GPM Strømningshastighetsberegner - Verktøy for Gallons Per Minutt

Hva er GPM (gallon per minutt)?

GPM står for gallon per minutt. Det måler hvor mye vann (eller annen væske) som passerer gjennom et rør, en ventil eller en armatur i løpet av ett minutt. GPM er den standardiserte enheten for strømning i rørlegger-, vannings- og brannvernsystemer i USA.

GPM er forskjellig fra trykk. Trykk, målt i PSI (pund per kvadrattomme), er kraften som presser vann gjennom et rør. GPM er den faktiske volumstrømmen. En rørledning kan ha høyt trykk, men lav volumstrøm hvis røret er smalt, eller høy volumstrøm ved moderat trykk hvis røret er bredt.

Formel for GPM-strømningshastighet

Formelen for GPM-strømningshastighet omregner rørets innvendige diameter og vannets hastighet til en strømningshastighet:

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

• GPM – strømningshastighet i gallon per minutt
• D – rørets innvendige diameter, i tommer
• V – vannets hastighet, i fot per sekund
• 2,448 – omregningsfaktoren for enheter, avrundet til fire sifre

Hvor konstanten kommer fra

Strømningshastigheten er alltid lik tverrsnittsarealet multiplisert med hastigheten: Q = A × V. For et rundt rør er arealet A = π × (D/2)², som er (π/4) × D² kvadrattommer. Multipliser med hastigheten i tommer per sekund (12 × V) og med 60 sekunder per minutt for å få kubikktommer per minutt. Én amerikansk væskegallon er nøyaktig 231 kubikktommer (3 790 cm³), så divisjon med 231 gir gallon per minutt. Alle enhetsomregningene samles i én faktor:

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

Håndbøker avrunder denne faktoren til 2,448. Denne kalkulatoren bruker den uavrundede verdien, så et svar kan avvike fra en manuell beregning i det siste viste sifferet. Et rør på 10 tommer ved 10 fot (3 m) per sekund gir 2 447,99 GPM her, mot 2 448,00 med den avrundede konstanten.

Slik beregner du GPM

Det trengs to målinger.

Innvendig diameter. Mål rørets innvendige diameter, ikke den utvendige. Et rørs nominelle størrelse er ikke alltid lik den faktiske innvendige diameteren – et stålrør med nominell størrelse 1 tomme og Schedule 40 har en innvendig diameter på omtrent 1,05 tommer (2,67 cm), og ulike materialer og rørklasser gir ytterligere variasjoner. Se produsentens spesifikasjonsblad for det nøyaktige tallet.

Hastighet. Dette er vannets hastighet i fot per sekund. En strømningsmåler gir denne verdien direkte. Uten en slik måler kan strømningen måles på en annen måte ved hjelp av bøttemetoden som beskrives nedenfor.

Legg inn begge tallene i kalkulatoren for å få strømningshastigheten i GPM.

Regneeksempel

Et 2 tommer rør fører vann med en hastighet på 5 fot (1,5 m) per sekund.

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

Strømningshastigheten er omtrent 49 galloner (185 l) per minutt.

Et annet eksempel

En kjølevannsledning på 3 tommer har en hastighet på 10 fot per sekund, noe som er en typisk hastighet i rørsystemer for kommersielle VVS-anlegg.

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

Det tilsvarer omtrent 220 GPM. Kommersielle kjølesystemer dimensjoneres ofte etter en tommelfingerregel på omtrent 2,4 galloner per minutt for hvert tonn kjølekapasitet. Med denne hastigheten støtter 220 GPM omtrent 90 tonn kjøling.

Måling av strømning uten strømningsmåler

Bøttemetoden måler strømningshastigheten direkte, uten at diameter og hastighet må måles hver for seg.

1. Plasser en beholder med kjent volum, for eksempel en 5 gallon bøtte, under strømmen.
2. Ta tiden det tar å fylle den, i minutter.
3. Del volumet på tiden: GPM = volum ÷ tid.

Hvis bøtten fylles på 45 sekunder (0,75 minutter), er strømningshastigheten 5 ÷ 0,75 = 6,67 GPM. Denne metoden er nøyaktig innenfor noen få prosent hvis volum og tid måles nøyaktig, men den fungerer bare der hele strømmen kan samles opp, for eksempel ved en åpen rørende eller en slange. Ved å omforme hovedformelen kan denne avlesningen omregnes tilbake til en hastighet: V = GPM ÷ (2,448 × D²).

Når formelen ikke gjelder

Formelen forutsetter at vann strømmer gjennom et fullt, rundt rør under stasjonære forhold.

• Delvis fylte rør. Røret må være fullt. En avløpsledning som er halvfull, fører langt mindre enn formelen forutsier, fordi bare en del av tverrsnittet inneholder væske.
• Rør som ikke er runde. Ovale, rektangulære eller uregelmessige kanaler krever en annen arealformel.
• Ustasjonær strømning. Formelen forutsetter konstant hastighet. Plutselig stenging av ventiler (vannslag) eller en pumpe som går i sykluser krever en annen analyse.
• Nær rørdeler. Hastigheten rett etter en rørbøy, et T-stykke eller en ventil er ujevn. Målinger er mest nøyaktige minst 10 rørdiametre nedstrøms for enhver rørdel.

Typiske strømningshastigheter etter bruksområde

Anbefalte rørhastigheter varierer også etter bruksområde: Forsyningsledninger i boliger dimensjoneres vanligvis for 4–7 fot per sekund, og sugeledninger til pumper for 2–5 fot per sekund. Hastigheter godt over 8 fot (2,4 m) per sekund øker risikoen for vannslag, støy og erosjon av rørene.

Ofte stilte spørsmål

Hva er forskjellen mellom GPM og vanntrykk?

GPM måler vannvolumet som leveres per minutt. Trykk (PSI) måler kraften som presser vannet gjennom røret. Et rør kan ha høyt trykk og lav GPM hvis det er smalt, eller høy GPM og moderat trykk hvis det er bredt.

Hvordan omregner jeg GPM til andre strømningsenheter?

Multipliser GPM med 3,785 for liter per minutt. Del GPM på 448,8 for kubikkfot per sekund. Multipliser GPM med 0,227 for kubikkmeter per time.

Hvor mange GPM trenger en vanlig bolig?

Legg sammen armaturene som sannsynligvis er i bruk samtidig, ikke alle armaturene i huset. En bolig der én eller to personer dusjer, en vask er i bruk og oppvaskmaskinen går, kan trenge 8–10 GPM. De fleste boliger med to eller tre bad forsynes av en forsyningsledning dimensjonert for 8–12 GPM.

Hvorfor påvirker rørmaterialet strømningshastigheten?

Ru innvendige overflater skaper friksjon som bremser vannet. Nye PVC- og kobberrør har glatte innvendige overflater og liten friksjon. Galvaniserte stålrør blir ruere med alderen når mineralavleiringer bygger seg opp på innsiden, noe som kan redusere strømningen med 30–50% etter flere tiår, selv om den utvendige diameteren er uendret.

Hva skjer hvis et rør er for lite for den nødvendige strømningen?

Vannet må bevege seg raskere for å levere samme volum gjennom et smalere rør. Høyere hastighet øker friksjonstapene, øker risikoen for vannslag når ventiler stenges brått, og kan føre til støy og kavitasjon i pumpen. Å holde hastigheten under omtrent 8 fot (2,4 m) per sekund i forsyningsledninger unngår de fleste av disse problemene.

Fungerer denne formelen for andre væsker enn vann?

Ja, når det gjelder volumstrøm. Faktoren er bare en omregning mellom tommer, fot, sekunder, minutter og gallon, så den gjelder for enhver væske som fyller et rundt rør. Tetthet endrer ikke hvor stort volum som passerer et punkt. Tetthet endrer derimot massestrømmen, trykket som trengs for å presse væsken frem, og pumpeeffekten, så oljer og slam trenger fortsatt egne beregninger av trykktap.

Referanser

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-programmet.