Разработка самоочищающегося фильтра для аквариума

XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Разработка самоочищающегося фильтра для аквариума

Непорожняя В.А. 1
1Физтех - лицей им.П.Л.Капицы
Непорожний А.И. 1
1АО "Банк Финам"
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

У нас дома есть аквариум с рыбками. Для того, чтобы в аквариуме была всегда чистая вода, там есть специальный фильтр для воды, который забирает грязную воду из аквариума, чистит ее и возвращает уже чистую воду. Если этого не делать, вода будет мутная и зарастет зеленой тиной. Как-то раз я помогала маме чистить этот фильтр. Внутри фильтра была губка, покрытая тиной и чистить ее было очень неприятно. Мне стало интересно, а есть ли такой фильтр, который будет чистить себя сам?

У фильтров для аквариумов, которые продаются в магазине, такой функции нет. Мы с папой решили попробовать сделать его сами. Мы хотим разобраться как устроены фильтры для аквариумов и как можно сделать для него систему самоочистки.

Цель работы: разработать фильтр для аквариума, который будет чистить себя сам.

Работа является актуальной, потому что чистить фильтр очень неприятно, а так он будет чистить себя сам.

Этапы проектной работы:

  1. Изучение вопроса, как работает фильтр для аквариумов, какие виды фильтров бывают и как его сделать своими руками.

  2. Разработка проекта работоспособного фильтра для аквариума без самоочистки

  3. Наблюдения за работой фильтра

  4. Доработка фильтра и реализация функции самоочистки

Задачи проектной работы:

  • Изучить как устроены фильтры для аквариумов

  • Изучить проекты по сборке аквариумных фильтров своими руками

  • Понять как фильтр чистит воду и как он загрязняется

  • Разработать проект нашего фильтра и собрать его

  • Убедиться, что фильтр работает и чистит воду

  • Придумать механизм, который сможет устранить эти загрязнения

  • Доработать наш фильтр, сделать у него систему самоочистки

  1. Исследование существующих решений

Изучив принцип работы аквариумных фильтров, мы выяснили, что для обычного домашнего аквариума с пресной водой, фильтр решает 2 основные задачи.

  1. Убирает грязь, части еды и водорослей из аквариума как сеточка.

  2. С помощью специальных бактерий убивает вредные вещества, которые выделяют рыбки в процессе своей жизни.

Наиболее распространенными видами фильтров для аквариумов являются

  1. Внутренний фильтр

  2. Внешний фильтр

Внутренние фильтры находятся внутри аквариума, внешний фильтр находится снаружи в специальной подставке или рядом с аквариумом и подключен к нему специальными шлангами.

Внутренние фильтр: такой фильтр стоит у нас сейчас. Все внутренние фильтры работают практически одинаково. Внутри аквариума находится контейнер с отверстиями, через которые в него попадает грязная вода. В этом контейнере находится специальный материал, который отчищает воду. В верхней части фильтра находится специальный насос, который прокачивает воду через это материал. Нижняя часть фильтра съемная и напоминает полый стакан, в котором и уложены фильтрующие материалы. Контейнер снимается. То, что находится в контейнер нужно периодически промывать проточной водой.

Внешний фильтр: внешний фильтр состоит из герметичной канистры, подсоединенный к аквариуму с помощью двух шлангов на входе и выходе. Внешние фильтры крупнее и мощнее, чем большинство внутренних фильтров и может вместить намного больше фильтрующего материала. Он лучше очищает воду и дает возможность содержать больше рыбок.

Вывод: что бы сделать фильтр с системой самоочистки, нужно делать внешний фильтр т. к. внутренний придется вытаскивать из аквариума разбирать и чистить самому.

 

  1. Разработка внешнего фильтра

Мы изучили принцип работы фильтров, которые продаются в магазинах

Есть 2 основных принципа работы

  1. Грязная вода подается через специальную трубку вниз контейнера, заполняет контейнер снизу вверх и проходит через систему фильтров. Сверху контейнера специальный насос забирает чистую воду и возвращает ее в аквариум.

  2. Грязная вода подается сверху и стекая через систему фильтров вниз, очищается. Внизу канистры установлен насос, который забирает чистую воду и отдает ее обратно в аквариум

Что бы выбрать подходящий принцип, мы начали думать, как фильтр будет чистить себя сам. Наш фильтр будет состоять из двух слоев фильтрующих материалов. Специальная губка, которая фильтрует крупную грязь, слизь, еду и водоросли из аквариума. И пластиковые шарики с биологической губкой. Эта специальная губка - идеальная среда для жизни бактерий, которые отчищают воду от вредных веществ. Шарики чистить не нужно. Бактерии, которые в них живут, полностью перерабатывают то, что должны чистить и отдают полезные вещества в аквариум. Нам нужно было придумать, как чистить губку внутри контейнера. В обычном режиме ее нужно периодически промывать под струей проточной воды.

Вывод: что бы фильтр очищал себя сам нужно чтобы внутри фильтра появилась струя проточной воды с чистого выхода фильтра и новый выход для проточной воды с грязной стороны вместе с грязью

Из рисунков видно, что создать хороший напор проточной воды внутри фильтра буде проще в 1 случае, поэтому мы выбрали этот подход.

Таким образом наша задача разбилась на 2 подзадачи

  1. Собрать фильтр по первому принципу работы. Протестировать его работоспособность.

  2. Добавить дополнительное отверстие на дне фильтра, которая позволит ему прочиститься.

  1. Проектирование и сборка

Для сборки фильтра по первому принципу нам понадобилось

  1. Герметичный контейнер, для этого мы использовали прозрачный пищевой контейнер

  2. Фильтрующий материал – специальная губка и биошары

  3. Насос для возврата воды в аквариум

  4. Шланги

  5. Соединительные элементы. Штуцер – это элемент, к которому с одной стороны подсоединяется шланг, а с другой он прикручивается к контейнеру.

  6. Специальный герметик для аквариумов безвредный для рыбок

Мы начали с того, что просверлили в контейнере 3 отверстия. Одно для входа грязной воды, другое для выхода чистой воды, третье для провода от насоса т. к. насос находится внутри контейнера, а подключается он снаружи.

Далее мы прикрутили штуцера к отверстиям под крышкой и присоединили к ним шланги. Шланг для грязной воды был до самого дна. Шланг для чистой воды был очень коротким. Он нужен для подсоединения насоса в верхней части контейнера для забора чистой воды. К короткому шлангу присоединили насос и протянули провод от насоса наружу фильтра.

Вырезали губку в размер контейнера и прорезали в нем небольшое отверстие, через которое протянули шланг для грязной воды. Залили герметиком все швы между штуцерами и контейнером, а также отверстие с проводом. Над губкой засыпали биошары и закрыли крышку. Сверху мы присоединили 2 шланга один для забора воды был погружен в аквариум, а другой для выхода чистой воды. И подождали пока герметик затвердеет.

После того, как все было готово, воды в фильтре не было, и система не работала. Для того что бы наполнить фильтр мы использовали эффект сифона. Мы использовали его с мамой для чистки аквариума раньше. Суть этого эффекта в том, что если аквариум и контейнер соединить шлангом при этом контейнер будет ниже и если высосать из шланга воздух, то вода начинает затягиваться в трубку и получается подводный пылесос. Высасывать воздух пришлось ртом, и после того, как вода пошла, мы прикрутили шланг к фильтру.

Таким образом у нас получилось наполнить контейнер. Грязная вода попадала через трубку на дно контейнера и поднималась вверх, заполняя контейнер. Проходила через губку и отчищалась от примесей. Бактерии в биошарах забирали остатки вредных веществ и отчищали окончательно воду.

Мы включили насос и поток воды пошел в аквариум. Но выяснилось, что система не была до конца герметична. Через некоторое время вода пошла выше уровня насоса и когда дошла до крышки у нас получился настоящий фонтан. Оказалось, что, если контейнер не полностью герметичен эффект сифона будет выдавливать воду из контейнера и пытаться ее вытолкнуть на уровень, с которого он ее забирает из аквариума. Стало понятно, что к герметизации контейнера нужно подойти более ответственно.

Через несколько итераций повторной герметизации у нас все-таки получилось сделать все правильно и вот, что у нас получилось.

Этот фильтр проработал месяц и немного загрязнился. Для того что бы он отчистился, мы отсоединили шланг для грязной воды и проделали отверстие снизу контейнера. Вода спустилась из контейнера. Из-за сифонного эффекта часть воды забралось из аквариума и фильтр промылся. После чего мы долили воды в аквариум и загерметизировали отверстие снизу и фильтр продолжил свою работу.

  1. Заключение

Мы смогли собрать прототип фильтра, который чистит себя сам в домашних условиях! Основные выводы, которые были сделаны:

  • Сделать самоочищающийся фильтр для аквариума возможно!

  • Что бы фильтр работал нужно организовать подачу грязной воды из аквариума с помощью сифонного эффекта

  • Герметичность конструкции критично важна. Если есть даже самые маленькие щели, у нас получается не фильтр, а фонтан.

Прототип можно модернизировать следующим образом:

  • Сделать кран на шланге с грязной водой, тогда в момент самоочистки нам не придется отсоединять этот шланг.

  • Добавит к шлангу забора воды насос-грушу, как в сифоне для чистки аквариума. Тогда можно будет нажать на эту грушу, а не вытягивать воду из трубки ртом.

  • Кран в месте выходного отверстия. Сейчас для самоочистки мы используем пробку в дне контейнера. Для этого можно использовать кран, что упростит использование.

  • Дополнительная оснастка для трубок. Сейчас они просто лежат внутри аквариума. Можно сделать систему на присосках, которая позволит уложить трубке более удобно.

Список литературы

  1. G. Allain, P. Burnel, F. Delanoy Рыбы и аквариумы.

Просмотров работы: 22