng. Nhóm thép hợp kim dùng để chế tạo các dụng cụ cắt, dụng cụ đo, các chi 
tiết máy có yêu cầu độ bền, độ cứng cao. Trong nhóm thép hợp kim có thép hợp 
kim đặc biệt, bao gồm các loại thép không rỉ, thép chịu nhiệt, thép có từ tính, thép 
có hệ số giãn nở vì nhiệt rất nhỏ. 
Nói chung các chi tiết máy chế tạo từ thép có độ cứng không cao, khả năng 
chống mài mòn còn hạn chế. Để tăng độ cứng, độ chịu mài mòn cho bề mặt các chi 
tiết máy chế tạo bằng thép thì người ta phải nhiệt luyện. 
1.1.3. Hợp kim màu 
Trong nhiều ngành công nghiệp hiện đại, kim loại màu chiếm một vị trí quan 
trọng và ngày càng được sử dụng rộng rãi vì nó có các tính chất đặc biệt sau: 
- Độ nóng chảy không cao lắm, do đó có thể nấu luyện, đúc thành các chi tiết 
có hình dáng khác nhau một cách dễ dàng. 
- Tính dẻo tốt nên có thể sử dụng các phương pháp gia công như rèn, cán, dát, 
kéo, ... thành những chi tiết có hình dáng, kích thước khác nhau. 
- Độ bền, độ cứng cũng khá cao và có khả năng chống mài mòn. 
- Tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt. Một số kim loại mau có từ tính cao (niken, 
coban). Một số có tính phóng xạ (radi, uran) dùng trong công nghiệp nguyên tử. 
- Một số kim loại màu có tính chống ăn mòn hóa học. 
Các hợp kim màu thường dùng là: hợp kim nhôm và hợp kim đồng 
1.1.3.1. Hợp kim nhôm 
Hợp kim nhôm là hợp kim của nhôm với các nguyên tố kim loại khác như: 
đồng, silic, mangan, magiê...Căn cứ vào thành phần và đặc tính công nghệ của hợp 
kim nhôm người ta chia nó ra làm hai nhóm: Nhóm hợp kim nhôm biến dạng và 
nhóm hợp kim nhôm đúc. 
- Nhóm hợp kim nhôm biến dạng: Được dùng để chế tạo các tấm nhôm, các 
băng, các dây nhôm cũng như các chi tiết máy bằng phương pháp gò, dập...Đura là 
một trong những hợp kim nhôm điển hình. Đặc tính của đura là cứng, nhẹ, độ bền 
cơ học cao nên được dùng rất nhiều trong công nghiệp dân dụng, công nghiệp chế 
tạo máy (làm vòng đệm, vành bánh xe, khay, hộp, đáy các te động cơ...) Đặc biệt là 
công nghiệp chế tạo máy bay 
 5 
- Nhóm hợp kim nhôm đúc: Được dùng để chế tạo các chi tiết máy bằng 
phương pháp đúc. Một trong các loại hợp kim nhôm đúc quan trọng thường dùng là 
hợp kim nhôm với silic, được gọi là silumin. Ngoài thành phần silic, silumin còn 
chứa đồng, magiê, kẽm. Silumin có tính đúc tốt (dễ chảy loãng và có độ co ngót 
nhỏ). Silumin thường dùng để chế tạo pít tông, thân động cơ... 
1.1.3.2. Hợp kim đồng 
Hợp kim đồng được dùng phổ biến là đồng thau và đồng thanh. 
- Đồng thau: Đồng thau là hợp kim của đồng và kẽm. Cấu tạo và tính chất của 
đồng thau phụ thuộc vào lượng kẽm chứa trong đó. Người ta thường dùng đồng 
thau để chế tạo các chi tiết bằng phương pháp cán, uốn, dập. Một số trường hợp 
người ta dùng đồng thau để đúc. 
- Đồng thanh: Đồng thanh là hợp kim của đồng với thiếc và các nguyên tố kim 
loại khác như: nhôm, kẽm, silic, crôm ...Có nhiều loại đồng thanh: đồng thanh thiếc, 
đồng thanh nhôm, đồng thanh silic, đồng thanh kẽm...Đồng thanh có đặc tính dễ cắt 
gọt và có tính chống ăn mòn cao, có tính đúc tốt dùng để chế tạo các bánh răng, vỏ 
bơm, vòng chắn nước, ổ trục hoặc làm hợp kim đỡ sát. 
Đồng đen cũng là một loại đồng thanh. Nó là hợp kim của đồng với thiếc, chì, 
silic v.v... Đồng đen có tính chống ăn mòn, chống mài mòn cao, có thể dùng để đúc 
hoặc gia công áp lực. Đồng đen dùng để làm ổ trượt, mặt trượt, bánh vít, trục vít 
hoặc dùng trong các thiết bị chứa nước, dầu mỡ... 
Ngoài hai loại hợp kim màu thường dùng là hợp kim nhôm và hợp kim đồng 
còn có một số loại hợp kim màu khác như: hợp kim manhê, hợp kim titan, hợp kim 
niken... 
1.1.4. Các loại vật liệu khác 
1.1.4.1. Chất dẻo. 
Chất dẻo là vật liệu nhân tạo, được san xuất từ các chất hữu cơ. Ở nhiệt độ 
nhất định, chất dẻo trở nên mềm dẻo và có thể tạo hình được dưới áp suất cao. Đa 
số các loại chất dẻo có cấu tạo hóa học phức tạp mà cơ sở của nó là các liên kết hữu 
cơ cao phân tử, được gọi là pôlime. Tính chất cơ bản của chất dẻo là có khối lượng 
riêng nhỏ, có độ bền cơ học khá cao, khả năng chống ăn mòn tốt, hệ số ma sát nhỏ, 
có tính cách điện tốt, không bị tác dụng bởi axít, kiềm và không thấm nước. Một số 
chất dẻo trong suốt, nhưng ta cũng có thể làm cho chúng có màu sắc tùy ý bằng 
cách nhuộm chất dẻo. 
Chất dẻo càng ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và trong 
đời sống. Hầu như không có ngành công nghiệp nào lại không dùng tới chất dẻo để 
làm các vật liệu chính hoặc phụ. Đặc biệt trong lĩnh vực điện và vô tuyến điện, chất 
dẻo được sử dụng rất nhiều vì nó có tính cách điện rất tốt. Đối với các chi tiết máy 
có yêu cầu trọng lượng nhẹ, độ bền vừa phải, không bị ăn mòn... thì chất dẻo là loại 
vật liệu rất thích hợp . 
 6 
Chất dẻo được làm các bình chứa, các bộ phận của băng chuyền, cánh bơm, 
bánh răng, bánh vít, các chi tiết của cơ cấu phanh, ổ trượt...Ngoài ra, người ta còn 
dùng chất dẻo trong việc phủ lên kim loại để chống ăn mòn và tăng thêm vẻ đẹp. 
Trong đời sống, chất dẻo được dùng rộng rãi để sản xuất các đồ dùng sinh hoạt 
cũng như các sản phẩm công nghiệp nhẹ. 
1.1.4.2. Cao su. 
Cao su thiên nhiên lấy từ nhựa cao su. Khi còn nguyên chất cao su thiên nhiên 
có màu trắng đục, để ra ngoài ánh sáng chuyển thành màu nâu. Cao su dùng trong 
công nghiệp và đời sống là cao su thiên nhiên đã lưu hóa, tức là pha thêm 1-2% lưu 
huỳnh. Tính chất chung của cao su là có tính đàn hồi rất cao, độ giãn dài có thể tới 
700 - 800%. Cao su có một số tính chất rất quý đối với kỹ thuật như: có độ bền 
chống đứt cao, chống mài mòn, có khả năng dập tắt các rung động, không thấm 
nước và không thấm khí, chịu được tác dụng hóa học của axit, kiềm. Nhờ các tính 
chất đó mà cao su trở nên không thể thiếu được trong một số ngành công nghiệp. 
Khuyết điểm của cao su là tính dẫn nhiệt kém. Mặt khác, cao su bị giảm cơ lý 
tính khi chịu tác dụng của ánh sáng và nhiệt đô cao. 
Cao su dùng để chế tạo săm lốp, dây đai, băng tải, ống dẫn nước, ống dẫn hơi, 
ống dẫn dầu chịu áp suất thấp, ống dẫn hạt, các vật liệu cách điện, các loại vòng 
đệm làm kín khít các bề mặt tiếp xúc của các chi tiết chế tạo bằng kim loại... 
1.1.4.3. Gỗ 
Ngày nay, tuy công nghiệp vật liệu đã phát triển và có nhiều loại vật liệu tổng 
hợp khác nhau, nhưng gỗ vẫn là một loại vật liệu công nghiệp quan trọng. Ngoài 
việc sử dụng thân cây gỗ, vỏ cây và cành cây cũng được chế biến để tận dụng trong 
các ngành công nghiệp khác nhau như giấy, hóa chất, rượu cồn, ... 
Tính chất chung của gỗ là nhẹ hơn kim loại, có khối lượng riêng trong khoảng 
0,44 - 0,81 G/cm 3. Gỗ có khối lượng riêng càng cao thì khả năng chịu lực càng tốt. 
Gỗ có độ dẫn điện và dẫn nhiệt nhỏ, có vẻ đẹp tự nhiên, chịu được tác dụng của một 
số môi trường khí, dễ chế tạo và giá thành tương đối rẻ. Gỗ càng khô, khả năng chịu 
lực càng tăng, nhưng chú ý là khả năng chịu lực của nó theo thớ dọc và thớ ngang 
không như nhau. Đa số các loại gỗ chịu ẩm kém, dễ bị mục, mối, mọt và dễ cháy. 
Trong công nghiệp, gỗ được sử dụng với nhiều m ... ng thể hoạt động tốt hơn trong dãy nhiệt độ thấp do việc mất mát nhiệt. 
Tuy nhiên, chúng lại làm việc có hiệu quả hơn trong khoảng nhiệt độ cao. Do đó các 
loại collector phức tạp, đắt tiền rất phù hợp cho việc làm nóng ngoài công việc sấy hạt. 
 Đối với việc sấy hạt nông sản, theo các kết quả nghiên cứu có thể chấp nhận 
được hao tổn áp suất dòng khí qua collector ở khoảng 30- 40mm cột nước. 
 *. Sấy bằng năng lượng mặt trời 
 Ứng dụng năng lượng mặt trời để sấy khô đã được sử dụng từ lâu đời. Sản phẩm 
thường được rải thành lớp mỏng phơi dưới nắng mặt trời. Ban ngày sản phẩm được 
đảo trộn định kỳ, ban đêm được che phủ nhằm đạt được độ khô đồng đều và rút ngắn 
thời gian sấy. Phương pháp này thường kéo dài từ 2 đến 8 ngày. Sản phẩm sau khi sấy 
thường bị nhiễm bẩn và bị vi khuẩn, nấm, mốc xâm nhập. Việc sấy bằng năng lượng 
mặt trời trong hộp được che đậy sẽ cải thiện được hiệu suất sấy và chất lượng sản 
phẩm cũng như tiết kiệm lao động. Bộ phận sấy bằng năng lượng mặt trời đơn giản là 
một hộp được che bằng tấm nắp trong suốt, tuy nhiên trong nhiều trường hợp bộ phận 
sấy kiểu này không tạo đủ cường độ sấy. 
 139 
Nước 
ngọt ra 
Nước 
biển 
vào 
 Mực 
nước Khay 
chứa 
 Lớp cách 
nhiệt 
Kính 
Sấy khô nhờ năng lượng mặt trời với dòng không khí đối lưu tự nhiên. Trong hệ 
thống sấy kiểu hút, vật liệu sấy được sử dụng như một collector. Không khí nằm giữa 
những lỗ hổng của sản phẩm của lớp trên cùng được làm nóng lên. Một phần năng 
lượng của không khí đi qua sản phẩm làm bốc hơi nước. Do nhiệt độ ở cửa ra của 
không khí mặc dù đã giảm song vẫn còn cao hơn nhiệt độ môi trường nên được hút qua 
ống thải. 
6.1.2.4. Sử dụng năng lượng mặt trời để chưng lọc nước mặn 
Người ta ước lượng mức sử dụng nước ngọt cho sinh hoạt ở nông thôn các vùng 
nhiệt đới là 20- 50 lít/ ngày/ người. Việc chưng lọc nước (ngọt và mặn) có thể góp phần 
vào việc cung cấp nước sạch sinh hoạt cho các vùng khó khăn. 
 Hình 6.6 Sơ đồ nguyên lý thiết bị lọc nước bằ g năng lượng mặt trời kiểu 2 mái 
Phương pháp phổ biến cho các thiết bị lọc nước là sự bay hơi, thẩm thấu ngược 
chiều. Thiết bị lọc nước mặn đã được biết đến khoảng trên 100 năm nay với rất nhiều 
kết quả lý thuyết và thực hành. 
Việc lọc nước mặn bằng năng lượng mặt trời dựa trên nguyên lý bay hơi và 
ngưng đọng chất lỏng, (hình 6.6). 
Nhiệt lượng chuyển pha nước trong cả hai trường hợp là như nhau và bằng 2430 
kJ/kg. Năng lượng bức xạ mặt trời đưa đến một phần được hấp thụ bởi thảm, phần hao 
tổn do đối lưu, phần phản xạ và một phần hao tổn dẫn nhiệt. Thất thoát nhiệt chủ yếu là 
bức xạ nhiệt từ mặt nước tới nắp bể lọc và bức xạ phản xạ từ đáy nước tới nắp hầm. 
Mất nhiệt do dẫn nhiệt và đối lưu nhiệt tới môi trường xung quanh. Hiệu suất của bể 
lọc nước mặn bằng năng lượng mặt trời khoảng 30%. 
 140 
 Hình 6.7 Sơ đồ nguyên lý thiết bị lọc nước kiểu bấc thấm 
Kiểu bể lọc một hố phẳng là một kiểu thiết kế phổ biến. Nước được làm nóng 
bằng các tia mặt trời chiếu vào, bốc hơi và ngưng tụ lại dưới mái che trong suốt. Nước 
ngưng chảy theo mái, rơi xuống rảnh gom và được bơm lên bể chứa. Độ sâu của nước 
ở trong hố là 3- 5cm. Với kiểu thiết bị này lượng nước được lọc tính cho 1m2 hấp thụ 
nhiệt là 3 lít/ngày... 
Thiết bị bốc hơi bằng năng lượng mặt trời kiểu bấc thấm hấp thụ năng lượng 
mặt trời tốt hơn, hoạt động ở nhiệt độ cao hơn và có tốc độ lọc nước cao hơn 5 lit/ngày. 
m2 . 
6.2. NĂNG LƯỢNG TỪ VẬT LIỆU SINH HỌC - BIOM ASS 
6.2.1 Khái niệ m về Biomass 
Việc sử dụng năng lượng từ Biomass như gỗ, củi khô, cây cỏ, rơm rạ, phân 
khô... đã biết đến từ lâu. Tuy nhiên Biomass đã bị quên lãng do sự lấn át của các loại 
thiết bị chuyển đổi năng lượng cả về phương diện kỹ thuật, công nghệ lẫn tính kinh tế. 
Theo lý thuyết, năng lượng hữu ích được lấy ra từ khối lượng Biomass trên trái đất gấp 
khoảng 6 lần nhu cầu năng lượng hiện nay trên thế giới. Tuy nhiên để có thể thay thế 
nhiên liệu hóa thạch bằng năng lượng từ Biomass là một vấn đề lớn và lâu dài. Hiện 
Năng lượng 
mặt trời 
Tấm phủ 
Máng 
chứa Cách nhiệt 
Bậc thấm 
Tấm hấp thụ nhiệt 
Ống phân 
phối nước 
Nước vào 
Nước ngọt 
Nước thải
 141 
nay sản xuất năng lượng từ những chất thải hữu cơ chỉ có ý nghĩa bổ sung vào nguồn 
năng lượng chính (dầu mỏ, khí đốt và than đá) và có ý nghĩa lớn hơn về môi trường. 
Nói chung Biomass có thể chế biến thành các dạng nhiên liệu rắn, nhiên liệu 
lỏng và nhiên liệu khí, không kể đến việc sử dụng dạng trực tiếp làm củi đun, nhóm 
lò... Vật liệu phế thải từ công nghiệp chế biến gỗ, các xenlulô phế thải từ nông - lâm 
nghiệp có thể dùng để chế biến thành nhiên liệu rắn hoặc khí. Các cây có dầu như cọ 
dầu, lạc, đậu tương,... cây chứa đường hoặc tinh bột có thể làm nguyên liệu để sản xuất 
nhiên liệu lỏng và dầu bôi trơn. Các chất thải hữu cơ của cây công nghiệp, thực phẩm 
hoặc cây xanh nhờ phân hủy yếm khí từng phần thành khí sinh vật - Biogas. Biogas có 
thể dùng để đun nấu hoặc sử dụng cho động cơ nhiên liệu khí sau khi đã tách lưu 
huỳnh. 
Nhờ chuyển đổi nhiệt nghèo ôxy, từ nhiên liệu rắn có thể sản xuất ra một hỗn 
hợp khí đốt có nhiệt trị tương đối thấp gọi là khí yếu. Nếu sử dụng ôxy trong không khí 
dẫn vào lò hóa khí thì tạo ra được một loại hỗn hợp khí có thành phần theo thể tích như 
sau: 
 10 - 15%H2 ; 20 - 30%CO; 2 - 15%CO2; 0 - 4%CH4 ; 40 - 60%N2 
Nếu sử dụng không khí giàu ôxy hoặc ôxy tinh khiết để hóa khí nhiên liệu rắn 
thì có thể giảm hoặc loại bỏ thành phần Nitơ, thành phần "loãng" khí đốt sản xuất ra. 
6.2.2. Sản xuất năng lượng từ Biogas 
6.2.3.1 Khái niệm chung về Biogas 
Biogas là sản phẩm của quá trình lên men phân động vật và các loại phế thải 
hữu cơ khác. Thành phần chủ yếu của Biogas gồm khoảng 55-70% Metan, 45-30% 
CO2 và một phần nhỏ chất lưu huỳnh. Quá trình lên men vật liệu hữu cơ để tạo thành 
Biogas bao gồm ba gia i đoạn sau: 
- Giai đoạn thứ nhất: Dưới tác dụng của các enzym thủy phân, các chất hữu cơ 
phân tử lớn được phân giải thành các chất hữu cơ phân tử nhỏ (axit béo, axit amin). 
- Giai đoạn thứ hai: Dưới tác dụng của các vi khuẩn tạo axit, các chất hữu cơ 
phân tử nhỏ được phân giải thành các axit béo dễ bay hơi. 
- Giai đoạn thứ ba: Các axit béo dễ bay hơi được chuyển hóa thành khí Metan 
(CH4) và khí Cacboníc (CO2) nhờ các vi khuẩn sinh metan (Metanogen). 
Trong đó gia i đoạn thứ hai và giai đoạn thứ ba xảy ra dưới điều kiện yếm khí 
chặt chẽ (kín hoàn toàn), người ta chia quá trình lên men sinh metan thành hai pha như 
sau: 
 142 
- Pha không kỵ khí (giai đoạn 1), các nguyên liệu để tạo Biogas được ủ ở bể hở. 
- Pha kỵ khí (gia i đoạn thứ hai và thứ ba), quá trình sinh metan xảy ra trong 
không gian kín hoàn toàn. 
Do vậy, để tạo thành Biogas người ta thiết kế hầm ủ cho cả hai pha của quá trình 
lên men (hai pha hỗn hợp hoặc có vách ngăn hai pha) hoặc ủ nguyên liệu ở bể hở 
khoảng một tuần cho pha không kỵ khí rồi mới chuyển sang hầm kín, như vậy sẽ giảm 
được thể tích của bể ủ kín. 
Sự tạo thành Biogas do hai nhóm vi khuẩn metanogen khác nhau đảm nhận, 
hoặc xảy ra ở 30-35 0C (mesophil) hoặc xảy ra ở 55-60 0C (thermophil). Trong cả hai 
trường hợp cần thiết phải làm nóng nguyên liệu. Bên cạnh yêu cầu bảo đảm thời gian 
phân hủy đủ dài để khai thác hết Biogas (không ít hơn 20 ngày) và giữ đúng độ pH ở 
khoảng trung tính còn yêu cầu nguyên liệu phải được giàn đều trong hầm phản ứng. 
Việc giàn đều nguyên liệu nhằm giữ đúng sự đối xứng sinh học giữa các vi khuẩn 
acetogen và metanogen cần thiết cho quá trình tạo thành Biogas. 
6.2.3.2 Nguyên liệu để sản xuất Biogas 
Nguyên liệu để sản xuất Biogas có thể là phân động vật, cây cỏ, rơm rác, rau, 
củ, quả bỏ đi, phế thải hữu cơ ở các đơn vị sản xuất thực phẩm, các bếp ăn... 
Đối với sự phân hủy về mặt nguyên lý thì các vật liệu chứa nhiều nước sẽ phù 
hợp nhất. Nhiệt trị của Biogas khi đốt cháy giảm đi khi hàm lượng nước tăng. Việc 
thủy phân yếm khí xảy ra tốt nhất khi tỷ lệ C/N trong vật liệu nằm ở khoảng 30, vi 
khuẩn trong quá trình lên men sử dụng C nhanh hơn N đến 30 lần. 
Việc tận thu Biogas còn phụ thuộc mạnh vào loại vật liệu đưa vào phản ứng. 
Một số chất có thể không thủy phân được như trấu..., độ chứa N và C có thể thay đổi 
theo tuổi và điều kiện phát triển của thực vật hoặc mức độ ăn uống, tuổi, chế độ nuôi 
nhốt của súc vật. Khả năng khai thác Biogas còn chịu tác động của thời gian ủ. Nói 
chung thời gian ủ tăng sẽ làm tăng khả năng khai thác Biogas. 
6.2.3.3 Các bộ phận chính của hệ thống sản xuất Biogas 
- Bể nạp liệu: là nơi thu nhận nguyên liệu và pha trộn thành dung dịch lỏng tỷ lệ 
50% với nước. Mức dung dịch tại bể nạp liệu là cao nhất rồi đến mức dung dịch của bể 
tạo áp và mức thấp nhất là trong hầm phân hủy. 
- Hầm phân hủy (hầm phản ứng Biogas), ở đó xảy ra quá trình tạo khí. Hầm 
phân hủy là một thiết bị lưu giữ nạp liệu hàng ngày hoặc là thiết bị lưu chuyển với nạp 
liệu định kỳ đảm bảo sinh khí liên tục, cũng có thể hoạt động theo mẻ. Hầm phân hủy 
cần hoàn toàn kín và có năng suất tạo khí biogas phụ thuộc dung tích của hầm. Phần 
 143 
9
4
3
3
trên của hầm chứa khí, phần dưới chứa dung dịch phân hủy. Khi quá trình sản xuất khí 
đã hoàn thành chất liệu đã phân hủy được lấy ra qua cửa thông với bể tạo áp. 
- Bể tạo áp: có mức dung dịch cao hơn hầm phân hủy nhằm tạo ra áp suất khí 
Biogas trong hầm phân hủy trong khoảng 1,2-1,4 kG/cm2, thông qua cửa nối phía dưới 
dung dịch. Bể tạo áp cũng là nơi lấy chất thải ra sau phân hủy (chủ yếu là nước và các 
chất vô cơ còn lại). 
- Van và đường ống dẫn khí gas đến nơi tiêu thụ (bếp đun gas, chạy động cơ khí 
gas, thắp sáng bằng đèn khí...) 
6.2.3.4 Một số mẫu hầm biogas phổ biến 
Hầu hết các loại hệ thống Biogas có bể nạp liệu và bể tạo áp có cấu tạo, nguyên 
lý làm việc cơ bản giống nhau, chỉ khác về kết cấu của bể phân hủy. 
 - Loại hầm nắp nổi: Loại này có phần chứa khí dạng vòm kín ở phía trên bể 
phân hủy, khi làm việc phần nắp vòm có xu hướng nổi trên dung dịch. Nắp hầm thường 
dùng vật liệu nhẹ như composít hoặc tôn, chất dẻo. Áp suất trong hầm phụ thuộc diện 
tích mặt thoáng của dung dịch và khối lượng của nắp. 
- Loại túi khí: Phần chứa khí dạng bao kín đặt rời với bể phân hủy gọi là túi khí. 
Túi khí thường dùng là các loại bao chất dẻo hoặc thùng kim loại, composit. Loại này 
thường dùng ở các vùng thấp lụt. Tuy nhiên túi khí mau hư hỏng do ngoại cảnh. 
- Loại nắp cố định: Hầm và nắp hầm được xây dựng liền bằng bê tông, gạch, 
vữa trát kín phần chứa khí. Trên vòm có ống nối kín dẫn khí gas ra ngoài. 
 Hình 6.8 Sơ đồ hệ thống biogas nắp cố định kiểu vòm cầu 
 Hầm phân hủy nắp cố định có nhiều loại, song phổ biến hơn cả là loại vòm cầu 
và vòm trụ do có nhiều ưu điểm như : tự phá váng, bền vững và dễ xây dựng. 
 144 
 Lượng nạp liệu hàng ngày phụ thuộc dung lượng cũng như khả năng phân hủy 
của hầm. Hầm cần xây chìm trong đất để ổn định nhiệt độ trong hầm và dễ nạp liệu 
(chất thải từ nền chuồng trại chảy vào thuận lợi). Người sử dụng cần tuân thủ quy trình 
công nghệ chặt chẽ để bảo đảm sự ổn định của hệ thống biogas. Với dung tích hầm 
khoảng 6-8 m3 là đủ lượng khí đốt cho một nông hộ trong đun nấu hàng ngày (sử dụng 
chất thải của 3-6 người và 5-10 đầu gia súc). 
ơ6.3. CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG KHÁC 
Ngoài các nguồn năng lượng truyền thống từ khoáng vật được con người khai 
thác và sử dụng với số lượng lớn (than đá, dầu mỏ..), gần đây do thiếu hụt năng lượng 
nên nhiều quốc gia quan tâm nhiều đến các nguồn năng lượng mới có tiềm năng lớn 
chưa được khai thác. Trong các nguồn năng lượng mới, ngoài năng lượng mặt trời, 
năng lượng từ Biomass, còn có các nguồn năng lượng khác, đó là năng lượng dòng 
chảy của các sông suối, năng lượng gió, năng lượng sóng biển và thủy triều, năng 
lượng địa nhiệt. 
6.3.1 Năng lượng dòng chảy của các sông suối: 
Động năng của dòng chảy các con sông đã trở thành nguồn năng lượng thủy 
điện chiếm đến 40% công suất phát điện trên thế giới. Đây là nguồn năng lượng sạch 
và có giá thành rẻ so với nhiệt điện. Những nhà máy thủy điện hiện nay đang đứng đầu 
về công suất phát điện, từ vài trăm Oát đến vài triệu kW. 
6.3.2 Năng lượng gió: 
Do sự thay đổi khí hậu theo mùa của các vùng lục địa và biển tạo thành gió. 
Nhiều quốc gia đã sử dụng sức gió để phát điện như Hà Lan, Mỹ, Úc. Người ta sử 
dụng các tuốc bin cánh quạt để phát điện ở những vùng có gió mùa đi qua ổn định. 
Hiện nay đã có những tuốc bin phát điện công suất lên đến hàng nghìn kW. 
6.3.3 Năng lượng sóng biển và thủy triều: 
Các quốc gia phát triển (Anh, Mỹ, Nhật, Pháp) đang triển khai nhiều mô hình 
thiết bị sử dụng sóng biển để phát điện. Các nguyên lý đã được thử nghiệm như: 
“tường chắn sóng”, “rồng biển”, “con lắc sóng”, “cá mập” đã làm tiền đề cho nhiều dự 
án lớn về xây dựng các nhà máy phát điện bằng sóng biển. Gần đây, Mỹ và Anh là hai 
quốc gia đi đầu trong nghiên cứu ứng dụng dòng chảy của các dòng hải lưu và thủy 
triều để phát điện. 
6.3.4 Năng lượng địa nhiệt 
Sự chênh lệch nhiệt độ từ mặt đất với độ sâu vài km trong lòng đất lên đến hàng 
trăm độ C. Vấn đề sử dụng nguồn nhiệt này cũng đang được nhiều phòng thí nghiệm 
trên thế giới đặt ra và trong tương lai gần sẽ có những trạm thu nhiệt theo nguyên lý 
tuần hoàn nước được sử dụng ở các vùng phù hợp. 
Năng lượng mới là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường và 
có trữ lượng vô cùng lớn do tính tái tạo của nó. Hiện nay, một số công nghệ sử dụng 
 145 
năng lượng mới đòi hỏi chi phí cao nhưng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, 
thì năng lượng mới sẽ nhanh chóng được hoàn thiện và giá thành sẽ giảm dần. Ngoài 
ra, do sự cạn kiệt của năng lượng hoá thạch nên cơ hội cạnh tranh của năng lượng mới 
là một hiện thực. Cùng với nhiều chính sách mới của Nhà nước, hy vọng trong thời 
gian tới, Việt Nam sẽ là một trong những nước phát triển mạnh các nguồn năng lượng 
mới. Đây cũng là sự lựa chọn đúng đắn cho tương lai. 
Lời nói đầu 
Bài giảng Cơ điện Nông nghiệp được biên soạn theo đề cương 
chi tiết thuộc khung chương trình của Dự án NUFFIC tại khoa Nông 
học, trường Đại học Nông Lâm Huế. 
Bài giảng Cơ điện Nông nghiệp nhằm trang bị cho sinh viên 
ngành Khoa học cây trồng, Khoa học nghề vườn và sinh vật cảnh, (bao 
gồm hệ dài hạn tập trung, hệ vừa học vừa làm và một số hệ khác) của 
Trường Đại học Nông Lâm Huế, những kiến thức về cơ điện nông 
nghiệp, giúp cho họ nắm vững vai trò, tầm quan trọng của cơ điện trong 
sản xuất nông nghiệp, thấy rõ tính ưu việt của việc cơ khí hóa, điện khí 
hóa các qúa trình sản xuất. Trên cơ sở đó nâng cao trình độ tổ chức, 
quản lý và hiệu quả sử dụng các loại máy móc, thiết bị dùng trong nông 
nghiệp. Ngoài ra, nó còn là tài liệu tham khảo đối với các cán bộ khoa 
học kỹ thuật quan tâm đến lĩnh vực này. 
Trong bài giảng này, có sử dụng nguồn tư liệu chính từ Giáo 
trình Cơ điện nông nghiệp(2006) do PGS -TS Phan Hòa (chủ biên) và 
TS Đinh Vương Hùng biên soạn. 
Chúng tôi trân trọng cám ơn các bạn đồng nghiệp đã đóng góp 
những ý kiến quý báu trong quá trình biên soạn bài giảng này. Chắc 
chắn tập "Bài giảng Cơ điện nông nghiệp" còn có những khiếm 
khuyết nhất định. Chúng tôi hy vọng nhận được nhiều ý kiến đóng góp 
của bạn đọc để cập nhật và điều chỉnh được hoàn thiện hơn. 
 TS Đinh Vương Hùng