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 – konstanta, která převádí plochu potrubí a rychlost na galony za minutu

Odkud konstanta pochází

Průtok se vždy rovná průřezu krát rychlost: Q = A × V. Pro kruhové potrubí je průřez A = π × (D/2)². Převod této plochy ze čtverečních palců na čtvereční stopy a převod krychlových stop za sekundu na galony za minutu (1 krychlová stopa pojme asi 7,48 galonu a minuta má 60 sekund) sloučí převody jednotek do jediného čísla:

$\frac{\pi \times 60 \times 7.48}{4 \times 144} \approx 2.448$

Proto vzorec násobí druhou mocninu průměru a rychlost číslem 2,448.

Jak vypočítat GPM

Jsou zapotřebí dvě měření.

Vnitřní průměr. Měřte vnitřní průměr potrubí, nikoli vnější. Jmenovitá velikost potrubí ne vždy odpovídá skutečnému vnitřnímu průměru. Vnitřní průměr závisí na materiálu potrubí a tloušťce stěny. Přesnou hodnotu najdete v technickém listu výrobce.

Rychlost. Je to rychlost vody ve stopách za sekundu. Průtokoměr ji udává přímo. Bez něj lze rychlost odhadnout metodou s kbelíkem popsanou níže.

Zadejte obě čísla do kalkulačky a získáte průtok v GPM. Průměr musí být větší než nula a rychlost nesmí být záporná. Výsledek se zaokrouhluje na dvě desetinná místa.

Příklad

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

Potrubí o průměru 3 palce vede vodu rychlostí 10 stop za sekundu.

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

To je asi 220 GPM.

Měření rychlosti bez průtokoměru

Metoda s kbelíkem odhaduje průtok přímo, bez potřeby znát zvlášť 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. Nejlepší výsledek dává pečlivé měření času a známý objem nádoby. Metoda funguje jen tam, kde lze zachytit celý průtok, například u otevřeného konce potrubí nebo hadice.

Kdy vzorec neplatí

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

• Částečně naplněné potrubí. Člen pro plochu předpokládá, že kapalina vyplňuje celé potrubí. Z napůl prázdného odpadního potrubí proteče méně, než vzorec předpovídá.
• 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 těsně za kolenem, T-kusem nebo ventilem je nerovnoměrná, takže jedno měření rychlosti na takovém místě nemusí odpovídat průměrnému průtoku.

Typické hodnoty GPM podle použití

Federální předpisy omezují nové vodovodní baterie na 2,2 GPM a sprchové hlavice na 2,5 GPM. Limit pro baterie platí při 60 PSI a limit pro sprchové hlavice při 80 PSI.

Poradenská služba (extension) Nebraské univerzity v Lincolnu uvádí průtoky, které domácí spotřebiče obvykle potřebují ke správné funkci:

Rychlejší voda není vždy lepší. Vysoká rychlost zvyšuje třecí ztráty, hluk a riziko vodního rázu a eroze potrubí. Projektanti instalací proto rychlost v přívodním potrubí omezují.

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?

Jeden americký galon je asi 3,785 litru, takže pro litry za minutu vynásobte GPM číslem 3,785. Pro krychlové stopy za sekundu vydělte GPM číslem 448,8. Pro krychlové metry za hodinu vynásobte GPM číslem 0,227.

Kolik GPM potřebuje běžný dům?

Sečtěte zařízení, která pravděpodobně poběží současně, ne každé zařízení v domě. U domů se soukromou studnou uvádí poradenská služba Nebraské univerzity minimum 10 GPM pro dům s 2 ložnicemi a 2 koupelnami a 12 GPM pro 3 ložnice a 2 koupelny. Za každou další ložnici nebo koupelnu přidává asi 2 GPM.

Proč materiál potrubí ovlivňuje průtok?

Drsné vnitřní povrchy vytvářejí tření, které vodu zpomaluje. Nové potrubí z PVC a mědi má hladký vnitřek a nízké tření. Pozinkované ocelové potrubí s věkem hrubne, jak se uvnitř ukládají minerální usazeniny. Usazeniny také zužují průřez, což snižuje průtok, i když se vnější průměr nezmění.

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

Voda se musí pohybovat rychleji, aby stejný objem prošel užším potrubím. Vyšší rychlost zvyšuje třecí ztráty. Zvyšuje také riziko vodního rázu při náhlém uzavření ventilů a může způsobit hluk a kavitaci čerpadla.

Platí tento vzorec i pro jiné kapaliny než vodu?

Ano, pro objemový průtok. Vzorec pouze násobí plochu potrubí rychlostí a konstanta 2,448 je čistě převod jednotek. Hustota v ní nevystupuje, takže olej při stejném průměru a rychlosti má stejné GPM jako voda. Na hustotě záleží jen při převodu na hmotnostní průtok, například na libry za minutu.

Reference

1. National Institute of Standards and Technology. NIST Guide to the SI, Appendix B.9: Factors for units listed by kind of quantity. NIST SP 811, příloha B.9 — galon = 3,785412 L; krychlová stopa = 0,02831685 m³ (7,48 galonu).
2. U.S. Code of Federal Regulations. 10 CFR 430.32: Energy and water conservation standards. 10 CFR 430.32 (Cornell LII) — maximum pro baterie 2,2 GPM při 60 PSI; maximum pro sprchové hlavice 2,5 GPM při 80 PSI.
3. Poradenská služba (extension) Nebraské univerzity v Lincolnu. Private Drinking Water Wells: Planning for Water Use (G2149). UNL Extension G2149 — typické průtoky zařízení; minimální průtoky při špičkové spotřebě pro domy.