펌프라는건 물에 압력을 가해서 우리가 원하는 곳까지 보내기위한 기계임
주로 낮은 곳에 있는 물을 높은 곳으로 보내기 위해 사용한다
우리가 쓰는 수돗물이나 화장실 물 같은 것도 지하실에 있는 펌프를 돌려서 물을 공급하지
즉 펌프는 우리 일상생활에서 없어서는 안될 아주 중요한 기계라고 볼 수 있다
그중에 플랜트나 일반건물 등에서 가장 많이 쓰는 원심펌프에 대해서 설명할려고 하는데,
펌프가 어떻게 동작하는지 원리를 알아보자
펌프는 보통 전동기와 함께 축(shaft)으로 연결해서 회전시킨다
구동장치로 디젤엔진을 쓰는 경우도 있지만 발암물질인 배기가스나 연료공급문제, 소음문제 때문에 대부분 유도전동기를 쓴다
일단 전동기로 교류전원이 공급되면 펌프 안의 임펠러도 같이 회전한다.
임펠러는 선풍기의 날개같은거라고 생각하면 된다.
펌프안의 임펠러가 회전하면 펌프 안에 채워진 물이 원심력을 받아서 운동에너지가 커진다
여기서 원심력은 물체가 회전할 때 원의 중심에서 바깥쪽으로 작용하는 힘이다
어렸을 때 놀이터에서 뺑뺑이 돌려봤지? 뺑뺑이를 엄청 쌔게 돌리다가 잡고 있는 손을 놓으면 뺑뺑이 밖으로 튕겨나가버리지
그게 원심력이라고 보면 된다
펌프도 똑같아
사진속의 임펠러가 회전하면 임펠러 중심부에 있던 물이 바깥쪽으로 튕겨나가면서 운동에너지가 상승한다
물이 속도에 의한 에너지를 받는거지
그럼 그 임펠러 중심부는 대기압보다 압력이 떨어져서 진공상태가 된다
대기압이라는건 지구를 둘러싼 대기의 압력인데, 물을 10m 올릴 수 있는 압력이야
우리가 그걸 못느끼는건 우리 몸도 대기압이라서 서로 평형을 이루고 있다고 해
그 대기압보다 압력이 낮아지면 그걸 진공상태라고 부른다
그럼 펌프 중심부가 대기압보다 떨어진 진공상태고, 펌프 흡입측 배관에 연결된 물탱크는 대기압이잖아?
그 물탱크 수면 상부는 대기압이니까 압력이 더 높겠지
그래서 두 지점간에 압력차가 생기면 수조 안의 물은 펌프로 빨려들어간다
이게 펌프로 물이 흡입되는 원리야
그럼 토출을 알아보자
일단 알아둬야 할게 몇가지 있는데,
1.물은 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐른다.
2.베르누이원리에 의해 속도가 떨어지면 압력이 커진다
3. 원심력은 물이 움직일 수 있도록 운동에너지를 준다.
4. 단면적이 큰 공간을 지날수록 물의 속도는 느려진다.
이 4가지를 잘 숙지하고, 펌프가 물을 어떻게 토출하는지 알아보자.
원심력을 받아서 임펠러 바깥쪽으로 튕겨나간 물은 케이싱에 부딪혀서 속도(운동에너지)가 낮아진다
하지만 에너지보존에 의해 떨어진 운동에너지는 압력으로 바뀌고,
물은 임펠러를 따라 회전하면서 와류실(Volute)이라는 곳으로 이동한다.
와류실은 별거 없고, 그냥 단면적이 점점 커지는 공간이야
단면적이 커지니까 속도가 느려지고, 그만큼 압력이 커진다.
물은 압력이 큰곳에서 낮은곳으로 흐른다고 했지?
와류실을 지나면 압력이 커지니까 토출구로 빠져나오면서 물이 움직일 수 있게 된다.
이렇게 해서 펌프가 어떻게 수조에서 물을 빨아내고, 보내는지 알아보았다.
유체역학적인 내용이 있어서 어렵지만, 많이 도움이 됐으면 한다.
