GPM-Durchflussratenrechner - Gallonen pro Minute Werkzeug

Was ist GPM (Gallonen pro Minute)?

GPM steht für Gallonen pro Minute. Damit wird gemessen, wie viel Wasser (oder eine andere Flüssigkeit) in einer Minute durch ein Rohr, ein Ventil oder eine Armatur fließt. GPM ist die Standarddurchflusseinheit in den USA für Sanitär-, Bewässerungs- und Brandschutzanlagen.

GPM unterscheidet sich vom Druck. Der in PSI (Pfund pro Quadratzoll) gemessene Druck ist die Kraft, die Wasser durch ein Rohr bewegt. GPM bezeichnet das tatsächlich geförderte Volumen. Eine Leitung kann bei einem engen Rohr hohen Druck, aber einen geringen Durchfluss aufweisen, oder bei einem weiten Rohr einen hohen Durchfluss bei mäßigem Druck.

Formel für den GPM-Durchfluss

Die Formel für den GPM-Durchfluss wandelt den Innendurchmesser eines Rohrs und die Geschwindigkeit des Wassers in einen Durchfluss um:

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

• GPM – Durchfluss in Gallonen pro Minute
• D – Innendurchmesser des Rohrs in Zoll
• V – Geschwindigkeit des Wassers in Fuß pro Sekunde
• 2,448 – eine Konstante, die Rohrquerschnitt und Strömungsgeschwindigkeit in Gallonen pro Minute umrechnet

Woher die Konstante stammt

Der Durchfluss ist immer gleich Querschnittsfläche mal Geschwindigkeit: Q = A × V. Für ein rundes Rohr gilt für die Fläche A = π × (D/2)². Rechnet man diese Fläche von Quadratzoll in Quadratfuß um und Kubikfuß pro Sekunde in Gallonen pro Minute (1 Kubikfuß fasst etwa 7,48 Gallonen, und eine Minute hat 60 Sekunden), fasst man die Einheitenumrechnungen in einer einzigen Zahl zusammen:

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

Deshalb multipliziert die Formel den quadrierten Durchmesser und die Geschwindigkeit mit 2,448.

So wird GPM berechnet

Es werden zwei Messwerte benötigt.

Innendurchmesser. Messen Sie den Innendurchmesser des Rohrs, nicht den Außendurchmesser. Die Nennweite eines Rohrs entspricht nicht immer seinem tatsächlichen Innendurchmesser. Der Innendurchmesser hängt vom Rohrmaterial und von der Wandstärke ab. Den genauen Wert finden Sie im Datenblatt des Herstellers.

Geschwindigkeit. Das ist die Geschwindigkeit des Wassers in Fuß pro Sekunde. Ein Durchflussmesser liefert sie direkt. Ohne Messgerät lässt sich die Geschwindigkeit mit der unten beschriebenen Eimermethode schätzen.

Geben Sie beide Zahlen in den Rechner ein, um den Durchfluss in GPM zu erhalten. Der Durchmesser muss größer als null sein, und die Geschwindigkeit darf nicht negativ sein. Das Ergebnis wird auf zwei Nachkommastellen gerundet.

Beispiel

In einem 2 Zoll-Rohr fließt Wasser mit einer Geschwindigkeit von 5 Fuß (1,5 m) pro Sekunde.

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

Der Durchfluss beträgt etwa 49 Gallonen (185 L) pro Minute.

Ein zweites Beispiel

Eine 3 Zoll-Leitung führt Wasser mit 10 Fuß (3 m) pro Sekunde.

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

Das sind etwa 220 GPM.

Geschwindigkeit ohne Durchflussmesser bestimmen

Die Eimermethode schätzt den Durchfluss direkt, ohne dass Durchmesser oder Geschwindigkeit einzeln benötigt werden.

1. Stellen Sie einen Behälter mit bekanntem Volumen, beispielsweise einen Eimer mit 5 Gallonen, unter den Wasserstrom.
2. Messen Sie die Zeit in Minuten, die zum Füllen benötigt wird.
3. Teilen Sie das Volumen durch die Zeit: GPM = Volumen ÷ Zeit.

Füllt sich der Eimer in 45 Sekunden (0,75 Minuten), beträgt der Durchfluss 5 ÷ 0,75 = 6,67 GPM. Sorgfältiges Zeitnehmen und ein bekanntes Behältervolumen liefern das beste Ergebnis. Die Methode funktioniert nur, wenn der gesamte Durchfluss aufgefangen werden kann, etwa an einem offenen Rohrende oder Schlauch.

Wann die Formel nicht anwendbar ist

Die Formel setzt voraus, dass Wasser unter gleichmäßigen Bedingungen durch ein vollständig gefülltes, rundes Rohr fließt.

• Teilgefüllte Rohre. Der Flächenterm setzt voraus, dass die Flüssigkeit das ganze Rohr ausfüllt. Eine halb leere Abflussleitung führt weniger, als die Formel vorhersagt.
• Nicht runde Rohre. Für ovale, rechteckige oder unregelmäßig geformte Kanäle ist eine andere Flächenformel erforderlich.
• Instationärer Durchfluss. Die Formel setzt eine konstante Geschwindigkeit voraus. Plötzliches Schließen von Ventilen (Wasserschlag) oder eine zyklisch arbeitende Pumpe erfordern eine andere Analyse.
• In der Nähe von Armaturen. Die Geschwindigkeit direkt hinter einem Bogen, T-Stück oder Ventil ist ungleichmäßig, daher repräsentiert ein einzelner Geschwindigkeitswert dort möglicherweise nicht den mittleren Durchfluss.

Typische GPM nach Anwendung

Bundesvorschriften begrenzen neue Wasserhähne auf 2,2 GPM und Duschköpfe auf 2,5 GPM. Die Grenze für Wasserhähne gilt bei 60 PSI und die für Duschköpfe bei 80 PSI.

Die University of Nebraska–Lincoln Extension führt die Durchflussmengen auf, die Haushaltsgeräte typischerweise benötigen, um richtig zu funktionieren:

Schnelleres Wasser ist nicht immer besser. Hohe Geschwindigkeit erhöht Reibungsverluste, Lärm sowie das Risiko von Wasserschlägen und Rohrerosion. Sanitärplaner begrenzen deshalb die Geschwindigkeit in Versorgungsleitungen.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen GPM und Wasserdruck?

GPM misst das pro Minute gelieferte Wasservolumen. Der Druck (PSI) misst die Kraft, die dieses Wasser durch das Rohr bewegt. Ein enges Rohr kann hohen Druck und einen niedrigen GPM-Wert aufweisen, ein weites Rohr dagegen einen hohen GPM-Wert bei mäßigem Druck.

Wie wird GPM in andere Durchflusseinheiten umgerechnet?

Eine US-Gallone entspricht etwa 3,785 Litern, multiplizieren Sie GPM also mit 3,785, um Liter pro Minute zu erhalten. Teilen Sie GPM durch 448,8, um Kubikfuß pro Sekunde zu erhalten. Multiplizieren Sie GPM mit 0,227, um Kubikmeter pro Stunde zu erhalten.

Wie viel GPM benötigt ein typisches Haus?

Addieren Sie die Armaturen, die wahrscheinlich gleichzeitig laufen, nicht alle Armaturen im Haus. Für Häuser mit privaten Brunnen nennt die Nebraska Extension einen Mindestwert von 10 GPM für ein Haus mit 2 Schlafzimmern und 2 Bädern sowie 12 GPM für 3 Schlafzimmer und 2 Bäder. Für jedes weitere Schlafzimmer oder Bad kommen etwa 2 GPM hinzu.

Warum beeinflusst das Rohrmaterial den Durchfluss?

Raue Innenflächen erzeugen Reibung, die das Wasser verlangsamt. Neue PVC- und Kupferrohre haben glatte Innenflächen und geringe Reibung. Verzinkte Stahlrohre werden mit dem Alter rauer, weil sich im Inneren Mineralablagerungen bilden. Die Ablagerungen verengen außerdem die Öffnung, was den Durchfluss verringert, obwohl der Außendurchmesser gleich bleibt.

Was geschieht, wenn ein Rohr für den erforderlichen Durchfluss zu klein ist?

Wasser muss sich schneller bewegen, um durch ein engeres Rohr dasselbe Volumen zu liefern. Eine höhere Geschwindigkeit erhöht die Reibungsverluste. Sie steigert auch das Risiko von Wasserschlägen, wenn Ventile plötzlich schließen, und kann Lärm und Pumpenkavitation verursachen.

Funktioniert diese Formel auch für andere Flüssigkeiten als Wasser?

Ja, für den Volumenstrom. Die Formel multipliziert nur Rohrfläche mit Geschwindigkeit, und die Konstante 2,448 ist reine Einheitenumrechnung. Die Dichte kommt darin nicht vor, daher hat Öl bei gleichem Durchmesser und gleicher Geschwindigkeit dieselben GPM wie Wasser. Die Dichte spielt nur bei der Umrechnung in den Massenstrom eine Rolle, etwa in Pfund pro Minute.

Referenzen

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 Appendix B.9 — Gallone = 3,785412 L; Kubikfuß = 0,02831685 m³ (7,48 Gallonen).
2. U.S. Code of Federal Regulations. 10 CFR 430.32: Energy and water conservation standards. 10 CFR 430.32 (Cornell LII) — Höchstwert für Wasserhähne 2,2 GPM bei 60 PSI; Höchstwert für Duschköpfe 2,5 GPM bei 80 PSI.
3. University of Nebraska–Lincoln Extension. Private Drinking Water Wells: Planning for Water Use (G2149). UNL Extension G2149 — typische Durchflussmengen von Geräten; Mindestdurchflussmengen bei Spitzenbedarf für Haushalte.