XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

«Водохлеб» система очистки вода на суднах, путешествующих по Северному морскому пути

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Кудайбергенов А.А. 1Климов В.С. 1

---

1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейни"

Будрёнкина А.В. 1

---

1Школа интеллектуального развития "Мистер Брейни"

Работа в формате PDF

884.3 KB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Северный морской путь (СМП) – это не просто судоходный маршрут, а стратегически важная артерия, открывающая новые горизонты для мировой торговли и развития арктических регионов. Однако, интенсивное судоходство в этих суровых условиях сопряжено с повышенным риском экологических угроз, в частности, загрязнения водной среды нефтепродуктами. Существующие методы реагирования на разливы, требующие привлечения специализированных судов и транспортировки загрязнённой воды в порты для утилизации, представляют собой дорогостоящие и трудоёмкие процедуры, не всегда оперативно решающие проблему.

Осознавая острую необходимость в более эффективных решениях, наша команда провела углублённый анализ проблемы, заручившись поддержкой и экспертной оценкой специалистов шиппинговой компании “Газпром” и опытных капитанов торговых судов. В результате консультаций был выявлен перспективный подход, заключающийся в использовании существующих технических возможностей машинных отделений судов для фильтрации загрязнённой воды непосредственно на борту. Такой подход позволит не только оперативно минимизировать экологический ущерб в труднодоступных районах, но и сохранить ценные нефтепродукты, обеспечивая экономическую выгоду.

В рамках данного проекта мы поставили перед собой амбициозную цель– разработать эффективный и безопасный роботизированный прибор, предназначенный для фильтрации воды, загрязнённой нефтепродуктами, непосредственно на судах, осуществляющих плавание по СМП.

Для достижения цели мы поставили перед собой ряд задач:

-Изучение существующих способов очистки воды от нефтепродуктов;

-Разработка конструкции роботизированной системы, предназначенной для безопасной и эффективной фильтрации воды.

-Анализ и оценка эффективности разработанного прибора.

Этот проект направлен на создание инновационного решения, которое будет способствовать снижению экологической нагрузки на хрупкую арктическую экосистему и обеспечит более устойчивое развитие судоходства в регионе.

В процессе работы мы опирались на различные официальные интернет-источники, а так же В работе мы пользовались следующими источниками: LEGO Гаджеты. Полный гид по строительству необычных механизмов; курс «Машины и механизмы», ШИР«Мистер Брейни», а так же ориентировались на интернет-источники:

Глава 1. Теоретическое обоснование создания «Водохлеб» система очистки вода на суднах путешествующих по Северному морскому пути

1.1 Существующие способы очистки воды

В ходе исследования было выяснено, что существует несколько основных методов. Самый распространенный метод-механическая очистка. Она включает в себя отстаивание, позволяющее разделить нефтепродукты по плотности (тяжёлые фракции оседают, лёгкие поднимаются), и фильтрацию, удаляющую мелкодисперсные частицы. (Приложение, Рисунок 1.1.1)

Следующий по популярности метод-флотационная очистка, суть которой заключается в использовании мелких пузырьков воздуха, которые, прилипая к частицам нефти, поднимают их на поверхность воды для последующего удаления. Метод эффективен для удаления масел и жиров.(Приложение, Рисунок 1.1.2)

Химическая очистка включает применение коагулянтов и флокулянтов для связывания частиц нефти и образования крупных агрегатов, которые затем удаляются посредством отстаивания или фильтрации.[5] (Приложение,Рисунок 1.1.3)

Адсорбционная очистка использует адсорбенты, например, активированный уголь, для поглощения молекул нефтепродуктов из воды. Этот метод особенно эффективен для удаления следовых количеств углеводородов.(Приложение, Рисунок1.1.4) [4]

Выбор оптимального метода очистки определяется концентрацией и составом нефтепродуктов в загрязнённой воде, а также требуемой степенью очистки.

Мы решили создать робота, который сможет ускорить очистку воды, и в котором будет собрано несколько способов очистки.

Глава 2. Модель системы очистки воды на суднах путешествующих по Северному морскому пути «Водохлеб»

2.1 Конструкция модели робота «Водохлеб»

Робот «Водохлеб» собран на базе конструктора MINDSTORMS EV3.

В модели использованы: большой мотор, средний мотор, ультразвуковой датчик, датчик касания, модуль. (Приложение, Рисунок 2.1.1)

Большой мотор управляет вращением центрифуги при помощи гусеничного механизма. (Приложение, Рисунок 2.1.2).[1]

Средний мотор управляет платформой, регулирующей положение центрифуги, при помощи червячной передачи. (Приложение, Рисунок 2.1.3).

Принцип действия у робота прост, по нажатию датчика касания, и ультразвукового датчика отслеживающего положение центрифуги большой мотор начинает вращение по заданному времени, затем сливает воду в бак, в котором находится дополнительный абсорбирующий фильтр.[4][3]

В нашей модели использовано два датчика –датчик касания и ультразвуковой.

После запуска программа ждет ожидания сигнала датчика касания, по которому запустится цикл очистки.[2]

Ультразвуковой датчик следит за положением центрифуги, она должна быть вертикально расположена, в противном случае запуска не будет. (Приложение, Рисунок 2.1.4)

2.2. Управление моделью системы очистки воды на суднах путешествующих по Северному морскому пути «Водохлеб»

Для управления роботом мы создали циклическую программу с разветвлением.

Переключатель в цикле проверяет положение центрифуги при помощи сигналов ультразвукового датчика и обеспечивает более безопасное использование робота. (Приложение, Рисунок 2.2.1)

2.3Тестированиемодели системы очистки воды на суднах путешествующих по Северному морскому пути «Водохлеб» и оценка эффективности

Наша команда решила провести качественный эксперимент и убедиться в стабильности работы робота «Водохлеба».

Мы запустили робота 10 раз с исходной точки, меняя объем воды.

Робот показал успешный заезд в 9 из 10 случаев, в неудачном он не смог до конца вернуться в исходное положение с заданной скоростью. Однако в 9 из 10 случаев он стабильно сработал, что дает нам основание считать модель эффективной.

Наиболее удобным для демонстрации работы модели оказался объем в 150 мл, что составляет половину объема центрифуги. Однако принцип выброса воды из центрифуги достаточно опасен и энергозатратен, что дает нам возможность рассмотреть для перспективы другие способы перемещения очищенной воды.

Заключение.

В результате проведённого исследования и реализации проекта по созданию роботизированного прибора для фильтрации воды, загрязнённой нефтепродуктами, непосредственно на борту судов, следующих по Северному морскому пути, наша команда подошла к значимому выводу.

Поставленная цель – разработка эффективного и безопасного решения для борьбы с экологическим загрязнением – была достигнута на концептуальном уровне. Мы успешно выполнили поставленные задачи: изучили существующие методы очистки воды, разработали конструкцию роботизированной системы, и провели анализ её потенциальной эффективности.

Наше исследование подтвердило целесообразность использования технических возможностей, имеющихся на борту судов, для оперативной очистки воды от нефтепродуктов. Такой подход не только снижает экологическую нагрузку на уязвимую арктическую экосистему, но и способствует экономии ресурсов, позволяя сохранить ценные нефтепродукты для дальнейшего использования. Разработанная нами модель представляет собой прототип, демонстрирующий принципиальную возможность решения проблемы, и закладывает основу для дальнейшей разработки и совершенствования.

Важно отметить, что реализация этого проекта была бы невозможна без экспертной поддержки, а также практических знаний, полученных в ходе обучения в школе интеллектуального развития “Мистер Брейни”.

Мы верим, что дальнейшая работа над проектом, включая оптимизацию конструкции, внедрение более сложных систем управления и тестирование в реальных условиях, позволит создать практичный и эффективный прибор, способный внести значительный вклад в обеспечение экологической безопасности и устойчивого развития судоходства в регионе Северного морского пути. Наш проект – это лишь первый шаг на пути к более чистому и безопасному будущему Арктики.

Список литературы

1. Курс «Машины и механизмы», курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн», - Режим доступа - https://vk.com/mrbrain_tmn;

2. «LEGOудивительные творения»; Сара Дис [пер. с англ. М. Карманова].- Эксмодетство, 2020 г.;

3. «LEGO Гаджеты. Полный гид по строительству необычных механизмов»; [пер. с англ. Позина И. В., ред. Волченко Ю. С.].- Эксмодетство, 2019 г.

Интернет-источники :

4. https://bigenc.ru/c/vodoochistka-340226?ysclid=maj7o0l31v351045014

5. https://moluch.ru/archive/546/119681/

Приложение