GPM 유량 계산기 - 갤런 당 분 도구
파이프 직경과 물의 속도를 입력하면 2.448 × D² × V 공식을 이용해 분당 갤런(GPM) 단위의 유량을 계산하는 무료 배관 도구입니다. 펌프 크기 선정, 배관 설계, 관개 시스템 계획에 정확하게 활용할 수 있습니다. 관개 시스템 설계와 유지보수 계획에도 참고할 수 있습니다.
갤런/분(GPM) 계산기
파이프 직경과 유속을 기반으로 갤런/분 유량을 계산합니다.
유량은 다음 공식을 사용하여 계산됩니다:
GPM = 2.448 × (직경)² × 유속
문서화
GPM(분당 갤런)이란?
GPM은 분당 갤런을 뜻합니다. 일 분 동안 배관, 밸브 또는 급수 기구를 통과하는 물이나 기타 액체의 양을 나타냅니다. GPM은 미국의 배관, 관개 및 소방 설비에서 사용하는 표준 유량 단위입니다.
GPM은 압력과 다릅니다. PSI(제곱인치당 파운드)로 측정하는 압력은 물을 배관 안으로 밀어내는 힘입니다. GPM은 실제로 공급되는 부피입니다. 배관이 좁으면 압력이 높아도 유량이 낮을 수 있고, 배관이 넓으면 압력이 적당해도 유량이 높을 수 있습니다.
GPM 유량 공식
GPM 유량 공식은 배관의 내경과 물의 속도를 유량으로 변환합니다.
- GPM – 분당 갤런 단위의 유량
- D – 배관의 내경(인치)
- V – 물의 속도(초당 피트)
- 2.448 – 배관 단면적과 유속을 분당 갤런으로 바꾸는 상수입니다
계수의 유도
유량은 언제나 단면적에 유속을 곱한 값과 같습니다. Q = A × V입니다. 원형 배관의 단면적 A는 π × (D/2)²입니다. 이 단면적을 제곱인치에서 제곱피트로 바꾸고, 초당 세제곱피트를 분당 갤런으로 바꾸면(1 세제곱피트는 약 7.48 갤런이고, 일 분은 60초입니다) 단위 변환이 하나의 수로 합쳐집니다.
그래서 이 공식은 지름의 제곱과 유속에 2.448을 곱합니다.
GPM 계산 방법
두 가지 측정값이 필요합니다.
안지름. 배관의 바깥지름이 아니라 안지름을 측정합니다. 배관의 호칭 치수가 실제 안지름과 항상 같지는 않습니다. 안지름은 배관 재질과 두께에 따라 달라집니다. 정확한 값은 제조사의 사양서에서 확인합니다.
유속. 물의 속도를 초당 피트로 나타낸 값입니다. 유량계가 있으면 바로 알 수 있습니다. 유량계가 없으면 아래에서 설명하는 양동이 방법으로 유속을 추정할 수 있습니다.
두 값을 계산기에 입력하면 GPM 단위의 유량이 나옵니다. 지름은 영보다 커야 하고 유속은 음수일 수 없습니다. 결과는 소수 둘째 자리까지 반올림됩니다.
예시
2인치 배관에서 물이 5피트 (1.5 m)/초의 속도로 흐릅니다.
GPM = 2.448 × 2² × 5 = 2.448 × 4 × 5 = 48.96
유량은 약 49갤런 (185 L)/분입니다.
두 번째 예
3인치 배관에 물이 초당 10 피트 (3 m)의 속도로 흐릅니다.
GPM = 2.448 × 3² × 10 = 2.448 × 9 × 10 = 220.32
약 220 GPM입니다.
유량계 없이 유속 측정하기
양동이 방법은 지름이나 유속을 따로 구하지 않고 유량을 바로 추정합니다.
- 5갤런 양동이처럼 용량을 알고 있는 용기를 유출 지점 아래에 놓습니다.
- 가득 차는 데 걸리는 시간을 분 단위로 측정합니다.
- 용량을 시간으로 나눕니다. GPM = 용량 ÷ 시간.
양동이가 45초(0.75분) 만에 차면 유량은 5 ÷ 0.75 = 6.67 GPM입니다. 시간을 정확히 재고 용기의 부피를 알면 가장 좋은 결과를 얻습니다. 이 방법은 열린 배관 끝이나 호스처럼 흐름 전체를 받아낼 수 있는 곳에서만 쓸 수 있습니다.
공식이 적용되지 않는 경우
이 공식은 물이 가득 찬 원형 배관을 통해 정상 상태로 흐른다고 가정합니다.
- 물이 일부만 찬 배관. 단면적 항은 액체가 배관을 가득 채운다고 가정합니다. 반쯤 빈 배수관은 공식이 예측하는 값보다 적게 흐릅니다.
- 원형이 아닌 배관. 타원형, 직사각형 또는 불규칙한 덕트에는 다른 면적 공식이 필요합니다.
- 비정상 유동. 이 공식은 속도가 일정하다고 가정합니다. 밸브의 급격한 폐쇄로 발생하는 수격 작용이나 주기적으로 작동하는 펌프에는 다른 분석이 필요합니다.
- 이음쇠 근처. 엘보, 티, 밸브 바로 뒤의 유속은 고르지 않습니다. 그래서 그곳에서 잰 유속 하나가 평균 유량을 나타내지 못할 수 있습니다.
용도별 일반적인 GPM
연방 규정은 새 수도꼭지를 2.2 GPM, 샤워기를 2.5 GPM으로 제한합니다. 수도꼭지 제한은 60 PSI에서, 샤워기 제한은 80 PSI에서 적용됩니다.
네브래스카 주립대학교 링컨 캠퍼스 확장 서비스는 가정용 기기가 제대로 작동하는 데 보통 필요한 유량을 제시합니다.
| 기기 | 일반적으로 필요한 유량(GPM) |
|---|---|
| 욕실 세면대 | 2 |
| 식기세척기 | 2 |
| 주방 싱크대 | 3 |
| 변기 물 내림 | 3 |
| 샤워기 또는 욕조 | 5 |
| 자동 세탁기 | 5 |
| 야외 호스 수도꼭지 | 5 |
| 잔디 스프링클러 시스템 | 12 |
물이 빠르다고 항상 좋은 것은 아닙니다. 유속이 높으면 마찰 손실과 소음이 늘고, 수격 현상과 배관 침식의 위험도 커집니다. 그래서 배관 설계자는 급수관의 유속을 제한합니다.
자주 묻는 질문
GPM과 수압의 차이는 무엇인가?
GPM은 분당 공급되는 물의 부피를 측정합니다. 압력(PSI)은 물을 배관 안으로 밀어내는 힘을 측정합니다. 배관이 좁으면 압력이 높아도 GPM이 낮을 수 있고, 배관이 넓으면 GPM이 높아도 압력이 적당할 수 있습니다.
GPM을 다른 유량 단위로 어떻게 변환하는가?
미국 갤런 하나는 약 3.785리터이므로, 분당 리터로 바꾸려면 GPM에 3.785를 곱합니다. 초당 세제곱피트로 바꾸려면 GPM을 448.8로 나눕니다. 시간당 세제곱미터로 바꾸려면 GPM에 0.227을 곱합니다.
일반적인 주택에는 몇 GPM이 필요한가?
집 안의 모든 기구가 아니라 동시에 사용할 가능성이 큰 기구의 유량을 합산합니다. 개인 우물을 쓰는 집에 대해 네브래스카 확장 서비스는 최소 10 GPM(침실 2개, 욕실 2개인 집)과 12 GPM(침실 3개, 욕실 2개인 집)을 제시합니다. 침실이나 욕실이 하나 늘 때마다 약 2 GPM이 더해집니다.
배관 재질이 유량에 영향을 미치는 이유는 무엇인가?
거친 내벽은 마찰을 일으켜 물의 속도를 늦춥니다. 새 PVC 배관과 구리 배관은 내벽이 매끄러워 마찰이 적습니다. 아연 도금 강관은 안쪽에 미네랄 침전물이 쌓이면서 시간이 지날수록 거칠어집니다. 침전물은 통로도 좁히므로 바깥지름이 그대로여도 유량이 줄어듭니다.
필요한 유량에 비해 배관이 너무 작으면 어떻게 되는가?
더 좁은 배관으로 같은 부피를 보내려면 물이 더 빨리 움직여야 합니다. 유속이 높아지면 마찰 손실이 늘어납니다. 밸브가 갑자기 닫힐 때 수격 현상이 생길 위험도 커지고, 소음과 펌프 캐비테이션이 생길 수 있습니다.
이 공식은 물 이외의 유체에도 적용되는가?
네, 부피 유량에서는 그렇습니다. 공식은 배관 단면적에 유속을 곱할 뿐이며, 2.448이라는 상수는 순수한 단위 변환입니다. 밀도는 공식에 나오지 않으므로 지름과 유속이 같으면 기름의 GPM은 물과 같습니다. 밀도는 분당 파운드 같은 질량 유량으로 바꿀 때만 중요합니다.
참고 자료
- 미국 국립표준기술연구소. NIST Guide to the SI, Appendix B.9: Factors for units listed by kind of quantity. NIST SP 811 부록 B.9 — 갤런은 3.785412 L, 세제곱피트는 0.02831685 m³(7.48 갤런)입니다.
- 미국 연방규정집. 10 CFR 430.32: Energy and water conservation standards. 10 CFR 430.32(코넬 LII) — 수도꼭지 최대 2.2 GPM(60 PSI), 샤워기 최대 2.5 GPM(80 PSI).
- 네브래스카 주립대학교 링컨 캠퍼스 확장 서비스. Private Drinking Water Wells: Planning for Water Use (G2149). UNL 확장 서비스 G2149 — 기기별 일반 유량, 가정의 최대 수요 시 최소 유량.