Piezoelektrik ile Güçlendirilmiş Taşınabilir Ultraviyole Su Temizleme Sisteminin Geliştirilmesi

Abstract

Günümüzde, sanayi bölgelerinin ve nüfusun hızla artması nedeniyle çevresel kirlenme insan sağlığı için ciddi bir tehlike haline gelmiştir. Bu durumdan en çok su kaynakları etkilenmektedir. Literatürde UV dezenfeksiyonu kullanan birkaç su dezenfeksiyon sistemi vardır ve bunlar iki şekilde kategorize edilebilir; elektrik güç kaynağı ve UV ışık kaynağı. Güç kaynağı olarak piezoelektrik kullanan ve UV ışık kaynağı olarak UV LED'leri içeren UV su dezenfeksiyon sistemleri sürdürülebilirlik, taşınabilirlik ve verimlilik sağlayabilir. Bu özelliklere sahip taşınabilir bir UV dezenfeksiyon sistemi için yakın zamanda tezin yazarı tarafından patent başvurusu yapılmıştır. Önerilen sistem, piezoelektrik üretici vasıtasıyla insan el çalkalamasından elektrik üretmeyi amaçlamaktadır. Ardından sistem, su dezenfeksiyonu için UV LED'leri çalıştırmak için üretilen elektriği kullanmaktadır. Bu çalışma, sistemin detaylı tasarımını ve parametre optimizasyonunu kapsamaktadır. Bu şekilde, sistem parametreleri ve sistemin matematiksel modeli geliştirilmiştir. Son olarak, objektif fonksiyon (OF) türetilmiş ve sistemin optimum çalışması için tasarım parametreleri belirlenmiştir. Bu nedenle optimizasyon için Genetik algoritma (GA) kullanılmıştır. Genetik Algoritma (GA) kullanılarak tek ve çok amaçlı optimizasyon sonuçları sunulmaktadır. Son olarak, tasarım parametreleri üç farklı maliyet senaryosu için türetilmiştir.

Nowadays, because of the rapid increment of industrial regions and population, environmental contamination became a serious danger to human well-being. Especially, water resources are most affected by this situation. In literature, there are several water disinfection systems that using UV disinfection and they can be categorized into two; electrical power source and UV light source. UV water disinfection systems using piezoelectricity as a power source and including UV LEDs as a UV light source may provide sustainability, portability, and efficiency. A patent owned by the author of the thesis has been filed recently for such a portable UV disinfection system. The proposed system aims to harvest electricity from human hand shake via a piezoelectric harvester. Then, it uses generated electricity to supply UV LEDs for water disinfection. This study covers the detailed design and parameter optimization of the system. In this manner, the system parameters and mathematical model of the system is developed. Lastly, the objective function (OF) is derived, and design parameters are specified for optimal operation of the system. For this cause, Genetic algorithm (GA) is used for optimization. The results of single and multi-objective optimization using Genetic Algorithm (GA) are presented. Finally, the design parameters are derived for three different cost scenarios.