“압축 공기”에서의 유량

유량(Q)이란 임의의 시간 동안 관로를 흐르는 유체의 양으로 정의한다. 

 

 

 

“압축 공기”에서의 유량

 

압축 공기의 유량 측정

유량(Q)이란 임의의 시간 동안 관로를 흐르는 유체의 양으로 정의한다. 즉, 관 내부 단면적(A)이 시간 t1 으로부터 t2 까지 흐르는 동안 만들어진 체적으로 정의 된다.

 

압축공기의 유량 측정은 관로를 흐르는 유체의 유동과 유량 측정을 위해 설치된 유량계와의 유체 역학적 유동의 특성을 이용하여 유속을 계측/계산하여 유량을 산출 한다.

 

유량(Q) = 관로 단면적 (A) X 유체 유동 속도 (V)

 

 

유량계의 종류 및 특성

압축공기의 유량계는 Pipe 내부의 유체 유동 속도를 계측하는 방식에 따라 구분되며 상용 유량계로 다음과 같은 것이 있다.

 

1. 차압식 유량계 

- 오리피스 전/후단의 압력 차이로 유량 측정 

- 정확도는 ±2% FSD 임.

*  FSD(full-scale deflection) : 측정 결과에 의해 산출된, 허용 가능한 최대 입력 전압 값

- 구조가 간단하고 저렴하나 정확도가 낮다.

 

<그림 1>  차압식 유량계 

 

 

2. 볼텍스 유량계 

- 속도에 비례하여 발생하는 와류를 이용하여 유량 측정

- 정확도는 ±1% FSD 임.

- 비교적 빠른 유속이 필요하다.

- 압력 손실이 적은 특징이 있으나 비교적 빠른 유속이필요하고, 진동의 영향을 받아 설치에 주의 해야 한다.

 

<그림 2> 볼텍스 유량계

 

 

3. 터빈 유량계

- 속도에 비례하는 터빈의 회전속도로 계측

- 정확도는 12% FSD 임.

- 소형의 것으로 대 유량 측정이 가능하나 수분, 먼지 등 이물질 부착의 영향을 크게 받는다.

 

<그림 3> 터빈 유량계

 

 

유체의 종류와 특성

● 임의의 체적(V1)을 갖는 유체에 힘을 가했을 때

- 체적(V2)의 변화가 없을 때 비압축성 유체라 하고 액체인 경우에 해당한다.

- 체적(V2)의 변화가 있을 때 압축성 유체라 하고 기체인 경우에 해당한다.

 

압축성 유체의 특성은 다음과 같다.

1. 압력이 증가하면 체적은 감소한다.(보일의 법칙)

→ 온도가 일정할 때 기체의 압력과 체적은 반비례한다.

2. 온도가 상승하면 체적은 증가한다.(샤를의 법칙)

→ 압력이 일정할 때 기체의 체적은 온도에 비례한다.

3. 기체의 압력(P), 온도(T), 체적(V)은 다음과 같은 관계식을 가진다.(보일-샤를의 법칙)

→ P x V / T = Constant

4. 두가지 이상의 서로 다른 (이상) 기체가 하나의 용기안에 혼합되어 있을 때 혼합 기체의 압력(전압)은 각 구성 기체 성분의 압력(분압)의 합과 같다.(돌턴의 분압 법칙)

 

<그림 4> 분압 vs. 전압

 

 

압축 공기 유량 측정 시 고려 사항

ㅇ 압축성 유체의 특성에 따라 유량 측정 당시의 압력(P), 온도(T), 습도(RH)에 따라 보정을 해 주어야 한다.

ㅇ 유량계 설치 시 유량 보정의 필요에 따라 압력계와 온도계가 함께 설치되어야 하는지 검토해야 한다.

 

유량의 단위 및 표시 조건

1. 상용 유량단위

m³/min 매분당 입방미터(루베)

L/min 매 분당 리터(1m³=1000L)

cfm 매 분당 입방 피트 (cubic feet per minute)

 

2. 유량 표시 조건 (출처 : KS B 0062)

Actual 흡입공기 상태 환산 유량

Normal 표준대기압, 0℃, 건조 공기 상태 유량

Standard 표준대기압, 20℃, RH=65%의 공기 상태 유량

 

주 : 유량의 단위는 유량 표시조건의 머리글자 접두어(A, N, S)와 유량 단위를 조합하여 사용하며, Actual 조건은 집두어를 생략할 수 있다.

 

 

Q & A

Q1. 배관 Size와 압력을 알면 유량을 계산할 수 있을까?

A2. 배관 Size 와 압력만으로는유체의 유동 특성을 정의할 수 없기 때문에 유량을 계산할 수 없다.

유량을 알기 위해서는 유체의 속도가 반드시 필요하다.

 

Q2. 유량계없이 유량을 확인할 수 있는 방법은 없는가?

A2. KS B 6351 부속서에 압력 용기에 압축 공기를 채우는데 소요되는 시간을 기준으로 계산하는 방법이 제시되어 있다.

단, 이 방법은 11kW 이하의 압축기에 적용된다고 규정하고 있다. 그러나 측정 정밀도에 따라서는 11kW 이상의 압축기에도 적용할 수 있다. 다만 그 결과는 참고용 Data로 사용될 수 있다.

Q3. 유량 단위의 상호 변환 방법은?

A3. 1m³/min = 35.3 cfm

       1cfm = 2.831 x 10^-2 m³/min

 

주 : Actual Normal, Standa 유량 상호간 변환은 압력, 온도, 습도(포화 수증기 압)을 고려하여 계산 하여야 한다.

 

Reference : HS한신콤프레서기술 자료