Back pressure가 펌프에 미치는 영향과 설계 시 주의 사항

 

Back pressure가 펌프에 미치는 영향과

 설계 시 주의 사항

Back pressure는 한국어로 "배압"이라고 호칭합니다. 사전적 의미는 어떠한 특정 유체가 배기 될 때 갖고 있는 압력을 뜻합니다. 조금 더 이해하기 쉽게 설명하면 배압은 고려한 방향과 반대 방향으로 작용하는 힘에 의한 유체가 가지게 되는 압력이라고 설명할 수 있습니다. 배기할 때 유체에 압력이 가해지는 것이 특정 기기에 미치는 영향이 있는 것일까요?

 

배관을 사용하는 공정 내에서 때때로 배압을 고려해야 할 경우가 생깁니다. 회전 기계를 사용하는 공정의 경우 필히 배관 설계 과정을 통해 배관의 크기나, Sch, 재질을 선정하곤 합니다. 자 여기에 우리가 익히 많이 들어 알고 있는 공식 2개가 있습니다.

• Q=AV    유량은 면적 * 속도
• P=FA     압력은 힘 * 면적

유량과 압력 둘 다 공통점으로 갖고 있는 요소는 면적이며 이에 비례한 값을 가지게 되는 것이지요. 동일한 조건에서 두 가지 공식에 Q와 P가 일정하고 면적만 작아진다고 가정했을 때 어떠한 결과가 발생하게 될까요? 조금만 생각해 보면 속도와 힘이 증가하게 된다는 사실을 알 수 있습니다. 속도와 힘의 변화가 펌프와 같은 회전기기류나 자동차 배기에 미치는 영향과 무슨 관련이 있을까요?

빨대가 하나 있다고 가정해 보겠습니다. 입에다가 가까이 한 후 불었을 때 반대편을 통해서 공기가 빠져나가는 것을 알 수 있습니다. 빨대 후면부위에 손바닥을 아주 가볍게 올려놓았을 때 어떠한 현상이 생길까요? 당연한 결과로써 볼에 힘이 들어가는 것을 알 수 있습니다. 왜? 빨대라고 하는 동일한 단면적을 가지고 있는 공간을 통해서 일정량의 배기하기 위해서는 힘 (F)이 그만큼 더 필요하기 때문입니다.



회전 기계를 사용하는 공정에서 Back pressure가 미치는 영향은 명확합니다. 힘 F 을 더 필요로 하게 됩니다. 언제? 배기할 때, 배관의 구경이 유입되는 양을 토출하기 위해 필요한 단면적이 작을 때

• 배관 구경 100A를 통해 들어온 유체가 펌프를 통해 80A 배관을 통해 배기할 때는 F가 커집니다. 반대로 100A를 통해 120A로 나간다면 배압은 커지지 않습니다. 

 

Back pressure 가 펌프에 미치는 영향을 다음과 같습니다. 

• 동력 상승 : 배압으로 인해 밀어내기 위한 힘 F가 증가하고 이는 회전 기계를 구동하는 모터에 로드 및 동력소모율이 상승합니다. 힘을 견뎌내지 못할 경우에는 모터가 Trip 되는 현상이 발생할 수 있음. 
• 펌프 용량 감소 : 펌프의 용량이 저하됩니다. 100이라는 양이 들어와서 100 만큼 나가야 하는데 그렇지 못하고 일부분 나가지 못하는 양이 생기면서 펌프 Capacity 가 떨어지게 됩니다. 
• 온도 상승 : 동력이 증가하면서 펌프 및 모터에 그만큼의 부하가 걸리게 되고 이는 열을 수반합니다. 

따라서 설계 시 주의해야 할 사항은 명확합니다.

• 따라서 펌프의 후단부에 배압을 해소하기 위해서는 Inlet size 와 동일한 구경을 outlet 에도 적용하거나 그 이상 size를 적용해야 합니다.
• Outlet size > inlet size

펌프 메이커별로 자체적인 결과치를 모델별로 In/out에 대한 크기를 지정해 놓습니다. 크기가 같을 수도 있고 작거나 클 수도 있으나 배압에 의한 모터, 펌프의 영향을 피하기 위해서는 배기 쪽의 라인 size를 같거나 크게 설계해야 한다는 것을 기억해야 하겠습니다.

Inside Insight였습니다.