Calculadora de Vazão em GPM - Ferramenta de Galões por Minuto

O que é GPM (galões por minuto)?

GPM significa galões por minuto. Mede quanto de água (ou outro líquido) passa por um tubo, válvula ou dispositivo em um minuto. GPM é a unidade padrão de vazão nos sistemas hidráulicos, de irrigação e de proteção contra incêndios dos Estados Unidos.

GPM é diferente de pressão. A pressão, medida em PSI (libras por polegada quadrada), é a força que empurra a água pelo tubo. GPM é o volume efetivamente fornecido. Uma tubulação pode ter alta pressão, mas baixa vazão se o tubo for estreito, ou alta vazão com pressão moderada se o tubo for largo.

Fórmula da vazão em GPM

A fórmula da vazão em GPM converte o diâmetro interno de um tubo e a velocidade da água em uma vazão:

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

• GPM – vazão em galões por minuto
• D – diâmetro interno do tubo, em polegadas
• V – velocidade da água, em pés por segundo
• 2,448 – uma constante que converte a área e a velocidade do tubo em galões por minuto

De onde vem a constante

A vazão é sempre igual à área da seção transversal multiplicada pela velocidade: Q = A × V. Em um tubo redondo, a área é A = π × (D/2)². Converter essa área de polegadas quadradas para pés quadrados e os pés cúbicos por segundo para galões por minuto (1 pé cúbico comporta cerca de 7,48 galões, e um minuto tem 60 segundos) reúne todas as conversões de unidade em um único número:

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

É por isso que a fórmula multiplica o diâmetro ao quadrado e a velocidade por 2,448.

Como calcular GPM

São necessárias duas medições.

Diâmetro interno. Meça o diâmetro interno do tubo, não o externo. O tamanho nominal de um tubo nem sempre corresponde ao seu diâmetro interno real. O diâmetro interno depende do material do tubo e da espessura da parede. Consulte a ficha técnica do fabricante para obter o valor exato.

Velocidade. É a rapidez da água em pés por segundo. Um medidor de vazão fornece esse valor diretamente. Sem um medidor, é possível estimar a velocidade com o método do balde descrito abaixo.

Insira os dois números na calculadora para obter a vazão em GPM. O diâmetro deve ser maior que zero e a velocidade não pode ser negativa. O resultado é arredondado para duas casas decimais.

Exemplo

Um tubo de 2 polegadas conduz água a 5 pés (1,5 m) por segundo.

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

A vazão é de aproximadamente 49 galões (185 L) por minuto.

Um segundo exemplo

Uma tubulação de 3 polegadas transporta água a 10 pés (3 m) por segundo.

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

Isso dá cerca de 220 GPM.

Como medir a velocidade sem um medidor de vazão

O método do balde estima a vazão diretamente, sem precisar do diâmetro nem da velocidade separadamente.

1. Coloque um recipiente de volume conhecido, como um balde de 5 galões, sob o fluxo.
2. Cronometre quanto tempo leva para enchê-lo, em minutos.
3. Divida o volume pelo tempo: GPM = volume ÷ tempo.

Se o balde enche em 45 segundos (0,75 minuto), a vazão é 5 ÷ 0,75 = 6,67 GPM. Cronometrar com cuidado e conhecer o volume do recipiente dão o melhor resultado. O método só funciona quando toda a vazão pode ser captada, como na extremidade aberta de um tubo ou de uma mangueira.

Quando a fórmula não se aplica

A fórmula pressupõe água escoando por um tubo redondo completamente cheio, em condições estáveis.

• Tubos parcialmente cheios. O termo da área pressupõe que o líquido preenche o tubo inteiro. Uma tubulação de esgoto meio vazia transporta menos do que a fórmula prevê.
• Tubos não redondos. Dutos ovais, retangulares ou irregulares exigem uma fórmula de área diferente.
• Fluxo instável. A fórmula pressupõe velocidade constante. Fechamentos repentinos de válvulas (golpe de aríete) ou uma bomba com funcionamento cíclico exigem outra análise.
• Perto de conexões. A velocidade logo após um cotovelo, uma conexão em T ou uma válvula é irregular, de modo que uma única leitura de velocidade ali pode não representar a vazão média.

GPM típico por aplicação

As normas federais dos EUA limitam as novas torneiras a 2,2 GPM e as duchas a 2,5 GPM. O limite das torneiras vale a 60 PSI e o das duchas a 80 PSI.

A extensão da Universidade de Nebraska–Lincoln lista as vazões de que os aparelhos domésticos costumam precisar para funcionar bem:

Água mais rápida nem sempre é melhor. A alta velocidade aumenta as perdas por atrito, o ruído e o risco de golpe de aríete e de erosão dos tubos. Por isso, os projetistas de instalações hidráulicas limitam a velocidade nas linhas de abastecimento.

Perguntas frequentes

Qual é a diferença entre GPM e pressão da água?

GPM mede o volume de água fornecido por minuto. A pressão (PSI) mede a força que empurra essa água pelo tubo. Um tubo pode ter alta pressão e baixo GPM se for estreito, ou alto GPM e pressão moderada se for largo.

Como converter GPM para outras unidades de vazão?

Um galão americano equivale a cerca de 3,785 litros, portanto multiplique o GPM por 3,785 para obter litros por minuto. Divida o GPM por 448,8 para obter pés cúbicos por segundo. Multiplique o GPM por 0,227 para obter metros cúbicos por hora.

De quantos GPM uma casa típica precisa?

Some os pontos de uso que provavelmente funcionarão ao mesmo tempo, e não todos os pontos da casa. Para casas com poço particular, a extensão de Nebraska indica um mínimo de 10 GPM para uma casa com 2 quartos e 2 banheiros e de 12 GPM para 3 quartos e 2 banheiros. Acrescenta cerca de 2 GPM para cada quarto ou banheiro adicional.

Por que o material do tubo afeta a vazão?

Superfícies internas ásperas criam atrito que reduz a velocidade da água. Tubos novos de PVC e de cobre têm interior liso e pouco atrito. O tubo de aço galvanizado fica mais áspero com o tempo, à medida que depósitos minerais se acumulam por dentro. Os depósitos também estreitam a abertura, o que reduz a vazão mesmo que o diâmetro externo continue o mesmo.

O que acontece se um tubo for pequeno demais para a vazão necessária?

A água precisa se mover mais rápido para entregar o mesmo volume por um tubo mais estreito. Uma velocidade maior aumenta as perdas por atrito. Também eleva o risco de golpe de aríete quando as válvulas se fecham de repente e pode causar ruído e cavitação na bomba.

Esta fórmula funciona para líquidos diferentes da água?

Sim, no caso da vazão volumétrica. A fórmula apenas multiplica a área do tubo pela velocidade, e a constante 2,448 é só conversão de unidades. A densidade não aparece nela, de modo que o óleo, com o mesmo diâmetro e a mesma velocidade, tem o mesmo GPM que a água. A densidade só importa na conversão para vazão mássica, como libras por minuto.

Referências

1. Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST). NIST Guide to the SI, Appendix B.9: Factors for units listed by kind of quantity. NIST SP 811, Apêndice B.9 — galão = 3,785412 L; pé cúbico = 0,02831685 m³ (7,48 galões).
2. Código de Regulamentos Federais dos EUA. 10 CFR 430.32: Energy and water conservation standards. 10 CFR 430,32 (Cornell LII) — vazão máxima de torneiras de 2,2 GPM a 60 PSI; vazão máxima de duchas de 2,5 GPM a 80 PSI.
3. Extensão da Universidade de Nebraska–Lincoln. Private Drinking Water Wells: Planning for Water Use (G2149). Extensão da UNL G2149 — vazões típicas dos aparelhos; vazões mínimas de pico de demanda para residências.