GPM Kalkulator Protoka - Alat za Galon po Minuti

Što je GPM (galona u minuti)?

GPM je kratica za galone u minuti. Mjeri količinu vode (ili druge tekućine) koja u jednoj minuti protječe kroz cijev, ventil ili armaturu. GPM je standardna jedinica protoka u vodovodnim, navodnjavačkim i protupožarnim sustavima u Sjedinjenim Američkim Državama.

GPM se razlikuje od tlaka. Tlak, izražen u PSI (funtama po četvornom inču), sila je koja potiskuje vodu kroz cijev. GPM je stvarni isporučeni volumen. Cijev može imati visok tlak, ali mali protok ako je uska, ili velik protok pri umjerenom tlaku ako je široka.

Formula protoka GPM-a

Formula protoka u GPM-u pretvara unutarnji promjer cijevi i brzinu vode u protok:

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

• GPM – protok u galonima u minuti
• D – unutarnji promjer cijevi, u inčima
• V – brzina vode, u stopama u sekundi
• 2,448 – faktor pretvorbe jedinica, zaokružen na četiri znamenke

Odakle dolazi konstanta

Protok je uvijek jednak površini poprečnog presjeka pomnoženoj s brzinom: Q = A × V. Za okruglu cijev površina A = π × (D/2)², što je (π/4) × D² kvadratnih inča. Pomnožite to s brzinom u inčima u sekundi (12 × V) i s 60 sekundi u minuti da biste dobili kubične inče u minuti. Jedan američki tekući galon točno iznosi 231 kubičnih inča (3.790 cm³), pa se dijeljenjem s 231 dobivaju galoni u minuti. Svaki korak pretvorbe jedinica svodi se na jedan faktor:

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

Priručnici taj faktor zaokružuju na 2,448. Ovaj kalkulator upotrebljava nezaokruženu vrijednost, pa se rezultat može razlikovati od ručnog izračuna u posljednjoj prikazanoj znamenki. Cijev promjera 10 inča pri brzini od 10 stopa (3 m) u sekundi ovdje daje 2.447,99 GPM, a sa zaokruženom konstantom 2.448,00.

Kako izračunati GPM

Potrebna su dva mjerenja.

Unutarnji promjer. Izmjerite unutarnji, a ne vanjski promjer cijevi. Nazivna veličina cijevi nije uvijek jednaka stvarnom unutarnjem promjeru — čelična cijev nazivnog promjera 1 inč Schedule 40 ima unutarnji promjer od približno 1,05 inča (2,67 cm), a stvarni se promjeri dodatno razlikuju ovisno o materijalu i debljinskoj klasi. Točnu vrijednost provjerite u tehničkom listu proizvođača.

Brzina. To je brzina vode izražena u stopama u sekundi. Mjerač protoka daje tu vrijednost izravno. Bez njega protok se može izmjeriti na drugi način, metodom s kantom opisanom u nastavku.

Unesite oba broja u kalkulator da biste dobili protok u GPM-u.

Primjer izračuna

Cijev promjera 2 inča provodi vodu brzinom od 5 stopa (1,5 m) u sekundi.

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

Protok iznosi približno 49 galona (185 L) u minuti.

Drugi primjer

Cijev za ohlađenu vodu promjera 3 inča radi pri brzini od 10 stopa (3 m) u sekundi, što je uobičajena brzina za cjevovode komercijalnih HVAC sustava.

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

To je približno 220 GPM. Komercijalni rashladni sustavi često se dimenzioniraju prema približnom pravilu od 2,4 galona (9,08 L) u minuti za svaku tonu rashladnog učina. Pri tom protoku 220 GPM podržava približno 90 tona (82 t) rashladnog učina.

Mjerenje protoka bez mjerača protoka

Metoda s kantom izravno mjeri protok, bez zasebnog mjerenja promjera i brzine.

1. Stavite posudu poznatog volumena, primjerice kantu od 5 galona, ispod protoka.
2. Izmjerite vrijeme potrebno za punjenje, u minutama.
3. Podijelite volumen s vremenom: GPM = volumen ÷ vrijeme.

Ako se kanta napuni za 45 sekundi (0,75 minuta), protok iznosi 5 ÷ 0,75 = 6,67 GPM. Ova je metoda točna unutar nekoliko postotaka ako se volumen i vrijeme pažljivo izmjere, ali funkcionira samo ondje gdje se može prikupiti cijeli protok, primjerice na otvorenom kraju cijevi ili crijevu. Preuređivanjem glavne formule to se očitanje može pretvoriti natrag u brzinu: V = GPM ÷ (2,448 × D²).

Kada se formula ne primjenjuje

Formula pretpostavlja da voda teče kroz punu, okruglu cijev u stacionarnim uvjetima.

• Djelomično pune cijevi. Cijev mora biti puna. Napola puna odvodna cijev provodi znatno manje od vrijednosti predviđene formulom jer tekućina ispunjava samo dio poprečnog presjeka.
• Cijevi koje nisu okrugle. Za ovalne, pravokutne ili nepravilne kanale potrebna je drugačija formula za površinu.
• Nestacionarni protok. Formula pretpostavlja stalnu brzinu. Naglo zatvaranje ventila (vodeni udar) ili pumpa koja radi u ciklusima zahtijevaju drugačiju analizu.
• Blizina armatura. Brzina neposredno nakon koljena, T-komada ili ventila nije ujednačena. Mjerenja su najtočnija najmanje 10 promjera cijevi nizvodno od bilo koje armature.

Uobičajeni protoci prema primjeni

Preporučene brzine u cijevima također ovise o namjeni: opskrbni vodovi u stambenim zgradama obično se projektiraju za 4–7 stopa u sekundi, a usisni vodovi pumpi za 2–5 stopa u sekundi. Brzina znatno veća od 8 stopa (2,4 m) u sekundi povećava rizik od vodenog udara, buke i erozije cijevi.

Često postavljana pitanja

Koja je razlika između GPM-a i tlaka vode?

GPM mjeri volumen isporučene vode u minuti. Tlak (PSI) mjeri silu koja tu vodu potiskuje kroz cijev. Cijev može imati visok tlak i mali GPM ako je uska, ili velik GPM i umjeren tlak ako je široka.

Kako pretvoriti GPM u druge jedinice protoka?

Pomnožite GPM s 3,785 za litre u minuti. Podijelite GPM s 448,8 za kubične stope u sekundi. Pomnožite GPM s 0,227 za kubične metre na sat.

Koliki je GPM potreban prosječnoj kući?

Zbrojite protoke sanitarnih uređaja koji će vjerojatno biti istodobno u uporabi, a ne svih uređaja u kući. Kući u kojoj se tušira jedna ili dvije osobe, radi slavina i perilica posuđa možda je potrebno 8–10 GPM. Većina kuća s dvije ili tri kupaonice ima priključni vod predviđen za protok od 8–12 GPM.

Zašto materijal cijevi utječe na protok?

Hrapave unutarnje površine stvaraju trenje koje usporava vodu. Nove PVC i bakrene cijevi imaju glatku unutrašnjost i malo trenje. Pocinčane čelične cijevi s vremenom postaju hrapavije zbog nakupljanja mineralnih naslaga iznutra, što nakon nekoliko desetljeća može smanjiti protok za 30–50% iako vanjski promjer ostaje nepromijenjen.

Što se događa ako je cijev premala za potrebni protok?

Voda se mora kretati brže kako bi se isti volumen isporučio kroz užu cijev. Veća brzina povećava gubitke zbog trenja, rizik od vodenog udara pri naglom zatvaranju ventila te može uzrokovati buku i kavitaciju pumpe. Održavanje brzine ispod približno 8 stopa (2,4 m) u sekundi u opskrbnim vodovima sprječava većinu tih problema.

Vrijedi li ova formula za tekućine osim vode?

Da, za volumni protok. Faktor je samo pretvorba između inča, stopa, sekundi, minuta i galona, pa vrijedi za svaku tekućinu koja ispunjava okruglu cijev. Gustoća ne mijenja volumen koji prolazi kroz neku točku. Gustoća mijenja masu koja protječe, tlak potreban za potiskivanje tekućine i snagu pumpe, pa su za ulja i suspenzije i dalje potrebni zasebni proračuni gubitka tlaka.

Reference

1. American Water Works Association. Water Meters — Selection, Installation, Testing, and Maintenance (Priručnik AWWA M6).
2. Cengel, Y. A. i 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. Program WaterSense.