정압 측정 진단

왜 배우는가: 국소배기장치는 설치 후 저항이 변해 성능이 떨어지므로, 현장에서 가장 먼저 쓰는 진단 수단이 정압 측정이다. 시험에서는 측정 장비, 정압의 손실 요인, 측정값의 해석을 묻는 형태로 자주 다뤄진다.

출제 이력: 제128회 1교시 10번, 제113회 2교시 2번, 제111회 2교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

정압 측정 진단은 덕트·후드의 지점별 정압을 측정해 설계치나 전회 검사값과 비교하는 성능 진단 방법이다.

국소배기장치의 성능은 풍량만으로 판단하기 어렵다. 송풍기가 만든 전압이 덕트 내부에서 정압과 동압으로 나뉘어 소비되므로, 정압의 크기를 보면 덕트 내부 저항 상태를 간접적으로 알 수 있다. 정압 측정 진단은 단일 측정값만으로 판정하지 않고, 설계 당시 값이나 직전 검사값을 기준으로 비교하는 것이 핵심이다. 기준이 없으면 측정값 자체로는 정상과 이상을 가릴 수 없다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 정압(SP)
• 동압(VP)
• 전압(TP)
• 후드 정압
• 덕트 저항
• 압력손실
• 설계치 비교

2. 개념 풀이

정압은 기류 방향과 관계없이 관 벽에 작용하는 압력이다. 기체가 정지해 있어도 존재하며, 덕트 내부 기체에 있는 잠재적 에너지를 나타낸다. 정압은 피토관의 정압공만 마노미터에 연결하여 측정하고, 전압공은 분리한 상태로 둔다.

정압의 부호는 측정 위치에 따라 달라진다. 흡인 덕트에서는 공기가 후드 쪽으로 빨려 들어오므로 정압이 음(-)의 값이고, 배기 덕트에서는 양(+)의 값이다. 송풍기 흡입구와 토출구 사이에 놓인 덕트에서는 흡입 쪽이 음, 토출 쪽이 양이 되는 것이 일반적이다. 따라서 부호를 해석하기 전에 측정점이 송풍기의 흡입 측인지 토출 측인지부터 구분해야 한다.

전압은 정압과 동압의 합이다. 식으로 쓰면 전압 = 정압 + 동압이다. 송풍기는 이 전압을 만들어 공기를 이동시키므로, 전압은 공기를 보내는 데 필요한 총 압력을 뜻한다.

동압은 기류의 운동에서 생기는 압력이며 항상 양(+)의 값이다. 동압은 PV = ρV²/2g 로 구하고, 표준상태 공기에서는 동압 PV = (V/4.04)² mmAq 로 간편하게 계산한다. 여기서 V는 풍속(m/s), ρ는 공기 밀도(kg/m³), g는 중력가속도(m/s²)이다. 취급 공기가 표준상태와 크게 다르면 밀도를 보정해야 하며, 밀도가 표준값과 가까우면 간편식으로도 차이가 크지 않다. 동압은 기류가 운동하는 한 음수가 될 수 없으므로, 동압이 음수로 나오면 측정 오류나 연결 착오를 먼저 의심해야 한다.

핵심 용어는 다음과 같다.

• 정압: 기류 방향과 무관하게 관 벽에 작용하는 압력이며, 흡인 측에서는 음(-)의 값이다.
• 동압: 기류 운동에 의한 압력이며, 항상 양(+)의 값이다.
• 전압: 정압과 동압의 합이며, 송풍기가 만들어야 하는 총 압력이다.
• 피토정압관: 전압공과 정압공이 한 몸체에 있는 측정기이며, 두 공의 압력 차이로 동압을 얻는다.

측정 원리는 세 값 중 두 개를 직접 재면 나머지 하나를 식으로 구할 수 있다는 데 있다. 정압과 전압을 각각 재면 그 차이가 동압이 되므로, 측정 장비의 연결만 바꾸어도 세 값을 모두 얻을 수 있다.

3. 등장 배경과 필요성

국소배기장치는 발생원 가까이에서 오염물질을 흡인하므로 후드, 덕트, 공기정화장치, 송풍기가 하나의 시스템으로 작동한다. 이 중 한 요소의 저항이 바뀌면 시스템 전체의 풍량과 포집 성능이 함께 달라진다. 그러나 풍량을 직접 측정하려면 측정 단면을 정하고 유속을 여러 점에서 재야 하므로 시간과 비용이 많이 든다.

이 문제를 해결하기 위해 정압을 측정하여 상태를 빠르게 진단하는 방법이 쓰인다. 정압은 한 지점에서 짧은 시간에 측정할 수 있으며, 설계 시 기록한 값과 같은 위치에서 비교하면 변화의 방향을 알 수 있다. 이것이 정압 측정 진단이 정기 검사와 성능 저하 점검의 기본 절차가 된 배경이다.

현장에서 정압이 설계치와 달라지는 전형적인 원인은 세 가지이다. 첫째, 덕트 내부에 분진이 쌓여 단면적이 줄어드는 경우이다. 둘째, 후드 주변에 난기류가 생겨 포집 기류가 흐트러지는 경우이다. 셋째, 송풍기 용량이 부족하거나 풍량 조절 댐퍼가 잘못 설정된 경우이다. 각 원인은 정압의 크기와 변화 방향에 서로 다른 흔적을 남긴다.