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  단위환산 문의드립니다.
  글쓴이 : znmdl   고유ID : ebvvd     날짜 : 23-08-28 10:40     조회 : 1053    
 안녕하세요 단위환산 문의드립니다.
길이 M에서 질량(kg)으로 변환할 수 있나요?
어떤 물질이 있을 때
M x M x M x 비중 x 1000 이렇게 나타내도 될까요?

Stefano    23-08-30 02:04
초등 4년 수준  계산수식  질량 = 부피 * 밀도 ....(1)의 식에서  사용하는 질량, 부피, 밀도의 단위를 그대로 적용하면 계산할 수 있습니다.    물리적 수식은 단위가 일치하여 계산되어야  의미가 있습니다.  [질량단위]=[부피단위]*[밀도단위]

비중은 물(혹은 공기)에대한 상대적 밀도를 나타내기 때문에 단위가 없습니다.  따라서 비중을 밀도로 환산하면 밀도와  같은 단위의 값이 됩니다.    (다른 물질의) 밀도 = 비중 * (물의밀도) .......(2)

만일 물의 밀도를  1000 kg/m3로 나타냈다면  m3단위의 부피를 사용하여 (1)식으로 계산하면
    질량, kg = (부피,m^3) * [ (비중, - )*(물의 밀도 1000 kg/m3)]  가 되고

만일 물의 밀도를  1 kg/L 로 나타냈다면  L단위의 부피를 사용하여 (1)식으로 
    질량, kg = (부피,L) * [ (비중, - )*(물의 밀도 1 kg/L)]가  되고   

만일 물의 밀도를  1 g/cc 단위로 나타냈다면  cc(cm^3)단위의 부피에 이 밀도를 곱하면 g 단위의 질량이 계산되지요.
    질량, g =  (부피, cc)) * [ (비중, - )*(물의 밀도 1 g/cc)]
마동쓰 com2356   23-08-30 21:07
글이 작성되지 않아 해당 글의 댓글로 문의드리는 점 양해바랍니다.

1. 현재 글을 작성하는 분들은 어떻게 작성하시는지 궁금합니다. 저는 데스크톱 및 모바일(안드로이드)로 해도 글이 등록되지 않네요.

2. 쿨링 타워 관련 질문입니다. 쿨링 타워 자료(Bell&Gossett사)를 읽다 보니, 냉각수가 열교환기에서 열교환된 다음, 쿨링 타워로 Return 되는 배관에서 Siphon을 고려해야 한다고 합니다. Siphon을 막기 위해 해당 배관(자료에선 downcomer로 표현)에 vent를 달거나 설치 지역의 elevation 및 냉각수 온도를 고려하여 펌프 head를 조정하는 내용이 있는데, 이해가 가지 않습니다.
왜 Siphon을 고려하는지, 펌프 head는 왜 조정하는지가 궁금합니다.
스테파노 Stefano   23-09-02 15:05
(A0) 게시판 글올리기 문제가 아직 해결되지 않아 안타깝습니다..  누군가의 도움이 절실히 필요합니다.

(A1)냉각기가 "Cooling Tower Top Distribution Header ("CTTDH") 높이보다 높은 곳에 설치되어 있는 경우에 발생하는 현상입니다.

이럴 경우, 냉각펌프 배출Head 가 "CTTDH"높이보다 충분히 높을 것이므로  설치되어 있는 그 냉각기의 공급냉각수("CWS") 배관에 냉각수가 완전히 채워져 공급되지만,  냉각기와 후단의 회수냉각수("CWR") 배관 부분에는 Siphon 현상에 의해 부분진공이 걸리게 됩니다. 

이로 인하여 냉각수의 일부가 증발하거나 공기가 스며들어가 Two Phase 상태로 흘러가게 됩니다.    그리되면 흐름이 균일하지 않고 관내 소음이 발생할 수 있습니다.    질문에서 언급한 자료에서 이런경우  회수냉각수("CWR") 배관 (질문에서는 "downcomer"로 표현) 에  ⓐ "vent"를 달아두거나  ⓑ Pump Head를 조정 하라고 하고 있는데

여기서의 ⓐ "vent" valve는  "Air Vent"밸브를 말하는 것이 아니고 Vacuum ("Siphon")Breaker Valve를 달아두는 것을 말하고 ⓑ 의 의미는 냉각탑 "CTTDH"보다 냉각기가 더 높은곳에 설치되어 있기 때문에 CWS공급배관에 액이 채워진 상태로 공급하기 위해 펌프 배출압을 그만큼 더 높여주라는 뜻입니다.

해당 냉각기가 아닌 다른 냉각기 즉, "CTTDH" 보다 높지 않은 곳에 설치된 일반적인 냉각기에는 "CWS"를 공급하기 위한 Pump Head는  ①Pump Suction Pond  액면과  "CTTDH"와의 높이 차이에다  ②CWS/CWR 배관 및 밸브, 관부품에 의한 마찰손실 (Friction Head) , ③ 조절밸브에 의한 압력차 ④냉각기 내의 압력차 ,및  ⑤약간의 여유치를 고려하면됩니다.

그러나 질문과 관련된 냉각기의 경우에는 CWR Return Line에 걸리는 압력은  ①만 가지고 안되고 Siphon Breaker 영향도 검토하고 필요한 추가 Head를 고려해 달라 (결론적으로 더 높은 Head를 가진 Pump 선정하라)는 주문입니다.

(A2) 혹시 공장 내에 이 주제와 같은 내용의 냉각기가 설치되어 있는지 확인해 보고 냉각기 출구 밸브 후단에 Vacuum (Siphon) Breaker가 달려있는지 알아보고 소개해 주세요.  아주 큰 공장에는 이따금씩 이런 냉각기를 볼 수 있습니다.
     
마동쓰 com2356   23-09-02 21:13
답변 감사합니다. 글쓰기가 하루 빨리 정상화되기를 기원합니다.

1. 제가 언급한 자료(Bell&Gossett, TEH-1209)에는 스테파노님께서 말씀하신 가정(CTTDH 높이보다 열교환기가 높게 설계되어 있는 경우)을 확인할 수 없었는데, 듣고 보니 어느정도 이해가 갑니다. 감사합니다.

2. '냉각펌프 배출Head 가 "CTTDH"높이보다 충분히 높을 것이므로  설치되어 있는 그 냉각기의 공급냉각수("CWS") 배관에 냉각수가 완전히 채워져 공급되지만,  냉각기와 후단의 회수냉각수("CWR") 배관 부분에는 Siphon 현상에 의해 부분진공이 걸리게 됩니다.'라고 말씀하신 부분에서, CWR 배관에는 왜 Siphon이 발생한다는 것인지 궁금합니다. 냉각펌프에서 가압하여 유량이 형성되고 있는데 이를 Siphon으로 봐야하는 건가요? 아니면 애초에 Head를 계산할 때 펌프~열교환기 인입측까지의 Head만 고려해서, CWR에 초기 유량이 형성되고 나서부터는 Siphon으로 유량이 형성된다고 봐야하는 건가요?

3. 결론적으로 위와 같은 상황에서 Head에 여유율을 고려하라는 것인데, 혹시 이에 대한 정량적인 계산 방법이나 Rule of Thumb이 있는지 궁금합니다.
스테파노 Stefano   23-09-03 00:30
AA1)  Cooling Water Ciculation Loop가  Cooling Water Pond>Cooling Water Pump>CW Supply Header>Cooler(Condenser)>CW Return Header>Cooling Tower Top Distribution Header>Cooling Tower Packed Bed>Cooling Water Pond로 구성되어있고  연결된 Cooler 나  Condenser가  대기압 상태로 노출되는 Top Distribution Header  높이보다 높게 설치된 곳에서는  "CWR" Line의 Siphon 현상은 일어나지 않습니다

그러나 냉각기가  "CTTDH" 보다 높게 설치되어 있는 경우  열교환기를 거쳐 나오는 CWR Line에서 "CTTDH" 높이까지 내려오는 Line 부분에서는 Siphon 현상으로 음압이 걸리게 돕니다.    냉각수 펌프가 아무리 높은 압력으로 뿜어 올려도 CWR Return Line에 걸리는 절대압력은 대기압에다  "CTTDH"높이까지의 정압 및 유량이 흐를 때 배관 마찰손실 만큼의 압력이 걸릴 뿐입니다.

따라서 "CTTH" 높이 이상으로 올라가 있는 냉각기용 CWS Line 배관내 압력은 그 높이에 해당하는 부분진공, 즉 Siphon 현상이 이 걸리면서  냉각수에 용해되어 있던 공기, 가스 등이 채워져 있게 되므로  이를 고려하라는 뜻입니다

AA2)  <...CWR 배관에는 왜 Siphon이 발생한다는 것인지 궁금합니다....>
냉각탑과 냉각수 펌프 CWS공급관,  냉각기, CWR순환관, 냉각탑의 개념도를 그려두고 (앞선 설명을 참고로 하여)왜 Siophon 현상이 일어나는지 연구해보세요.

<...냉각펌프에서 가압하여 유량이 형성되고 있는데 이를 Siphon으로 봐야하는 건가요? ..>
==>일반 냉각기에서는 Siphon 현상을 고려할 필요는 없습니다

<.. 아니면 애초에 Head를 계산할 때 펌프~열교환기 인입측까지의 Head만 고려해서, CWR에 초기 유량이 형성되고 나서부터는 Siphon으로 유량이 형성된다고 봐야하는 건가요? ..>
==>  냉각기에 연결되는 CWS배관과  냉각기에 공급된 후 CWR에 반드시 Siphon현상이 일어나는 것이 아니고 냉각탑 "CTTDH"보다 높게 설치된 냉각기의  경우에만  Siphon 현상이 일어나는데  CWR 전 구간이 Siphon 현상이 되는 것은 아니고 CWR 배관 구간중  "CTTDH"보다 높게 설치된 냉각배관 부분에서기만 일어나는 현상입니다.

Siphon Breaker가 달려있는 부분에서의 절대압력은 대기압과 같기 때문에 공기로 채우져 있는 부분에서는 Siphon 현상으로 Head나 유량이 형성될 수 없고  냉각기를 거쳐나온 CWR가 대기압 상태가 됩니다.  따라서  "CTTDH"보다 높게 설치된 냉각기에 공급해야 하는 CWS 공급압력은  "CTTDH"~ 냉각기 출구 높이 만큼의 Head를 더해 주어야 냉각수가 원할히 공급될 수 있다는 것을 설명한 것입니다. 

이 냉각기 CWR 흐름의 의 경우 공급 펌프의 Head와는 관계없이 냉각수는 Siphon으로 유량이 형성되는 것이 아니고 Siphon 구간 아랫 부분에 연속적으로쌓이는 CWR의 Liquid Head차에 의해 CWR이 냉각탑으로 흘러들어갈 수 있습니다.   

AA3) 정량적인 계산 방법은 Hydraulic Analysis 방법에 의한 Tool을 이용하는 것이나  Siphon 현상이 일어나는 부분에서는 Two-Phase  부분이고,  Siphon Breaker(Vacuum Breaker)가 설치된 부분에서의 절대압력은 대기압임을 고려하면  됩니다.

이 주제에 대한 참고자료는 찾아보기 힘들고 이 내용에 관한 유경험자도 거의 없습니다 .  이전 질문에서 언급했던 "쿨링 타워 자료(Bell&Gossett사)"의 자료에 혹시  자세히 기술되어 있는지 확인하여 답글로 올려주세요.
     
마동쓰 com2356   23-09-05 22:04
AA1-1) <...연결된 Cooler 나  Condenser가  대기압 상태로 노출되는 Top Distribution Header  높이보다 높게 설치된 곳에서는  "CWR" Line의 Siphon 현상은 일어나지 않습니다...>라고 언급하신 부분에서, 냉각기가 Top Distribution Header 높이보다 [낮게] 설치된 곳에서 Siphon 현상이 일어나지 않는게 맞는 내용 아닌가요?? 오탈자인지 궁금합니다.

신규 질문1) 종합해서 정리하자면 CTTDH보다 냉각기 높이가 높을 경우, CWR의 흐름은 Siphon 구간 아래 부분에 연속적으로 쌓이는 CWR의 Liquid Head차에 의해 CTTDH에서 배출됩니다. 만약 펌프 Head가 단순히 ①Pump Suction Pond  액면과  "CTTDH"와의 높이 차이,  ②CWS/CWR 배관 및 밸브, 관부품에 의한 마찰손실 (Friction Head) , ③ 조절밸브에 의한 압력차 ④냉각기 내의 압력차 ,및  ⑤약간의 여유치만을 고려했다면, CWR 구간에서 부분 진공이 발생하여 일부가 증발하거나 공기가 유입되어 소읍 및 불균일한 흐름을 유발할 수 있습니다(이때 압력이 가장 낮은 구간은, CWR 배관 중 가장 높은 부분). 따라서 이를 방지하기 위해선 Siphon Breaker를 달거나, ①Pump Suction Pond 액면과 CTTDH와의 높이 차이에 추가적인 여유 Head(압력이 가장 낮은 구간에서도 진공압이 발생하지 않도록)를 감안하여 Pump Head를 선정한다면, 보다 안정적인 설계가 가능하다. 이렇게 정리가 되는데 틀린 내용이 있는지 확인해주시면 감사하겠습니다.

신규 질문2) CWR 구간에서 부분 진공이 발생하여 일부가 증발하거나 공기가 유입된다 말씀하셨는데, 가장 압력이 낮은 부분이 유체의 증기압보다 낮다면, Cavitation 발생으로 유체가 증발한다는 내용은 이해가 됩니다. 하지만, 공기가 유입된다는 내용은 쉽게 이해가 가지 않네요. 이미 CWR 구간이 유체로 만관이된 상태인데, 공기가 유입될 수 있는 건지 궁금합니다.

항상 감사합니다.
Stefano    23-09-07 02:37
AAA1-1) 잘못 설명되어 있었습니다.  오탈자 였습니다.  답글을 쓰고나서 검토했어야 했는데 틀린채로 남아있었습니다. 
냉각기가 TDDH보다 높이설치된 곳에서 Siphon  현상이 일어나 (이때 Vacuum Breaker가 필요하고)  냉각기가 TDDH보다 낮게 설치된 곳에서는  열교환기 출구노즐보다 CWR Header 높이가 낮아도 냉각수 대기압 보다 높기 때문에 부분적으로 Siphon 현상이 일어나도 공기가 유입되지 않습니다 (이 부분에는 초기 시동시 혹은 운전중 공기 누적이 있더라도  Vent Valve로 배출시키면 이후 운전시 냉각수가 꽉차 흐르게 됩니다.)

질문자의 추가 설명은 잘 이해된 내용으로 맞습니다. 
요약하면 1) CTTDH  보다 높게 설치된 냉각기를 위해 최고높이의 냉각기 출구까지 올려주는 펌프Head가 필요하고  그 냉각기 출구는 Siphon Breaker (주로 Valve가 아닌 Goose Neck 사용) 부착하고,
2)  CTTDH  보다  낮게 설치된 냉각기에서는  CWR Nozzle이 CWR Header 높이가 낮아 부분 Siphon 효과가 나더라도 대기압보다 절대 압력이 높기 때문에 초기 수동 Air Vent 이후 항상 냉각수가 충만되어 흐르게 됩니다.

AAA2) CTTDH  보다 높은 곳에 설치된 냉각기의 경우에만 나타나는 현상으로 CWR  출구에서 Header까지의 부분("Down Comer 부분")에 앞서 설명한  Vacuum Breaker가 설치되지 않으면 그부분에는 <Head 차이로 인하여> 절대압력이 대기압보다 낮은상태로 유지되어 <만일 이구간에 Vent Valve를 달아 배출하려해도 공기가 배출되는 것이 아니고 내부로 흘러들어갑니다.>  따라서 CWR이 만관상태로 유지되지 않지요.  만관상태를 유지하려면  CWR Header측으로 인위적으로 <Head 차이만큼의 흐름 저항이 걸리도록>해야 합니다.
   

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