Калкулатор протока у GPM - Алат за галоне по минути

Шта је GPM (галона у минути)?

GPM означава галоне у минути. Овом јединицом се мери количина воде (или друге течности) која за један минут прође кроз цев, вентил или арматуру. GPM је стандардна јединица протока у Сједињеним Државама, у водоводним системима, системима за наводњавање и противпожарним системима.

GPM се разликује од притиска. Притисак, који се мери у PSI (фунтама по квадратном инчу), представља силу која потискује воду кроз цев. GPM представља стварну испоручену запремину. Цев може имати висок притисак, али мали проток ако је уска, или велики проток при умереном притиску ако је широка.

Формула за проток у GPM

Формула за проток у GPM претвара унутрашњи пречник цеви и брзину воде у проток:

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

• GPM – проток у галонима у минути
• D – унутрашњи пречник цеви, у инчима
• V – брзина воде, у стопама у секунди
• 2,448 – фактор за претварање јединица, заокружен на четири цифре

Одакле потиче константа

Проток је увек једнак површини попречног пресека помноженој брзином: Q = A × V. За округлу цев, површина је A = π × (D/2)², односно (π/4) × D² квадратних инча. Када се то помножи брзином у инчима у секунди (12 × V) и са 60 секунди у минуту, добија се број кубних инча у минути. Један амерички течни галон има тачно 231 кубни инч (3.790 cm³), па дељење са 231 даје галоне у минути. Сви кораци претварања јединица своде се на један фактор:

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

Приручници тај фактор заокружују на 2,448. Овај калкулатор користи незазаокружену вредност, па се резултат може разликовати од ручног прорачуна у последњој приказаној цифри. Цев пречника 10 инча при брзини од 10 стопа (3 m) у секунди овде даје 2.447,99 GPM, док са заокруженом константом даје 2.448,00.

Како се израчунава GPM

Потребна су два мерења.

Унутрашњи пречник. Измерите унутрашњи, а не спољашњи пречник цеви. Називна величина цеви није увек једнака њеном стварном унутрашњем пречнику — челична цев називне величине 1 инч Schedule 40 има унутрашњи пречник од приближно 1,05 инча (2,67 cm), а код различитих материјала и класа цеви постоје и додатне разлике. Тачну вредност потражите у техничком листу произвођача.

Брзина. То је брзина воде у стопама у секунди. Мерач протока то мери директно. Ако га нема, проток се може измерити на други начин, методом са посудом описаном у наставку.

Унесите оба броја у калкулатор да бисте добили проток у GPM.

Решени пример

Кроз цев од 2 инча вода протиче брзином од 5 стопа (1,5 m) у секунди.

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

Проток износи приближно 49 галона (185 L) у минути.

Други пример

Вода за хлађење протиче кроз цев пречника 3 инча брзином од 10 стопа (3 m) у секунди, што је уобичајена брзина за цевоводе комерцијалних HVAC система.

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

То је приближно 220 GPM. Комерцијални системи за хлађење често се димензионишу према правилу оријентационе вредности од око 2,4 галона (9,08 L) у минути за сваку тону расхладног капацитета. При том протоку, 220 GPM обезбеђује око 90 тона (82 t) хлађења.

Мерење протока без мерача протока

Метода са посудом директно мери проток, без потребе да се пречник и брзина мере одвојено.

1. Поставите посуду познате запремине, на пример канту од 5 галона, испод места истицања.
2. Измерите време потребно да се напуни, у минутима.
3. Поделите запремину временом: GPM = запремина ÷ време.

Ако се канта напуни за 45 секунди (0,75 минута), проток износи 5 ÷ 0,75 = 6,67 GPM. Ова метода је тачна унутар неколико процената ако се запремина и време пажљиво измере, али функционише само тамо где се цео проток може захватити, на пример на отвореном крају цеви или на цреву. Преуређивањем главне формуле та вредност се може претворити назад у брзину: V = GPM ÷ (2,448 × D²).

Када се формула не може применити

Формула претпоставља да вода протиче кроз пуну округлу цев у стационарним условима.

• Делимично пуне цеви. Цев мора бити пуна. Одводна цев испуњена до половине преноси знатно мањи проток него што формула предвиђа, јер течност испуњава само део попречног пресека.
• Цеви које нису округле. Овални, правоугаони или неправилни канали захтевају другу формулу за израчунавање површине попречног пресека.
• Нестационаран проток. Формула претпоставља сталну брзину. Изненадно затварање вентила (водени удар) или пумпа која ради у циклусима захтевају другу анализу.
• У близини спојних елемената. Брзина непосредно после колена, Т-комада или вентила није равномерна. Мерења су најтачнија на удаљености од најмање 10 пречника цеви низводно од било ког спојног елемента.

Уобичајени проток по намени

Препоручене брзине у цевима такође зависе од намене: доводни водови у стамбеним објектима обично се пројектују за 4–7 стопа у секунди, а усисни водови пумпи за 2–5 стопа у секунди. Брзина знатно већа од 8 стопа (2,4 m) у секунди повећава ризик од воденог удара, буке и ерозије цеви.

Најчешће постављана питања

Која је разлика између GPM-а и притиска воде?

GPM мери запремину испоручене воде у минути. Притисак (PSI) мери силу која потискује ту воду кроз цев. Цев може имати висок притисак и мали GPM ако је уска, или велики GPM и умерен притисак ако је широка.

Како се GPM претвара у друге јединице протока?

Помножите GPM са 3,785 да бисте добили литре у минути. Поделите GPM са 448,8 да бисте добили кубне стопе у секунди. Помножите GPM са 0,227 да бисте добили кубне метре на сат.

Колики је GPM потребан типичној кући?

Саберите арматуре за које је вероватно да ће радити истовремено, а не све арматуре у кући. Кући у којој се једна или две особе туширају, ради славина и машина за прање судова може бити потребно 8–10 GPM. Већина кућа са два или три купатила снабдева се доводним водом предвиђеним за 8–12 GPM.

Зашто материјал цеви утиче на проток?

Храпаве унутрашње површине стварају трење које успорава воду. Нове PVC и бакарне цеви имају глатку унутрашњост и мало трење. Поцинковане челичне цеви с годинама постају храпавије јер се у њима таложе минералне наслаге, што после неколико деценија може смањити проток за 30–50%, иако спољашњи пречник остаје непромењен.

Шта се дешава ако је цев премала за потребан проток?

Вода мора да се креће брже да би се иста запремина испоручила кроз ужу цев. Већа брзина повећава губитке услед трења, ризик од воденог удара при наглом затварању вентила, као и могућност појаве буке и кавитације пумпе. Одржавање брзине испод приближно 8 стопа (2,4 m) у секунди у доводним водовима спречава већину ових проблема.

Да ли ова формула важи за течности које нису вода?

Да, када је реч о запреминском протоку. Фактор је само претварање између инча, стопа, секунди, минута и галона, па важи за сваку течност која испуњава округлу цев. Густина не мења количину запремине која прође кроз одређену тачку. Густина мења масу течности у протоку, потребан притисак за њено потискивање и снагу пумпе, па су за уља и суспензије и даље потребни засебни прорачуни губитака притиска.

Литература

1. Америчко удружење за водоводне радове. Водомери — избор, уградња, испитивање и одржавање (AWWA приручник M6).
2. Cengel, Y. A., и Cimbala, J. M. (2017). Механика флуида: основе и примене. McGraw-Hill Education.
3. Међународно удружење званичника за водоводне и механичке инсталације. Јединствени водоводни кодекс.
4. Агенција за заштиту животне средине САД. Програм WaterSense.