개념 한 쪽
통풍장치는 후드·덕트·송풍기 등으로 이루어지며, 각 구성요소의 압력손실과 유속 계산을 통해 설계 성능을 확보한다. 유입계수에 따른 후드 압력손실 공식, 곡관의 국부손실 공식, 레이놀즈수에 의한 유속 산출, 송풍기 상사 법칙과 소요동력 계산 등 기본 공식과 단위 변환이 핵심이다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기 회원용
가입 없이 오늘의 10문제 바로 풀기 →
출제기준 단원 「통풍장치」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 후드 압력손실 계산 | 1 | 유입계수와 속도압으로 후드 압력손실을 계산하기 |
| 유속과 레이놀즈수 활용 | 1 | 레이놀즈수·동점성계수·관경으로 관내 풍속을 구하기 |
| 송풍기 상사법칙 적용 | 1 | 송풍기 회전속도에 따른 풍압 비례 관계를 판별하기 |
후드의 압력손실은 유입계수(Ce)와 속도압(Pv)을 이용해 계산한다. 기본식은 '압력손실 = 속도압 × (1/Ce² - 1)'이며, 유입계수가 1에 가까울수록 손실이 작아진다. 유입계수 제곱의 역수에서 1을 빼고 속도압을 곱하는 구조를 숙지해야 한다.
관이나 곡관에서의 국부 손실은 '압력손실 = 손실계수 × 속도압' 공식으로 계산한다. 손실계수는 곡률·각도 등 형상에 따라 정해진 값을 사용하며, 속도압과 곱하여 직접적인 압력손실을 얻는다. 단위는 속도압과 일치시키면 된다.
송풍기 성능은 상사 법칙으로 간단히 예측한다. 동일 치수·유체 밀도 조건에서 풍량은 회전수의 1승에 비례하고, 풍압은 회전수의 2승에 비례하며, 동력은 회전수의 3승에 비례한다. 이 관계를 이용하면 회전속도 변화에 따른 성능 변화를 빠르게 판단할 수 있다.
유체 흐름의 특성 판단과 유속 산출에는 레이놀즈수(Re) 공식을 활용한다. Re = V D / ν에서 풍속 V는 V = Re × ν / D로 구할 수 있다. 유량과 관단면적으로부터 유속을 구한 뒤 속도압 Pv = 0.5 ρ v²를 적용하여 속도압을 산출할 수 있다. 동력 산정은 정압·유량·총효율을 고려해 P = (H × Q) / (102 × η) 형태를 사용하며, 송풍기 효율과 전동기 효율을 곱한 값을 총효율로 적용한다.
1) 후드 유입계수 예시 계산: 유입계수 Ce=0.79, 속도압 Pv=20mmH2O일 때 압력손실은 20×(1/0.79²-1)이다. 0.79²≈0.6241, 1/0.6241≈1.6023, 여기서 1을 빼면 0.6023, 20을 곱하면 약 12.05mmH2O로 약 12mmH2O의 압력손실을 얻는다.
2) 레이놀즈수에서 풍속 산출 예시: Re=21,667, ν=1.5×10⁻⁵m²/s, 관경 D=0.05m이면 V=(Re×ν)/D=(21,667×0.000015)/0.05≈6.5m/s로 풍속을 계산한다.
3) 곡관 국부손실 예시: 손실계수 K=0.26, 속도압 Hv=50mmH2O이면 압력손실은 K×Hv=0.26×50=13mmH2O가 된다.
송풍기의 크기와 유체의 밀도가 일정(상사 제1법칙)할 때 풍압과 회전속도에 관한 설명으로 옳은 것은?
정답 ② · 송풍기의 상사 법칙(Fan Laws) 중 제1법칙에 따르면, 송풍기의 크기와 유체의 밀도가 일정할 때 풍량은 회전속도에 비례하고, 풍압(압력)은 회전속도의 제곱에 비례하며, 동력은 회전속도의 세제곱에 비례합니다. 따라서 회전속도가 2배가 되면 풍압은 4배가 되므로, 풍압은 송풍기 회전속도의 2승에 비례한다.
송풍기 상사 법칙 제1법칙에 따라 풍압은 회전속도의 제곱에 비례한다.
후드의 유입계수가 0.79, 속도압이 20mmH2O 일 때 후드의 압력손실(mmH2O)은?
정답 ② · 후드의 압력손실을 구하는 공식은 '압력손실 = 속도압 × (1/유입계수² - 1)' 입니다. 주어진 값을 대입하면 유입계수가 0.79, 속도압이 20mmH2O이므로, 계산식은 20 × (1/(0.79)^2 - 1)이 됩니다.
압력손실=속도압×(1/유입계수²-1) 공식을 적용하면 20×(1/0.79²-1)≈12mmH2O이므로 ②가 정답이다.
760mmHg, 20℃이고, 공기 동점성계수 1.5×10⁻⁵m²/sec 일 때 관지름을 50mm로 하면 그 관로의 풍속(m/sec)은? (단, 레이놀즈수는 21,667)
정답 ③ · 레이놀즈수(Re)를 구하는 공식은 Re = V × D / ν 입니다. 여기서 V는 풍속, D는 관지름(0.05m), ν는 동점성계수(1.5×10⁻⁵ m²/s)입니다.
레이놀즈수 공식 Re=VD/ν를 변형해 풍속 V=Reν/D로 계산하면 약 6.5m/sec이다.
대기환경산업기사 풀이 세트에서 이 개념의 문제 10개를 바로 풀어 보세요.