펌프 유량과 팽창계수 관계

회전기계를 통해서 유입되는 모든 유체는 압력과 온도 값을 가지고 있습니다.  압력과 온도는 회전기계 내부로 유입되기 전/후로 나뉘는데 이는 유체가 가지고 있는 체적 볼륨량(m3)과 밀접한 연관성을 가지고 있습니다. 펌프 내부로 유입된 유체는 압축, 마찰, 운동 에너지에 의해서 온도가 상승하며 이는 익히 알고 있듯이 유체를 팽창시키는 결과를 수반합니다.

팽창 계수를 확인하기 전에 펌프의 용량을 뜻하는 Volume 3가지를 살펴 보겠습니다.

• Specific Volume : 표준 상태 (Standard condition)를 말하며 60Deg.F 온도 조건에서의 유체의 체적 볼륨량을 말 합니다. 
• Inlet Volume : Inlet Volume 은 펌프로 유입되기 직전의 Volume 을 말 합니다. 
• Actual Volume : Actual Volume 은 펌프 내부에서 압력, 온도 상승에 영향을 받아 확장된 체적 값을 말 합니다. 이를 그림으로 정리하면 다음과 같습니다. 

 

위의 3가지 Volume 중에서 팽창계수와 연관이 있는 Volume 은 Specific Volume 과 Actual Volume 입니다.  펌핑되는 유체의 체적에 대한 팽창 계수를 구하는 공식은 간단합니다. 

 

 

팽창계수 = 실제 체적 / 표준 체적@60 Deg.F 

 

예를 들어 표준 체적(60Deg.F) 상태에서 100 m3 의 유체가 80 Deg.F 에서는 120 m3 의 체적을 갖고 있다면 이때 팽창 계수는 1.2 입니다. (120/100=1.2) 모든 유체는 온도가 상승하게 되면 팽창하게 되는 특성을 가지고 있습니다. 액체 상태 보다는 기체 상태의 유체가 더욱 더 열 팽창에 민감합니다. 

 

펌프 제조사들은 펌프 모델을 선정하는 Engineering 단계에서 유체의 온도 조건을 확인하는데 이송하고자 하는 유체의 온도 + 펌프 내부에서 상승한 온도 의 합을 고려하여 Actual volume 을 산출하고 그에 맞는 펌프의 용량을 선정하기 때문입니다. 온도 조건에 따라 펌프이 용량 편차가 발생할 수 있고 이는 펌프 구매 비용과 연관성이 있습니다. 펌프를 통해 토출되는 유체의 양을 100m3/min. @ 70 Deg.F 이라고 규정하였다면 펌프의 전단에서 유입되는 유체의 온도는 반드시 토출 때의 유체 온도 보다 낮은 온도 값을 가지고 있습니다. 

 

유량 값을 중요시하는 공정에서 펌프의 Outlet 을 통해서 토출되는 유량의 온도 값을 제한하는 것도 이러한 이유들 때문이지요. 예를 들면 펌프 유량은 Outlet 200 m3/min 이며 온도 Limit Maximium temperature : 80 Deg.F 로 제한, 이런 식으로 말이죠. 

 

팽창 계수가 낮다는 것은 펌프의 in/out 을 통한 유체의 체적 변화량이 적다는 것을 의미하고 펌프 내부에서의 온도 변화 또한 적다는 것을 의미합니다. 팽창 계수가 크다는 것은 체적 변화와 온도 상승 폭이 크다는 것을 반증하는 것 입니다. 엔지니어링 과정에서 팽창 계수가 높다면 한번 쯤은 Design data 를 확인해 볼 필요성이 있습니다. 

 

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