개념 한 쪽
덕트(닥트)는 국소배기 시스템에서 오염공기를 포집하여 이동시키는 관로 역할을 한다는 점을 이해해야 한다. 덕트 설계에서는 공기 흐름의 저항을 최소화하고 침적이나 막힘을 방지하도록 반송속도, 곡관 설계, 분기 접속, 수력직경 등을 고려해야 한다는 점을 숙지한다.
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출제기준 단원 「설치 및 관리」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 곡관 각도에 따른 손실 계산 | 1 | 곡관 각도 비례 관계로 압력손실을 계산하는 절차를 요구함 |
| 송풍관 설계 판단 | 1 | 분지 접속 형태나 설계 요소가 유동저항에 미치는 영향 판단 |
| 덕트 마찰손실 계산 | 1 | 직사각형 덕트의 수력직경·유속·마찰계수로 압력손실을 계산함 |
덕트 내 반송속도는 운반하려는 입자의 비중과 침강성에 따라 결정된다는 원리를 제시한다. 무겁고 침강성이 큰 주조 분진은 관내에서 쉽게 가라앉아 침적을 일으키므로 다른 분진보다 높은 반송속도를 요구한다는 점을 설명한다. 반송속도 판단 문제에서는 '가장 무거운 먼지'에 대해 '가장 빠른 속도'가 필요하다는 원리를 적용하면 된다는 실무적 요령을 제시한다.
국소배기장치의 계통도는 포집(후드) → 이동(덕트) → 정화(공기정화장치) → 송풍(송풍기) → 배출(배기구)의 일반적인 흐름을 따른다는 점을 기술한다. 송풍기와 정화장치의 상대적 배치에 따라 정화효율과 장치 보호 관점에서 유리한 구성이 달라질 수 있으므로, 출제문제에서는 제시된 흐름을 기준으로 판단해야 한다는 점을 명확히 한다.
덕트의 압력손실은 관 길이, 직경, 곡관 각도와 곡률반경, 형상 등의 유체역학적 요인에 따라 변한다는 점을 설명한다. 직경이 작아지거나 길이가 길어지면 마찰면적과 유속 영향으로 손실이 증가하고, 급격한 굴곡이나 직각 접속은 형상손실을 크게 하여 압력손실을 증가시킨다는 사실을 제시한다. 반대로 곡률반경을 크게 하면 굴곡이 완만해져 손실이 줄어든다는 점을 명확히 한다.
덕트 마찰손실 계산에는 수력직경, 유속, 마찰계수를 이용하는 달시-바이스바하식 개념이 적용된다는 점을 설명한다. 직사각형 덕트의 수력직경은 2×가로×세로/(가로+세로)로 구하고, 주어진 속도압에서 유속을 도출한 뒤 마찰계수와 관 길이를 대입하여 압력손실을 계산하는 단계적 절차를 제시한다.
설계 시 피해야 할 구성으로는 분지 접속을 90도 직각으로 하는 것과 급격한 굴곡을 사용하는 설계가 있다는 점을 지적한다. 이러한 구성이 유동 저항을 키워 송풍기 부하와 시스템 효율을 악화시키므로 설계에서 회피해야 한다는 원칙을 제시한다.
곡관각에 따른 압력손실 문제는 각도에 비례한다는 가정을 적용하여 해결한다는 예시를 제시한다. 문제에서 90°일 때 압력손실이 6mmH2O이면, 60°일 때는 (60/90)×6mmH2O로 계산하여 4mmH2O가 된다는 계산 절차를 보여준다.
직사각형 덕트의 마찰손실 계산 예시를 제시한다. 길이 20m, 가로 0.32m, 세로 0.21m, 속도압 10mmH2O, 마찰계수 0.005가 주어지면 먼저 수력직경 Dh = 2·a·b/(a+b) 공식을 적용하여 수력직경을 구한 뒤 속도압으로부터 유속을 도출하고 달시-바이스바하식에 마찰계수와 길이를 대입하여 압력손실을 계산하면 약 3.9mmH2O가 된다는 단계별 해설을 제시한다. 계산 과정에서 수력직경과 유속 도출 과정을 분리해 오류를 줄여야 한다는 팁을 덧붙인다.
송풍관의 곡관각이 60° 일때 압력손실 Δ P는? (단, θ가 90° 일때 Δ P는 6㎜H2O이다.)
정답 ① · 송풍관의 곡관각에 따른 압력손실은 대략적으로 각도에 비례하여 감소하는 경향을 보입니다. 90°일 때의 압력손실(ΔP90)이 6㎜H2O이라면, 곡관각이 60°일 때의 압력손실은 (60/90) × 6 = 4㎜H2O로 추정할 수 있습니다.
곡관각에 따른 압력손실은 각도에 비례하므로 90도 기준 손실의 60/90 비율로 계산한다.
송풍관 설계시 바람직하지 않는 것은?
정답 ② · 문항은 송풍관 설계 시 바람직하지 않은 방법을 묻고 있다. 설계 목적은 유동저항을 최소화하는 것이므로 분지관을 주관에 접속할 때 가능한 한 급격한 직각(90°) 접속은 유동 저항을 크게 하여 바람직하지 않다.
송풍관 분지 접속 시 90도 직각 접속은 저항을 크게 하므로 바람직하지 않다.
작업장내에 설치된 직사각형 닥트의 길이는 20m이고 가로는 0.32m이며, 세로는 0.21m이고, 속도압은 10mmH2O 이다. 이러한 닥트의 마찰계수가 0.005이라면 압력손실은?
정답 ④ · 닥트의 마찰에 의한 압력손실은 달시-바이스바하(Darcy-Weisbach) 공식을 적용하여 계산합니다. 먼저 유동수력직경을 구하고 속도를 구해야 합니다.
달시-바이스바하 공식을 사용해 마찰에 의한 압력손실을 계산하며, 유속과 수력직경, 마찰계수, 관 길이가 필요하다.
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