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  [동력] 동력 = 에너지/시간
  글쓴이 : 스테파노   고유ID : Stefano     날짜 : 18-09-06 19:33     조회 : 129    
동력 (Power)은 단위시간 안에 얼마나 많은 에너지를 낼수 있는가 혹은 소모하는가를 나타내는 공률(工率)을 말합니다. 
 
우선 에너지를 나타내는 물리량 속성들을 알아보도록 하지요.
 
 
열에너지 :         Thermal Energy ... 질량* 비열 * 온도차
중력위치에너지:   Potential Energy.... m*g*h  =질량 * 가속도 * 가속도장 거슬러 옮겨간 거리 
운동에너지:     Kinetic Energy...     (1/2) m* v^2       
 
전기력에너지:   Electric Energy....   (전기량 Coulomb, C) * (전압 Electric Potential, V)
                                                   = (전류 Ampeare* 시간 t) * (전압, V) 
외부에너지:   External Energy...   (외부작용 압력, Pressure)*(시스템 부피, Volume)
핵물질(Mass)에너지: Nuclearic Energy..  (핵분열 손실질량, Mass)*(광속 Co)^2 
 
연소에너지:   Combustion Energy.. (연소반응 질량)*(단위 질량당 연소열)
재료응력에너지: Stress Energy.....재료에 걸리는 (인장, 압축) 응력 * 재료의 부피
이 밖에도 자기력(Magnetic)에너지, 파동(Wave, Sound)에너지, 회전(자전, 공전) 에너지 등이 있지요
 
동력 (Power) 단위시간에 위들 에너지를 이용할 수 있느냐에 달려 있습니다.  
예를 들어   아래와 같이 계산되는 것이지요..
 
단위시간에  물건을 들어 올리는 엘리베이터의 동력은...  엘리베이터 동력 = 위치에너지/시간
단위시간에 물을 데우는 커피포트의 동력은 ....커피포트 동력 =열량/시간 
펌프 모터의 동력 ....   모터 동력 =  모터전력에너지/시간 = 펌프위치에너지 증가/시간
압축기의 동력 ...........모터동력 = 외부에너지/시간 = 압력*부피유량
보일러 연소동력 ........보일러동력 = 연소열량/시간
...

스테파노 Stefano   18-09-12 18:26
<Elevator 동력 > 

=물건을 중력을 거슬러 들어올리는 동력은  일정시간에 [중력(=질량*중력가속도) * 높이] 만큼 에너지를 높이는 Power가 됩니다.
=바켓엘리베이터나 화물용 엘리베이트나 인원용 엘리베이터의 동력은 모두 같은 방법으로 계산됩니다. 
=단 필요한 모터의 용량을 구하고자 한다면 기계적 동력의 효율은 별도로 감안해야 하지요.  여기서는 전달된 순수에너지 해당 동력을 계산하였습니다.
=에스칼레이터에 줄줄이 사람이 늘어서 있거나 바겟엘리베이터의 바스켓마다 물건이 채워져 있어도 올려 나르는 능력이 동일하면 동력은 동일합니다. 

      질량유량    m  kg/s                m  lb/s
      높이          h  m                    h  ft

  (Elevator Power, W) = m * h  {kgf-m/s}  = 9.80665 (m*h) {J/s}  ......(1a)  *1 kgf-m/s=9.80665 W=0.009807kW   

  (Elevator Power, W) = m * h  {lbf-ft/s}  = 1.35582 (m*h) {W} ...(1b)  *1 ft-lbf/s= 1.35582 W=0.0013558 kW
스테파노 Stefano   18-09-12 18:42
< 커피포트 동력 >

20℃의 물 1L를  5분만에 끓는 온도 100℃로 올려줄 수 있는 가정용 커피포트의 동력
전기적 동력은 거의 손실없이 열로 전달 됩니다. 

(물의 현열/시간,  동력)    =  m *Cp *Δt /Θ  = 1 kg * 1 kcal/kg/℃ * (100-20)℃ / (5*60s)  =  0.2667 kcal/s  = 1.116 kW 

* 1 kcal/s (thermal)= 4.184 kW
스테파노 Stefano   18-09-14 13:04
<펌프 동력>

물(혹은 액체)을  시간당  m kg을  h m를 퍼올리는데 필요한 동력은  중력장이 작용하는 지상에서 위치에너지를 높여주기 위해 필요한 펌프 동력으로 계산하면 됩니다.

  위치에너지 상승 동력  =  m *  g  *  h  /3600 s  = m * h * (9.8/3600)  [ (kg/s)  * (m/s^2 )* (m)]
                              =  (1/367.35)* m * h  [(kg-m2/s^2)/s] = (1/367.35) m* h  [J/s]  = (1/367.35)  m * h  [W] ....(1)


위의 동력을 효율 η인 펌프로 퍼올리기 위한 펌프의 동력은

  펌프 동력, W=  (1/367.35) * m * h / η  [W]  = 2.7222(10^-6) m * h/η    kW............(2)  η: 펌프 효율

위의 펌프를 돌리기 위해 전달장치 효율 f를 감한한 의 Driver(원동기 출력위치의) 필요 동력은

  원동기(Driver) 동력, kW =  2.7222(10^-6) m * h/(η*f) ............................................(3)  f: 동력 전달기 효율
 
흔히... 유체가 실제로 흡수하는 동력은 (1)식과 같이 효율이 포함되지 않은 Net 동력이고 이를 "Fluid(Hydraulic, or Water) Horse Power (수마력)"이라고 하고 (2)식으로 나타낸 동력은 "Shaft Horse Power(축마력)", (3)식으로 나타낸 동력은 "Driver Horse Power (원동기 마력)"이라고 구분합니다.  (모터, 엔진등) 원동기 출구 Transmission, 기아박스 등의 동력 전달기등이 연결되기전 Driver의 동력은 따로 Brake Hose Power 라고 하는데 원동기 제조회사에서 동력 전달기를 함께 붙여서 부하측에 연결되는 부분의 동력을 나타내는 경우도 있어서 명확히 구별하려면 동력측정 위치를 명시해야 혼돈을 막을 수 있습니다.
스테파노 Stefano   18-09-14 13:41
<회전기기의 축 동력>

회전긱기들의 동력은 회전축에서 <단위시간에 전달하는 "토르크'>에 해당하는데 여기서의 "Torque" 는 힘에 길이를 곱한 양에 해당하므로 말하자면 <에너지>인 셈이고 이를 단위시간에 해 내는 일(=에너지)이므로 바로 동력(Power)인 것이지요.
 
동력 =  Force * Distance / Time  = Torque * Angular Velocity (=rad/time)

    Power, Watt = Force(N) * Distance(m) /Time(s) = (Torque, N-m)/Time(s)  =  T * ω  [W] ...........(1) 

                    윗 식에서, T= Torque, N-m,  ω = angular velocity, rad/s

RPM(분당 회전수) N으로 돌아가는 회전기기의 각속도는  1회전이 2π radian이므로    ω =  2π*N/60  [rad/s]

    Power,  P [W] =  2π*N*T/60  [W] ...................(2)

이 수식에는 전달장치나 감속기 등의 효율이 포함되어 있지 않기 때문에 그 동력을 전달하려면 전달장치의 기계적 효율로 나누어 주어야  공급 동력이 구해집니다.    축동력을 알면 그 축을 통해 전달되는 Torque를 구할 수 있습니다.

    Torque, T [N-m]  =  60/(2π*N) * P  [N-m] = 9.549 N * P  [N-m]  .........(3)    P = Power, [W],  N =회전수 [rpm] 
 

**Torque의 주요 환산계수는 다음과 같습니다.

      1 N-m = 0.1019716  kgf-m  = 0.737562 ft-lbf,    1 ft -lbf = (0.3048 * 4.448222) N-m = 1.355818 N-n

    또한,  앞선 설명에서 Torque는 에너지라고 했으므로 등가 에너지는 다음과 같습니다.

      1 N-m = 1 J = 0.239 cal,      1 ft-lbf = 0.3240 cal
   

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