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오리피스의 유량 계산 방법
오리피스의 유량 계산 방법 · 오리피스의 유량 계산방법 · 오리피스의 유량계산식 · 유량 계수 C의 참고치 · 유량 Q의 산출 순서 · C = 0.597 – 0.011m + 0.432 …
Source: tjchung55.tistory.com
Date Published: 11/19/2021
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계산기 : 오리피스를 통과하는 에어량 – TLV
온라인 계산 선택 오리피스를 통과하는 에어량。 53종류의 계산가능。 참고를 위한 계산식의 표시。
Source: www.tlv.com
Date Published: 12/16/2021
View: 8255
소방설비기계기사 실기 문제풀이6(오리피스미터 유량계산 설명)
오리피스 (orifice) 이론. (자세히 보면 수식은 다르다.) 유량 측정. 오리피스가 설치된 배관에서 질량 유량은 아래와 같이 계산될 수 있다.
Source: you.dianhac.com.vn
Date Published: 2/8/2022
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Summary of article content: Articles about 오리피스 통과 유량(㎥/s) 계산식 과 고정오리피스식 스팀트랩 (O-TRAP,오트랩)의 작동 원리 : 네이버 …
Source: toplist.giarevietnam.vn
Date Published: 2/29/2022
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오리피스 (orifice) 이론
유량 측정, 압력 강하, 흐름 제한의 목적으로 사용된다. … 오리피스가 설치된 배관에서 질량 유량은 아래와 같이 계산될 수 있다.
Source: mechengineering.tistory.com
Date Published: 2/16/2022
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오리피스 유량 공식 | 유체역학 050 벤튜리관 1 197 개의 가장 …
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Source: you.1111.com.vn
Date Published: 3/10/2022
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9. 유속 및 유량의 측정 (p139) (12주차)
오리피스에서 단위 시간에 유출하는 실제의 유량 는 다음과 같다. … 위의 두 식에서 유체의 속도 는 다음 식으로 표시된다.
Source: www.seoyeong.ac.kr
Date Published: 2/5/2022
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주제에 대한 기사 평가 오리피스 유량 공식
- Author: firePE
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- Date Published: 2019. 8. 16.
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오리피스 통과 유량(㎥/s) 계산식 과 고정오리피스식 스팀트랩 (O-TRAP,오트랩)의 작동 원리
A. 오리피스를 통과하는 응축수량 과 증기량 비교
참고사이트 : https://blog.naver.com/tjchung/220018358633
◈ 오리피스를 통과하는 드레인 량 과 증기량 의 비교
드레인 량과 증기량의 계산 ;
직경Φ5mmφ 의 오리피스 구멍에서 전후의 압력 차 0.1MPa (1kg/cm2)의 조건에서, 응축수 100%가 흐른 경우, 587.5kg/h의 응축수가 배출되며, 증기 100%가 흐른 경우 21kg/h 증기가 배출 됩니다.
즉, 증기만이 흘렀다 하더라도 이 조건에서 증기의 유출량은 응축수 유출량 의 3.6% 밖에 흘러나오지 않은 것 입니다.
ⓐ드레인의 오리피스 통과유량 계산식: QL = Cd × 1.252 × d² × √⊿P/V
QL : 포화수 유량 (kg/h)
Cd : 유량 계수
d : Orifice(구멍) 지름 (mm)
⊿P : 오리피스 전후 차압 (kg/c㎡)
V : 비용적 (㎥/kg) = 압력별 포화 응축수의 비용적
ⓑ증기의 오리피스 통과유량 계산식: Qg = 0.5626 × d² × √P/V Qg : 증기 유량 (kg/h) d : Orifice(구멍) 지름 (mm) P : 입구 절대 압력 (kg/c㎡) V : 비 용적 (㎥/kg) = 절대 압력 증기의 비용적
[※오리피스를 통과하는 응축수량 과 증기량 계산식에 의한 비교 계산 실례 ]① 오리피스 에서 드레인（액체）만이 배출된 경우
Ｑ=π×d²／4√2g△Pg×3600×1000×Ｋ
Ｑ ： 유량 （ｍ³／S）
d ： 오리피스의 직경（ｍ）
△P ： 차압（ｋｇ／cm²）
Ｋ ： 유량계수（＝0.6）
직경 ５mmΦ의 오리피스에서 차압(△P) １ｋｇ/cm²G에서 드레인이 배출되면 위 식으로 부터 587.5 kg/h 이 됩니다.
또는 QL = Cd × 1.252 × d² × √⊿P/V 게산식으로 할 수 있습니다.
QL : 포화수 유량 (kg/h) Cd : 유량 계수 d : Orifice(구멍) 지름 (mm) ⊿P : 오리피스 전후 차압 (kg/c㎡) V : 비용적 (㎥/kg) = 압력별 포화 응축수의 비용적
②오리피스 에서 증기（기체）만이 배출된 경우
Ｇ=0.5626 × d²×√Ｐ／Ｖ
Ｇ ： 분출증기량 （㎏/h）
d ： 오리피스의 직경（mm）
Ｐ ： 절대압력（ｋｇ／cm²）
Ｖ ： 증기 대비 용적（m³／ｋｇ）
같은 오리피스에서 증기가 배출되면 위 식으로 부터 21㎏/h 이 됩니다.
③동일한 오리피스(구멍)으로 배출되는 드레인량 과 증기량의 비교
드레인 만의 경우 ： 587.5 kg/h
증기 만의 경우 ： 21 ㎏/ｈ
같은 오리피스에서도 증기(기체) 만이 유출된 경우는、드레인(액체) 만이 유출했을 때 보다、 같은 조건하에서도 약 ３.6％ 밖에 유출되지 않습니다.
이 유출 특성의 차이를 이용한 것이 오리피스 트랩의 특징이며, 원리입니다. 따라서、
오리피스를 나온 증기는 감온 감압된 드레인으로 되기 때문에 워터햄머도 일으키지 않고、 Erosion도 발생하지 않습니다.
여기서의 주요 포인트는, 증기를 사용하는 곳에서 방열이 지속적으로 일어나기 때문에, 즉 증기를 공급하는 한, 이렇게 방열되어 발생하는 응축수를 배출시키게 되기 때문에, 증기는 배출되지않고 응축수만이 배출되도록 설계하면, 생증기 누출없이 응축수 만을 배출시키는 스팀트랩을 제조할 수 있습니다. 즉,
O-TRAP은 “순수 생증기만”을 흐를 수 없도록하고, 응축수만을 흐르게 할 수 있다는 것입니다.
이와 같이 설치된 O-TRAP 은 고장 날 곳이 없어서 “거의 반영구적으로 사용” 이 가능합니다.
소모품이 아닌 장치에 해당합니다.
※ 압력별 포화증기표 예;
항 목 1 bar·g 5 bar·g 10 bar·g 포화증기 온도 ℃ 120.42 158.919 184.123 증기 잠열 Kj/kg 2200.97 2085.36 1999.28 포화증기의 비엔탈피 Kj/kg 2706.54 2756.23 2780.71 포화수의 비엔탈피 Kj/kg 505.572 670.876 781.434 포화증기의 비체적 ㎥/kg 0.880277 0.314918 0.177232 포화수의 비체적 ㎥/kg 0.00106071 0.001100 0.001133
저희제품(O-TRAP)을 모방한 제품들과 비교하면 외관은 비슷하나, Engineering 을 실수하면 설치 후에 부하변동 등에 제대로 추종하지 못해서 떼어내야(철거) 하기도 하는 것을 자주 보았기에, 미리 정보로서 알려드리니 업무 참고하시길 바랍니다.
또한 시중에 유통되고있는 “벤츄리 노즐식 오리피스 트랩”(노즐교체식)과도 구조 등 제조방식등이 저희 제품과 젼혀 다르다는 점, 알려드리니 참고하시길 바랍니다.
1982년부터 주관용트랩/헤더용트랩/장치용트랩(열교환기,공정Heater,대용량트랩 등)다수 납품하여 사용중에 있습니다.
B. 고정오리피스식 스팀트랩 (O-TRAP,오트랩)의 작동 원리
O-TRAP은 오리피스를 통과하는 증기가 드레인에 비해 오리피스를 통과하는 양이 적다는 성질을 이용하고 있습니다.
액체가 오리피스로부터 유출되는 양은 그 액체의 종류, 오리피스 구경 및 오리피스 전후의 압력 차(△P)에 의해 결정되며, 그 이론 유량 계산식은(아래에 설명) 오리피스 유량계 등에서 공지하는 바와 같습니다.
예를 들어, 직경 5mmΦ의 오리피스 구멍에서 전후의 압력 차(△P) 0.1MPa (1Kg/c㎡) 조건에서, 드레인 100%가 흐르는 경우, 587.5kg/h의 응축수가 배출되며, 증기 만이 100%가 흐른 경우 21kg/h 의 증기가 배출 됩니다. 즉 증기 만이 흘렀다 하더라도, 이 조건하에서 증기의 유출량은, 드레인(응축수) 유출량의 3.6% 밖에 흐르지 않습니다.
◎ 고정 오리피스식 응축수 배출장치 O-TRAP 이란?
O-TRAP 은 기존의 Steam Trap 처럼 작동 밸브를 사용하지 않고, 드레인 량에 맞는 크기의 원형 구멍의 개구면적을 설계하여 드레인 만을 배출시키는 구조의 획기적인 응축수 배출 장치입니다.
작동 밸브가 없어 구조가 단순하기 때문에, 고장이나 증기 누출이 발생하지 않고, 대용량의 드레인에도 소 구경으로 대응할 수 있는 것이 특징입니다.
O-TRAP (고정 오리피스 타입 스팀트랩)은 엔지니어링 된 응축수 연속 배출 장치입니다. O-TRAP은 증기 손실을 최소화하면서 공기, 응축수 및 기타 모든 비응축성 가스를 배출합니다.
최대 열효율로 응축수 부하를 배출하기 위해 특정 응용 분야에 대해 고정 오리피스 크기(Size)가 계산됩니다. 배출되는 뜨거운 응축수의 약 10~25 %가 일정한 압력 강하로 오리피스의 하류 측에서 증기로 재증발 합니다. 이 재증발 효과는 포화 증기의 흐름을 더욱 제한합니다. 실제 조건에서는, 최소 비율의 증기가 응축수와 함께 배출되는데, 이는 응축수에 비해 증기의 부피가 상대적으로 크기 때문입니다.
O-TRAP 은 움직이는 부속품이 전혀 없어 고장나지 않기 때문에 모든 압력에서 적용 할 수 있으며, 스팀 트랩으로써의 수명이 거의 반 영구적입니다.
Q：오리피스의 통과 유량 (㎥/s) 계산식 (제한 오리피스의 구멍 직경 Diameter계산식)
유량 Q=C・A√(2*ΔP/ρ) = C・πd2/4・√(2*ΔP/ρ)
C： 유량 계수（실험값）
유량계수 C = 실제유량/이론유량
이론유량=π・d2/4*v = π・d2/4*√2gh
A： 오리피스의 면적(㎡)
π： 원주율 파이
d： 오리피스의 직경(m)
ΔP： 차압(Pa)
ρ： 유체의 밀도(kg/㎥)
v： 유속(m/s)
오리피스를 직렬로 연결 한 경우의 통과 유량에 대해
오리피스를 직렬로 연결 한 경우의 통과 유량에 대한 유압 잭의 구동 회로에 있어서 신축 속도를 조정하기 위해 오리피스를 사용하지만, 제작 비용, 쓰레기/오물/이물질 막힘 등등을 고려하여 구멍의 최소 지름을 φ0.5mm로 이를 직렬로 연결하여 필요한 신축 속도를 얻고 있습니다.
오리피스를 직렬로 연결 한 경우의 통과 유량 계산식을 알고 있는지요?
경험적으로 예를 들어 φ1mm × 2 개 는 φ0.5mm 상당이 된다고 알려져 있습니다.
한편, 오리피스 단체(単体)의 통과 유량은 Q = Cd × A × √(2 × ΔP/ρ)으로 산출 할 수 있는 것으로 알려져 있습니다.
참고사항:
배관 내를 흐르는 유체의 유량과 압력의 관계 ;
배관내를 흐르는 유체의 유량과 유속의 관계는,
Q = C × A × V 로 나타낼 수 있습니다.
여기서, Q : 유량, C : 유출 계수, A : 유로 면적, V : 유속
V = (2 × P ÷ ρ)^0.5 베르누이의 정리 응용으로 부터
Pv = 1/2 × ρ × V^2 Pv : 동압(動圧)
Q = C × A × (2 × P ÷ ρ)^0.5
Q : 유량 ㎥/sec
P : 압력 차압 (파스칼)
ρ (로우) : 유체 밀도 kg/㎥
P = (Q ÷ (C × A))^2 × (ρ ÷ 2)
액체의 경우를 생각해 본다면,
내경 150mm의 수평배관에 100㎥/h의 유량으로 물이 흐르고 그 때 배관 내의 압력이 100kPa(G)로, 배관 하류에 밸브가 설치되어 밸브의 2차측이 대기 개방되어 있다고 합니다. 배관 내의 압력이 200kPa (G)로 상승하는 경우의 유량은 얼마나 될까요?
배관의 하류측의 부하(저항)은 변하지 않고 배관 2차측 밸브를 조작하지 않는다고 생각하여
Q = C × A × (2 × P ÷ ρ)^0.5 식의 Q = 100㎥/h, P = 100kPa(G), ρ = 1000kg/㎥
를 대입하여 구할 수 있습니다. 여기에서 C, A, 2 의 항은 일정하게 생각하여, 식에서 생략합니다.
유량 Q 는 (P ÷ ρ)^0.5에 비례하는데, 이는 압력 P의 제곱근에 비례하고, 밀도 ρ의 제곱근에 반비례합니다.
배관 하류측의 부하(저항)는 변하지 않는다고하면 압력 P는 배관 내의 압력의 변화로 간주 될 수 있기 때문에 상승한 압력 200kPa(G)와 원래의 압력 100kPa(G)의 비율로 생각 할 수 있습니다.
즉, 200 ÷ 100 = 2 압력 P가 2 배로 된 것이 됩니다.
유량 Q는 압력 P의 제곱근에 비례하므로 √2 = 1.4142로 되어, 유량은 1.4142 배가 됩니다.
물의 밀도 ρ는 압력이 바뀌어도 변하지 않기 때문에 ρ (로우) 항목은 계산은 불필요 합니다.
압력이 200kPa(G)로 상승했을 때는 Q = C × A × (2 × 2 ÷ ρ)^0.5로 되어 유량은 100㎥/h × 1.4142 = 141.42 ㎥/h로 됩니다.
이 때의 유속 V는 V = (2 × P ÷ ρ)^0.5 베르누이의 정리 응용보다 압력이 2 배가되므로 유속 V는 √2 = 1.4142, 유속은 1.4142 배가 됩니다.
베르누이의 정리란, 에너지 보존의 법칙을 유체에 적용시킨 것이지만, 위의 베르누이의 정리 응용이란 압력과 유속 및 유체 밀도의 관계식이며, 압력이 상승 (펌프 압력 등) 및 유속이 빨라져 유량이 커지는 관계식을 요구하는 것이며, 압력의 에너지가 변화한 경우입니다.
이 압력 (동압) : P와 유속 : V, 유체 밀도 : ρ의 관계식은 베르누이의 정리에서 구하고 있습니다.
(수평 배관내를 흐르는 물의 압력 변화에 따른 유량 변화를 생각해 위치 에너지 및 점성의 영향은 없는 것으로 생각한 경우입니다.)
배관 내를 흐르는 물의 압력과 유량의 관계는 위 그래프가 됩니다.
유량은 압력의 제곱근에 비례하며. 압력은 유량의 제곱에 비례합니다.
유량을 2 배로 늘리려면 압력을 4 배로 해야 합니다.
유량을 1/2 (절반)하려면 압력을 1/4로합니다.
압력 배관 내를 흐르는 물의 유량 계산
기본 식 Q = C × A × (2 × P ÷ ρ)^0.5
Q : 유량 (㎥/sec)
C : 유출 계수 (0.6 ~ 0.8)
A : 유로 면적 (m2)
P : 압력, 차압 (Pa)
ρ : 물의 밀도 (kg/㎥)
예 1.
내경 100mm의 배관 내의 압력이 0.1MPa(G)로, 배관의 하류 측이 대기 개방되어 있을 때, 배관을 흐르는 물의 유량은 얼마일까요?
배관 길이에 의한 마찰 저항은 무시하고 생각한 경우로, 유출 계수는 0.7로 합니다.
Q = C × A × (2 × P ÷ ρ)^0.5 기본 식
= 0.7 × 0.007854 × (2 × 100,000 / 1000)^0.5
= 0.7 × 0.007854 × 14.142
= 0.07775 (㎥/sec)
= 279.9 (㎥/h)
내경 100mm의 배관의 내경 면적은 0.007854 ㎡, 유출 계수 0.7, 0.1MPa(G) = 100000 Pa로 계산
이 때의 유속은 9.896 m/sec라 상당히 큰 값이다. 일반적으로 이러한 배관의 사용 방법은 적겠지만, 실제로 흘려 보낸다면 100mm의 배관 출구 측은 제트 수류(Jet水流)처럼 토출 할 것 입니다.
이 유속으로 배관 길이를 10m로 한 경우에는 약 600mmAq (84.3kPa), 배관 길이를 100m로하면, 약 86000mmAq (843kPa)의 압력 손실이 되기 때문에, 배관 길이를 100m로 한 경우 에 원압이 0.1 MPa(G) + 0.843MPa = 0.943 MPa(G) 이상 필요하게 됩니다.
펌프 등으로 보낼 경우에는 파워가 있는 펌프가 필요하게 된다는 것을 알 수 있습니다.
(
예 2.
내경 13mm의 수도 관내의 압력이 0.2MPa(G)로, 배관의 하류 측이 대기 개방되어 있을 때,
배관을 흐르는 물의 유량은 얼마인가요? 배관 길이에 의한 마찰 저항은 무시하고 생각한 경우로, 유출 계수는 0.7로 합니다.
Q = C × A × (2 × P ÷ ρ)^0.5 기본 식
= 0.7 × 0.0001327 × (2 × 200,000 / 1000)^0.5
= 0.7 × 0.0001327 × 20
= 0.0018578 (㎥/sec)
= 6.688 (㎥/h)
내경 13mm의 수도관의 내경 면적은 0.0001327 ㎡, 유출 계수 0.7, 0.2MPa(G) = 200,000 Pa로 계산
이 예는 일반 가정의 수도관에서 어능 정도의 수량이 나오는지? 계산해 보았지만, 일반 가정의 수도꼭지를 전개(全開)해도 6.688 ㎥/h는 흐르지 않는 것으로 생각됩니다.
이것은 수도꼭지를 전개(全開)해도 13mm의 내경 상당의 개구 면적은 없다고 추측 할 수있고, 수도꼭지 (밸브)는 밸브 구조를 하고 있고, 글로브 밸브 (Non-Full Bore)에 가까운 구조이기 때문에 100 % 개방에 해당하지 않습니다.
또한 일반 가정의 수도관의 전 압력도 일정하지 않고, 입지 조건에 따른 높낮이차이, 가정 별 배관 설치 조건에 의한 압력 손실로 수도꼭지를 전개했을 때의 압력은 0.1~0.2 MPa(G) 정도가 아닐까 합니다.
수도 본관의 원압은 0.3~0.5 MPa(G) 정도 일턴데. 일반 가정의 수도꼭지를 전개했을 때의 수량은 대략 3 ㎥/h 정도 인 것은 아닐까요?
Q = 0.7 × 0.000063617 × (2 × 200,000 / 1000)^0.5
= 0.7 × 0.000063617 × 20
= 0.00089064 (㎥/sec)
= 3.2 (㎥/h)
압력이 0.2 MPa(G)로 했을 경우에는 수도꼭지 전개의 개구 면적은 약 9mm에 해당하는 물량이다.
내경 9mm의 개구 면적 0.000063617 ㎡
이때의 유속은 6.7 m/sec가 된 배관 길이를 10m로 한 경우에는 약 345kPa의 압력 손실이기 때문에 원압은 0.2 MPa(G) + 0.345MPa = 0.545 MPa(G) 이상 필요하게 됩니다.
수도 본관의 원래 압력이 0.5 MPa(G) 있었다고 해도, 배관 길이가 10m이면, 압력 손실이 0.345MPa 있으므로
0.5 – 0.345 = 0.155 MPa(G)의 압력 만 가해지지 때문에 수도꼭지를 전개해도 2.82 ㎥/h의 유량 밖에 흐르지 않습니다.
이것이 배관 길이에 따른 압력 손실을 가미하여 계산 한 경우입니다.
가정의 수도관 13mm의 경우, 수도꼭지를 전개한 경우에 2.8~3.2 ㎥/h의 유량은 적절할 것입니다..
또한, 일반 가정의 수도관의 구경은 25mm, 20mm, 13mm로써, 기본 요금, 메터(사용량)가 다르므로, 시험 삼아 계산하는 경우는 집의 수도관 구경(Size)를 확인하시기 바랍니다.
배관의 마찰압력 손실에 대해서는 Darcy weisbach 다르시·트와이스바흐의 식으로 구할 수 있습니다.
배관의 마찰 압력 손실은 배관의 길이에 비례하며, 유속의 제곱에 비례합니다. 배관의 길이가 2 배가되면 압력 손실도 2 배로, 유속이 2 배가되면 압력 손실은 4 배가됩니다.
참고사항:
배관 내의 단면적 과 유속
200mm (200A=8in)의 배관 내에서 펌프로 이송하는 유속이 500,000 L/H 이라 할 때, 유속을 m/s 로 환산 한다면,
내경 200mm (200A=8in) 배관 의 면적=d² × 3.14 ÷ 4 이므로, 0.2m^2 * 3.14/4 = 0.04*3.14m2 입니다.
유속은 부피를 단면적으로 나누면 되므로, 500m3/(0.04m2*3.14) = (50000m/12.56)/H
=3980.9m/hr
= 3980.9m/(Hr * 3600s/Hr) =1.106m/s 로 계산됩니다.
200mm (200A=8in)의 실제 내경은 204.7 mm (화학공학서적)
배관단면적=파이*배관내경의 제곱/4 입니다. 배관체적= 배관단면적* 배관 길이 입니다. 물 1L= 1세제곱 센티미터 =1000 세제곱 밀리미터입니다.
배관Φ 200 mm 에서 → 배관 내부면적 = 1/4*π*(200*10^-3)^2 = 0.031416 m^2 배관내 유량 = 배관 내부면적*유속=0.125664 m^3/s ; 1m^3=1000 L, 1s=1/60 min = 0.125664 * 1000 / (1/60) = 7539.822 Litter/min
O-TRAP 제품 설명 고정오리피스식 스팀트랩(O-TRAP) 은 기존 스팀 트랩을 넘어 세계 최고의 증기 응축수 배출 시스템입니다. 스팀 트랩인 O-TRAP으로 교체하는 것만으로 증기 누설이나 이산화탄소를 크게 줄일 수 있습니다. 투자금은 2 년 이내에 회수 할 수 있습니다.
가장 큰 특징은 궁극적으로 간단한 구조이며, 요부는 항상 개방된 둥근 구멍이 있을 뿐, 모든 스팀 트랩이 가진 작동 밸브가 없고, 밸브의 개폐 등의 움직이는 동작이 전무하며, 응축수를 연속적으로 자동 배출합니다. 재질은 모두 스테인레스(SUS)로, 소형ᆞ경량입니다
본 제품(O-TRAP)의 장점 1. 뛰어난 내구성 및 유지보수 관리 불요
2. 뛰어난 에너지 절약과 지구 온난화 방지에 기여
3. 열전도성 생산성 향상
4. 작업을 시작할 때의 기동 시간 단축, 워터 햄머 감소
5. 정밀한 온도 관리
6. 전면적인 대응 능력
7. 획기적인 배관 설계 및 배관 비용의 대폭적인 절감
활용 예
1. 에어 히터 (에로 핀 튜브식)에 도입 (다른 텀블러 건조기, 열풍 순환 식 상자 형 건조기, 난방 에어 히터 etc.) 도입 효과 : ① 열풍 온도가 5~20 °C 상승했다. ② 건조 시간의 단축, 이송 시간의 증가 등 생산성이 5 %~10 % 향상됐다. ③ 증기 소비량이 5~20 % 감소했다. 2. 실린더 건조기 도입 (골판지 공장, 방직 공장, 염색 공장, 린넨 공급 etc.,)
도입 효과 :① 시작시의 상승 시간을 단축했다.
② 실린더 표면 온도의 편차가 없어 5 ℃~10 ℃ 상승하고 생산성도 5 %~10 % 향상됐다.
③ 증기 소비량이 50~10 % 감소했다.
3. 탱크의 내용물을 코일로 가열하고있는 경우 (도금 조, 염색탱크<染色槽>, 오일 탱크 etc.,)
도입 효과 :① 승온 시간을 단축했다. 도금 조의 경우 70 분을 55 분으로 단축했다.
② 워터햄머가 사라졌다.
③ 증기 소비량이 50~10 % 감소했다.
4. 탱크의 내용물을 자켓으로 가열하고 있는 경우 (취사 솥, 배합기<니더> 등)
도입 효과 : ① 열의 전달이 균일화하고 가마 당 취사에 얼룩이 없어 관리도 편 해졌다.
② 짓고 상승 시간을 단축하고 생산성도 향상되었다.
③ 증기 소비량이 50~10 % 감소했다.
5. 배출 응축수가 많은 경우에 대응 (석유 화학 공장의 증류탑의 리보이라의 예)
입구 압력 1.4 MPa
① 스팀 트랩 5 대로 처리하고 있던 것이, O-TRAP 1대로 대응 가능하게 되었다.
출구 압력 0.68 MPa
② 주변의 밸브 수 15 개를 3 개로 줄일 수 있어 소형화했다.
농축량 8 t/h
③ 설치 면적이 10 ㎡에서 2 ㎡ 로 감소했다.
④ 기존 스팀 트랩은 평균3 년 이내 기간으로 교환하고 있었지만, O-TRAP 은 20 년간 교환하는 일없이 계속사용하고 있다.
연락처 : 070-7747-8290
E-Mail : [email protected]
홈페이지: http://k.o-trap.cn
고정 오리피스식 스팀트랩(응축수 배출기)
오리피스의 유량 계산 방법을 알고 싶은데, 가능하다면, 오리피스 구멍 지름(직경)의 설계도 할 수 있게 되고 싶으면, 이 내용을 읽는 것으로 오리피스의 유량 계산과 오리피스 구멍 지름의 설계를 할 수있게됩니다. 그래서 이번에는 “오리피스의 유량 계산 방법”에 대해 알기 쉽게 정리해 보겠습니다.
■ 오리피스의 유량 계산방법
오리피스의 유량계산식
오리피스의 유량 계산식은 아래 식과 같습니다.
오리피스 유량계는, 오리피스 전후의 차압 Δp를 측정하여, 유량 Q를 산출하고 있습니다.
유량 계수 C 의 참고치
유량계수 C의 참고치는, 위의 그래프를 읽어냅니다.
수식으로 나타내면, 아래 식과 같습니다.
유량 계수 C는, 개공비(開孔比) m 와 레이놀즈 수 Re 의 함수가 되지만, 한계 레이놀즈 수 ReT 이상에서는, (2)식과 같이 개공비 m 만의 함수가 됩니다.
한계 레이놀즈 수 ReT는, 개공비(開孔比) m의 함수로, 위의 그래프와 같이 쓸 수 있습니다.
수식으로 표현하면, 아래 식과 같습니다.
따라서, 레이놀즈 수 Re 가 한계 레이놀즈 수 ReT 보다 큰 경우는, (2) 식을 사용하여 유량 계수 C를 구할 수 있습니다.
어느 정도의 유속이 확보되어 있는 경우, 레이놀즈 수 Re 는 한계 레이놀즈 수 ReT 이상이 되어 있을 것입니다.
(오리피스 판을 삽입하는 것과 같은 조건에서는, 한계 레이놀즈 수 이상이 될 가능성이 높습니다.)
유량 Q 의 산출 순서
다음 절차로 유량 Q를 구할 수 있습니다.
◈ 유량 Q의 산출 순서
① 배관 직경 D1과 오리피스 구멍 지름 D0을 조사한다.
② 유량 Q를 가정한다.
③ 오리피스 전후의 차압 ΔP를 계산한다.
④ 개공비(開孔比) m을 산출한다.
⑤ (2)식으로부터 유량 계수 C 를 산출한다.
C = 0.597 – 0.011m + 0.432㎡ (2)
⑥ (1)식에 유량 계수 C를 대입해서, 유량 Q 를 구한다.
⑦ 가정한 유량 Q 와 일치할 때까지 시행착오를 겪는다.
⑧ 레이놀즈 수 Re 를 구한다.
⑨ ⑧에서 산출한 레이놀즈 수 Re가 한계 레이놀즈 수 ReT 이상인지 확인한다.
오리피스 구멍 지름 D0 의 설계 절차
아래 절차로 오리피스 구멍 지름 D0을 구할 수 있습니다.
◈오리피스 구멍 지름의 산출 순서
① 필요 유량 Q 를 설정한다.
② 배관경 D1 을 조사하여 오리피스 구멍 지름 D0 을 가정한다.
③ 오리피스 전후의 차압 ΔP 를 계산한다.
④ 개공비 m을 산출한다.
⑤ ⑵식으로부터 유량 계수 C 를 산출한다.
C = 0.597 – 0.011m + 0.432㎡ (2)
⑥ ⑴식에 유량계수 C 를 대입해서 유량 Q를 구한다.
⑦ 가정한 유량 Q 와 일치할 때까지 시행착오한다.
⑧ 레이놀즈 수 Re를 구한다.
⑨ ⑧에서 산출한 레이놀즈 수 Re가 한계 레이놀즈 수 ReT 이상인지를 확인한다.
계산 예
그럼 구체적인 계산 예를 통해, 이해를 심화시켜 보도록 하겠습니다.
계산 예 ① 오리피스의 유량 계산
계산 전제
오리피스 1차측압력 P1 = 400 kPaG
오리피스 2차측압력 P2 = 50 kPaG
배관 직경(지름) D1 = 0.080 m
오리피스 구멍 직경(지름) D0 = 0.020 m
유체 밀도 ρ = 1000 kg/m³
유체 점도 μ = 1.0 × 10-3 Pa·s
압력계 ~ 오리피스 사이의 배관 압력 손실 ΔP1
오리피스 ~ 탱크 사이의 배관 압력 손실 ΔP2
※ 배관 압력 손실은 차압에 비해 무시할 정도로 작다. (ΔP1 = ΔP2 = 0)
① 배관 직경 D1과 오리피스 구멍 지름 D0을 조사한다.
계산전제에 따라 배관직경은 D1=0.080 m, 오리피스 구멍지름은 D0=0.020 m
여기에서 오리피스 구멍의 단면적 A0를 구해 둡니다.
②유량 Q를 가정한다.
Q=17.9 m³/h이라고 가정합니다.（ Q = 0.0050 m³/s ）
③ 오리피스 전후의 차압 ΔP를 계산한다.
ΔP = P1 – P2 = 350 kPa
④ 개공비 m을 산출한다.
⑤ (2)식으로부터 유량 계수 C를 산출한다.
⑥ (1)식에 유량 계수 C를 대입해서、유량 Q를 구한다.
⑦ 가정한 유량 Q 와 일치할 때까지 시행 착오한다.
이번 계산에서는, 가정한 유량과 계산 결과의 유량이 일치했기 때문에, 시행착오가 필요하지 않습니다.
⑧ 레이놀즈 수 Re 를 구한다.
먼저、배관 단면적 A1을 구합니다.
다음에、 배관 유속 u1 을 구합니다.
따라서、 배관 유속 u1 을 이용해 레이놀즈 수 Re 를 구할 수 있습니다.
⑨ ⑧에서 산출한 레이놀즈 수 Re 가、한계 레이놀즈 수 ReT 이상인지를 확인한다.
한계 레이놀즈 수 ReT 를 구합니다.
이 되기 때문에、(2)식의 적용 범위여서、 계산 결과는 타당하다는 것입니다.
이번에는 간편하기 위해서、 배관의 압력 손실을 무시할 수 있다고 가정했지 만、 실제 설계에서는 무시할 수 없는 경우도 있습니다.
배관의 압력 손실 계산 내용에 대해서는、아래 내용을 참고하여 주십시오.
계산 예 ② 오리피스 구멍 지름 ( 직경 ) 의 설계
계산 전제
오리피스 1차측압력 P1 = 275 kPaG
오리피스 2차측압력 P2 = 0 kPaG
배관 직경(지름) D1 = 0.15 m
오리피스 구멍 직경(지름) D0 = 0.050 m
유체 밀도 ρ = 1000 kg/m³
유체 점도 μ = 1.0 × 10-3 Pa·s
압력계 ~ 오리피스 사이의 배관 압력 손실 ΔP1
오리피스 ~ 탱크 사이의 배관 압력 손실 ΔP2
※ 배관 압력 손실은 차압에 비해 무시할 정도로 작다. (ΔP1 = ΔP2 = 0)
① 필요 유량 Q 를 설정한다.
이번에、필요한 유량을 Q = 100 m³/h 로 설정합니다.（Q=0.028 m³/s）
② 배관 직경 D1 을 조사하여、오리피스 구멍지름(직경) D0 을 가정한다.
계산 전제로 부터、배관 직경(지름)은 D1=0.15 m 로、
오리피스 구멍 직경(지름)은、D0=0.050 m 로 가정합니다.
여기서、오리피스 구멍 의 단면적 A0 을 구해 둡니다.
③ 오리피스 전후의 차압 ΔP 을 계산합니다.
ΔP = P1 − P2 = 275 kPa
④ 개공비(開孔比) m 를 산출합니다.
⑤ (2)식으로부터 유량 계수 C 를 산출합니다.
⑥ (1)식에 유량 계수 C 를 대입해서、유량 Q 를 구합니다.
⑦ 가정한 유량 Q 와 일치할 때까지 시행 착오 합니다.
이번 계산에서는、가정한 유량과 계산 결과의 유량이 일치했기 때문에、시행착오는 필요 없습니다.
⑧ 레이놀즈 수 Re 를 구합니다.
먼저、배관 단면적 A1 을 구합니다.
⑨ ⑧에서 산출한 레이놀즈 수 Re 가、한계 레이놀즈 수 ReT 이상인지를 확인합니다.
한계 레이놀즈 수 ReT 를 구합니다.
이 되기 때문에, (2)식의 적용 범위이며, 계산 결과가 타당하다는 것을 알았습니다.
(2) 식의 적용 범위를 벗어난 경우에는, 계산에서 구한 오리피스 구멍 지름(직경)의 전후 수 mm를 줄인 예비 오리피스 판을 만들어 두면 좋습니다.
Tel : 070-7747-8290
이메일 주소 : [email protected]
오리피스 유량 공식 | 소방설비기계기사 실기 문제풀이6(오리피스미터 유량계산 설명)-2017년 기출-지인을 위한 영상으로 반말이니 오해없으시기 바랍니다. 모든 답변
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화공기사 실기 필답형 – 유량계의 종류 :: 자격증 공부 블로그
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1 오리피스미터(Orifice Meter)
2 벤투리미터(Venturi Meter)
3 피토관(Pitot Tube)
4 로터미터(Rotermeter)
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오리피스 통과 유량(㎥/s) 계산식 과 고정오리피스식 스팀트랩 (O-TRAP,오트랩)의 작동 원리
A. 오리피스를 통과하는 응축수량 과 증기량 비교 참고사이트 : https://blog.naver.com/tjchung/220018358633 ◈ 오리피스를 통과하는 드레인 량 과 증기량 의 비교 드레인 량과 증기량의 계산 ; 직경Φ5mmφ 의 오리피스 구멍에서 전후의 압력 차 0.1MPa (1kg/cm2)의 조건에서, 응축수 100%가 흐른 경우, 587.5kg/h의 응축수가 배출되며, 증기 100%가 흐른 경우 21kg/h 증기가 배출 됩니다. 즉, 증기만이 흘렀다 하더라도 이 조건에서 증기의 유출량은 응축수 유출량 의 3.6% 밖에 흘러나오지 않은 것 입니다. ⓐ드레인의 오리피스 통과유량 계산식: QL = Cd × 1.252 × d² × √⊿P/V QL : 포화수 유량 (kg/h) Cd : 유량 계수 d : Orifice(구멍) 지름 (mm) ⊿P : 오리피스 전후 차압 (kg/c㎡) V : 비용적 (㎥/kg) = 압력별 포화 응축수의 비용적 ⓑ증기의 오리피스 통과유량 계산식: Qg = 0.5626 × d² × √P/V Qg : 증기 유량 (kg/h) d : Orifice(구멍) 지름 (mm) P : 입구 절대 압력 (kg/c㎡) V : 비 용적 (㎥/kg) = 절대 압력 증기의 비용적 [※오리피스를 통과하는 응축수량 과 증기량 계산식에 의한 비교 계산 실례 ] ① 오리피스 에서 드레인（액체）만이 배출된 경우 Ｑ=π×d²／4√2g△Pg×3600×1000×Ｋ Ｑ ： 유량 （ｍ³／S） d ： 오리피스의 직경（ｍ） △P ： 차압（ｋｇ／cm²） Ｋ ： 유량계수（＝0.6） 직경 ５mmΦ의 오리피스에서 차압(△P) １ｋｇ/cm²G에서 드레인이 배출되면 위 식으로 부터 587.5 kg/h 이 됩니다. 또는 QL = Cd × 1.252 × d² × √⊿P/V 게산식으로 할 수 있습니다. QL : 포화수 유량 (kg/h) Cd : 유량 계수 d : Orifice(구멍) 지름 (mm) ⊿P : 오리피스 전후 차압 (kg/c㎡) V : 비용적 (㎥/kg) = 압력별 포화 응축수의 비용적 ②오리피스 에서 증기（기체）만이 배출된 경우 Ｇ=0.5626 × d²×√Ｐ／Ｖ Ｇ ： 분출증기량 （㎏/h） d ： 오리피스의 직경（mm） Ｐ ： 절대압력（ｋｇ／cm²） Ｖ ： 증기 대비 용적（m³／ｋｇ） 같은 오리피스에서 증기가 배출되면 위 식으로 부터 21㎏/h 이 됩니다. ③동일한 오리피스(구멍)으로 배출되는 드레인량 과 증기량의 비교 드레인 만의 경우 ： 587.5 kg/h 증기 만의 경우 ： 21 ㎏/ｈ 같은 오리피스에서도 증기(기체) 만이 유출된 경우는、드레인(액체) 만이 유출했을 때 보다、 같은 조건하에서도 약 ３.6％ 밖에 유출되지 않습니다. 이 유출 특성의 차이를 이용한 것이 오리피스 트랩의 특징이며, 원리입니다. 따라서、 오리피스를 나온 증기는 감온 감압된 드레인으로 되기 때문에 워터햄머도 일으키지 않고、 Erosion도 발생하지 않습니다. 여기서의 주요 포인트는, 증기를 사용하는 곳에서 방열이 지속적으로 일어나기 때문에, 즉 증기를 공급하는 한, 이렇게 방열되어 발생하는 응축수를 배출시키게 되기 때문에, 증기는 배출되지않고 응축수만이 배출되도록 설계하면, 생증기 누출없이 응축수 만을 배출시키는 스팀트랩을 제조할 수 있습니다. 즉, O-TRAP은 “순수 생증기만”을 흐를 수 없도록하고, 응축수만을 흐르게 할 수 있다는 것입니다. 이와 같이 설치된 O-TRAP 은 고장 날 곳이 없어서 “거의 반영구적으로 사용” 이 가능합니다. 소모품이 아닌 장치에 해당합니다. ※ 압력별 포화증기표 예; 항 목 1 bar·g 5 bar·g 10 bar·g 포화증기 온도 ℃ 120.42 158.919 184.123 증기 잠열 Kj/kg 2200.97 2085.36 1999.28 포화증기의 비엔탈피 Kj/kg 2706.54 2756.23 2780.71 포화수의 비엔탈피 Kj/kg 505.572 670.876 781.434 포화증기의 비체적 ㎥/kg 0.880277 0.314918 0.177232 포화수의 비체적 ㎥/kg 0.00106071 0.001100 0.001133 저희제품(O-TRAP)을 모방한 제품들과 비교하면 외관은 비슷하나, Engineering 을 실수하면 설치 후에 부하변동 등에 제대로 추종하지 못해서 떼어내야(철거) 하기도 하는 것을 자주 보았기에, 미리 정보로서 알려드리니 업무 참고하시길 바랍니다. 또한 시중에 유통되고있는 “벤츄리 노즐식 오리피스 트랩”(노즐교체식)과도 구조 등 제조방식등이 저희 제품과 젼혀 다르다는 점, 알려드리니 참고하시길 바랍니다. 1982년부터 주관용트랩/헤더용트랩/장치용트랩(열교환기,공정Heater,대용량트랩 등)다수 납품하여 사용중에 있습니다. B. 고정오리피스식 스팀트랩 (O-TRAP,오트랩)의 작동 원리 O-TRAP은 오리피스를 통과하는 증기가 드레인에 비해 오리피스를 통과하는 양이 적다는 성질을 이용하고 있습니다. 액체가 오리피스로부터 유출되는 양은 그 액체의 종류, 오리피스 구경 및 오리피스 전후의 압력 차(△P)에 의해 결정되며, 그 이론 유량 계산식은(아래에 설명) 오리피스 유량계 등에서 공지하는 바와 같습니다. 예를 들어, 직경 5mmΦ의 오리피스 구멍에서 전후의 압력 차(△P) 0.1MPa (1Kg/c㎡) 조건에서, 드레인 100%가 흐르는 경우, 587.5kg/h의 응축수가 배출되며, 증기 만이 100%가 흐른 경우 21kg/h 의 증기가 배출 됩니다. 즉 증기 만이 흘렀다 하더라도, 이 조건하에서 증기의 유출량은, 드레인(응축수) 유출량의 3.6% 밖에 흐르지 않습니다. ◎ 고정 오리피스식 응축수 배출장치 O-TRAP 이란? O-TRAP 은 기존의 Steam Trap 처럼 작동 밸브를 사용하지 않고, 드레인 량에 맞는 크기의 원형 구멍의 개구면적을 설계하여 드레인 만을 배출시키는 구조의 획기적인 응축수 배출 장치입니다. 작동 밸브가 없어 구조가 단순하기 때문에, 고장이나 증기 누출이 발생하지 않고, 대용량의 드레인에도 소 구경으로 대응할 수 있는 것이 특징입니다. O-TRAP (고정 오리피스 타입 스팀트랩)은 엔지니어링 된 응축수 연속 배출 장치입니다. O-TRAP은 증기 손실을 최소화하면서 공기, 응축수 및 기타 모든 비응축성 가스를 배출합니다. 최대 열효율로 응축수 부하를 배출하기 위해 특정 응용 분야에 대해 고정 오리피스 크기(Size)가 계산됩니다. 배출되는 뜨거운 응축수의 약 10~25 %가 일정한 압력 강하로 오리피스의 하류 측에서 증기로 재증발 합니다. 이 재증발 효과는 포화 증기의 흐름을 더욱 제한합니다. 실제 조건에서는, 최소 비율의 증기가 응축수와 함께 배출되는데, 이는 응축수에 비해 증기의 부피가 상대적으로 크기 때문입니다. O-TRAP 은 움직이는 부속품이 전혀 없어 고장나지 않기 때문에 모든 압력에서 적용 할 수 있으며, 스팀 트랩으로써의 수명이 거의 반 영구적입니다. Q：오리피스의 통과 유량 (㎥/s) 계산식 (제한 오리피스의 구멍 직경 Diameter계산식) 유량 Q=C・A√(2*ΔP/ρ) = C・πd2/4・√(2*ΔP/ρ) C： 유량 계수（실험값） 유량계수 C = 실제유량/이론유량 이론유량=π・d2/4*v = π・d2/4*√2gh A： 오리피스의 면적(㎡) π： 원주율 파이 d： 오리피스의 직경(m) ΔP： 차압(Pa) ρ： 유체의 밀도(kg/㎥) v： 유속(m/s) 오리피스를 직렬로 연결 한 경우의 통과 유량에 대해 오리피스를 직렬로 연결 한 경우의 통과 유량에 대한 유압 잭의 구동 회로에 있어서 신축 속도를 조정하기 위해 오리피스를 사용하지만, 제작 비용, 쓰레기/오물/이물질 막힘 등등을 고려하여 구멍의 최소 지름을 φ0.5mm로 이를 직렬로 연결하여 필요한 신축 속도를 얻고 있습니다. 오리피스를 직렬로 연결 한 경우의 통과 유량 계산식을 알고 있는지요? 경험적으로 예를 들어 φ1mm × 2 개 는 φ0.5mm 상당이 된다고 알려져 있습니다. 한편, 오리피스 단체(単体)의 통과 유량은 Q = Cd × A × √(2 × ΔP/ρ)으로 산출 할 수 있는 것으로 알려져 있습니다. 참고사항: 배관 내를 흐르는 유체의 유량과 압력의 관계 ; 배관내를 흐르는 유체의 유량과 유속의 관계는, Q = C × A × V 로 나타낼 수 있습니다. 여기서, Q : 유량, C : 유출 계수, A : 유로 면적, V : 유속 V = (2 × P ÷ ρ)^0.5 베르누이의 정리 응용으로 부터 Pv = 1/2 × ρ × V^2 Pv : 동압(動圧) Q = C × A × (2 × P ÷ ρ)^0.5 Q : 유량 ㎥/sec P : 압력 차압 (파스칼) ρ (로우) : 유체 밀도 kg/㎥ P = (Q ÷ (C × A))^2 × (ρ ÷ 2) 액체의 경우를 생각해 본다면, 내경 150mm의 수평배관에 100㎥/h의 유량으로 물이 흐르고 그 때 배관 내의 압력이 100kPa(G)로, 배관 하류에 밸브가 설치되어 밸브의 2차측이 대기 개방되어 있다고 합니다. 배관 내의 압력이 200kPa (G)로 상승하는 경우의 유량은 얼마나 될까요? 배관의 하류측의 부하(저항)은 변하지 않고 배관 2차측 밸브를 조작하지 않는다고 생각하여 Q = C × A × (2 × P ÷ ρ)^0.5 식의 Q = 100㎥/h, P = 100kPa(G), ρ = 1000kg/㎥ 를 대입하여 구할 수 있습니다. 여기에서 C, A, 2 의 항은 일정하게 생각하여, 식에서 생략합니다. 유량 Q 는 (P ÷ ρ)^0.5에 비례하는데, 이는 압력 P의 제곱근에 비례하고, 밀도 ρ의 제곱근에 반비례합니다. 배관 하류측의 부하(저항)는 변하지 않는다고하면 압력 P는 배관 내의 압력의 변화로 간주 될 수 있기 때문에 상승한 압력 200kPa(G)와 원래의 압력 100kPa(G)의 비율로 생각 할 수 있습니다. 즉, 200 ÷ 100 = 2 압력 P가 2 배로 된 것이 됩니다. 유량 Q는 압력 P의 제곱근에 비례하므로 √2 = 1.4142로 되어, 유량은 1.4142 배가 됩니다. 물의 밀도 ρ는 압력이 바뀌어도 변하지 않기 때문에 ρ (로우) 항목은 계산은 불필요 합니다. 압력이 200kPa(G)로 상승했을 때는 Q = C × A × (2 × 2 ÷ ρ)^0.5로 되어 유량은 100㎥/h × 1.4142 = 141.42 ㎥/h로 됩니다. 이 때의 유속 V는 V = (2 × P ÷ ρ)^0.5 베르누이의 정리 응용보다 압력이 2 배가되므로 유속 V는 √2 = 1.4142, 유속은 1.4142 배가 됩니다. 베르누이의 정리란, 에너지 보존의 법칙을 유체에 적용시킨 것이지만, 위의 베르누이의 정리 응용이란 압력과 유속 및 유체 밀도의 관계식이며, 압력이 상승 (펌프 압력 등) 및 유속이 빨라져 유량이 커지는 관계식을 요구하는 것이며, 압력의 에너지가 변화한 경우입니다. 이 압력 (동압) : P와 유속 : V, 유체 밀도 : ρ의 관계식은 베르누이의 정리에서 구하고 있습니다. (수평 배관내를 흐르는 물의 압력 변화에 따른 유량 변화를 생각해 위치 에너지 및 점성의 영향은 없는 것으로 생각한 경우입니다.) 배관 내를 흐르는 물의 압력과 유량의 관계는 위 그래프가 됩니다. 유량은 압력의 제곱근에 비례하며. 압력은 유량의 제곱에 비례합니다. 유량을 2 배로 늘리려면 압력을 4 배로 해야 합니다. 유량을 1/2 (절반)하려면 압력을 1/4로합니다. 압력 배관 내를 흐르는 물의 유량 계산 기본 식 Q = C × A × (2 × P ÷ ρ)^0.5 Q : 유량 (㎥/sec) C : 유출 계수 (0.6 ~ 0.8) A : 유로 면적 (m2) P : 압력, 차압 (Pa) ρ : 물의 밀도 (kg/㎥) 예 1. 내경 100mm의 배관 내의 압력이 0.1MPa(G)로, 배관의 하류 측이 대기 개방되어 있을 때, 배관을 흐르는 물의 유량은 얼마일까요? 배관 길이에 의한 마찰 저항은 무시하고 생각한 경우로, 유출 계수는 0.7로 합니다. Q = C × A × (2 × P ÷ ρ)^0.5 기본 식 = 0.7 × 0.007854 × (2 × 100,000 / 1000)^0.5 = 0.7 × 0.007854 × 14.142 = 0.07775 (㎥/sec) = 279.9 (㎥/h) 내경 100mm의 배관의 내경 면적은 0.007854 ㎡, 유출 계수 0.7, 0.1MPa(G) = 100000 Pa로 계산 이 때의 유속은 9.896 m/sec라 상당히 큰 값이다. 일반적으로 이러한 배관의 사용 방법은 적겠지만, 실제로 흘려 보낸다면 100mm의 배관 출구 측은 제트 수류(Jet水流)처럼 토출 할 것 입니다. 이 유속으로 배관 길이를 10m로 한 경우에는 약 600mmAq (84.3kPa), 배관 길이를 100m로하면, 약 86000mmAq (843kPa)의 압력 손실이 되기 때문에, 배관 길이를 100m로 한 경우 에 원압이 0.1 MPa(G) + 0.843MPa = 0.943 MPa(G) 이상 필요하게 됩니다. 펌프 등으로 보낼 경우에는 파워가 있는 펌프가 필요하게 된다는 것을 알 수 있습니다. ( 예 2. 내경 13mm의 수도 관내의 압력이 0.2MPa(G)로, 배관의 하류 측이 대기 개방되어 있을 때, 배관을 흐르는 물의 유량은 얼마인가요? 배관 길이에 의한 마찰 저항은 무시하고 생각한 경우로, 유출 계수는 0.7로 합니다. Q = C × A × (2 × P ÷ ρ)^0.5 기본 식 = 0.7 × 0.0001327 × (2 × 200,000 / 1000)^0.5 = 0.7 × 0.0001327 × 20 = 0.0018578 (㎥/sec) = 6.688 (㎥/h) 내경 13mm의 수도관의 내경 면적은 0.0001327 ㎡, 유출 계수 0.7, 0.2MPa(G) = 200,000 Pa로 계산 이 예는 일반 가정의 수도관에서 어능 정도의 수량이 나오는지? 계산해 보았지만, 일반 가정의 수도꼭지를 전개(全開)해도 6.688 ㎥/h는 흐르지 않는 것으로 생각됩니다. 이것은 수도꼭지를 전개(全開)해도 13mm의 내경 상당의 개구 면적은 없다고 추측 할 수있고, 수도꼭지 (밸브)는 밸브 구조를 하고 있고, 글로브 밸브 (Non-Full Bore)에 가까운 구조이기 때문에 100 % 개방에 해당하지 않습니다. 또한 일반 가정의 수도관의 전 압력도 일정하지 않고, 입지 조건에 따른 높낮이차이, 가정 별 배관 설치 조건에 의한 압력 손실로 수도꼭지를 전개했을 때의 압력은 0.1~0.2 MPa(G) 정도가 아닐까 합니다. 수도 본관의 원압은 0.3~0.5 MPa(G) 정도 일턴데. 일반 가정의 수도꼭지를 전개했을 때의 수량은 대략 3 ㎥/h 정도 인 것은 아닐까요? Q = 0.7 × 0.000063617 × (2 × 200,000 / 1000)^0.5 = 0.7 × 0.000063617 × 20 = 0.00089064 (㎥/sec) = 3.2 (㎥/h) 압력이 0.2 MPa(G)로 했을 경우에는 수도꼭지 전개의 개구 면적은 약 9mm에 해당하는 물량이다. 내경 9mm의 개구 면적 0.000063617 ㎡ 이때의 유속은 6.7 m/sec가 된 배관 길이를 10m로 한 경우에는 약 345kPa의 압력 손실이기 때문에 원압은 0.2 MPa(G) + 0.345MPa = 0.545 MPa(G) 이상 필요하게 됩니다. 수도 본관의 원래 압력이 0.5 MPa(G) 있었다고 해도, 배관 길이가 10m이면, 압력 손실이 0.345MPa 있으므로 0.5 – 0.345 = 0.155 MPa(G)의 압력 만 가해지지 때문에 수도꼭지를 전개해도 2.82 ㎥/h의 유량 밖에 흐르지 않습니다. 이것이 배관 길이에 따른 압력 손실을 가미하여 계산 한 경우입니다. 가정의 수도관 13mm의 경우, 수도꼭지를 전개한 경우에 2.8~3.2 ㎥/h의 유량은 적절할 것입니다.. 또한, 일반 가정의 수도관의 구경은 25mm, 20mm, 13mm로써, 기본 요금, 메터(사용량)가 다르므로, 시험 삼아 계산하는 경우는 집의 수도관 구경(Size)를 확인하시기 바랍니다. 배관의 마찰압력 손실에 대해서는 Darcy weisbach 다르시·트와이스바흐의 식으로 구할 수 있습니다. 배관의 마찰 압력 손실은 배관의 길이에 비례하며, 유속의 제곱에 비례합니다. 배관의 길이가 2 배가되면 압력 손실도 2 배로, 유속이 2 배가되면 압력 손실은 4 배가됩니다. 참고사항: 배관 내의 단면적 과 유속 200mm (200A=8in)의 배관 내에서 펌프로 이송하는 유속이 500,000 L/H 이라 할 때, 유속을 m/s 로 환산 한다면, 내경 200mm (200A=8in) 배관 의 면적=d² × 3.14 ÷ 4 이므로, 0.2m^2 * 3.14/4 = 0.04*3.14m2 입니다. 유속은 부피를 단면적으로 나누면 되므로, 500m3/(0.04m2*3.14) = (50000m/12.56)/H =3980.9m/hr = 3980.9m/(Hr * 3600s/Hr) =1.106m/s 로 계산됩니다. 200mm (200A=8in)의 실제 내경은 204.7 mm (화학공학서적) 배관단면적=파이*배관내경의 제곱/4 입니다. 배관체적= 배관단면적* 배관 길이 입니다. 물 1L= 1세제곱 센티미터 =1000 세제곱 밀리미터입니다. 배관Φ 200 mm 에서 → 배관 내부면적 = 1/4*π*(200*10^-3)^2 = 0.031416 m^2 배관내 유량 = 배관 내부면적*유속=0.125664 m^3/s ; 1m^3=1000 L, 1s=1/60 min = 0.125664 * 1000 / (1/60) = 7539.822 Litter/min O-TRAP 제품 설명 고정오리피스식 스팀트랩(O-TRAP) 은 기존 스팀 트랩을 넘어 세계 최고의 증기 응축수 배출 시스템입니다. 스팀 트랩인 O-TRAP으로 교체하는 것만으로 증기 누설이나 이산화탄소를 크게 줄일 수 있습니다. 투자금은 2 년 이내에 회수 할 수 있습니다. 가장 큰 특징은 궁극적으로 간단한 구조이며, 요부는 항상 개방된 둥근 구멍이 있을 뿐, 모든 스팀 트랩이 가진 작동 밸브가 없고, 밸브의 개폐 등의 움직이는 동작이 전무하며, 응축수를 연속적으로 자동 배출합니다. 재질은 모두 스테인레스(SUS)로, 소형ᆞ경량입니다 본 제품(O-TRAP)의 장점 1. 뛰어난 내구성 및 유지보수 관리 불요 2. 뛰어난 에너지 절약과 지구 온난화 방지에 기여 3. 열전도성 생산성 향상 4. 작업을 시작할 때의 기동 시간 단축, 워터 햄머 감소 5. 정밀한 온도 관리 6. 전면적인 대응 능력 7. 획기적인 배관 설계 및 배관 비용의 대폭적인 절감 활용 예 1. 에어 히터 (에로 핀 튜브식)에 도입 (다른 텀블러 건조기, 열풍 순환 식 상자 형 건조기, 난방 에어 히터 etc.) 도입 효과 : ① 열풍 온도가 5~20 °C 상승했다. ② 건조 시간의 단축, 이송 시간의 증가 등 생산성이 5 %~10 % 향상됐다. ③ 증기 소비량이 5~20 % 감소했다. 2. 실린더 건조기 도입 (골판지 공장, 방직 공장, 염색 공장, 린넨 공급 etc.,) 도입 효과 :① 시작시의 상승 시간을 단축했다. ② 실린더 표면 온도의 편차가 없어 5 ℃~10 ℃ 상승하고 생산성도 5 %~10 % 향상됐다. ③ 증기 소비량이 50~10 % 감소했다. 3. 탱크의 내용물을 코일로 가열하고있는 경우 (도금 조, 염색탱크, 오일 탱크 etc.,) 도입 효과 :① 승온 시간을 단축했다. 도금 조의 경우 70 분을 55 분으로 단축했다. ② 워터햄머가 사라졌다. ③ 증기 소비량이 50~10 % 감소했다. 4. 탱크의 내용물을 자켓으로 가열하고 있는 경우 (취사 솥, 배합기 등) 도입 효과 : ① 열의 전달이 균일화하고 가마 당 취사에 얼룩이 없어 관리도 편 해졌다. ② 짓고 상승 시간을 단축하고 생산성도 향상되었다. ③ 증기 소비량이 50~10 % 감소했다. 5. 배출 응축수가 많은 경우에 대응 (석유 화학 공장의 증류탑의 리보이라의 예) 입구 압력 1.4 MPa ① 스팀 트랩 5 대로 처리하고 있던 것이, O-TRAP 1대로 대응 가능하게 되었다. 출구 압력 0.68 MPa ② 주변의 밸브 수 15 개를 3 개로 줄일 수 있어 소형화했다. 농축량 8 t/h ③ 설치 면적이 10 ㎡에서 2 ㎡ 로 감소했다. ④ 기존 스팀 트랩은 평균3 년 이내 기간으로 교환하고 있었지만, O-TRAP 은 20 년간 교환하는 일없이 계속사용하고 있다. 연락처 : 070-7747-8290 E-Mail : [email protected] 홈페이지: http://k.o-trap.cn
고정 오리피스식 스팀트랩(응축수 배출기)
오리피스의 유량 계산 방법을 알고 싶은데, 가능하다면, 오리피스 구멍 지름(직경)의 설계도 할 수 있게 되고 싶으면, 이 내용을 읽는 것으로 오리피스의 유량 계산과 오리피스 구멍 지름의 설계를 할 수있게됩니다. 그래서 이번에는 “오리피스의 유량 계산 방법”에 대해 알기 쉽게 정리해 보겠습니다. ■ 오리피스의 유량 계산방법 오리피스의 유량계산식 오리피스의 유량 계산식은 아래 식과 같습니다. 오리피스 유량계는, 오리피스 전후의 차압 Δp를 측정하여, 유량 Q를 산출하고 있습니다. 유량 계수 C 의 참고치 유량계수 C의 참고치는, 위의 그래프를 읽어냅니다. 수식으로 나타내면, 아래 식과 같습니다. 유량 계수 C는, 개공비(開孔比) m 와 레이놀즈 수 Re 의 함수가 되지만, 한계 레이놀즈 수 ReT 이상에서는, (2)식과 같이 개공비 m 만의 함수가 됩니다. 한계 레이놀즈 수 ReT는, 개공비(開孔比) m의 함수로, 위의 그래프와 같이 쓸 수 있습니다. 수식으로 표현하면, 아래 식과 같습니다. 따라서, 레이놀즈 수 Re 가 한계 레이놀즈 수 ReT 보다 큰 경우는, (2) 식을 사용하여 유량 계수 C를 구할 수 있습니다. 어느 정도의 유속이 확보되어 있는 경우, 레이놀즈 수 Re 는 한계 레이놀즈 수 ReT 이상이 되어 있을 것입니다. (오리피스 판을 삽입하는 것과 같은 조건에서는, 한계 레이놀즈 수 이상이 될 가능성이 높습니다.) 유량 Q 의 산출 순서 다음 절차로 유량 Q를 구할 수 있습니다. ◈ 유량 Q의 산출 순서 ① 배관 직경 D1과 오리피스 구멍 지름 D0을 조사한다. ② 유량 Q를 가정한다. ③ 오리피스 전후의 차압 ΔP를 계산한다. ④ 개공비(開孔比) m을 산출한다. ⑤ (2)식으로부터 유량 계수 C 를 산출한다. C = 0.597 – 0.011m + 0.432㎡ (2) ⑥ (1)식에 유량 계수 C를 대입해서, 유량 Q 를 구한다. ⑦ 가정한 유량 Q 와 일치할 때까지 시행착오를 겪는다. ⑧ 레이놀즈 수 Re 를 구한다. ⑨ ⑧에서 산출한 레이놀즈 수 Re가 한계 레이놀즈 수 ReT 이상인지 확인한다. 오리피스 구멍 지름 D0 의 설계 절차 아래 절차로 오리피스 구멍 지름 D0을 구할 수 있습니다. ◈오리피스 구멍 지름의 산출 순서 ① 필요 유량 Q 를 설정한다. ② 배관경 D1 을 조사하여 오리피스 구멍 지름 D0 을 가정한다. ③ 오리피스 전후의 차압 ΔP 를 계산한다. ④ 개공비 m을 산출한다. ⑤ ⑵식으로부터 유량 계수 C 를 산출한다. C = 0.597 – 0.011m + 0.432㎡ (2) ⑥ ⑴식에 유량계수 C 를 대입해서 유량 Q를 구한다. ⑦ 가정한 유량 Q 와 일치할 때까지 시행착오한다. ⑧ 레이놀즈 수 Re를 구한다. ⑨ ⑧에서 산출한 레이놀즈 수 Re가 한계 레이놀즈 수 ReT 이상인지를 확인한다. 계산 예 그럼 구체적인 계산 예를 통해, 이해를 심화시켜 보도록 하겠습니다. 계산 예 ① 오리피스의 유량 계산 계산 전제 오리피스 1차측압력 P1 = 400 kPaG 오리피스 2차측압력 P2 = 50 kPaG 배관 직경(지름) D1 = 0.080 m 오리피스 구멍 직경(지름) D0 = 0.020 m 유체 밀도 ρ = 1000 kg/m³ 유체 점도 μ = 1.0 × 10-3 Pa·s 압력계 ~ 오리피스 사이의 배관 압력 손실 ΔP1 오리피스 ~ 탱크 사이의 배관 압력 손실 ΔP2 ※ 배관 압력 손실은 차압에 비해 무시할 정도로 작다. (ΔP1 = ΔP2 = 0) ① 배관 직경 D1과 오리피스 구멍 지름 D0을 조사한다. 계산전제에 따라 배관직경은 D1=0.080 m, 오리피스 구멍지름은 D0=0.020 m 여기에서 오리피스 구멍의 단면적 A0를 구해 둡니다. ②유량 Q를 가정한다. Q=17.9 m³/h이라고 가정합니다.（ Q = 0.0050 m³/s ） ③ 오리피스 전후의 차압 ΔP를 계산한다. ΔP = P1 – P2 = 350 kPa ④ 개공비 m을 산출한다. ⑤ (2)식으로부터 유량 계수 C를 산출한다. ⑥ (1)식에 유량 계수 C를 대입해서、유량 Q를 구한다. ⑦ 가정한 유량 Q 와 일치할 때까지 시행 착오한다. 이번 계산에서는, 가정한 유량과 계산 결과의 유량이 일치했기 때문에, 시행착오가 필요하지 않습니다. ⑧ 레이놀즈 수 Re 를 구한다. 먼저、배관 단면적 A1을 구합니다. 다음에、 배관 유속 u1 을 구합니다. 따라서、 배관 유속 u1 을 이용해 레이놀즈 수 Re 를 구할 수 있습니다. ⑨ ⑧에서 산출한 레이놀즈 수 Re 가、한계 레이놀즈 수 ReT 이상인지를 확인한다. 한계 레이놀즈 수 ReT 를 구합니다. 이 되기 때문에、(2)식의 적용 범위여서、 계산 결과는 타당하다는 것입니다. 이번에는 간편하기 위해서、 배관의 압력 손실을 무시할 수 있다고 가정했지 만、 실제 설계에서는 무시할 수 없는 경우도 있습니다. 배관의 압력 손실 계산 내용에 대해서는、아래 내용을 참고하여 주십시오. 계산 예 ② 오리피스 구멍 지름 ( 직경 ) 의 설계 계산 전제 오리피스 1차측압력 P1 = 275 kPaG 오리피스 2차측압력 P2 = 0 kPaG 배관 직경(지름) D1 = 0.15 m 오리피스 구멍 직경(지름) D0 = 0.050 m 유체 밀도 ρ = 1000 kg/m³ 유체 점도 μ = 1.0 × 10-3 Pa·s 압력계 ~ 오리피스 사이의 배관 압력 손실 ΔP1 오리피스 ~ 탱크 사이의 배관 압력 손실 ΔP2 ※ 배관 압력 손실은 차압에 비해 무시할 정도로 작다. (ΔP1 = ΔP2 = 0) ① 필요 유량 Q 를 설정한다. 이번에、필요한 유량을 Q = 100 m³/h 로 설정합니다.（Q=0.028 m³/s） ② 배관 직경 D1 을 조사하여、오리피스 구멍지름(직경) D0 을 가정한다. 계산 전제로 부터、배관 직경(지름)은 D1=0.15 m 로、 오리피스 구멍 직경(지름)은、D0=0.050 m 로 가정합니다. 여기서、오리피스 구멍 의 단면적 A0 을 구해 둡니다. ③ 오리피스 전후의 차압 ΔP 을 계산합니다. ΔP = P1 − P2 = 275 kPa ④ 개공비(開孔比) m 를 산출합니다. ⑤ (2)식으로부터 유량 계수 C 를 산출합니다. ⑥ (1)식에 유량 계수 C 를 대입해서、유량 Q 를 구합니다. ⑦ 가정한 유량 Q 와 일치할 때까지 시행 착오 합니다. 이번 계산에서는、가정한 유량과 계산 결과의 유량이 일치했기 때문에、시행착오는 필요 없습니다. ⑧ 레이놀즈 수 Re 를 구합니다. 먼저、배관 단면적 A1 을 구합니다. ⑨ ⑧에서 산출한 레이놀즈 수 Re 가、한계 레이놀즈 수 ReT 이상인지를 확인합니다. 한계 레이놀즈 수 ReT 를 구합니다. 이 되기 때문에, (2)식의 적용 범위이며, 계산 결과가 타당하다는 것을 알았습니다. (2) 식의 적용 범위를 벗어난 경우에는, 계산에서 구한 오리피스 구멍 지름(직경)의 전후 수 mm를 줄인 예비 오리피스 판을 만들어 두면 좋습니다. Tel : 070-7747-8290 이메일 주소 : [email protected]
오리피스 (orifice) 이론
오리피스 (orifice) 이론 개요 오리피스는 구멍이 뚫린 얇은 판으로 보통 파이프나 튜빙 내부에 설치된다. 아래 그림에서 직경 d2의 구멍을 가지는 판이다. 유량 측정, 압력 강하, 흐름 제한의 목적으로 사용된다. 베르누이 정리로 설명할 수 있는 벤튜리 노즐 (Venturi Nozzle)의 원리와 같다. (자세히 보면 수식은 다르다.) 유량 측정 오리피스가 설치된 배관에서 질량 유량은 아래와 같이 계산될 수 있다. : 토출 계수 (discharge coeffecient) 로 오리피스 형상과 탭 (압력 측정 위치)에 따라 달라진다. : 오리피스 직경/배관 직경 : 팽창 팩터, 비압축성의 경우는 1 d : 오리피스 구멍 직경 : 상류의 밀도 : “측정된” 오리피스 전/후의 압력 차이 유량 측정의 목적으로 사용되는 경우에 이미 많이 나와있는 표준에 따라 설치하고 표준에 나와있는 수식을 이용하면 구해질 수 있다. 보통 오리피스는 날카로운 모서리를 가지는 형태로 제작되며 파이프와 오리피스가 같은 동심축에 놓게 설치된다. 탭핑 (압력의 측정 위치) 은 표준에 따라서 바뀌는데 토출계수가 바뀌게 된다. 탭핑은 코너 탭, D와 D/2탭, 플랜지 탭이 있다. 압력 손실 오리피스를 지나면 전체 압력 손실이 발생하는데 아래 수식은 ISO 5167 표준에 따른 수식이다. 혹은 : 전체 압력 손실 ISO 5167에 따른 유량 계산 ISO 5167에 따르면 규정에 따라 제작 및 설치를 하면 별도의 장치 (유량계) 를 이용한 보정없이 유량을 계산할 수 있다. 위 수식을 보면 다른 것들은 다 측정 가능한데 토출계수와 압축성 유동의 팽창 팩터는 계산해야 한다. 보통 날카로운 모서리를 가지는 경우 오리피스는 0.6~0.63 의 토출계수를 가진다. 팽창계수는 주로 측정된 전/후의 압력 차이의 함수이다. 이 말은 유량의 함수이기도 하다 (압력차이와 유량은 비례하므로). 특히 낮은 정압과 높은 차압에서 변화가 크다. (미국과 유럽의 국가 및 산업 표준은 다른 수식을 사용하지만 배경 이론이 비슷해서 결과도 비슷하다) 아래 수식은 ISO 5167에 따른 표준으로 수식에 대한 거부감이 있으면 안봐도 된다. 토출 계수 날카로운 모서리의 오리피스에 대하여는 직경이 71.2 mm 보다 작은 경우는 아래 항이 더해진다. 여기서 , 코너 탭핑의 경우는 플랜지 탭핑의 경우는 D와 D/2 탭핑의 경우는 ; . 여기서 = : 등엔프로피 지수, 종종 비열비로 근사화 한다. : 동점성계수 팽창계수 날카로운 모서리 오리피스에 대하여 이면 비압축성인 경우는 1 참고문헌 https://en.wikipedia.org/wiki/Orifice_plate
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오리피스 (orifice) 이론
오리피스 (orifice) 이론
개요
오리피스는 구멍이 뚫린 얇은 판으로 보통 파이프나 튜빙 내부에 설치된다.
아래 그림에서 직경 d2의 구멍을 가지는 판이다. 유량 측정, 압력 강하, 흐름 제한의 목적으로 사용된다.
베르누이 정리로 설명할 수 있는 벤튜리 노즐 (Venturi Nozzle)의 원리와 같다. (자세히 보면 수식은 다르다.)
유량 측정
오리피스가 설치된 배관에서 질량 유량은 아래와 같이 계산될 수 있다.
: 토출 계수 (discharge coeffecient) 로 오리피스 형상과 탭 (압력 측정 위치)에 따라 달라진다.
: 오리피스 직경/배관 직경
: 팽창 팩터, 비압축성의 경우는 1
d : 오리피스 구멍 직경
: 상류의 밀도
: “측정된” 오리피스 전/후의 압력 차이
유량 측정의 목적으로 사용되는 경우에 이미 많이 나와있는 표준에 따라 설치하고 표준에 나와있는 수식을 이용하면 구해질 수 있다. 보통 오리피스는 날카로운 모서리를 가지는 형태로 제작되며 파이프와 오리피스가 같은 동심축에 놓게 설치된다. 탭핑 (압력의 측정 위치) 은 표준에 따라서 바뀌는데 토출계수가 바뀌게 된다. 탭핑은 코너 탭, D와 D/2탭, 플랜지 탭이 있다.
압력 손실
오리피스를 지나면 전체 압력 손실이 발생하는데 아래 수식은 ISO 5167 표준에 따른 수식이다.
혹은
: 전체 압력 손실
ISO 5167에 따른 유량 계산
ISO 5167에 따르면 규정에 따라 제작 및 설치를 하면 별도의 장치 (유량계) 를 이용한 보정없이 유량을 계산할 수 있다. 위 수식을 보면 다른 것들은 다 측정 가능한데 토출계수와 압축성 유동의 팽창 팩터는 계산해야 한다.
보통 날카로운 모서리를 가지는 경우 오리피스는 0.6~0.63 의 토출계수를 가진다. 팽창계수는 주로 측정된 전/후의 압력 차이의 함수이다. 이 말은 유량의 함수이기도 하다 (압력차이와 유량은 비례하므로). 특히 낮은 정압과 높은 차압에서 변화가 크다.
(미국과 유럽의 국가 및 산업 표준은 다른 수식을 사용하지만 배경 이론이 비슷해서 결과도 비슷하다)
아래 수식은 ISO 5167에 따른 표준으로 수식에 대한 거부감이 있으면 안봐도 된다.
토출 계수
날카로운 모서리의 오리피스에 대하여는
직경이 71.2 mm 보다 작은 경우는 아래 항이 더해진다.
여기서
,
코너 탭핑의 경우는
플랜지 탭핑의 경우는
D와 D/2 탭핑의 경우는 ; .
여기서
=
: 등엔프로피 지수, 종종 비열비로 근사화 한다.
: 동점성계수
팽창계수
날카로운 모서리 오리피스에 대하여
이면
비압축성인 경우는 1
참고문헌
https://en.wikipedia.org/wiki/Orifice_plate
오리피스 유량 공식 | 유체역학 050 벤튜리관 1 197 개의 가장 정확한 답변
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