본문내용
1. 펌프의 원리와 정량펌프에 대한 이해
1.1. 펌프(PUMP)의 원리
1.1.1. 공기의 무게
흔히 별 관심 없이 호흡하고 있는 공기는 질소(N2)와 산소(O2)가 주성분이고 그밖에는 탄산가스(CO2)와 아르곤(Ar)등을 함유하고 있다. 이들 분자는 눈에 보이지 않는 매우 작은 입자이지만 약간의 무게를 가지고 있다. 그리고 우리들 주위를 자유롭게 날아다니며 대기를 형성하고 있는 것이다. 공기의 분자는 지구의 인력으로 당겨져 지표에 가까울수록 대량으로 모여 있고, 지표에서 떨어질수록 희박하게 된다. 높은 산의 정상에서 공기가 희박하게 되는 것은 이런 이유에서이다.
1.1.2. 대기의 압력
대기의 압력은 공기 분자가 날아다니면서 장해물에 부딪치면서 발생하는 충격력에 의해 나타납니다. 공기 분자는 지표면에 가까울수록 밀집도가 높아져 충격력이 크게 나타나고, 높은 곳으로 갈수록 희박해져 충격력이 약해집니다. 지표면 근처에서는 1평방센티미터 당 약 1kg의 힘이 작용하고 있습니다.
대기압은 단위 면적당 가해지는 힘으로 표시되며, 일반적인 단위로는 kgf/㎠, mmHg, mmAq 등이 사용됩니다. 대기압은 실용단위인 kgf/㎠로 약 1.033kgf/㎠ 수준입니다. 또한 수주메타로는 10.33mAq, 수은주메타로는 760mmHg에 해당합니다. 절대압은 진공을 기준으로 측정한 압력이며, 게이지압은 대기압을 기준으로 측정한 압력입니다. 완전한 진공 상태의 압력은 0mmHgabs.입니다.
전반적으로 대기의 압력은 지표면 근처에서 매우 크게 작용하지만, 높은 곳으로 갈수록 점점 낮아지는 특징을 가지고 있습니다. 이러한 대기압의 특성은 펌프의 작동 원리를 이해하는데 매우 중요한 개념이 됩니다.
1.1.3. 압력의 단위
압력은 단위 면적당 가해지는 힘으로 표시됩니다. 즉 1평방 센티미터의 정방형에 몇 kg(g ton)의 힘이 작용하는지를 나타냅니다. 일반적으로 압력은 1평방 센티미터 당 몇 kg의 힘이 작용하는지를 나타내며 kgf/㎠라는 단위로 표시합니다. 여기서 kgf의 f는 force(힘)을 의미하며 1kgf는 1kg의 힘이 작용하고 있음을 나타냅니다.
압력을 표시하는 다른 단위로는 수주메타(mAq, mmAq, mHzO, mmHzO)와 수은주 메타(mHg, mmHg)가 있습니다. 수주메타는 물의 밀도가 4℃일 때 1㎖(㎤)당 1g(1g/㎤)인 것을 이용하여 표시한 압력이며, 수은주 메타는 수은의 밀도가 약 13.55g/㎠임을 이용한 압력의 단위입니다.
또한 절대압(abs.)과 게이지압(G)이라는 개념이 있는데, 절대압은 진공을 기준으로 측정한 것이며 게이지압은 대기압을 기준으로 측정한 것입니다. 일반적으로 압력계로 표시된 압력은 게이지압으로, 이 값에 대기압을 가산하면 절대압을 얻을 수 있습니다.
이 밖에도 압력 단위로 SI 단위계에서는 Pa(파스칼), CGS 단위계에서는 dyn/㎠, MKR 단위계에서는 N/㎡ 등이 사용됩니다. 압력 단위에 대한 전반적인 이해를 통해 펌프의 작동 원리와 특성을 파악할 수 있습니다.
""
1.1.4. 펌프의 원리
펌프의 원리는 공기와 압력의 원리를 이용하여 액체를 흡입하고 토출하는 것이다. 지금 긴 시험관을 수은 안에 완전히 가라앉히어 막힌 쪽을 수직으로 세우면 수은이 관내를 상승하게 된다. 그리고 약 76cm의 높이까지 올라오면 정지한다. 이는 시험관 안이 공기가 전혀 없기 때문에 무압 상태이고, 수은이 외부의 대기압력에 눌려 시험관내를 상승해 간 것이다. 수은의 무게와 대기압에 의한 힘이 맞닿는 평형상태에서 정지하게 되며, 이때 수은이 76cm 상승한 위치가 대기압(1.033kgf/㎠)과 같은 값 즉 760mmHg가 된다. 이를 바꾸어 말하면 시험관 안에 발생한 진공에 의해 액체가 흡입된 것이라고 볼 수 있다. 이것이 펌프가 액체를 흡입하는 원리이다.
예를 들어 주스 등을 마실 때 스트로를 사용하면, 숨을 들이마시면 주스가 스트로를 통하여 입안에 들어오게 된다. 이는 스트로 내부의 공기 압력이 낮아져 스트로 외부의 압력에 밀려 주스가 상승하기 때문이다. 즉, 주스는 숨을 들이마시는 힘만으로 상승하는 것이 아니라, 숨을 들이마심에 따라 스트로 내부에 진공(부압)이 만들어지고 이에 의해 주변의 공기압에 눌려 상승하는 것이다. 반대로 주스를 스트로로 한꺼번에 배출할 때는 폐에 들어있는 압축공기를 토출하는 것으로, 대기압보다 강한 힘을 가하여 주스를 배출할 수 있다.
이처럼 인간이 호흡하는 것과 유사하게 기계적으로 진공과 고압을 만들어 액체를 흡입하거나 토출하는 것이 펌프의 원리이다. 아무리 우수한 펌프라도 절대진공 이상의 진공도를 만들어 낼 수 없기 때문에 흡입측에서는 10m 보다 아래에 있는 물을 흡입할 수 없다. 반면 토출측 압력은 가격만 허락한다면 얼마든지 높일 수 있다. 이렇게 펌프는 대기압과 진공의 원리를 이용하여 액체를 이송시키는 장치인 것이다.
1.2. 정량펌프의 정의
1.2.1. 정량펌프의 원리
정량펌프의 원리는 다음과 같다.
먼저 전동기의 회전속도를 감속기를 이용하여 감속시킨다. 그 다음 전동기의 감속된 회전속도는 편심캠 장치에 의해 왕복운동으로 변환된다. 펌프 측 또는 피스톤의 끝에 설치된 격막(Diaphragm)이 이 왕복운동을 함에 따라 펌프헤드의 내부용적이 변화하게 되고, 이에 따라 여압 및 부압이 발생하게 된다.
격막이 뒤로 이동하면 펌프헤드에는 부압이 발생하게 되며, 이 행정에서 토출 체크볼이 액체의 역류를 방지하게 된다. 한편 흡입 체크볼은 유선을 열어줌으로써 액체가 펌프 헤드실로 유입되도록 한다. 다음에 격막이 앞으로 이동하면 여압이 발생되고, 흡입 체크볼이 유선을 차단하고 토출체크볼이 열리면서 액체가 방출되게 된다.
이와 같이 일정한 액체 이송량을 유지하기 위하여 펌프실의 용적을 증감시키는 형태의 펌프를 가리켜 용적 계량식 펌프, 또는 정량펌프라고 한다. 또한 펌프의 송출용적은 격막 이동의 길이 또는 속도로 조절할 수 있다.정량펌프는 이러한 작동 원리를 통해 다음과 같은 특성을 갖는다. 첫째, 정량특성(반복성)이 매우 우수하다. 각각의 흡입 또는 토출 된 양은 각각의 Pumping Cycle 마다 계량이 되어 양질의 정량특성을 얻게 된다. 둘째, 압력이 토출 시 변화하는 경우에도 토출량은 거의 일정하게 유지된다. 이에 비해 원심펌프의 경우 ...
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13