개념 한 쪽
소방설비산업기사(기계) 펌프 동력 계산 — 축동력과 효율
펌프의 축동력은 유체에 실제로 준 수동력을 효율로 나눈 값이다. 수동력은 비중량과 유량, 전양정의 곱이므로 단위를 m³/s와 m로 맞추는 것이 먼저다. 반대로 축동력과 송출 조건을 알면 효율을 역산하고, 실양정에 마찰손실수두를 더해 총양정을 만드는 문제도 함께 나온다.
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뜻
축동력은 수동력을 효율로 나눈다. 유량 1m³/min, 전양정 20m, 효율 80%인 펌프는 유량을 1/60m³/s로 바꾸고 9.8kN/m³을 곱해 수동력이 약 3.27kW가 되며, 이를 0.8로 나누면 축동력이 약 4.1kW다.
유량이 커지면 같은 양정에서도 동력이 커진다. 양정 20m, 유량 0.1m³/s, 효율 75%인 원심펌프는 비중량과 유량, 양정의 곱인 수동력 20kW를 0.75로 나누어 축동력이 약 26.67kW가 된다. 효율을 빼고 수동력만 답으로 고르는 것이 대표적인 함정이다.
효율은 수동력을 축동력으로 나누어 구한다. 전양정 20m로 질량유량 150kg/s를 송출할 때 축동력이 42kW이면, 수동력은 150×9.8×20으로 29.4kW이고 효율은 29.4/42=0.7, 즉 70%다. 질량유량이 주어지면 중력가속도를 곱해 동력 단위로 바꾼다.
효율이 낮을수록 필요한 축동력은 커진다. 양정 30m, 유량 0.2m³/s, 효율 55%인 펌프는 1000×9.8×0.2×30을 0.55로 나누어 약 107kW가 필요하다.
송출 조건에서 효율을 역산할 수도 있다. 전양정 50m, 유량 1.5m³/min, 공급동력 15kW이면 수동력은 약 12.25kW이므로 효율은 약 81.7%가 된다. 유량을 m³/min에서 m³/s로 바꾸는 단위 환산을 빠뜨리면 효율이 60배 어긋난다.
실제 배관에서는 실양정만으로 부족하다. 안지름 30cm, 길이 800m 관로로 0.3m³/s를 50m 높이까지 올리는 경우, 유속을 구해 마찰손실수두를 계산하고 이를 실양정에 더한 총양정으로 수동력을 구한 뒤 효율 85%로 나눈다. 총양정은 실양정과 마찰손실수두의 합이다.
예제
선지 판단은 축동력을 수동력 나누기 효율로 세우는지, 유량을 m³/s로 환산한 뒤 비중량을 곱하는지, 효율을 빼먹은 수동력을 답으로 고르지 않는지, 질량유량에 중력가속도를 곱해 수동력을 만드는지, 효율을 수동력 나누기 축동력으로 역산하는지, 총양정에 마찰손실수두를 더하는지에서 갈린다.
자주 묻는 물음
- 축동력과 수동력의 차이는 무엇인가요?
- 수동력은 유체에 실제로 전달된 동력이고, 축동력은 효율 손실까지 포함해 축에 공급해야 하는 동력입니다. 축동력=수동력÷효율입니다.
- 유량 단위는 어떻게 맞추나요?
- m³/min으로 주어지면 60으로 나누어 m³/s로 바꿉니다. 그다음 비중량 9.8kN/m³과 양정을 곱합니다.
- 총양정은 어떻게 구하나요?
- 실양정에 마찰손실수두를 더합니다. 배관이 길면 마찰손실이 총양정에서 큰 몫을 차지합니다.
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