Kalkulačka prietoku GPM - Nástroj na výpočet galónov za minútu

Čo je GPM (galónov za minútu)?

GPM je skratka pre galóny za minútu. Udáva, koľko vody (alebo inej kvapaliny) pretečie potrubím, ventilom alebo inštalačným zariadením za jednu minútu. GPM je štandardná jednotka prietoku v inštalatérskych, zavlažovacích a protipožiarnych systémoch v Spojených štátoch.

GPM sa líši od tlaku. Tlak, meraný v PSI (librách na štvorcový palec), je sila, ktorá tlačí vodu potrubím. GPM je skutočne dodávaný objem. Potrubie môže mať vysoký tlak, ale nízky prietok, ak je úzke, alebo vysoký prietok pri miernom tlaku, ak je široké.

Vzorec na výpočet prietoku GPM

Vzorec na výpočet prietoku v GPM prevádza vnútorný priemer potrubia a rýchlosť vody na prietok:

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

• GPM – prietok v galónoch za minútu
• D – vnútorný priemer potrubia v palcoch
• V – rýchlosť vody v stopách za sekundu
• 2,448 – konverzný faktor jednotiek zaokrúhlený na štyri číslice

Odkiaľ pochádza konštanta

Prietok sa vždy rovná ploche prierezu vynásobenej rýchlosťou: Q = A × V. Pri kruhovom potrubí je plocha A = π × (D/2)², teda (π/4) × D² štvorcových palcov. Po vynásobení rýchlosťou v palcoch za sekundu (12 × V) a 60 sekundami za minútu dostaneme kubické palce za minútu. Jeden americký kvapalinový galón má presne 231 kubických palcov, takže po vydelení číslom 231 získame galóny za minútu. Všetky kroky prevodu jednotiek sa zredukujú na jediný faktor:

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

Príručky tento faktor zaokrúhľujú na 2,448. Táto kalkulačka používa nezaokrúhlenú hodnotu, takže výsledok sa môže v poslednej zobrazenej číslici líšiť od ručného výpočtu. Potrubie s priemerom 10 palcov pri rýchlosti 10 stôp (3 m) za sekundu dáva v tomto výpočte 2 447,99 GPM, zatiaľ čo pri zaokrúhlenej konštante je výsledok 2 448,00.

Ako vypočítať GPM

Potrebné sú dve merania.

Vnútorný priemer. Zmerajte vnútorný, nie vonkajší priemer potrubia. Menovitá veľkosť potrubia nie je vždy totožná s jeho skutočným vnútorným priemerom — oceľové potrubie s menovitou veľkosťou 1 palec a označením Schedule 40 má vnútorný priemer približne 1,05 palca a pri rôznych materiáloch a hrúbkach steny sa tieto hodnoty ešte viac líšia. Presný údaj si overte v technickom liste výrobcu.

Rýchlosť. Ide o rýchlosť vody v stopách za sekundu. Prietokomer ju meria priamo. Bez neho možno prietok zmerať iným spôsobom, pomocou metódy s vedrom opísanej nižšie.

Zadajte obe hodnoty do kalkulačky a získate prietok v GPM.

Vzorový príklad

Potrubím s priemerom 2 palce tečie voda rýchlosťou 5 stôp za sekundu.

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

Prietok je približne 49 galónov (185 L) za minútu.

Druhý príklad

Potrubie s chladenou vodou s priemerom 3 palce má rýchlosť prúdenia 10 stôp za sekundu, čo je typická rýchlosť pre potrubia komerčných systémov HVAC.

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

To je približne 220 GPM. Komerčné chladiace systémy sa často dimenzujú podľa orientačného pravidla približne 2,4 galóna (9,08 L) za minútu na každú tonu chladiaceho výkonu. Pri tomto prietoku podporuje 220 GPM približne 90 ton (82 t) chladenia.

Meranie prietoku bez prietokomeru

Metóda s vedrom meria prietok priamo, bez potreby samostatne zisťovať priemer a rýchlosť.

1. Umiestnite pod prúd nádobu so známym objemom, napríklad vedro s objemom 5 galónov.
2. Zmerajte čas potrebný na jeho naplnenie v minútach.
3. Vydeľte objem časom: GPM = objem ÷ čas.

Ak sa vedro naplní za 45 sekúnd (0,75 minúty), prietok je 5 ÷ 0,75 = 6,67 GPM. Táto metóda je pri dôkladnom meraní objemu a času presná s odchýlkou niekoľkých percent, funguje však iba tam, kde možno zachytiť celý prietok, napríklad na otvorenom konci potrubia alebo hadice. Úpravou hlavného vzorca možno túto hodnotu spätne prepočítať na rýchlosť: V = GPM ÷ (2,448 × D²).

Kedy vzorec neplatí

Vzorec predpokladá, že voda prúdi plným kruhovým potrubím za ustálených podmienok.

• Čiastočne naplnené potrubia. Potrubie musí byť plné. Do polovice naplnené odtokové potrubie má oveľa menší prietok, než predpovedá vzorec, pretože kvapalina zaberá iba časť prierezu.
• Nekruhové potrubia. Oválne, obdĺžnikové alebo nepravidelné potrubia vyžadujú iný vzorec na výpočet plochy.
• Neustálené prúdenie. Vzorec predpokladá konštantnú rýchlosť. Náhle zatvorenie ventilu (vodný ráz) alebo cyklicky pracujúce čerpadlo si vyžadujú inú analýzu.
• V blízkosti tvaroviek. Rýchlosť bezprostredne za kolenom, T-kusom alebo ventilom nie je rovnomerná. Najpresnejšie merania sa získajú vo vzdialenosti najmenej 10 priemerov potrubia za každou tvarovkou.

Typické prietoky podľa použitia

Odporúčané rýchlosti prúdenia v potrubí sa tiež líšia podľa použitia: rozvody vody v obytných budovách sa zvyčajne navrhujú na 4–7 stôp za sekundu a sacie potrubia čerpadiel na 2–5 stôp za sekundu. Rýchlosť výrazne vyššia než 8 stôp (2,4 m) za sekundu zvyšuje riziko vodného rázu, hluku a erózie potrubia.

Často kladené otázky

Aký je rozdiel medzi GPM a tlakom vody?

GPM meria objem vody dodaný za minútu. Tlak (PSI) meria silu, ktorá tlačí vodu potrubím. Potrubie môže mať vysoký tlak a nízky prietok v GPM, ak je úzke, alebo vysoký prietok v GPM a mierny tlak, ak je široké.

Ako previesť GPM na iné jednotky prietoku?

GPM vynásobte číslom 3,785 pre litre za minútu. GPM vydeľte číslom 448,8 pre kubické stopy za sekundu. GPM vynásobte číslom 0,227 pre kubické metre za hodinu.

Koľko GPM potrebuje typický dom?

Spočítajte armatúry, ktoré pravdepodobne budú používané súčasne, nie všetky armatúry v dome. Domácnosť s jedným alebo dvoma sprchujúcimi sa ľuďmi, otvoreným drezom a umývačkou riadu môže potrebovať 8–10 GPM. Väčšina domov s dvoma alebo troma kúpeľňami je zásobovaná prípojkou dimenzovanou na 8–12 GPM.

Prečo materiál potrubia ovplyvňuje prietok?

Drsné vnútorné povrchy vytvárajú trenie, ktoré spomaľuje vodu. Nové potrubia z PVC a medi majú hladký vnútorný povrch a malé trenie. Pozinkované oceľové potrubie sa vekom stáva drsnejším, pretože sa v jeho vnútri hromadia minerálne usadeniny, čo môže po niekoľkých desaťročiach znížiť prietok o 30–50%, hoci vonkajší priemer zostáva nezmenený.

Čo sa stane, ak je potrubie príliš malé pre požadovaný prietok?

V užšom potrubí sa voda musí pohybovať rýchlejšie, aby sa dopravil rovnaký objem. Vyššia rýchlosť zvyšuje straty trením, riziko vodného rázu pri náhlom zatvorení ventilov a môže spôsobiť hluk a kavitáciu čerpadla. Udržiavanie rýchlosti v rozvodoch pod približne 8 stôp (2,4 m) za sekundu predchádza väčšine týchto problémov.

Platí tento vzorec aj pre iné kvapaliny než vodu?

Áno, pri objemovom prietoku. Faktor je iba prevodom medzi palcami, stopami, sekundami, minútami a galónmi, takže platí pre každú kvapalinu, ktorá vypĺňa kruhové potrubie. Hustota nemení objem, ktorý pretečie daným miestom. Hustota však mení hmotnostný prietok, tlak potrebný na pretlačenie kvapaliny a výkon čerpadla, takže oleje a suspenzie si stále vyžadujú vlastné výpočty tlakových strát.

Zdroje

1. American Water Works Association. Vodomery — výber, inštalácia, skúšanie a údržba (príručka AWWA M6).
2. Cengel, Y. A. a Cimbala, J. M. (2017). Mechanika tekutín: základy a aplikácie. McGraw-Hill Education.
3. International Association of Plumbing and Mechanical Officials. Jednotný inštalatérsky predpis.
4. Agentúra na ochranu životného prostredia USA. Program WaterSense.