Schlagwort: Berechnung

Pool Überwachung

Pool
Überwachung

Erfassung und Bereitstellung der wichtigsten Wasserwerte im lokalen Netzwerk. Gemessen werden pH-Wert, Redox-Potential und Temperatur.
Über eine offene REST API können die Daten in verschiedenen Systemen weiter genutzt werden, alternativ wird eine Webinterface zur Anzeige und Konfiguration bereit gestellt.

EzoGateway

Open source UWP App, to brings the Atlas Scientific EZO™ devices in the Internet of Things. Per REST API you can fetch live measdata and calibrate connected sensors. Ideal for monitoring water quality in the pool.

Project on Github

Hardware

  • Raspberry Pi

    Als Basis dient ein Raspberry Pi mit Windows 10 IoT als Betriebssystem.
    Neben allen benötigten Hardware-Ressourcen, bringt das Raspberry mehr als ausreichend Rechenleistung mit, ist für den Hobbyanwender leicht konfigurierbar und kostet mit 30 Euro kein Vermögen.

  • Atlas Scientific EZO™ Module

    Die etwas diffizile Aufgabe der Wandlung der Ausgangssignale von ph- und Redox-Elektrode übernehmen die EZO™ Module der Firma Atlas Scientific. Diese Module implementieren nicht nur die Digitalisierung, sondern bieten auch Funktionalität zur Kalibrierung und zur Temperaturkompensation.
  • EzoGateway HAT

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    Um die EZO™ Module sauber mit dem Raspberry Pi zu verbinden kommt eine HAT Erweiterung zum Einsatz. Zwei der auf dem HAT vorhandenen EZO™ Sockel sind elektrisch isoliert und somit für die Module zur pH- und Redox-Potential-Messung geeignet. Zudem verfügt das HAT über eine Spannungsversorgung und eine Mehrkanal 1-Wire-Bridge zum Anschluss günstiger Digital-Temperatursensoren.
  • Elektroden

    Als Elektroden zur pH-Wert- und Redox-Potential-Messung können alle gängigen Typen verwendet werden. Um Fehler zu vermeiden sollten sie jedoch bereits vom Hersteller mit einem BNC-Stecker einschließlich entsprechend langer Leitung versehen sein.
  • Temperaturfühler

    Die eingesetzte EZO™ RTD Schaltung unterstützt PT100 und PT1000 Widerstandsthermometer (RTD). Da der Anschluss am EZO™ Modul nur zweidrahtig erfolgt sollte jedoch unbedingt ein PT1000 verwendet werden, dieser muss auch mit einem BNC-Stecker versehen sein.
    Alternativ können günstige 1-wire Temperaturen am EzoGateway HAT genutz werden.

Software

Windows 10 IoT Core

Als Betriebssystem kommt Windows 10 IoT Core zum Einsatz. Dies ist frei verfügbar und lässt sich schnell und unkompliziert auf dem Raspberry Pi einrichten.
EzoGateway ist als UWP App in Visual Studio entwickelt.


EzoGateway – WebUI

Per Weboberfläche können wichtige Systemeinstellungen vorgenommen werden, Kalibrierungen durchgeführt werden und die aktuellen Messdaten in Echtzeit1 angezeigt werden.

1 Aktualisierung der Messwerte Wandlerbedingt mit ca. 900 ms


EzoGateway – API

Die Bedienung des EzoGateway kann vollständig über die integrierte REST API erfolgen. Neben den grundlegenden Funktionen, Messungen zu initiieren und die Messwerte auszugeben, lassen sich Systemzustände abfragen, Kalibrierungen durchführen, Einstellungen vornehmen und vieles mehr.

Das EzoGateway ist ein DIY Projekt, bestehend aus Hardware und Software, zur Messung der Wasserwerte pH, Redox-Potential (zur Rückführung auf ausreichend Chlor im Wasser) und der Temperatur, wie sie üblicherweise im privaten Pool von interesse sind.

pH-Wert und Redox-Potential messen

pH-Wert und
Redox-Potential
messen

Die EZO™ Serie von Atals Scientific umfasst verschiedene Messumformer zur Medienanalyse. Die Module verfügen über eine digitale Schnittstelle, welche wahlweise im UART oder I2C Modus betrieben werden kann. Über ein schlankes und gut dokumentiertes Protokoll können die Module schnell an die eigene Hardware adaptiert werden. Atals Scientific liefert neben der eigenetlichen Modul-Dokumentation einige Codebespiele für verschiedene Plattformen.

Als C# Enthusiast fehlte mir allerdings eine entsprechende .NET Implementierung. Aus diesem Grund ist die Bibliothek Rca.EzoDeviceLib entstanden. Die Bibliothek bildet den kompletten Funktionsumfang der EZO™ Module ab und nimmt den Anwender somit die gesamte Hardware-Kommunikation ab. Die EzoDeviceLib ist als UWP Dll angelegt und eigent sich somit für den Einsatz auf Windows IoT Systemen, wie dem Rasperry Pi.

Download

Der Sourcecode von Rca.EzoDeviceLib steht auf GitHub, zum freien Download zur Verfügung und wird auf Nuget als fertiges kompiliertes Paket angeboten.

Rca.EzoDeviceLib

Rca.EzoDeviceLib Nuget Paket

FlowCalc

FlowCalc

Berechnung der Fördermenge von Pool-Pumpen in Abhängigkeit des Systemdrucks und des saugseitigem Druckverlustes.

Wer etwas tiefer in die Thematik der Poolwasserpflege und Reinigung befasst kommt nicht ums Rechnen drum herum. Gerade bei der korrekten Dimensionierung von Filter, Pumpe und Rohrleitungen ist der Taschenrechner ein unverzichtbares Hilfsmittel. Doch macht man sowas nicht altäglich oder möchte sich einen Überblick über verschiedene Systemkonfigurationen schaffen, ist der händische Weg oft langwirig. Mein kleines Tool FlowCalc greift genau hier an und liefert Ergebnisse mit wenigen Klicks.

Überblick der Grundfunktionen

  • Lade Pumpendefinition…

    Laden einer Pumpendefinitions-Datei (*.xml) aus dem Dateisystem.
    Es öffnet sich ein Dialog der das Durchsuchen des Dateisystems ermöglicht.
  • Pumpenkennlinie Anzeigen

    Wenn Pumpendaten geladen sind, kann über die Schaltfläche die Pumpenkennlinie grafisch dargestellt werden.
    Es öffnet sich das Pumpenkennlinien-Diagramm, ist dies bereits geöffnet wird im forhandenen Diagramm die Kennlinie ergänzt. Somit lassen sich verschiedene Kennlinien vergleichen.
  • Pumpe

    In diesem Abschnitt können keine Einstellungen vorgenommen werden, hier werden außschlicßlich die Daten der geladenen Pumpendefinitionsdatei angezeigt.
  • Saugseitige Rohrleitung

    Ist die Checkbox aktiviert können hier Daten der Rohrleitung, welche saugseitig an der Pumpe installiert ist, angegeben werden.
    Nach der Berechnung wird hier auch der saugseitige Druckabfall angezeigt.
  • Systemdruck

    Angabe des Systemdrucks nach der Pumpe.
    Dieser Wert wird in der Regel am Manometer des Filterkessels abgelesen.
  • Berechnung Fördermenge

    Berechnung ausführen.
    Es wird der sich einstellende Volumenstrom berechnet.
  • Ergebnis

    Nach der Berechnung wird der auf der Pumpe lastende Differenzdruck in Meter Wassersäule (m WS) und der sich einstellende Volumenstrom angezeigt.
  • Arbeitspunkt anzeigen

    Über diese Schaltfläche wird das Pumpenkennlinien-Diagramm, in welchem der Arbeitspunkt eingezeichnet ist, geöffnet.
Nach dem Laden einer Pumpendefinitionsdatei (über die entsprechende Schaltfläche oder über das Menu Pumpe) und der Eingabe des Systemdrucks (Druck welcher am Manometer am Filterkessel abgelesen wird) kann der sich einstellende Volumenstrom berechnet werden.
Zudem kann der saugseitige Druckverlust bei der Rechnung berücksichtigt werden, gerade bei größeren Entfernungen zwischen Pool und Pumpe oder bei großen Förderleistungen ist dieser nicht zu vernachlässigen. Es wird zum einen die Möglichkeit geboten eine konkrete Länge sowie einen Rohrinnendurchmesser anzugeben oder aber die Bestimmung einer dem System (Rohrleitung, Winkel und Bögen) äquivalente Rohrleitungslänge. Da der in einer Rohrleitung entstehende Druckverlust von der Fließgeschwindigkeit abhängt und diese wiederum durch die Pumpenkennlinie vom Systemdruck abhängt, erfolgt die Berechnung unter Berücksichtigung des saugseitigen Druckabfalls iterativ. Bei der Berechnung wird sich solang angenähert bis der bleibende Fehler zu vernachlässigen ist. Die Anzahl der Durchgeführten Iteration wird nach der Berechnung im Tooltip des Pumpenvordruck angezeigt.

Erstellung von Reports

Alles auf einem Blick

Die von FlowCalc erstellten Reports enthalten alle relevanten Daten, übersichtlich angeordnet auf einer DIN A4 Seite. Die Reports werden direkt als PDF ausgegeben und lassen sich somit suaber archivieren, drucken oder verteilen.

FlowCalc Report

System (Benutzereingaben)
  • Pumpe inkl. Hersteller
  • Filterkessel Durchmesser
  • Poolvolumen
  • Länge der saugseitigen Rohrleitung, inkl. Durchmesser (d) und Rauheit (k)
  • Systemdruck (Druck welcher in der Regel am Kessel Manometer abgelesen wird)
Berechnung
  • Pumpenvordruck (Gegendruck der Saugleitung)
  • Förderhöhe entspricht der Summe aus Systemdruck und Pumpenvordruck (Angabe auch in bar)
  • Volumenstrom, abgeleitet von der Pumpenkennlinie
  • Arbeitspunkt auf der Pumpenkennlinie
Auswertung
  • Umwälzzeiten für eine und drei Umwälzungen
  • Filtergeschwindigkeit (grün, orange, rot – zur Signalisierung)
Über die Voreinstellungen kann ein Benutzername definiert werden, welcher neben dem aktuellen Datum auf dem Report (unten rechts) eingeblendet wird.

Weitere Rechner

Neben der eigentlichen Hauptfunktion – der Berechnung des Volumenstroms, in Abhängigkeit der Systemparameter, bringt das Tool noch ein paar weitere Rechner mit.

p-v-Q Rechner

Mit dem p-V-Q Rechner können der Druckabfall (p), die Fließgeschwindigkeit (v) und der Volumenstrom (Q) in definierten Rohrleitungen berechnet werden.
Zur Berechnung müssen die Rohrdaten angegeben werden und ein bekannter Volumenstrom oder eine Strömungsgeschwindigkeit. Berechnet wird dann der Druckabfall, sowie der nicht angegebene Wert für Volumenstrom oder Strömungsgeschwindigkeit.
Der Rechner unterstützt die Ein- und Ausgabe in verschiedenen Einheiten.
Ist das Eingabe- bzw. Ausgabefeld schon mit einem Wert gefüllt und es wird die Einheit angepasst wird der Wert sofort umgerechnet. Achtung, hierbei kann es zu Rundungsfehlern kommen. Im Zweifelsfall können die Einheiten allerdings vor Eingabe und Berechnung angepasst werden.

Berechnung der Filtergeschwindigkeit

Dieser Rechner berechnet die Filtergeschwindigkeit in Abhängigkeit des Filterdurchmessers und des Volumenstroms.
Die Filtergeschwindigkeit ist entscheidendes Merkmal für die Qualität der Filtration. Im privaten Poolbereich sollte die Fltergeschwindigkeit nicht über 50 m/h betragen.
Mit einer langsameren Filtergeschwindigkeit von rund 30 m/h würde das Ergebnis der Filtration zwar verbessert werden. Jedoch sind für Rückspülung (Reinigung des Filters) Spülgeschwindigkeiten von 50-60 m/h erforderlich. Da die Filterpumpe in privaten Pool für Filtration und Rückspülung ausgelegt wird, wählt man als Kompromiss eine Filtergeschwindigkeit welche sich im Bereich von 50 m/h bewegt.
Der Rechner unterstützt die Ein- und Ausgabe in verschiedenen Einheiten.
Ist das Eingabe- bzw. Ausgabefeld schon mit einem Wert gefüllt und es wird die Einheit angepasst wird der Wert sofort umgerechnet. Achtung, hierbei kann es zu Rundungsfehlern kommen. Im Zweifelsfall können die Einheiten allerdings vor Eingabe und Berechnung angepasst werden.


Wasserinhalt berechnen

Das Füllvolumen eines Rechteckbeckens wird wohl jeder noch berechnen können. Auch für runde Becken kommt man schnell auf die Formel v = PI * r^2 * h. Doch wie siehts beim Ovalpool aus? Eigentlich auch nicht schwer, da es ja nur eine Kombination aus Rechteck- und Rundpool ist. Doch spätestens beim Achtformbecken bin ich selber nicht um eine Googlerecherche herum gekommen.
Dieser Rechner nimmt ein das nun alles ab und liefert auf Knopfdruck die Füllmenge der entsprechenden Pools. Zudem wird die Möglichkeit gegeben die Füllhöhe in Prozent anzugeben.
Der Rechner unterstützt die Ein- und Ausgabe in verschiedenen Einheiten.
Ist das Eingabe- bzw. Ausgabefeld schon mit einem Wert gefüllt und es wird die Einheit angepasst wird der Wert sofort umgerechnet. Achtung, hierbei kann es zu Rundungsfehlern kommen. Im Zweifelsfall können die Einheiten allerdings vor Eingabe und Berechnung angepasst werden.

Download

FlowCalc steht auf GitHub, als fertig kompilierte Windows-Anwendung, zum freien Download zur Verfügung. Im Release-Feed werden Releases und Pre-Releases angeboten, unter Assets kann ein Zip-Archiv mit allen zur Ausführung benötigten Dateien herunter geladen werden.

FlowCalc

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