개요 및 활용 목적
배관 설비를 설계하거나 검토할 때, 유체가 배관을 따라 흐르면서 발생하는 압력손실(ΔP)은 매우 중요한 요소입니다. 이는 펌프 용량 선정, 필터/밸브 위치 최적화, 시스템 효율 검토 등 다양한 영역에 직접적인 영향을 줍니다.
이번 포스트에서는 Darcy-Weisbach 공식을 기반으로 한 압력손실 계산을 중점적으로 다루며, 엑셀 템플릿을 통해 실무에서 반복 계산을 자동화할 수 있도록 구성했습니다.
① Darcy–Weisbach 공식 정리
공식:
- ΔP: 압력손실 (Pa)
- f: 마찰계수 (무차원)
- L: 배관 길이 (m)
- D: 배관 직경 (m)
- ρ: 유체 밀도 (kg/m³)
- v: 유속 (m/s)
보통 압력손실은 Pa, bar, 또는 mmH₂O로 변환하여 사용하며, 단위 변환을 위한 기준은 다음과 같습니다:
- 1 bar = 100,000 Pa
- 1 mmH₂O ≈ 9.80665 Pa
② 마찰계수(f)의 결정 방법
마찰계수는 유체 흐름의 특성과 배관 내벽의 거칠기에 따라 결정됩니다.
- 층류 (Re < 2000) → 마찰계수 사용
- 난류 (Re > 4000) → Moody 차트 or Colebrook 식 사용
- 실무에서는 보수적으로 0.02~0.035 범위 사용 (배관 재질 및 내부 상태 고려)
※ 복잡한 마찰계수 도출이 필요한 경우, 후속편에서 Colebrook-White 공식 기반 자동 계산기 소개 예정
③ 계산 시 자주 묻는 질문들 (FAQ 스타일)
Q. 배관이 길면 ΔP가 무조건 많이 나오는가?
A. 그렇습니다. ΔP는 길이에 정비례합니다. 단, 유속과 밀도도 함께 고려해야 정확한 판단 가능.
Q. 배관 직경을 키우면 유속이 줄어들고 ΔP도 줄어드나?
A. 일반적으로 그렇습니다. 같은 유량이라면 큰 지름일수록 유속이 줄어들고, 이에 따라 압력손실도 줄어듭니다.
Q. 유체가 물이 아니면 계산은 어떻게 하나요?
A. 비중이 1이 아닌 유체(예: 오일, 냉매, 케미컬)는 밀도를 실제 수치로 넣어야 함. 가스인 경우는 별도 보정 필요.
Q. 입구/출구에 밸브나 필터가 있을 경우는요?
A. 국소손실 계수(K) 추가 고려 필요. 이는 별도 공식으로 계산하거나 설비 카탈로그 기준 적용.
④ 엑셀 템플릿 구성 및 사용법
입력 항목:
- 배관 직경 D (mm)
- 배관 길이 L (m)
- 유속 v (m/s)
- 유체 밀도 ρ (kg/m³)
- 마찰계수 f (0.02~0.035 일반 사용)
출력 항목:
- ΔP (Pa)
- ΔP (bar)
- ΔP (mmH₂O)
단위 변환 자동 적용
- Pa → bar, mmH₂O 자동 변환
- 시각적으로 보기 쉽도록 구간별 색상 구분
예제 시트 포함:
- 100mm 배관, 길이 30m, 유속 1.5m/s 조건 예시 내장
📎 [엑셀 템플릿 다운로드 링크] (파일 직접 연결 or 구글 드라이브)
“입력 셀은 노란색, 출력 셀은 회색으로 구분되어 있습니다.”
⑤ 실전에서의 활용 팁
- 펌프 선정 시 필수 계산: 시스템 저항곡선 작성 시 기본으로 사용됨
- 배관경 변경 검토 시 활용: 최소 직경으로 효율 확보 가능 여부 확인
- 필터 하우징 설치 전후 압력손실 추정에 필수
- 라인 유속 조건 검토용: 정밀 케미컬 라인일수록 ΔP 관리가 핵심
※ 압력손실이 너무 크면 유량 저하, 펌프 과부하, 장비 손상 위험 발생
Cv값 유량 계산기 (엑셀 템플릿 무료 배포)
현장에서 밸브나 필터 하우징, 압력용기 등의 설비 사양을 검토할 때 자주 등장하는 Cv값. 이 Cv값을 기준으로 실제 유량(Q) 을 계산해야 할 일이 많은데, 공식은 간단해 보여도 막상 엑셀에 넣어
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