Kalkulator pretoka GPM - Orodje za galoni na minuto

Kaj je GPM (galonov na minuto)?

GPM pomeni galone na minuto. Meri, koliko vode (ali druge tekočine) v eni minuti steče skozi cev, ventil ali priključek. GPM je standardna enota pretoka v vodovodnih, namakalnih in protipožarnih sistemih v Združenih državah Amerike.

GPM se razlikuje od tlaka. Tlak, merjen v PSI (funtih na kvadratni palec), je sila, ki potiska vodo skozi cev. GPM je dejanska dobavljena prostornina. V cevi je lahko tlak visok, pretok pa majhen, če je cev ozka, ali pa je pretok velik pri zmernem tlaku, če je cev široka.

Formula za pretok GPM

Formula za pretok GPM pretvori notranji premer cevi in hitrost vode v pretok:

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

• GPM – pretok v galonih na minuto
• D – notranji premer cevi v palcih
• V – hitrost vode v čevljih na sekundo
• 2,448 – pretvorbeni faktor enot, zaokrožen na štiri decimalna mesta

Od kod izvira konstanta

Pretok je vedno enak ploščini prečnega prereza, pomnoženi s hitrostjo: Q = A × V. Pri okrogli cevi je ploščina A = π × (D/2)², kar je (π/4) × D² kvadratnih palcev. Če to pomnožimo s hitrostjo v palcih na sekundo (12 × V) in s 60 sekundami na minuto, dobimo kubične palce na minuto. En ameriški tekočinski galon je natanko 231 kubičnih palcev (3790 cm³), zato z deljenjem z 231 dobimo galone na minuto. Vsi koraki pretvorbe enot se združijo v en faktor:

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

Priročniki ta faktor zaokrožijo na 2,448. Ta kalkulator uporablja nezaokroženo vrednost, zato se lahko rezultat v zadnji prikazani števki razlikuje od ročnega izračuna. Po cevi premera 10 palcev pri hitrosti 10 čevljev (3 m) na sekundo tukaj teče 2.447,99 GPM, pri zaokroženi konstanti pa 2.448,00 GPM.

Kako izračunati GPM

Potrebni sta dve meritvi.

Notranji premer. Izmerite notranji, ne zunanjega premera cevi. Nazivna velikost cevi ni vedno enaka njenemu dejanskemu notranjemu premeru — jeklena cev nazivne velikosti 1 palec Schedule 40 ima notranji premer približno 1,05 palca (2,67 cm), pri različnih materialih in tlačnih razredih pa se vrednosti še bolj razlikujejo. Natančen podatek preverite v specifikacijah proizvajalca.

Hitrost. To je hitrost vode v čevljih na sekundo. Merilnik pretoka jo izmeri neposredno. Če ga nimate, lahko pretok izmerite na drug način, z metodo z vedrom, opisano spodaj.

Obe vrednosti vnesite v kalkulator in dobili boste pretok v GPM.

Rešen primer

Po cevi premera 2 palca teče voda s hitrostjo 5 čevljev (1,5 m) na sekundo.

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

Pretok je približno 49 galonov (185 L) na minuto.

Drugi primer

Po cevi za ohlajeno vodo premera 3 palci voda teče s hitrostjo 10 čevljev (3 m) na sekundo, kar je običajna hitrost v komercialnih sistemih HVAC.

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

To je približno 220 GPM. Komercialni hladilni sistemi se pogosto dimenzionirajo po pravilu približno 2,4 galona (9,08 L) na minuto za vsako tono hladilne zmogljivosti. Pri tem pretoku 220 GPM zagotavlja približno 90 ton (82 t) hlajenja.

Merjenje pretoka brez merilnika pretoka

Metoda z vedrom neposredno izmeri pretok, brez ločenega merjenja premera in hitrosti.

1. Pod mesto iztoka postavite posodo z znano prostornino, na primer vedro prostornine 5 galon.
2. Izmerite čas polnjenja v minutah.
3. Prostornino delite s časom: GPM = prostornina ÷ čas.

Če se vedro napolni v 45 sekundah (0,75 minute), je pretok 5 ÷ 0,75 = 6,67 GPM. Metoda je ob skrbnem merjenju prostornine in časa natančna na nekaj odstotkov, vendar deluje le tam, kjer je mogoče zajeti celoten pretok, na primer na odprtem koncu cevi ali gibke cevi. Z vnovičnim preurejanjem glavne formule lahko izmerjeni pretok pretvorimo nazaj v hitrost: V = GPM ÷ (2,448 × D²).

Kdaj formula ne velja

Formula predpostavlja, da voda pri ustaljenih pogojih teče skozi polno okroglo cev.

• Delno polne cevi. Cev mora biti polna. Napol prazna odtočna cev prenaša precej manj, kot napoveduje formula, saj tekočina zapolnjuje le del prereza.
• Neokrogle cevi. Ovalni, pravokotni ali nepravilni kanali zahtevajo drugo formulo za izračun ploščine.
• Nestalen pretok. Formula predpostavlja stalno hitrost. Nenadno zapiranje ventilov (vodni udar) ali ciklično delujoča črpalka zahtevata drugačno analizo.
• V bližini fitingov. Hitrost takoj za kolenom, T-kosom ali ventilom ni enakomerna. Meritve so najnatančnejše vsaj 10 premerov cevi za fitingom.

Običajni pretoki glede na uporabo

Priporočene hitrosti vode v ceveh se prav tako razlikujejo glede na uporabo: dovodne cevi v stanovanjskih objektih so običajno načrtovane za 4–7 čevljev na sekundo, sesalne cevi črpalk pa za 2–5 čevljev na sekundo. Hitrost precej nad 8 čevljev (2,4 m) na sekundo poveča nevarnost vodnega udara, hrupa in erozije cevi.

Pogosta vprašanja

Kakšna je razlika med GPM in vodnim tlakom?

GPM meri prostornino dobavljene vode na minuto. Tlak (PSI) meri silo, ki potiska vodo skozi cev. V cevi sta lahko tlak visok in GPM majhen, če je cev ozka, ali pa je GPM velik in tlak zmeren, če je cev široka.

Kako pretvorim GPM v druge enote pretoka?

GPM pomnožite z 3,785 za litre na minuto. GPM delite z 448,8 za kubične čevlje na sekundo. GPM pomnožite z 0,227 za kubične metre na uro.

Koliko GPM potrebuje običajna hiša?

Seštejte naprave, ki bodo verjetno uporabljene hkrati, ne vseh naprav v hiši. Dom z eno ali dvema osebama pod prho, delujočim umivalnikom in pomivalnim strojem morda potrebuje 8–10 GPM. Večino hiš z dvema ali tremi kopalnicami oskrbuje dovodna cev z zmogljivostjo 8–12 GPM.

Zakaj material cevi vpliva na pretok?

Hrapave notranje površine povzročajo trenje, ki upočasnjuje vodo. Nove cevi iz PVC in bakra imajo gladko notranjost in majhno trenje. Pocinkane jeklene cevi s staranjem postajajo hrapavejše, saj se v njih nabirajo mineralne obloge; po več desetletjih lahko to zmanjša pretok za 30–50%, čeprav zunanji premer ostane nespremenjen.

Kaj se zgodi, če je cev premajhna za zahtevani pretok?

Voda se mora skozi ožjo cev premikati hitreje, da se zagotovi enaka prostornina. Večja hitrost poveča izgube zaradi trenja, nevarnost vodnega udara ob nenadnem zaprtju ventilov ter lahko povzroči hrup in kavitacijo črpalke. Če je hitrost v dovodnih ceveh manjša od približno 8 čevljev (2,4 m) na sekundo, se večini teh težav izognemo.

Ali ta formula deluje tudi za druge tekočine?

Da, za prostorninski pretok. Faktor je le pretvorba med palci, čevlji, sekundami, minutami in galonami, zato velja za vsako tekočino, ki zapolnjuje okroglo cev. Gostota ne spreminja prostorninskega pretoka skozi določeno točko. Vpliva pa na masni pretok, tlak, potreben za potiskanje tekočine, in moč črpalke, zato olja in suspenzije še vedno zahtevajo lastne izračune tlačnih izgub.

Viri

1. Ameriško združenje za vodovodne sisteme. Merilniki vode – izbira, namestitev, preskušanje in vzdrževanje (priročnik AWWA M6).
2. Cengel, Y. A., in Cimbala, J. M. (2017). Mehanika tekočin: osnove in uporaba. McGraw-Hill Education.
3. Mednarodno združenje vodovodnih in strojnih uradnikov. Enotni vodovodni predpis.
4. Agencija ZDA za varstvo okolja. Program WaterSense.