GPM Debietsnelheid Calculator - Gallons Per Minuut Gereedschap

Wat is GPM (gallons per minuut)?

GPM staat voor gallons per minuut. Het meet hoeveel water (of een andere vloeistof) in één minuut door een buis, klep of armatuur stroomt. GPM is de standaard eenheid voor debiet in Amerikaanse loodgieters-, irrigatie- en brandbeveiligingssystemen.

GPM verschilt van druk. Druk, gemeten in PSI (pond per vierkante inch), is de kracht die water door een buis duwt. GPM is het daadwerkelijk geleverde volume. Een leiding kan een hoge druk maar een laag debiet hebben als de buis smal is, of een hoog debiet bij een bescheiden druk als de buis breed is.

Formule voor het GPM-debiet

De formule voor het GPM-debiet zet de binnendiameter van een buis en de snelheid van het water om in een debiet:

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

• GPM – debiet in gallons per minuut
• D – binnendiameter van de buis, in inch
• V – snelheid van het water, in voet per seconde
• 2,448 – de omrekeningsfactor voor eenheden, afgerond op vier cijfers

Waar de constante vandaan komt

Het debiet is altijd gelijk aan de doorsnede maal de snelheid: Q = A × V. Voor een ronde buis is de oppervlakte A = π × (D/2)², oftewel (π/4) × D² vierkante inch. Vermenigvuldig dit met de snelheid in inch per seconde (12 × V) en met 60 seconden per minuut om kubieke inch per minuut te krijgen. Eén Amerikaanse vloeibare gallon is exact 231 kubieke inch (3.790 cm³), dus delen door 231 geeft gallons per minuut. Elke stap in de eenheden leidt samen tot één factor:

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

Handboeken ronden die factor af op 2,448. Deze calculator gebruikt de niet-afgeronde waarde, waardoor een antwoord in het laatst weergegeven cijfer kan verschillen van een handmatige berekening. Een buis van 10 inches bij 10 voet (3 m) per seconde geeft hier 2.447,99 GPM, tegenover 2.448,00 met de afgeronde constante.

GPM berekenen

Er zijn twee metingen nodig.

Binnendiameter. Meet de binnendiameter van de buis, niet de buitendiameter. De nominale maat van een buis is niet altijd gelijk aan de werkelijke binnendiameter: een nominale stalen buis van 1 inch Schedule 40 heeft een binnendiameter van ongeveer 1,05 inch (2,67 cm), en verschillende materialen en schema's wijken nog verder af. Raadpleeg het specificatieblad van de fabrikant voor het exacte getal.

Snelheid. Dit is de snelheid van het water in voet per seconde. Een debietmeter meet deze rechtstreeks. Zonder zo'n meter kan het debiet op een andere manier worden gemeten, met de hieronder beschreven emmermethode.

Voer beide getallen in de calculator in om het debiet in GPM te krijgen.

Uitgewerkt voorbeeld

Een buis van 2 inches voert water met 5 voet (1,5 m) per seconde.

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

Het debiet is ongeveer 49 gallons (185 L) per minuut.

Een tweede voorbeeld

Een koudwaterleiding van 3 inches werkt met 10 voet (3 m) per seconde, een gebruikelijke snelheid voor commerciële HVAC-leidingen.

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

Dat is ongeveer 220 GPM. Commerciële koelsystemen worden vaak gedimensioneerd met een vuistregel van ongeveer 2,4 gallons (9,08 L) per minuut per ton koelvermogen. Bij dat debiet ondersteunt 220 GPM ongeveer 90 ton (82 t) koeling.

Debiet meten zonder debietmeter

Met de emmermethode wordt het debiet rechtstreeks gemeten, zonder de diameter en snelheid afzonderlijk te bepalen.

1. Plaats een vat met een bekend volume, zoals een emmer van 5 gallon, onder de uitstroom.
2. Meet hoe lang het duurt om de emmer te vullen, in minuten.
3. Deel het volume door de tijd: GPM = volume ÷ tijd.

Als de emmer in 45 seconden (0,75 minuten) volloopt, is het debiet 5 ÷ 0,75 = 6,67 GPM. Deze methode is tot op enkele procenten nauwkeurig als volume en tijd zorgvuldig worden gemeten, maar werkt alleen waar de volledige uitstroom kan worden opgevangen, bijvoorbeeld bij een open buiseinde of slang. Door de hoofdformule om te vormen, kan die meting weer in een snelheid worden omgezet: V = GPM ÷ (2,448 × D²).

Wanneer de formule niet van toepassing is

De formule gaat uit van water dat onder constante omstandigheden door een volledig gevulde, ronde buis stroomt.

• Gedeeltelijk gevulde buizen. De buis moet volledig gevuld zijn. Een halfvolle afvoerleiding voert veel minder af dan de formule voorspelt, omdat slechts een deel van de doorsnede vloeistof bevat.
• Niet-ronde buizen. Ovale, rechthoekige of onregelmatige kanalen vereisen een andere formule voor het oppervlak.
• Onstabiele stroming. De formule gaat uit van een constante snelheid. Plotseling sluitende kleppen (waterslag) of een pomp die afwisselend in- en uitschakelt vereisen een andere analyse.
• In de buurt van fittingen. De snelheid direct na een bocht, T-stuk of klep is ongelijkmatig. Metingen zijn het nauwkeurigst op minstens 10 buisdiameters stroomafwaarts van elke fitting.

Typische debieten per toepassing

Aanbevolen buissnelheden variëren ook per toepassing: toevoerleidingen in woningen worden meestal ontworpen voor 4–7 voet per seconde, en aanzuigleidingen van pompen voor 2–5 voet per seconde. Een snelheid van veel meer dan 8 voet (2,4 m) per seconde verhoogt het risico op waterslag, geluid en erosie van de buis.

Veelgestelde vragen

Wat is het verschil tussen GPM en waterdruk?

GPM meet het volume water dat per minuut wordt geleverd. Druk (PSI) meet de kracht die dat water door de buis duwt. Een buis kan een hoge druk en een laag GPM hebben als deze smal is, of een hoog GPM en een bescheiden druk als deze breed is.

Hoe zet ik GPM om naar andere debieteenheden?

Vermenigvuldig GPM met 3,785 voor liters per minuut. Deel GPM door 448,8 voor kubieke voet per seconde. Vermenigvuldig GPM met 0,227 voor kubieke meter per uur.

Hoeveel GPM heeft een typisch huis nodig?

Tel de armaturen op die waarschijnlijk tegelijkertijd worden gebruikt, niet alle armaturen in het huis. Een woning waar één of twee mensen douchen, een wastafel in gebruik is en een vaatwasser draait, heeft mogelijk 8–10 GPM nodig. De meeste woningen met twee of drie badkamers worden voorzien via een aansluitleiding met een capaciteit van 8–12 GPM.

Waarom beïnvloedt het materiaal van de buis het debiet?

Ruwe binnenoppervlakken veroorzaken wrijving die het water afremt. Nieuwe PVC- en koperen buizen hebben gladde binnenoppervlakken en weinig wrijving. Gegalvaniseerde stalen buizen worden na verloop van tijd ruwer doordat zich binnenin minerale afzettingen ophopen. Daardoor kan het debiet na enkele tientallen jaren met 30–50% afnemen, ook al blijft de buitendiameter onveranderd.

Wat gebeurt er als een buis te klein is voor het vereiste debiet?

Water moet sneller stromen om hetzelfde volume door een smallere buis te voeren. Een hogere snelheid vergroot de wrijvingsverliezen, verhoogt het risico op waterslag wanneer kleppen plotseling sluiten en kan geluid en cavitatie van de pomp veroorzaken. Door de snelheid in toevoerleidingen onder ongeveer 8 voet (2,4 m) per seconde te houden, worden de meeste van deze problemen voorkomen.

Werkt deze formule voor andere vloeistoffen dan water?

Ja, voor volumestroming. De factor is alleen een omrekening tussen inch, voet, seconden, minuten en gallons en geldt daarom voor elke vloeistof die een ronde buis vult. De dichtheid verandert niet hoeveel volume een punt passeert. De dichtheid beïnvloedt wel de stromende massa, de druk die nodig is om de vloeistof voort te stuwen en het pompvermogen. Voor olie en slurries zijn daarom afzonderlijke berekeningen van drukverlies nodig.

Referenties

1. American Water Works Association. Water Meters — Selection, Installation, Testing, and Maintenance (AWWA Manual M6).
2. Cengel, Y. A., & 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. WaterSense-programma.