Análise Fluidodinâmica Computacional de

Jato de água do circulador avançado

Relatório de Análise Térmica de Engenharia para:

Sistemas avançados da era espacial e tecnologias de engenharia ASSET

Análise Fluidodinâmica Computacional de Jato de Água de Circulador Avançado

Introdução

Este relatório documenta a análise de dinâmica de fluidos computacional (CFD) feita em um jato de água circulador avançado em temperatura e pressão padrão dos EUA (STP).

Objetivo

Este relatório determinará a diferença em termos de eficiência energética térmica, entre um retorno de água de piscina padrão e o jato de água circulador avançado inventado pela Advanced Space-age Systems & Engineering Technologies - ASSET. Este relatório documentará as economias de custo do uso do jato de água circulador avançado sobre um retorno fixo da piscina quando usado com ou sem aquecedores de piscina.

Formato do relatório

Este relatório apresentará gráficos de análise em profundidade e detalhes conforme descrito no objetivo. Premissas de Análise

Esta seção lista as premissas de análise usadas. Em geral, o modelo será resolvido usando dinâmica de fluidos computacional (CFD) para fluidos incompressíveis, que não é dependente do tempo, mas com efeitos gravitacionais incluídos.

Uma bomba de piscina de 1hp é usada para gerar uma vazão típica de 50 gpm.

Um pool típico com dois retornos é considerado.

O fluxo de água é distribuído uniformemente entre os bicos de retorno da piscina

O retorno de piscina padrão e o jato de água circulador avançado têm as mesmas dimensões de bocal.

O retorno padrão do pool é fixo

O jato de água circulador avançado gira 360 graus a uma velocidade angular constante de 0,5 rad/s.

A temperatura do ar ambiente é de 70 F.

A temperatura da água aquecida que entra na piscina é de 90 F.

A temperatura inicial da água é de 60 F.

Espessura típica da parede de concreto de 4" usada no modelo.

Abordagem de Análise

Esta seção lista a abordagem de análise adotada. Foi modelada uma simulação matemática de piscina cheia de água com dois retornos. A abordagem de análise é primeiro calcular a eficácia de um retorno de piscina padrão, prevendo a temperatura da água esperada para uma configuração de retorno fixo. Vamos então comparar este valor com as temperaturas previstas calculadas para o jato de água do Circulador avançado.

Figura 1: Representação matemática de um retorno de água de piscina

Se um volume de controle térmico for considerado igual ao volume do domínio de computação, a eficiência térmica de aquecimento da água da piscina pode ser determinada pelo seguinte procedimento:

Um balanço de energia é feito para as suposições acima.

A diferença de energia calculada será determinada pela eq de convecção:

Q = hc x A x DT [1]

Onde: Q = energia térmica

hc = coeficiente de convecção térmica

A = área da superfície da água exposta ao ar

DT = diferença de temperatura entre a água e o ar.

A diferença de eficiência térmica entre os dois retornos e os dois jatos de água do Circulador avançado será então determinada e uma ECONOMIA DE CUSTOS será calculada com base nas premissas e em uma taxa típica de custeio de energia.

A condução térmica para o terreno circundante, a radiação da superfície da água e as perdas convectivas da superfície da água serão consideradas no modelo de análise térmica.

Assumiu-se que o retorno padrão da água da piscina apontava na direção horizontal e, em seguida, foi gerado um gráfico de temperatura da água. A Figura 2 mostra um gráfico da temperatura da água de um retorno de piscina padrão. Observe como a água quente que sai do retorno da piscina sobe para o topo da superfície da piscina. A água quente na superfície da piscina liberará rapidamente energia térmica por convecção e radiação para o ar acima da superfície da piscina. A água quente na superfície da piscina também ajudará na evaporação.

A Figura 3 mostra a temperatura prevista na superfície da água para uma configuração padrão de retorno de piscina. A água quente do retorno da piscina se mistura com a água fria da piscina e sobe à superfície devido aos efeitos de flutuabilidade. Se assumirmos que a água quente afeta 10% da área de superfície da piscina, então para uma piscina de 30' X 15' analisada encontramos:

Q = hc x A x DT

Tabela de referência 2; para um sistema de retorno de duas piscinas, são perdidos 61,4 BTU/h adicionais de energia térmica devido apenas ao aquecimento da superfície da água. Isso equivale a 491 BTU de energia para cada 8 horas de bombeamento. Além disso, se considerarmos a evaporação da água, 8.000 BTU adicionais são perdidos para cada galão de 80 F de água perdido.

Conclusões da Análise

Economia das Medidas de Conservação da Bomba

Condição de uso de energia

(kWh/ano) Custo de Energia

($ / ano) Economia de Energia

Originais 3000 240 --

Substituição da bomba

(redução) 1800 140 40%

Tempo reduzido 60% 1200 100 60%

Combinação acima de 720 60 75%

Mesa cortesia da revista Home Energy. Essas economias representam um pool típico na Flórida. A conta média de energia da bomba de piscina é provavelmente maior na Flórida do que em muitas outras áreas do país por causa da longa temporada de natação. Embora a economia absoluta aqui seja maior do que em outros lugares, a economia percentual deve ser aplicada em todo o país. Observe que as economias para a combinação de medidas não são simplesmente a soma das economias para medidas individuais. Quando ambos são implementados, o uso de energia é de 60% de 40% do uso original - 75% de economia.

Tabela 1: Economia de energia da conservação da bomba

Em um estudo, a maioria das pessoas que reduziu o tempo de bombeamento para menos de 3 horas por dia, em média, economizou 60% de sua conta de eletricidade para bombeamento.

Ao misturar mais eficientemente a água quente do aquecedor da piscina, o avançado jato de água do circulador demonstrou economizar um mínimo de 500 Btu de energia térmica por dia. Muito mais economia de energia será obtida pelo avançado jato de água Circulador, uma vez que a água quente será impedida de subir para a superfície da piscina e por uma distribuição de temperatura mais uniforme, resultando em menor perda por evaporação.

Este relatório documenta a análise de dinâmica de fluidos computacional (CFD) feita em um jato de água circulador avançado em temperatura e pressão padrão dos EUA (STP). Referência: Conservar Energia e Aquecer a sua Piscina com Energia Solar.