GPM voolukiiruse kalkulaator - Gallonites minutis mõõtmise tööriist

Mis on GPM (gallonit minutis)?

GPM on lühend väljendist gallonit minutis. See näitab, kui palju vett või muud vedelikku läbib ühe minuti jooksul toru, ventiili või veevõtuseadet. GPM on Ameerika Ühendriikide torustiku-, niisutus- ja tulekaitsesüsteemides standardne vooluhulga ühik.

GPM erineb rõhust. Rõhk, mida mõõdetakse PSI-des (naela ruuttolli kohta), on jõud, mis surub vett läbi toru. GPM näitab tegelikult edastatavat mahtu. Torus võib olla kõrge rõhk, kuid väike vooluhulk, kui toru on kitsas, või suur vooluhulk mõõduka rõhu juures, kui toru on lai.

GPM-i vooluhulga valem

GPM-i vooluhulga valem teisendab toru siseläbimõõdu ja vee kiiruse vooluhulgaks:

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

• GPM – vooluhulk gallonites minutis
• D – toru siseläbimõõt tollides
• V – vee kiirus jalgades sekundis
• 2,448 – ühikute teisendustegur, ümardatud nelja numbrini

Kust konstant pärineb

Vooluhulk võrdub alati ristlõikepindala ja kiiruse korrutisega: Q = A × V. Ümmarguse toru korral on pindala A = π × (D/2)² ehk (π/4) × D² ruuttolli. Korrutades selle kiirusega tollides sekundis (12 × V) ja 60 sekundiga minutis, saame kuuptollid minutis. Üks USA vedelgallon on täpselt 231 kuuptolli (3790 cm³), seega gallonite minutis saamiseks tuleb jagada 231-ga. Kõik ühikute teisendamise sammud koonduvad üheks teguriks:

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

Käsiraamatutes ümardatakse see tegur väärtuseni 2,448. See kalkulaator kasutab ümardamata väärtust, mistõttu võib tulemus käsitsi arvutatud väärtusest viimase kuvatava numbri võrra erineda. Toru läbimõõduga 10 tolli, milles vee kiirus on 10 jalga sekundis, annab siin tulemuseks 2 447,99 GPM, ümardatud konstandi kasutamisel aga 2 448,00.

Kuidas arvutada GPM-i

Vaja on kahte mõõtmist.

Siseläbimõõt. Mõõtke toru siseläbimõõtu, mitte välisläbimõõtu. Toru nimimõõt ei vasta alati tegelikule siseläbimõõdule – nimimõõduga 1 toll Schedule 40 terastoru siseläbimõõt on ligikaudu 1,05 tolli (2,67 cm) ning eri materjalide ja survetaluvusklasside korral on erinevused veel suuremad. Täpse väärtuse leiate tootja andmelehelt.

Kiirus. See on vee liikumiskiirus jalgades sekundis. Voolumõõtur näitab seda otse. Ilma voolumõõturita saab vooluhulka mõõta ka muul viisil, kasutades allpool kirjeldatud ämbri meetodit.

Sisestage mõlemad arvud kalkulaatorisse, et saada vooluhulk GPM-ides.

Näidisarvutus

Torus läbimõõduga 2 tolli liigub vesi kiirusega 5 jalga sekundis.

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

Vooluhulk on ligikaudu 49 gallonit (185 L) minutis.

Teine näide

3 tolli läbimõõduga jahutusveetorustikus on voolukiirus 10 jalga sekundis, mis on kaubanduslike HVAC-torustike jaoks tüüpiline kiirus.

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

See on ligikaudu 220 GPM. Kaubanduslike jahutussüsteemide dimensioneerimisel kasutatakse sageli rusikareeglit, mille järgi kulub iga jahutusvõimsuse tonni kohta ligikaudu 2,4 gallonit minutis. Selle määra juures toetab 220 GPM ligikaudu 90 tonni jahutusvõimsust.

Vooluhulga mõõtmine ilma voolumõõturita

Ämbri meetod mõõdab vooluhulka otse, ilma et siseläbimõõtu ja kiirust tuleks eraldi teada.

1. Asetage voolu alla teadaoleva mahuga anum, näiteks 5 gallonit ämber.
2. Mõõtke, kui kaua täitumine aega võtab, minutites.
3. Jagage maht ajaga: GPM = maht ÷ aeg.

Kui ämbri täitumiseks kulub 45 sekundit (0,75 minutit), on vooluhulk 5 ÷ 0,75 = 6,67 GPM. Hoolikalt mõõtes on see meetod mõne protsendi täpsusega, kuid seda saab kasutada ainult seal, kus kogu voolu on võimalik kokku koguda, näiteks avatud toruotsas või voolikus. Põhivalemi ümberkorraldamisel saab selle näidu teisendada kiiruseks: V = GPM ÷ (2,448 × D²).

Millal valem ei kehti

Valem eeldab, et vesi voolab täielikult täidetud ümmarguses torus püsitingimustes.

• Osaliselt täidetud torud. Toru peab olema täis. Pooleldi täidetud äravoolutoru kannab palju vähem vett, kui valem ennustab, sest vedelik täidab ainult osa ristlõikest.
• Mitteümmargused torud. Ovaalsete, ristkülikukujuliste või ebakorrapäraste kanalite korral on vaja teistsugust pindala valemit.
• Muutuv vool. Valem eeldab püsivat kiirust. Ventiilide järsk sulgemine ehk veehaamer või tsükliliselt töötav pump vajab teistsugust analüüsi.
• Liitmike läheduses. Kiirus vahetult pärast põlve, T-liitmikku või ventiili ei ole ühtlane. Kõige täpsemad on mõõtmised, mis tehakse vähemalt 10 toru läbimõõdu kaugusel allavoolu mis tahes liitmikust.

Tüüpilised vooluhulgad kasutusala järgi

Soovituslikud torustiku kiirused erinevad samuti kasutusala järgi: elamute veevarustustorustikud projekteeritakse tavaliselt kiirusele 4–7 jalga sekundis ning pumpade imitorustikud kiirusele 2–5 jalga sekundis. Kiirus üle 8 jala sekundis suurendab veehaamri, müra ja toru erosiooni riski.

Korduma kippuvad küsimused

Mis vahe on GPM-il ja veerõhul?

GPM mõõdab minutis edastatava vee mahtu. Rõhk (PSI) mõõdab jõudu, mis surub vee läbi toru. Kitsas toru võib anda suure rõhu ja väikese GPM-i, lai toru aga suure GPM-i mõõduka rõhu juures.

Kuidas teisendada GPM teisteks vooluhulga ühikuteks?

Liitriteks minutis teisendamiseks korrutage GPM väärtusega 3,785. Kuupjalgadeks sekundis teisendamiseks jagage GPM väärtusega 448,8. Kuupmeetriteks tunnis teisendamiseks korrutage GPM väärtusega 0,227.

Kui suur GPM on tavalise maja jaoks vajalik?

Liitke kokku need veevõtuseadmed, mis tõenäoliselt töötavad samal ajal, mitte kõik maja seadmed. Ühe või kahe duši all käiva inimese, töötava valamu ja nõudepesumasinaga kodu võib vajada 8–10 GPM-i. Enamikku kahe või kolme vannitoaga maju varustab toru, mille nimivooluhulk on 8–12 GPM-i.

Miks mõjutab torumaterjal vooluhulka?

Karedad sisepinnad tekitavad hõõrdumist, mis aeglustab vee liikumist. Uutel PVC- ja vasktorudel on sile sisepind ning väike hõõrdetakistus. Tsingitud terastoru muutub vananedes karedamaks, sest selle sisepinnale koguneb mineraale; see võib mitme aastakümne järel vähendada vooluhulka 30–50% võrra, kuigi välisläbimõõt ei muutu.

Mis juhtub, kui toru on vajaliku vooluhulga jaoks liiga väike?

Sama veekoguse edastamiseks peab vesi kitsamas torus liikuma kiiremini. Suurem kiirus suurendab hõõrdekadusid, veehaamri riski ventiilide järsul sulgemisel ning võib põhjustada müra ja pumba kavitatsiooni. Veevarustustorustikes aitab kiiruse hoidmine alla ligikaudu 8 jala (2,4 m) sekundis enamikku neist probleemidest vältida.

Kas see valem kehtib ka muude vedelike kui vee korral?

Jah, mahulise vooluhulga puhul. Tegur on ainult tollide, jalgade, sekundite, minutite ja gallonite vaheline teisendus, seega kehtib see iga vedeliku korral, mis täidab ümmarguse toru. Tihedus ei muuda seda, kui suur maht ühest punktist läbi voolab. Tihedus mõjutab aga voolava massi hulka, selle liikumiseks vajalikku rõhku ja pumba võimsust, mistõttu vajavad õlid ja suspensioonid eraldi rõhukadude arvutusi.

Viited

1. American Water Works Association. Water Meters — Selection, Installation, Testing, and Maintenance (AWWA Manual M6).
2. Cengel, Y. A. ja Cimbala, J. M. (2017). Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications. McGraw-Hill Education.
3. International Association of Plumbing and Mechanical Officials. Uniform Plumbing Code.
4. U.S. Environmental Protection Agency. WaterSense'i programm.