PUMP SHAFT POWER

1. 펌프 소요 동력 계산의 이론 체계 및 공식

펌프의 소요 동력은 유체에 순수하게 전달되는 유체 역학적 에너지인 **수동력(Water Power / Hydraulic Power)**에서 출발하여, 펌프 자체의 기계적·유체적 손실을 반영한 **축동력(Shaft Power)**, 그리고 최종 구동원인 전동기의 여유 손실을 반영한 **모터 동력(Motor Power)** 순서로 순차 연산됩니다.

① 수동력 (Water Power, P_w): 유체를 지정된 유량(Q)과 전양정(H)만큼 수송하는 데 필요한 순수 에너지입니다.

P_w = (ρ × g × Q × H) / 1,000  [kW]

여기서 ρ는 유체 밀도(kg/m³), g는 중력가속도(9.80665 m/s²), Q는 초당 체적 유량(m³/s), H는 전양정(m)입니다. 유량 단위로 LPM (L/min)을 쓸 경우의 공식은 다음과 같습니다:

P_w = (ρ × 9.80665 × Q_LPM × H) / 60,000,000  [kW]

② 축동력 (Shaft Power, P_s): 펌프가 에너지를 전달하는 과정에서 마찰, 체적 누설, 유체 충돌 등으로 인해 손실이 생기며 이를 펌프 효율(η_p)로 나누어 실제 펌프 구동 축에 공급해야 하는 동력을 도출합니다.

P_s = P_w / η_p  [kW]  (단, η_p는 소수점 형태 예: 0.70)

2. 전동기(Motor) 선정 및 출력 전달 여유율 (Margin Factor, K)

펌프와 모터를 직결하거나 벨트로 연결할 때, 시동 시의 과부하, 전동기의 전송 장치 효율, 유체 밀도의 변동성 등을 감안하여 전동기 정격 용량 설계 시 축동력에 일정한 **전동기 여유율(K)**을 더해 줍니다.

P_motor = P_s × (1 + α) = P_s × K

일반적으로 원심 펌프의 경우 축동력 용량 범위에 따라 다음과 같은 마진 인자(α)가 추천규격으로 제안됩니다.

• 모터 출력 ≤ 0.2 kW: 50% 여유 (α = 0.50)
• 0.2 kW < 모터 출력 ≤ 2.0 kW: 30% ~ 20% 여유 (α = 0.30 ~ 0.20)
• 2.0 kW < 모터 출력 ≤ 10.0 kW: 15% 여유 (α = 0.15)
• 모터 출력 > 10.0 kW: 10% 여유 (α = 0.10)

3. 전양정(Total Head, H)의 구성 요소 이해

양정이란 유체를 올릴 수 있는 수두 높이(m)를 뜻합니다. 실무에서 말하는 전양정(Total Head)은 단순히 수직 높이 차이만을 뜻하는 실양정(Actual Head: 흡입 양정 + 토출 양정)에 그치지 않고, 배관 유로 전체의 피팅류 및 배관 표면 마찰로 인한 마찰 손실 수두(Friction Loss Head, h_f)와 토출구 속도를 내기 위한 속도 수두(v² / 2g)를 모두 합산한 총체적인 에너지를 의미합니다. 따라서 관 부품 저항이 가중될수록 전양정이 크게 상승하며 이에 따라 소요 동력도 정비례하여 가중됩니다.