GPM Áramlási Sebesség Kalkulátor - Gallonok Percenként Eszköz

Mi a GPM (gallon/perc)?

A GPM a gallon/perc rövidítése. Azt méri, hogy egy perc alatt mennyi víz (vagy más folyadék) halad át egy csövön, szelepen vagy szerelvényen. A GPM az Egyesült Államok vízvezeték-, öntözési és tűzvédelmi rendszereiben használt szabványos térfogatáram-egység.

A GPM különbözik a nyomástól. A PSI-ben (font/négyzethüvelyk) mért nyomás az az erő, amely a vizet a csövön keresztül hajtja. A GPM a ténylegesen szállított térfogat. Egy vezetékben lehet nagy a nyomás, de kicsi az áramlás, ha a cső keskeny; széles cső esetén pedig mérsékelt nyomás mellett is nagy lehet az áramlás.

A GPM térfogatáram képlete

A GPM térfogatáram-képlete a cső belső átmérőjét és a víz sebességét térfogatárammá alakítja:

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

• GPM – térfogatáram gallon/percben
• D – a cső belső átmérője hüvelykben
• V – a víz sebessége láb/másodpercben
• 2,448 – a négy számjegyre kerekített mértékegység-átváltási tényező

Honnan származik az állandó?

A térfogatáram mindig a keresztmetszet és a sebesség szorzata: Q = A × V. Kör keresztmetszetű cső esetén A = π × (D/2)², azaz (π/4) × D² négyzethüvelyk. Ezt meg kell szorozni a hüvelyk/másodpercben megadott sebességgel (12 × V), majd 60 másodperc/perccel, így köbhüvelyk/percet kapunk. Egy amerikai folyadékgallon pontosan 231 köbhüvelyk, ezért 231-gyel osztva gallon/percet kapunk. Az összes mértékegység-átváltás egyetlen tényezővé vonható össze:

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

A kézikönyvek ezt a tényezőt 2,448-ra kerekítik. Ez a számológép a kerekítetlen értéket használja, ezért az eredmény az utolsó megjelenített számjegyben eltérhet a kézi számítástól. Egy 10 hüvelyk csőben, amelyben a víz sebessége 10 láb másodpercenként, itt 2 447,99 GPM adódik, míg a kerekített állandóval 2 448,00.

A GPM kiszámítása

Két mérésre van szükség.

Belső átmérő. A cső külső átmérője helyett a belső átmérőt kell megmérni. A cső névleges mérete nem mindig egyezik a tényleges belső átmérővel: egy névlegesen 1 hüvelyk méretű, Schedule 40 jelű acélcső belső átmérője körülbelül 1,05 hüvelyk, és a különböző anyagok, illetve csőfalvastagsági szabványok további eltéréseket okoznak. A pontos értékért ellenőrizze a gyártó műszaki adatlapját.

Sebesség. Ez a víz sebessége láb/másodpercben. Az áramlásmérő ezt közvetlenül megadja. Ennek hiányában az áramlás más módon is mérhető, az alább ismertetett vödrös módszerrel.

A térfogatáram GPM-ben való meghatározásához írja be mindkét számot a számológépbe.

Megoldott példa

Egy 2 hüvelyk átmérőjű csőben a víz sebessége 5 láb másodpercenként.

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

A térfogatáram körülbelül 49 gallon percenként.

Egy második példa

Egy 3 hüvelyk átmérőjű hűtővíz-vezetékben a víz sebessége 10 láb másodpercenként, ami kereskedelmi HVAC-csővezetékeknél jellemző érték.

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

Ez körülbelül 220 GPM. A kereskedelmi hűtőrendszereket gyakran nagyjából 2,4 gallon/perc értékkel méretezik a hűtőteljesítmény minden egyes tonnájára. Ezen az értéken 220 GPM körülbelül 90 tonna hűtőteljesítményt biztosít.

Áramlásmérés áramlásmérő nélkül

A vödrös módszer közvetlenül méri a térfogatáramot, így nincs szükség a csőátmérő és a sebesség külön meghatározására.

1. Helyezzen egy ismert térfogatú edényt, például egy 5 gallon vödröt az áramlás alá.
2. Mérje meg, hány perc alatt telik meg.
3. Ossza el a térfogatot az idővel: GPM = térfogat ÷ idő.

Ha a vödör 45 másodperc (0,75 perc) alatt telik meg, a térfogatáram 5 ÷ 0,75 = 6,67 GPM. Ez a módszer gondos térfogat- és időmérés esetén néhány százalékos pontosságú, de csak ott működik, ahol a teljes áramlás felfogható, például nyitott csővég vagy tömlő esetén. A fő képlet átrendezésével ez az érték visszaalakítható sebességgé: V = GPM ÷ (2,448 × D²).

Mikor nem alkalmazható a képlet?

A képlet azt feltételezi, hogy a víz teljes keresztmetszetű, kör keresztmetszetű csőben, állandó körülmények között áramlik.

• Részben telt csövek. A csőnek teljesen teltnek kell lennie. Egy félig telt lefolyóvezeték jóval kevesebbet szállít a képlet által jelzettnél, mert a keresztmetszetnek csak egy része tartalmaz folyadékot.
• Nem kör keresztmetszetű csövek. Az ovális, téglalap alakú vagy szabálytalan keresztmetszetű csatornákhoz más területszámítási képletre van szükség.
• Nem állandó áramlás. A képlet állandó sebességet feltételez. A hirtelen szelepzárás, vagyis a vízütés, illetve a ciklikusan működő szivattyú más elemzést igényel.
• Szerelvények közelében. Egy könyök, T-idom vagy szelep után közvetlenül a sebesség egyenetlen. A mérések akkor a legpontosabbak, ha bármely szerelvénytől legalább 10 csőátmérőnyi távolságban, a szerelvény után végzik őket.

Jellemző térfogatáramok alkalmazás szerint

A csővezetékek ajánlott áramlási sebességei is felhasználási területenként változnak: a lakóépületek ellátóvezetékeit általában 4–7 láb/másodperc sebességre, a szivattyúk szívóvezetékeit pedig 2–5 láb/másodperc sebességre tervezik. A 8 láb másodpercenkénti sebességet jelentősen meghaladó érték növeli a vízütés, a zaj és a csőerózió kockázatát.

Gyakran ismételt kérdések

Mi a különbség a GPM és a víznyomás között?

A GPM a percenként szállított víztérfogatot méri. A nyomás (PSI) azt az erőt méri, amely a vizet a csövön keresztül hajtja. Egy csőben lehet nagy a nyomás és kicsi a GPM, ha keskeny, illetve nagy a GPM és mérsékelt a nyomás, ha széles.

Hogyan váltható át a GPM más térfogatáram-egységekre?

A liter/perc értékhez szorozza meg a GPM-et 3,785-tel. A köbláb/másodperc értékhez ossza el a GPM-et 448,8-del. A köbméter/óra értékhez szorozza meg a GPM-et 0,227-tel.

Mennyi GPM-re van szüksége egy átlagos háznak?

Adja össze az egyidejűleg valószínűleg működő szerelvények igényét, ne a ház összes szerelvényét. Egy olyan otthonnak, ahol egy vagy két ember zuhanyozik, egy csap folyik, és a mosogatógép működik, körülbelül 8–10 GPM térfogatáramra lehet szüksége. A két- vagy háromfürdőszobás otthonok többségét 8–12 GPM névleges térfogatáramú bekötővezetékkel látják el.

Miért befolyásolja a cső anyaga a térfogatáramot?

A durva belső felületek súrlódást keltenek, ami lelassítja a vizet. Az új PVC- és rézcsövek belső felülete sima, súrlódásuk kicsi. A horganyzott acélcső belseje az idő múlásával érdesebbé válik a lerakódások miatt, ami több évtized után 30–50%-kal is csökkentheti az áramlást, noha a külső átmérő változatlan marad.

Mi történik, ha a cső túl kicsi a szükséges áramláshoz?

A víznek gyorsabban kell mozognia ahhoz, hogy ugyanazt a térfogatot egy keskenyebb csövön keresztül szállítsa. A nagyobb sebesség növeli a súrlódási veszteségeket, a hirtelen szelepzáráskor fellépő vízütés kockázatát, továbbá zajt és szivattyúkavitációt okozhat. Az ellátóvezetékekben a sebesség körülbelül 8 láb másodpercenkénti érték alatt tartásával elkerülhető a legtöbb ilyen probléma.

Működik ez a képlet víztől eltérő folyadékokra is?

Igen, térfogatáram esetén. A tényező csupán a hüvelyk, láb, másodperc, perc és gallon közötti átváltásból adódik, ezért minden olyan folyadékra érvényes, amely kitölti a kör keresztmetszetű csövet. A sűrűség nem változtatja meg az egy ponton áthaladó térfogatot. A sűrűség befolyásolja az áramló tömeget, a folyadék továbbításához szükséges nyomást és a szivattyú teljesítményigényét, ezért az olajokhoz és zagyokhoz külön nyomásveszteség-számításokra van szükség.

Hivatkozások

1. American Water Works Association. Vízórák – kiválasztás, telepítés, vizsgálat és karbantartás (AWWA M6 kézikönyv).
2. Cengel, Y. A. és Cimbala, J. M. (2017). Áramlástan: alapelvek és alkalmazások. McGraw-Hill Education.
3. International Association of Plumbing and Mechanical Officials. Egységes vízvezeték-szerelési szabályzat.
4. U.S. Environmental Protection Agency. WaterSense program.