펌프 축동력(Brake horse power)과 모터 용량(Motor power) 구하는 방법

축동력(Brake horse power)이란 펌프를 

회전시킬 때 필요한 일의 양을 말합니다. 

약어로는 BHP 라고 호칭하며 아래와 같은 상황에서 필요로 합니다.

 

• 장치(회전기계) 의 운전점 (Operation point) 에서의 전력 소모량 kW(HP)

 

• 회전기계의 대략적인 동력을 확인할 경우

 

• Engineering data sheet 확인시 동력 값이 예상 치와 오차가 있거나 오류가 있다고 판단될 경우

 

 

엔지니어링, 조달, 토목, 건설을 동시에 수행하는 대형 EPC의 경우에는 

사전에 Preliminary Load Data 를 요청할 때가 있습니다. 

각 Vendor 별 Load 값을 치합하여 사전 작업을 하기 위함이죠. 

 

유사한 프로젝트를 진행할 경우 참고하여 대략적으로 

물량을 산출 할 수 있지만 그렇지 않은 경우 

BHP 값을 확인해야 할 경우가 있습니다. 

 

혹은 Vendor data sheet 상에서 펌프의 예상 동력치가 

물량 대비 미심쩍은 경우 확인을 하기 위해서 수작업으로 

확인하는 경우가 발생하기도 합니다. 

 

BHP 값은 제조사별 펌프별 각기 특성이 다르기 때문에 편차가 발생합니다. 

일반적인 펌프(물펌프) 의 경우는 일정한 공식에 따라 

BHP 값을 산출할 수 있지만 Special 한 펌프의 경우 

각 제조사 별로 문의 해서 확인을 하거나 

Performance curve등을 통해 확인을 해야 합니다.

펌프 축동력 구하는 방법

펌프의 축동력 BHP 를 구하는 공식은 매우 단순 합니다.

BHP = (QxTDHxS.G) / (3960xEff.)

 

• Q = Flow rate (유량)

 

• TDH = Total Dynamic Head (전양정) - 손실을 감안한 펌프가 퍼 올리는 높이

 

• S.G = Specific Gravity (비중)

 

• Eff. = Efficiency (효율)

 

예를 하나 들어 보면

유량(Q) 가 10 GPM(Gallon per minute) 이고 양정이 10 ft인 펌프가 비중이 1.0인 물을 70%의 효율로 퍼 올릴 때 펌프에 필요한 축동력은?

• Q=10 gpm

 

• TDH=10ft

 

• S.G=1.0

 

• Eff.=0.7 (70%)

 

  BHP=(10x10x1.0) / (3960x0.7) = 0.036

 

 

  BHP=0.036 hp (horsepower) 

따라서 위의 예시로 계산한 펌프는 10 gpm의 

물을 10 ft 만큼 퍼 올릴 때 펌프에 걸리는 

축동력이 0.036 hp 필요하다는 것을 것을 알 수 있습니다.

 

단위에 주의 하시고 (gpm,ft 사용) 한번 해 보시면 

어렵지 않다는 것을 알 수 있습니다. 

펌프의 효율은 보통 50%에서 85%를 왔다 갔다 합니다. 

 

펌프의 효율이 좋다는 것은 그 만큼 BHP 값이 

적게 발생한다는 것이고 이는 전력 소모량이 적게 든다는 것을 의미 합니다.

위의 간단한 수식을 통해 명확히 확인할 수 있는 사항은 다음과 같습니다.

• 유량 값과 양정, 비중이 커질 수록 필요한 축동력의 또한 증가

 

• 펌프의 효율이 좋을 수록 축동력이 감소

동력 소모량이 작은 소형 펌프의 경우에는 그 차이가 

크지 않지만 대용량 펌프의 경우 펌프이 효율을 무시할 수 없습니다. 

 

예를 A와 B사의 펌프가 각기 100GPM 의 용량을 가지고 있지만 

각각 100HP, 80HP 마력의 축동력이 발생한다면? 

 

금액적인 부분은 둘 째 치더라도 B 사의 펌프를 선택해야 합니다. 

왜냐면 펌프의 Rated point (운전점) 와 Max. Operating point (최대 운전점) 

에 적합한 동력을 선정하는 것은 

Operation cost 와 직접적 연관성을 갖고 있습니다. 

 

모터를 구동하기 위해서는 전기를 사용해야 하고 전기는 

곧 비용이기 때문이죠. 따라서 적절하게 선정된 모터 용량은 

비용 절감 효과를 가져올 수 있기 때문이죠.

펌프 제조사들이 입찰을 할 때 펌프의 효율을 가지고 

가산점을 받는 경우가 아주 간혹 있습니다. 

Long Term(장기간) 운전시에 운전 COST 가 다운된다는 점을 

가산점으로 얻게 되는 것이지요. 

 

둘 째로 펌프의 효율이 좋다는 것은 그 만큼 펌프의 성능이 

우수하다는것을 반증하는 것이기도 합니다. 

만약 펌프를 고르는데 망설여 진다면 효율을 

한번 살펴 보는 것도 좋은 방법중에 하나입니다.

펌프의 Efficiency 를 모를 경우 사용하고자 하는 

펌프 제조사의 홈페이지나 요청을 통해 

performance curve(성능곡선도) 를 받아 확인해야 합니다.

<Performance Curve 출처 Bing 상업적으로 무료 공유 및 사용>

• 위 곡선도의 우측 하단에는 BHP 가 표기 되어 있습니다. 각 20/30/40/50/60 BHP 이를 통해 펌프의 회전 속도와 유량에 의한 동력을 가늠할 수 있습니다. 

 

• 예를 들어 1200 rpm 으로 회전하는 펌프가 900 gpm(Gallon per minute) 의 유체를 약 50ft의 TDG값을 갖고 운전하고 있을 때 효율은 약 65%이고 축동력은 20HP 가 필요합니다. 

 

간 혹 위의 수식을 모든 펌프에 적용할려고 하는 

오류를 범할 수 있으나 해당 공식은 양정 값을 갖고 있는 

펌프에 해당되는 공식입니다.

모터 용량 구하는 방법

펌프의 축동력을 알고 있다면 모터의 용량을 

구하는 방법은 더욱더 간단합니다.

Power(kW) = (bhp x 0.746) / Eff.

 

• bhp = Brake Horse Power

 

• 0.746= 마력=>kW

 

• Eff = Motor 효율

 

다음과 같이 예를 들어 볼 수 있습니다. 

 

 

펌프의 계산된 bhp 값이 32 hp 이고 모터의 

효율이 85% 라면 이 때 필요한 모터의 용량은?

 

  Power(kW) =(32 x 0.746) / 0.8 = 29.84 kW

 

따라서 위의 예에서는 29.84 kW 의 모터 동력이 

필요하다는 것을 알 수 있습니다. 

모터의 효율 역시 모터 Perfermance cuver 를 통해 확인할 수 있습니다. 

 

이는 제조사의 해당 모터 별 자료를 확인해야 알 수 있는 값 입니다.

일반적으로 모터의 정격용량의 선정은 펌프(회전기계)의 

최대 축동력 (Maximum BHP)를 기준으로 Design margin 을 

적용하여  정격용량을 결정합니다. 

 

프로젝트 사양서에 언급하지 않은 이상, 

제조사 별로 적용 기준에 차이가 있으나 일반적으로 

아래와 같이 load factor 를 고려해야 합니다.

• Centrifugal pump : 1.05

 

• Fan : 1.05

 

• Compressor : 1.1

 

• Positive displacement pump : 1.1

 

<Performance Curve 출처 Bing 상업적으로 무료 공유 및 사용>

펌프 축동력과 모터를 선정할 때 주의 할 점은

Miximum 에 맞게 모터를 선정해야 합니다.

모터는 펌프의 축동력(@Maximum) 에서 

보통 10~15% 마진을 갖고 선정 합니다. 

 

예를 들어 펌프의 최대 필요한 축동력이 10 Hp 라면 

모터는 최소 11~15 Hp 로 선정이 되야 한다는 것이지요. 

 

간혹 휴먼 에러로 인해 모터의 선정이 

잘 못 되는 경우가 발생하곤 합니다. 

 

펌프, 모터 데이터를 검토하는 엔지니어 입장에서 

위의 내용을 바탕으로 오류를 최소한으로 줄이기 노력이 때론 필요로 할 때가 있습니다.

Liquid HorsePower Calculation - 190909 업데이트

Liquid HorsePower 는 LHP 의 약어로 표기합니다. 

쓸 일이 거의 없는 공식인데요 LHP와 BHP 차이점은 

순수 Liquid 에 발생하는 동력을 뜻 합니다.

LHP = (QxTDHxS.G) / 3960

 

공식을 통해 확인할 수 있는 사항은 BHP 구하는 공식에서 

모터의 효율이 빠진 것을 알 수 있습니다. 

이 말은 즉 슨 모터 축 동력에 의한 손실이 포함되지 않는 

순수 유체에 가해지는 HP를 의미합니다.

참고 자료 

Type of Motors

Type of Motors

 

 

Motor Efficiency

- Drive Motor Efficiency : 85%~95%

- Steam Turbine : 42~78%

- Gas Engine : 28~38%

Motor Efficiencies Reference Table

Standard Motor Horse Power Rating	Efficiency
1	80
2	82
3	84
5	85
7.5	85
10	85
15	86
20	87
25	88
30	89
40	89
50	89
75	90
100	90
125	90
150	90
200	90
250	90
500	93
600	93
700	93
800	94
900	94
1000	94
1250	94
1500	94
1750	94
2000	94
2250	94
2500	95
3000	95
3500	95
4000	95
4500	95
5000	95

Inside Insight 였습니다.

 

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