การจำลองและการทดสอบระบบเติมอากาศแบบน้ำไหลเวียนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์

บทคัดย่อ

ปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำ (DO) ถือเป็นปัจจัยหนึ่งที่มีความสำคัญอย่างมากในการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ ในระหว่างวันน้ำในบ่อเพาะเลี้ยงถูกแบ่งชั้นทำให้ DO แตกต่างกัน ซึ่งเป็นสาเหตุมาจากความแตกต่างของอุณหภูมิ และความแตกต่างของอุณหภูมินี้เกิดขึ้นเมื่อ ผิวน้ำชั้นบนถูกทำให้ร้อนด้วยแสงแดดจึงทำให้น้ำชั้นบนร้อนกว่าน้ำชั้นล่าง ด้วยเหตุผลนี้น้ำชั้นบนที่สัมผัสกับอากาศจึงเป็นบริเวณที่มีปริมาณ DO มากที่สุด ในทางตรงกันข้ามน้ำในชั้นลึกสุดถูกแยกจากอากาศจึงเป็นบริเวณที่มีปริมาณ DO น้อยที่สุด การศึกษานี้นำเสนอระบบเติมอากาศที่เรียกว่า ระบบเติมอากาศแบบน้ำไหลเวียนพลังงานแสงอาทิตย์ (SCWAS) โดยระบบ SCWAS นี้ใช้พลังงานความร้อนจากแสงแดดเพื่อสร้างการไหลเวียนธรรมชาติ กล่าวอีกในหนึ่งคือการไหลเวียนนี้ทำให้น้ำจากด้านล่างไหลขึ้นด้านบนและน้ำจากด้านบนไหลลงด้านล่างบ่อ ซึ่งการไหลเวียนในลักษณะนี้ทำให้น้ำเกิดการเคลื่อนที่และเพิ่มปริมาณ DO ได้ การไหลเวียนของน้ำจะย้ายออกซิเจนที่มีอยู่มากที่ผิวน้ำชั้นบนลงมายังน้ำชั้นล่าง และขับให้น้ำชั้นล่างที่มีออกซิเจนต่ำขึ้นไปดูดซับออกซิเจนที่มีอยู่มากที่ผิวน้ำชั้นบน เพื่อประเมินแนวคิดในการออกแบบ ได้ใช้แบบจำลองเชิงตัวเลขที่ดำเนินการในโปรแกรม ANSYS Fluent ตามผลการจำลองระบบ SCWAS สามารถให้การไหลเวียนตามธรรมชาติได้ ซึ่งพบว่าอัตราการไหลเวียนที่ได้รับเท่ากับ 2.24 ลิตรต่อวินาที เมื่อสัดส่วนระหว่าง ทางเข้าปล่อง (r), ทางออกปล่อง (R) และฐาน (L) มีค่าเป็น 1: 2: 3 นอกจากนี้ระบบ SCWAS ต้นแบบได้ถูกสร้างและติดตั้งในบ่อเพาะเลี้ยงปลานิล และชุดบันทึกข้อมูลที่ทำการสอบเทียบแล้วได้ทำการติดตั้งเพื่อตรวจสอบสมรรถนะของชุดต้นแบบ ผลการทดลองระบุว่า ค่า DO โดยเฉลี่ยที่ผิวน้ำชั้นบนและน้ำชั้นล่างเพิ่มขึ้น 1.45 และ 1.40 เท่าตามลำดับเมื่อเทียบกับบ่อที่ไม่ติดตั้งระบบ SCWAS การวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์แสดงให้เห็นว่า ระยะเวลาคืนทุนของระบบ SCWAS คือ 4.58 ปี และงบลงทุนต่ำกว่า เครื่องเติมอากาศชนิด Paddle Wheel คิดเป็นร้อยละ 17.49