🚰
배관 압력손실 계산기

배관 압력손실 계산기는 유체가 배관을 흐를 때 관 벽과의 마찰, 엘보·밸브·티 같은 부속에서 발생하는 저항 때문에 줄어드는 압력을 계산하는 도구입니다. 배관 길이만 보고 압력손실을 정하는 것이 아니라, 유량, 실제 내경, 유체의 밀도와 점도, 관의 거칠기, 피팅의 손실계수를 함께 반영해야 합니다.

이 계산기는 원형 관 내부의 정상 유동을 기준으로 Darcy-Weisbach 식을 사용합니다. 직관 구간의 손실과 피팅·밸브의 국부손실을 따로 계산한 뒤 합산하기 때문에, 단순히 몇 kPa/100m만 보여주는 표보다 현재 배관 조건을 직접 비교하기 쉽습니다.

직관의 마찰에 의한 압력손실은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

여기서 Δp₍f₎는 직관 압력손실, f는 Darcy 마찰계수,L은 관 길이, D는 실제 내경,ρ는 유체 밀도, v는 평균 유속입니다. Darcy-Weisbach 식은 점성에 의한 마찰과 관 벽의 거칠기를 함께 다룰 수 있어 배관 손실 계산에 널리 사용됩니다.

흐름 상태를 구분하기 위해 레이놀즈수(Re)를 계산합니다.

층류에서는 Darcy 마찰계수를 f = 64 / Re로 계산할 수 있습니다. 난류에서는 마찰계수가 레이놀즈수뿐 아니라 상대 거칠기 ε/D의 영향도 받습니다. 이 계산기는 난류 구간에서 Colebrook-White 관계를 명시적으로 근사하는 Swamee-Jain 식을 사용합니다.

레이놀즈수가 약 2,300~4,000인 전이영역은 층류와 난류가 안정적으로 구분되지 않는 구간입니다. 따라서 계산 결과가 전이영역으로 표시되면 설계값으로 그대로 확정하기보다 운전 조건의 변동과 여유를 함께 검토하는 편이 안전합니다.

피팅과 밸브에서는 흐름 방향이나 단면이 바뀌면서 추가 손실이 발생합니다. 각 부속의 손실계수 K를 알고 있다면 합계를 입력해 다음 식으로 국부손실을 더할 수 있습니다.

여러 부속이 직렬로 연결되어 있고 동일한 관경과 유속을 기준으로 K값이 주어졌다면 각 K값을 더해 입력할 수 있습니다. 다만 실제 K값은 엘보 반경, 밸브 종류와 개도, 티의 유동 방향, 제조사 형상 등에 따라 달라질 수 있으므로 중요한 설계에서는 제조사 자료나 적용 기준을 우선해야 합니다.

같은 유량을 더 작은 내경으로 흘리면 유속이 크게 증가하고 압력손실도 빠르게 커집니다. 반대로 내경을 늘리면 직관 마찰손실을 크게 줄일 수 있지만, 관경 증가에 따른 자재비와 설치 공간도 함께 늘어납니다. 그래서 배관 선정에서는 단순히 "유량이 통하는가"만 보는 것이 아니라 유속, 압력손실, 펌프 양정, 초기 비용과 운전 에너지를 함께 비교하는 것이 중요합니다.

이 계산기의 손실수두는 배관 마찰과 국부손실 때문에 사라지는 에너지를 유체 기둥의 높이(m)로 환산한 값입니다. 펌프를 선정할 때 필요한 전체 양정은 이 손실수두에 실제 고도차, 필요한 말단 압력, 장치 자체의 압력손실 등을 추가로 고려해야 합니다. 따라서 계산 결과의 손실수두만으로 펌프 전체 양정을 확정하면 안 됩니다.