Kalkulátor průtoku GPM - Nástroj pro výpočet galonů za minutu

Co je GPM (galonů za minutu)?

GPM je zkratka pro galony za minutu. Udává, kolik vody (nebo jiné kapaliny) projde potrubím, ventilem či armaturou za jednu minutu. GPM je standardní jednotkou průtoku v instalatérských, zavlažovacích a protipožárních systémech ve Spojených státech.

GPM se liší od tlaku. Tlak, měřený v PSI (librách na čtvereční palec), je síla tlačící vodu potrubím. GPM udává skutečně dodávaný objem. Potrubí může mít vysoký tlak, ale nízký průtok, pokud je úzké, nebo vysoký průtok při mírném tlaku, pokud je široké.

Vzorec pro výpočet průtoku v GPM

Vzorec pro průtok v GPM převádí vnitřní průměr potrubí a rychlost vody na průtok:

$\text{GPM} = 2.448 \times D^2 \times V$

• GPM – průtok v galonech za minutu
• D – vnitřní průměr potrubí v palcích
• V – rychlost vody ve stopách za sekundu
• 2,448 – převodní faktor jednotek zaokrouhlený na čtyři číslice

Odkud konstanta pochází

Průtok se vždy rovná ploše průřezu vynásobené rychlostí: Q = A × V. U kruhového potrubí je plocha A = π × (D/2)², což je (π/4) × D² čtverečních palců. Po vynásobení rychlostí v palcích za sekundu (12 × V) a 60 sekundami za minutu získáme kubické palce za minutu. Jeden americký kapalný galon má přesně 231 kubických palců, takže dělením 231 získáme galony za minutu. Všechny převody jednotek se sloučí do jediného faktoru:

$\frac{\pi \times 12 \times 60}{4 \times 231} = \frac{60\pi}{77} = 2.44799\ldots$

Příručky tento faktor zaokrouhlují na 2,448. Tato kalkulačka používá nezaokrouhlenou hodnotu, takže výsledek se může v poslední zobrazené číslici lišit od ručního výpočtu. Potrubí o průměru 10 palců při rychlosti 10 stop za sekundu zde dává 2 447,99 GPM, zatímco při použití zaokrouhlené konstanty je výsledek 2 448,00.

Jak vypočítat GPM

Jsou zapotřebí dvě měření.

Vnitřní průměr. Změřte vnitřní, nikoli vnější průměr potrubí. Jmenovitá velikost potrubí nemusí vždy odpovídat jeho skutečnému vnitřnímu průměru — ocelová trubka jmenovité velikosti 1 palec Schedule 40 má vnitřní průměr přibližně 1,05 palce a u různých materiálů a tlouštěk stěny se hodnoty dále liší. Přesný údaj ověřte v technickém listu výrobce.

Rychlost. Jde o rychlost vody ve stopách za sekundu. Průtokoměr ji měří přímo. Bez něj lze průtok změřit jiným způsobem, pomocí níže popsané metody s nádobou.

Zadejte obě hodnoty do kalkulačky a získáte průtok v GPM.

Příklad výpočtu

Potrubím o průměru 2 palce proudí voda rychlostí 5 stop za sekundu.

GPM = 2,448 × 2² × 5 = 2,448 × 4 × 5 = 48,96

Průtok je přibližně 49 galonů (185 l) za minutu.

Druhý příklad

Potrubím s chlazenou vodou o průměru 3 palce proudí voda rychlostí 10 stop za sekundu, což je typická rychlost pro potrubí komerčních systémů HVAC.

GPM = 2,448 × 3² × 10 = 2,448 × 9 × 10 = 220,32

To je přibližně 220 GPM. Komerční chladicí systémy se často dimenzují podle orientační hodnoty přibližně 2,4 galonu (9,08 l) za minutu na každou tunu chladicího výkonu. Při tomto průtoku podporuje 220 GPM přibližně 90 tun (82 t) chladicího výkonu.

Měření průtoku bez průtokoměru

Metoda s nádobou měří průtok přímo, bez nutnosti samostatně zjišťovat průměr a rychlost.

1. Umístěte pod proud nádobu o známém objemu, například kbelík o objemu 5 galonů.
2. Změřte v minutách dobu, za kterou se nádoba naplní.
3. Vydělte objem časem: GPM = objem ÷ čas.

Pokud se kbelík naplní za 45 sekund (0,75 minuty), je průtok 5 ÷ 0,75 = 6,67 GPM. Tato metoda je při pečlivém měření objemu a času přesná na několik procent, funguje však pouze tam, kde lze zachytit celý průtok, například na otevřeném konci potrubí nebo hadice. Úpravou hlavního vzorce lze tuto hodnotu převést zpět na rychlost: V = GPM ÷ (2,448 × D²).

Kdy vzorec neplatí

Vzorec předpokládá, že voda proudí plným kruhovým potrubím za ustálených podmínek.

• Částečně naplněné potrubí. Potrubí musí být plné. Napůl naplněné odpadní potrubí odvádí mnohem méně, než předpovídá vzorec, protože kapalina vyplňuje pouze část průřezu.
• Nekruhové potrubí. Oválné, obdélníkové nebo nepravidelné kanály vyžadují jiný vzorec pro výpočet plochy.
• Neustálený průtok. Vzorec předpokládá konstantní rychlost. Náhlé uzavření ventilu (vodní ráz) nebo cyklicky pracující čerpadlo vyžadují jinou analýzu.
• V blízkosti tvarovek. Rychlost bezprostředně za kolenem, T-kusem nebo ventilem není rovnoměrná. Nejpřesnější měření se provádí nejméně ve vzdálenosti 10 průměrů potrubí za jakoukoli tvarovkou.

Typické průtoky podle použití

Doporučené rychlosti proudění v potrubí se také liší podle použití: rozvody vody v obytných budovách se obvykle navrhují na 4–7 stop za sekundu a sací potrubí čerpadel na 2–5 stop za sekundu. Rychlost výrazně vyšší než 8 stop (2,4 m) za sekundu zvyšuje riziko vodního rázu, hluku a eroze potrubí.

Často kladené otázky

Jaký je rozdíl mezi GPM a tlakem vody?

GPM měří objem vody dodaný za minutu. Tlak (PSI) měří sílu, která tlačí vodu potrubím. Potrubí může mít vysoký tlak a nízký průtok v GPM, pokud je úzké, nebo vysoký průtok v GPM a mírný tlak, pokud je široké.

Jak převést GPM na jiné jednotky průtoku?

GPM vynásobte hodnotou 3,785 pro převod na litry za minutu. Pro převod na kubické stopy za sekundu vydělte GPM hodnotou 448,8. Pro převod na kubické metry za hodinu vynásobte GPM hodnotou 0,227.

Kolik GPM potřebuje běžný dům?

Sečtěte armatury, které pravděpodobně poběží současně, nikoli všechny armatury v domě. Dům, kde se sprchují jedna nebo dvě osoby, teče voda z umyvadla a pracuje myčka, může potřebovat 8–10 GPM. Většina domů se dvěma nebo třemi koupelnami je zásobována přípojkou dimenzovanou na 8–12 GPM.

Proč materiál potrubí ovlivňuje průtok?

Drsné vnitřní povrchy vytvářejí tření, které zpomaluje vodu. Nové trubky z PVC a mědi mají hladký vnitřní povrch a malé tření. Pozinkované ocelové potrubí je s věkem drsnější, protože se uvnitř hromadí minerální usazeniny, což může po několika desetiletích snížit průtok o 30–50%, přestože vnější průměr zůstává stejný.

Co se stane, když je potrubí pro požadovaný průtok příliš malé?

V užším potrubí se voda musí pohybovat rychleji, aby přepravila stejný objem. Vyšší rychlost zvyšuje ztráty třením, riziko vodního rázu při náhlém uzavření ventilů a může způsobit hluk i kavitaci čerpadla. Udržování rychlosti v rozvodech vody pod přibližně 8 stopami za sekundu většině těchto problémů předchází.

Platí tento vzorec i pro jiné kapaliny než vodu?

Ano, pro objemový průtok. Faktor pouze převádí mezi palci, stopami, sekundami, minutami a galony, takže platí pro jakoukoli kapalinu, která vyplňuje kruhové potrubí. Hustota nemění objem kapaliny procházející daným místem. Ovlivňuje však protékající hmotnost, tlak potřebný k jejímu protlačení a výkon čerpadla, takže oleje a suspenze stále vyžadují vlastní výpočty tlakových ztrát.

Reference

1. American Water Works Association. Vodoměry — výběr, instalace, zkoušení a údržba (příručka AWWA M6).
2. Cengel, Y. A., & Cimbala, J. M. (2017). Mechanika tekutin: základy a aplikace. McGraw-Hill Education.
3. International Association of Plumbing and Mechanical Officials. Jednotný instalatérský kodex.
4. U.S. Environmental Protection Agency. Program WaterSense.