개념 한 쪽
송풍기의 소요 동력은 송풍량과 송풍기 전압(압력), 그리고 송풍기 효율의 결합으로 결정된다는 점을 기억한다. 회전수 변화에 따른 풍량·풍압·동력의 비례관계(상사법칙)도 동력 산정과 운전 조건 판단에 핵심이 된다. 계산 문제는 단위변환과 안전계수 또는 여유율 적용 여부에서 실수가 자주 발생하므로 단계별로 확인한다.
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출제기준 단원 「송풍기의 동력」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 공식 구성 요소 판별 | 1 | 동력 공식에 들어가는 변수 식별하는 문제 |
| 전압력·여유율 적용 계산 | 1 | 전압력에 여유율 적용 후 단위변환하여 kW 계산하기 |
| 상사법칙에 따른 동력 변환 | 1 | 회전수 변화 시 동력의 비례관계 적용하여 계산하기 |
송풍기 소요 동력은 기본적으로 '동력 = (풍량 × 송풍기 압력) ÷ 효율' 형태로 표현한다. 문제풀이에서는 압력과 풍량의 단위를 맞추기 위한 상수나 변환계수를 함께 적용하여 kW 또는 HP 단위로 환산한다. 효율은 분모에 위치하므로 효율이 낮을수록 필요한 동력이 커진다.
설계 시에는 전압력 손실에 여유율을 곱하여 실제 필요한 압력을 산정하고, 계산으로 얻은 이론 동력에 안전계수나 여유율을 반영하여 설계 동력을 결정한다. 즉, 여유율은 압력에 곱하고 안전계수는 이론 동력에 곱하는 단계로 처리한다.
송풍기의 상사법칙에 따르면 풍량(Q)은 회전수(N)에 비례하고 풍압(P)은 회전수의 제곱에 비례하며 동력(W)은 회전수의 세제곱에 비례한다. 이 비례관계를 통해 회전수 변경 시 풍량과 동력 변화를 빠르게 추정할 수 있다.
송풍기 종류는 동력 계산식의 직접 변수는 아니나, 종류에 따라 효율이나 전력 특성이 달라 계산 결과에 영향을 줄 수 있다. 따라서 기본 공식에서는 종류 대신 풍량·압력·효율을 먼저 확인한다.
계산식에는 두 가지 상용 표현이 자주 사용된다. 하나는 (압력×풍량)/(102×효율) 계열의 표현이고, 다른 하나는 (유량×압력)/(6120×효율) 계열의 표현으로 문제에서 제시된 단위계와 상수를 확인하여 적용한다.
문제 예 1 — 전압력 손실 130mmAq, 풍량 52,000 m³/hr, 여유율 1.2, 효율 0.6인 경우: 1) 우선 전압력에 여유율을 곱하여 설계압력을 구한다: 130 × 1.2 = 156 mmAq이다. 2) kW로 환산할 때는 단위변환을 고려하여 (압력 × 풍량)/(102 × 효율 × 시간변환)를 적용한다. 제시된 방식에 따라 (130×1.2×52000)/(102×0.6×3600) 과정을 거치면 약 36.8 kW가 도출된다. 3) 계산 과정에서 여유율 적용과 효율 분모 위치, 시간 단위 변환 순서를 반드시 확인한다.
문제 예 2 — 유량 8000 m³/min, 전체 압력손실 50 mmH2O, 효율 0.6, 안전계수 1.5인 경우: 1) 이론 동력은 (유량 × 압력)/(6120 × 효율) 공식을 사용하여 구한다: (8000 × 50)/(6120 × 0.6) ≈ 108.9 kW이다. 2) 설계 동력은 이론 동력에 안전계수를 곱하여 결정한다: 108.9 × 1.5 = 163.35 kW. 3) 안전계수 적용 여부를 문제에서 확인한 뒤 이론 동력 계산과 순서를 지켜 처리한다.
회전수 변경 예 — 초기 동력 6 HP, 초기 rpm 500 → 변경 rpm 700인 경우: 1) 회전수비는 700/500 = 1.4이다. 2) 동력은 회전수비의 3승에 비례하므로 새로운 동력은 6 × 1.4³ ≈ 16.46 HP가 된다. 3) 이처럼 회전수 변화 시 동력은 N³ 비례를 적용하여 계산한다.
다음 중 송풍기의 동력을 구할 때 필요한 인자가 아닌것은?
정답 ④ · 송풍기의 소요 동력을 구하는 공식은 '동력 = (풍량 × 송풍기 압력) / 효율'입니다. 따라서 동력 계산에 필요한 핵심 인자는 풍량, 압력(또는 유효전압 등 역학적 에너지 요소), 그리고 기계적 효율입니다.
송풍기 동력 공식 P=(Q×P_static)/η에서 효율, 풍량, 압력이 필요하며 종류는 포함되지 않는다.
발생원으로부터 송풍기까지의 전압력 손실이 130mmAq이고, 처리가스량이 52,000m³/hr라면 여유율과 송풍기 효율을 고려한 송풍기의 동력은? (단, 여유율=1.2, 송풍기 효율=0.6)
정답 ② · 문제는 전압력 손실과 풍량, 여유율 및 효율을 고려해 송풍기 동력을 계산하는 것이다. 계산식은 동력 kW ≈ (전압력손실×여유율×풍량)/(102×효율×3600)로 적용하면 (130 mmAq×1.2×52000 m3/hr)/(102×0.6×3600) ≈ 36.8 kW가 나온다.
송풍기 동력 계산 시, 전압력 손실에 여유율과 처리가스량을 곱한 후 송풍기 효율로 나누고 단위 변환을 한다.
유량이 300m³/min이고 rpm이고 rpm이 500인 송풍기에 필요한 동력이 6HP이다. 이 송풍기의 rpm을 700으로 증가시켰을 때의 동력은?
정답 ④ · 송풍기의 법칙에 따르면, 회전수(RPM)가 변할 때 소요 동력은 회전수비의 3승에 비례하여 증가합니다. 주어진 조건에서 회전수는 500에서 700으로 변하므로 회전수비는 700/500 = 1.4입니다.
송풍기 법칙에 따라 회전수 변화 시 동력은 회전수비의 3승에 비례하므로, 1.4의 3승을 곱하여 새로운 동력을 계산한다.
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