에너지관리기능사 압력 — 게이지압·절대압과 압력 단위

압력의 정의는 힘을 면적으로 나눈 값이다. 같은 힘이라도 좁은 면적에 작용하면 압력이 커지고 넓은 면적에 퍼지면 작아진다. 그래서 어떤 면에 작용하는 전체 힘은 압력×면적으로 되돌려 구할 수 있다. 압력 8 kgf/cm²가 단면적 20 cm²에 작용하면 힘은 8×20=160 kgf이다. 단위가 약분되어 kgf만 남는 것을 확인하면 계산이 맞았는지 알 수 있다.

파스칼은 힘의 단위인 뉴턴을 면적 단위인 제곱미터로 나눈 값이다. 1m²에 1N의 힘이 수직으로 작용할 때의 압력이 1Pa이므로 1Pa=1N/m²이 성립한다. kg/cm²이나 bar는 이보다 훨씬 큰 단위라 1Pa과 같은 값이 될 수 없다.

압력계가 가리키는 값은 게이지압이다. 게이지압은 대기압을 0으로 두고 잰 상대적인 압력이고, 절대압은 완전한 진공을 0으로 두고 잰 실제 압력이다. 두 값의 관계는 절대압력=게이지압력+대기압 하나로 정리된다. 압력계가 13기압을 가리키고 대기압이 1기압이면 절대압력은 13+1=14기압이다. 이 관계에서 절대압력과 게이지압력의 차이는 곧 대기압이 된다. 게이지압에서 대기압을 뺀 값을 절대압력이라고 설명하면 관계식이 뒤집힌 것이다.

대기압을 다른 단위로 바꿔 넣는 계산도 나온다. 760mmHg가 약 1.033 kg/cm²이므로 750mmHg는 750÷760×1.033으로 약 1.02 kg/cm²가 된다. 게이지압력 3.3 kg/cm²에 이 대기압을 더하면 절대압력은 약 4.3 kg/cm²이다. 1.02만 골라 답하면 대기압 환산값만 보고 멈춘 함정이다.

공학기압은 1kgf의 힘이 1cm²에 작용할 때의 압력으로 정의된다. 따라서 1at=1kgf/cm²이고, 이는 735mmHg 또는 10mH2O로도 적는다. 표준기압이 760mmHg인 것과 구분해야 한다. 압력 단위를 묶어 외울 때는 1at=1kgf/cm²=735mmHg=10mH2O로 세워 두면 편하다.

메가파스칼 단위에서도 관계는 같다. 게이지압력 1.57MPa에 대기압 0.103MPa을 더하면 절대압력은 1.673MPa이다. 1.57에서 0.103을 빼면 1.467MPa가 나오는데, 이는 더하기와 빼기를 바꾼 함정값이다. 압력이 대기압보다 높은 보통의 보일러에서는 절대압이 게이지압보다 항상 대기압만큼 크다고 기억하면 방향을 잃지 않는다.

작은 압력 단위도 함께 본다. 1kg/m²는 수두로 약 1mmAq에 해당하고, 표준대기압은 수은주 760mm로 정의된다. 이 값들은 압력의 정의와 단위 환산을 확인하는 선지로 자주 등장한다.