기체 압력과 파이프 직경에 따른 권장 유량

Mass Flow Meter(MFM)이나 Mass Flow Controller(MFC)를 사용할 때는 기체를 운반하기 위해 필수적으로 파이프를 사용해야 합니다.

기체용 파이프는 용도와 장소에 따라 금속관부터 플라스틱, 고무, 유리까지 다양한 종류가 사용되며 그 크기도 매우 다양합니다.

기체는 뒤에서 밀어주는 압력에 의해 파이프를 따라 흐르게 되는데, 가끔 원하는 유량이 흐르지 않아 곤욕스러운 경우가 있습니다.

원하는 유량을 얻기 위해서는 단순히 파이프의 직경만 늘리거나 기체의 압력만 높여서는 안된다는 사실을 알고 계셨나요?

이번 시간에는 기체용 금속 파이프의 직경과 기체의 압력에 따른 권장 유량에 대해 알아보도록 하겠습니다.

ANSI 표준에 따른 금속 파이프 직경과 최대 유량

ANSI(American National Standards Institute - 미국 국가 표준 협회)는 미국 내의 제품, 서비스, 시스템 등의 분야에서 표준을 개발하고 관리하는 비영리 민간기구입니다.

ANSI는 미국을 대표해 ISO(International Organization for Standardization - 국제 표준화 기구)에 가입되어 있으며 미국 제품이 전세계에서 사용될 수 있도록 미국의 표준을 국제 표준에 맞추는 업무를 담당합니다.

미국 국가 표준 협회(ANSI - American National Standards Institute)

ANSI 에는 기체용 금속 파이프의 직경에 따른 최대 권장 유량을 설정한 항목도 존재하는데, 이는 적용된 압력(PSI)에서 파이프의 직경(Inch)과 그에 따른 권장 유량(SCFM - Standard Cubic Feet per Minute)에 대한 내용으로 아래의 표와 같습니다.

ANSI 의 금속 파이프 직경(Inch)과 압력(PSI)에 따른 권장 유량(SCFM)

출처 : JGB enterprises inc.

http://www.jgbhose.com/technical-reference-literature/maximum-recommended-air-flow.asp

위의 표는 ANSI 에서 설정한 금속 파이프 직경에 따른 권장 유량값이며 적용 기체는 공기(Air)입니다.

1/8 inch, 1/4 inch, 3/8 inch, 그리고 1/2 inch 파이프 직경의 경우 파이프 100 feet(30.48 meter)당 10%의 압력 하락을 기준으로 설정되었으며, 3/4 inch, 1 inch, 1-1/4 inch, 2 inch, 2-1/2 inch, 3 inch 는 100 feet 당 5%의 압력 하락을 기준으로 설정 되었습니다.

위의 표를 보면 직경 1/8 inch 파이프에 5 PSI 의 압력으로 기체를 흘리면 0.5 SCFM 의 유량이 흐르는 것이 표준이라는 것을 알 수 있습니다.

만약 파이프의 직경이 넓어져 3 inch 의 파이프를 사용할 경우에는 240 SCFM 의 유량이 표준값입니다.

이것이 뜻하는 것는 유량은 압력과 파이프의 직경에 비례해 올라갈 수 있다는 것으로, 만약 10 SCFM 의 유량을 흘리고 싶다면 직경 1/8 inch 의 파이프를 사용할 때는 적어도 200 PSI 정도의 압력이 필요하며, 1/2 inch 직경의 파이프를 사용할 경우에는 약 20 PSI 의 압력으로도 10 SCMF 의 유량을 흘릴 수 있다는 것입니다.

반대로 직경과 기체의 압력이 권장값보다 낮다면 원하는 유량을 흘릴 수 없습니다.

같은 압력으로 기체를 흘릴 경우 파이프의 직경이 작아지면 가해지는 압력이 높아져 유량이 더 많이 흐를 수도 있다고 생각할 수 있지만 사실은 그렇지 않습니다.

또한 MFC 를 이용해 유량을 조절할 경우에도 권장값보다 높은 압력과 유량이 흘러야 밸브를 이용한 유량 조절이 가능하며, 압력이나 유량이 낮을 경우 MFC 를 이용해 유량을 높일 수 있는 방법은 없습니다.

따라서 MFC 를 사용할 때에는 파이프 직경과 기체 압력을 항상 권장사항 이상으로 유지해야 원하는 유량을 흘릴 수 있습니다.