펌프의 소요동력 계산

플랜트 설계단계에서 공장 전체의 소요전력 등을 계산한다든가 펌프의 Data Sheet 등이 없을 경우 펌프 모터의 동력을 산출할 필요가 발생한다.

그럴 경우를 대비하여 다음 내용을 공유하고자 한다.

펌프, 팬, 컴프레서 등 회전기기는 유체의 압력을 증가시키고 이동하기 위해 전력을 소비한다.

펌프의 전력 요구량은 펌프 및 모터 효율, 차압, 유체 밀도, 점도 및 유속 등 여러 요소에 따라 달라진다.

펌프의 경우 동력은 크게 수동력, 축동력, 소요동력(모터동력)으로 구분되고 다음과 같은 단계를 거쳐 펌프 모터의 소용동력을 산출한다

Source : https://www.engineeringtoolbox.com/pumps-power-d_505.html

수동력(hydraulic power)은 유체의 속도와 압력을 증가시키기 위해 펌핑되는 유체에 전달되는 에너지를 나타낸다.

그리고 사용하는 단위에 따라 적용하는 계산식이 달라지는 것을 주의하여야 한다.

● Ph (kW)

Ph (kW) = Q ρgH / (3.6 x10 6 ) = Q Δp / (3.6 x 10 6 )	Ph (kW) = Q Δp / 3,600	Ph (kW) = Q Δp / 60,000	Ph (kW) = Q Δp / 1,000
Ph (kW) = 수력 (kW) Q = 유량(㎥/h) ρ = 유체밀도 (kg/㎥) g = 중력가속도(9.81㎨) H = 양정(m) Δp =차압(N/㎡, Pa)	Ph (kW) = 수력 (kW) Q = 유량(㎥/h) Δp = 차압 (kPa)	Ph (kW) = 수력 (kW) Q = 유량(L/min) Δp = 차압 (kPa)	Ph (kW) = 수력 (kW) Q = 유량(L/s) Δp = 차압 (kPa)

● Ph (hp) vs. Ph (kW)

Ph (hp) = Ph (kW) / 0.746

여기서,

Ph (hp) = 유압 마력 (hp)

또는 FPS Unit으로 살펴보면

Ph (hp) = Q H SG / (3960 ηp )

여기서,

Q = 유량 (gpm)

H = 양정 (ft)

SG = 비중 (물은 1)

ηp = 펌프 효율

축동력(shaft power)은 모터에서 펌프 샤프트로 에너지를 전달하는 데 필요한 동력(power)으로, 펌프의 효율(efficiency)에 따라 달라지며 다음과 같이 계산할 수 있다.

여기서,

Ps (kW) = 샤프트 동력 (kW)

ηp = 펌프 효율(다음 typical 효율 참조)

모터동력(motor power)은 펌프모터에 의해 펌프 샤프트를 회전하는데 소요되는 동력으로 전기 에너지(electric energy)를 운동 에너지(kinetic energy)로 변환하는데 동력 손실이 발생하여 다음과 같이 계산할 수 있다.

Pm (kW) = Ps (kW) / ηm

여기서,

Pm (kW) = 모터 소요동력 (kW)

Ps (kW) = 샤프트 동력 (kW)

ηm = 모터 효율

또는 모터 효율(ηm) 대신 다음과 같이 여유율(α)을 감안할 수도 있다.

Pm (kW) = Ps (kW) x (1 + α )

여기서,

Pm (kW) = 모터 소요동력 (kW)

Ps (kW) = 샤프트 동력 (kW)

α = 모터 여유율(API 610 10th edition에서 19 kW 이하: 0.25, 22 kw ~ 55 kW : 0.15, 55 kW 초과 : 0.1 적용)

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