Kalkulator Laju Aliran GPM - Alat Galon per Menit

Apa Itu GPM (Galon per Menit)?

GPM adalah singkatan dari galon per menit. Satuan ini mengukur jumlah air (atau cairan lain) yang mengalir melalui pipa, katup, atau perlengkapan dalam satu menit. GPM merupakan satuan laju aliran standar dalam sistem perpipaan, irigasi, dan proteksi kebakaran di Amerika Serikat.

GPM berbeda dari tekanan. Tekanan, yang diukur dalam PSI (pon per inci persegi), adalah gaya yang mendorong air melalui pipa. GPM adalah volume aktual yang dialirkan. Suatu saluran dapat memiliki tekanan tinggi tetapi aliran rendah jika pipanya sempit, atau aliran tinggi pada tekanan sedang jika pipanya lebar.

Rumus Laju Aliran GPM

Rumus laju aliran GPM mengubah diameter bagian dalam pipa dan kecepatan air menjadi laju aliran:

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

• GPM – laju aliran dalam galon per menit
• D – diameter bagian dalam pipa, dalam inci
• V – kecepatan air, dalam kaki per detik
• 2,448 – konstanta yang mengubah luas pipa dan kecepatan menjadi galon per menit

Asal konstanta

Laju aliran selalu sama dengan luas penampang dikali kecepatan: Q = A × V. Untuk pipa bulat, luas A = π × (D/2)². Mengubah luas tersebut dari inci persegi ke kaki persegi, serta mengubah kaki kubik per detik ke galon per menit (1 kaki kubik menampung sekitar 7,48 galon, dan satu menit memiliki 60 detik), menyederhanakan seluruh konversi satuan menjadi satu angka:

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

Itulah sebabnya rumus mengalikan kuadrat diameter dan kecepatan dengan 2,448.

Cara Menghitung GPM

Diperlukan dua pengukuran.

Diameter dalam. Ukur diameter dalam pipa, bukan diameter luarnya. Ukuran nominal pipa tidak selalu sama dengan diameter dalam sebenarnya. Diameter dalam bergantung pada bahan pipa dan ketebalan dinding. Periksa lembar spesifikasi pabrikan untuk angka yang tepat.

Kecepatan. Ini adalah laju air dalam kaki per detik. Alat pengukur aliran memberikan nilai ini secara langsung. Tanpa alat tersebut, kecepatan dapat diperkirakan dengan metode ember yang dijelaskan di bawah.

Masukkan kedua angka ke kalkulator untuk memperoleh laju aliran dalam GPM. Diameter harus lebih besar dari nol dan kecepatan tidak boleh negatif. Hasilnya dibulatkan ke dua tempat desimal.

Contoh

Air mengalir dalam pipa 2 inci dengan kecepatan 5 kaki (1,5 m) per detik.

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

Laju alirannya sekitar 49 galon (185 L) per menit.

Contoh kedua

Saluran berukuran 3 inci mengalirkan air dengan kecepatan 10 kaki (3 m) per detik.

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

Itu sekitar 220 GPM.

Mengukur Kecepatan Tanpa Alat Pengukur Aliran

Metode ember memperkirakan laju aliran secara langsung, tanpa memerlukan diameter atau kecepatan secara terpisah.

1. Letakkan wadah dengan volume yang diketahui, seperti ember 5 galon, di bawah aliran.
2. Ukur waktu yang diperlukan untuk mengisinya, dalam menit.
3. Bagi volume dengan waktu: GPM = volume ÷ waktu.

Jika ember terisi dalam 45 detik (0,75 menit), laju aliran adalah 5 ÷ 0,75 = 6,67 GPM. Pengukuran waktu yang cermat dan volume wadah yang diketahui memberikan hasil terbaik. Metode ini hanya berfungsi jika seluruh aliran dapat ditampung, seperti pada ujung pipa terbuka atau selang.

Kapan Rumus Ini Tidak Berlaku

Rumus ini mengasumsikan air mengalir melalui pipa bundar yang penuh dalam kondisi tunak.

• Pipa terisi sebagian. Suku luas mengasumsikan cairan memenuhi seluruh pipa. Saluran pembuangan yang setengah kosong mengalirkan lebih sedikit daripada hasil rumus.
• Pipa yang tidak bundar. Saluran berbentuk oval, persegi panjang, atau tidak beraturan memerlukan rumus luas yang berbeda.
• Aliran tidak tunak. Rumus ini mengasumsikan kecepatan konstan. Penutupan katup secara tiba-tiba (palu air) atau pompa yang bekerja secara siklik memerlukan analisis yang berbeda.
• Dekat sambungan. Kecepatan tepat setelah siku, tee, atau katup tidak merata, sehingga satu pembacaan kecepatan di sana mungkin tidak mewakili aliran rata-rata.

GPM Umum menurut Penggunaan

Aturan federal membatasi keran baru pada 2,2 GPM dan kepala pancuran pada 2,5 GPM. Batas keran berlaku pada 60 PSI dan batas kepala pancuran pada 80 PSI.

Extension Universitas Nebraska–Lincoln mencantumkan laju aliran yang umumnya dibutuhkan perangkat rumah tangga agar berfungsi dengan baik:

Air yang lebih cepat tidak selalu lebih baik. Kecepatan tinggi meningkatkan kehilangan gesekan, kebisingan, serta risiko palu air dan erosi pipa. Karena itu, perancang sistem perpipaan membatasi kecepatan pada saluran pasokan.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

Apa perbedaan antara GPM dan tekanan air?

GPM mengukur volume air yang dialirkan per menit. Tekanan (PSI) mengukur gaya yang mendorong air tersebut melalui pipa. Pipa dapat memiliki tekanan tinggi dan GPM rendah jika sempit, atau GPM tinggi dan tekanan sedang jika lebar.

Bagaimana cara mengonversi GPM ke satuan aliran lain?

Satu galon AS sekitar 3,785 liter, jadi kalikan GPM dengan 3,785 untuk memperoleh liter per menit. Bagi GPM dengan 448,8 untuk memperoleh kaki kubik per detik. Kalikan GPM dengan 0,227 untuk memperoleh meter kubik per jam.

Berapa GPM yang dibutuhkan rumah pada umumnya?

Jumlahkan perlengkapan yang kemungkinan digunakan bersamaan, bukan semua perlengkapan di rumah. Untuk rumah dengan sumur pribadi, Nebraska Extension mencantumkan minimum 10 GPM untuk rumah dengan 2 kamar tidur dan 2 kamar mandi, serta 12 GPM untuk 3 kamar tidur dan 2 kamar mandi. Ditambahkan sekitar 2 GPM untuk setiap kamar tidur atau kamar mandi tambahan.

Mengapa bahan pipa memengaruhi laju aliran?

Permukaan dalam yang kasar menimbulkan gesekan yang memperlambat air. Pipa PVC dan tembaga baru memiliki bagian dalam yang halus dan gesekan rendah. Pipa baja galvanis menjadi semakin kasar seiring waktu karena endapan mineral menumpuk di dalamnya. Endapan itu juga mempersempit bukaan, sehingga aliran berkurang meskipun diameter luarnya tidak berubah.

Apa yang terjadi jika pipa terlalu kecil untuk aliran yang dibutuhkan?

Air harus bergerak lebih cepat untuk mengalirkan volume yang sama melalui pipa yang lebih sempit. Kecepatan yang lebih tinggi meningkatkan kehilangan gesekan. Hal ini juga meningkatkan risiko palu air saat katup menutup tiba-tiba, dan dapat menyebabkan kebisingan serta kavitasi pompa.

Apakah rumus ini berlaku untuk cairan selain air?

Ya, untuk aliran volume. Rumus hanya mengalikan luas pipa dengan kecepatan, dan konstanta 2,448 murni konversi satuan. Massa jenis tidak muncul di dalamnya, sehingga minyak pada diameter dan kecepatan yang sama memiliki GPM yang sama dengan air. Massa jenis hanya berpengaruh saat mengonversi ke aliran massa, seperti pon per menit.

Referensi

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 — galon = 3,785412 L; kaki kubik = 0,02831685 m³ (7,48 galon).
2. U.S. Code of Federal Regulations. 10 CFR 430.32: Energy and water conservation standards. 10 CFR 430.32 (Cornell LII) — batas maksimum keran 2,2 GPM pada 60 PSI; batas maksimum kepala pancuran 2,5 GPM pada 80 PSI.
3. University of Nebraska–Lincoln Extension. Private Drinking Water Wells: Planning for Water Use (G2149). UNL Extension G2149 — laju aliran perangkat yang umum; laju aliran permintaan puncak minimum untuk rumah.