GPM 유량 계산기 - 갤런 당 분 도구

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.

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

• GPM – 분당 갤런 단위의 유량
• D – 배관의 내경(인치)
• V – 물의 속도(초당 피트)
• 2.448 – 소수점 이하 네 자리로 반올림한 단위 변환 계수

계수의 유도

유량은 항상 단면적과 속도의 곱입니다. Q = A × V입니다. 원형 배관의 경우 단면적 A = π × (D/2)²이며, 이는 (π/4) × D²제곱인치입니다. 여기에 초당 인치 단위의 속도(12 × V)와 분당 60초를 곱하면 분당 세제곱인치가 됩니다. 미국 액량 갤런은 정확히 231세제곱인치 (3,790 cm³)이므로, 231로 나누면 분당 갤런이 됩니다. 모든 단위 변환 단계를 하나의 계수로 합치면 다음과 같습니다.

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

참고 자료에서는 이 계수를 2.448로 반올림합니다. 이 계산기는 반올림하지 않은 값을 사용하므로, 표시되는 마지막 자릿수에서 직접 계산한 결과와 다를 수 있습니다. 10인치 배관에서 물이 10피트 (3 m)/초의 속도로 흐르면 여기서는 2,447.99 GPM이 나오고, 반올림한 계수를 사용하면 2,448.00이 나옵니다.

GPM 계산 방법

두 가지 측정값이 필요합니다.

내경. 배관의 외경이 아니라 내경을 측정합니다. 배관의 호칭 크기가 실제 내경과 항상 일치하는 것은 아닙니다. 호칭 1인치 Schedule 40 강관의 내경은 약 1.05인치 (2.67 cm)이며, 재질과 스케줄에 따라 더 달라집니다. 정확한 수치는 제조업체의 사양서를 확인하십시오.

속도. 물이 초당 몇 피트로 흐르는지를 나타냅니다. 유량계를 사용하면 이 값을 직접 측정할 수 있습니다. 유량계가 없으면 아래에 설명한 양동이법으로 다른 방식의 유량 측정이 가능합니다.

두 값을 모두 계산기에 입력하면 GPM 단위의 유량을 구할 수 있습니다.

풀이 예제

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

냉수 배관인 3인치 배관의 유속은 10피트 (3 m)/초이며, 이는 상업용 HVAC 배관에서 일반적인 속도입니다.

GPM = 2.448 × 3² × 10 = 2.448 × 9 × 10 = 220.32

이는 약 220 GPM입니다. 상업용 냉각 시스템은 냉각 용량 톤당 대략 2.4갤런 (9.08 L)/분이라는 경험칙으로 크기를 정하는 경우가 많습니다. 이 유량에서 220 GPM은 약 90톤 (82 t)의 냉각 용량을 지원합니다.

유량계 없이 유량 측정하기

양동이법은 내경과 속도를 따로 측정하지 않고 유량을 직접 측정합니다.

1. 5갤런 양동이처럼 용량을 알고 있는 용기를 유출 지점 아래에 놓습니다.
2. 가득 차는 데 걸리는 시간을 분 단위로 측정합니다.
3. 용량을 시간으로 나눕니다. GPM = 용량 ÷ 시간.

양동이가 45초(0.75분)에 가득 찬다면 유량은 5 ÷ 0.75 = 6.67 GPM입니다. 용량과 시간을 주의 깊게 측정하면 이 방법의 오차는 몇 퍼센트 이내이지만, 개방된 배관 끝이나 호스처럼 전체 유량을 받아낼 수 있는 곳에서만 사용할 수 있습니다. 기본 공식을 변형하면 이 측정값을 다시 속도로 바꿀 수 있습니다. V = GPM ÷ (2.448 × D²).

공식이 적용되지 않는 경우

이 공식은 물이 가득 찬 원형 배관을 통해 정상 상태로 흐른다고 가정합니다.

• 부분적으로 찬 배관. 배관은 가득 차 있어야 합니다. 배수관이 절반만 차 있으면 단면적의 일부만 액체를 담기 때문에 공식의 예측보다 훨씬 적은 유량을 운반합니다.
• 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.
• 관 이음쇠 근처. 엘보, 티 또는 밸브 바로 뒤의 속도는 균일하지 않습니다. 측정은 모든 이음쇠에서 하류 방향으로 최소 10배관 직경만큼 떨어진 곳에서 가장 정확합니다.

용도별 일반적인 유량

권장 배관 유속도 용도에 따라 달라집니다. 주거용 급수관은 일반적으로 4–7피트/초로, 펌프 흡입관은 2–5피트/초로 설계합니다. 유속이 8피트 (2.4 m)/초를 크게 넘으면 수격 작용, 소음 및 배관 침식의 위험이 커집니다.

자주 묻는 질문

GPM과 수압의 차이는 무엇인가?

GPM은 분 동안 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?

GPM에 3.785를 곱하면 분당 리터가 됩니다. GPM을 448.8로 나누면 초당 세제곱피트가 됩니다. GPM에 0.227을 곱하면 시간당 세제곱미터가 됩니다.

일반적인 주택에는 몇 GPM이 필요한가?

집 안의 모든 기구가 아니라 동시에 작동할 가능성이 있는 기구의 유량을 합산합니다. 한두 명이 샤워하고 싱크대와 식기세척기가 작동하는 주택에는 8–10 GPM이 필요할 수 있습니다. 욕실이 두세 개인 대부분의 주택은 8–12 GPM 용량의 급수관으로 공급됩니다.

배관 재질이 유량에 영향을 미치는 이유는 무엇인가?

거친 내부 표면은 마찰을 일으켜 물의 흐름을 늦춥니다. 새 PVC관과 구리관은 내부가 매끄러워 마찰이 적습니다. 아연도금 강관은 내부에 광물 침전물이 쌓이면서 시간이 지날수록 거칠어지며, 외경이 변하지 않아도 수십 년 후 유량이 30–50%까지 감소할 수 있습니다.

필요한 유량에 비해 배관이 너무 작으면 어떻게 되는가?

더 좁은 배관에서 같은 부피를 공급하려면 물이 더 빠르게 이동해야 합니다. 속도가 높아지면 마찰 손실이 증가하고, 밸브가 갑자기 닫힐 때 수격 작용의 위험이 커지며, 소음과 펌프 공동현상이 발생할 수 있습니다. 급수관의 유속을 약 8피트 (2.4 m)/초 이하로 유지하면 이러한 문제 대부분을 피할 수 있습니다.

이 공식은 물 이외의 유체에도 적용되는가?

체적 유량에는 적용됩니다. 이 계수는 인치, 피트, 초, 분 및 갤런 사이의 변환에만 사용되므로 원형 배관을 가득 채우는 모든 액체에 적용됩니다. 밀도는 한 지점을 통과하는 부피를 바꾸지 않습니다. 그러나 밀도는 흐르는 질량, 유체를 밀어내는 데 필요한 압력 및 펌프 동력에 영향을 주므로 오일과 슬러리에는 별도의 압력 손실 계산이 필요합니다.

참고 문헌

1. 미국수도협회. 수도 계량기 — 선정, 설치, 시험 및 유지관리(AWWA 매뉴얼 M6).
2. Cengel, Y. A., & Cimbala, J. M. (2017). 유체역학: 기초와 응용. McGraw-Hill Education.
3. 국제 배관 및 기계 공무원 협회. 통일 배관 코드.
4. 미국 환경보호청. WaterSense 프로그램.