압력(Pressure)- 펌프에 이용되는 압력 이야기

압력

 

압력(Pressure)

압력에 관해 이야기 할 때 펌프를 생각하면 이해해하기가 쉬워진다. 펌프의 안에 액체가 들어오면 그 액체의 분자들이 더 수축 하도록 펌프를 누른다. 하지만 액체는 이미 분자들이 압축된 상태라 더 이상 압축되지 않는다. 이 상태에서 짓누르면 그 암펵은 바깥 방향으로 분출 되려는 힘으로 작용한다. 반면 기체는 분자들이 멀리 떨어져 있어서 누르면 압축이 가능하다. 이렇게 압축된 기체 역시 바깥 방향으로 분출되려는 힘을 가지게 된다. 두 가지 경우 펌프는 유체의 압력을 높게 해서, 외부의 압력이 낮으면 유체가 밖으로 분출되고, 외부 압력이 높으면 유체의 증가한 압력으로 빵빵해진다. 펌프는 기체의 압력을 낮출 수도 있는데 피스톤의 움직임이 그렇다. 안쪽 공기의 압력이 바깥보다 작으므로 주변의 모든 것을 빨아들인다. 액체나 기체는 그 무게 때문에 액체나 기체 내부의 면에 이 무게가 작용할 때 내부 면에는 압력이 생긴다. 파이프나 탱크 속의 물의 무게 때문에 압축 상태의 물이 수도꼭지로 나온다. 대기 중의 공기도 무게가 무거워서 큰 압력을 가지고 있다. 흡인력이 생기는 것은 공기가 가진 자연적인 압력 때문이다. 

 

왕복펌프

피스톤 펌프를 살펴보면 피스톤이 실린더(피스톤이 움직일 수 있는 속이 빈 원통 모양) 안에서 상하로 움직일 때 한쪽 끝은 물이나 공기를 흡입하고 압축해서 다른 쪽으로 밀어낸다. 바로 물총에 물을 담았다가 쏘는 것과 같은 원리이다. 또 자전거 바퀴에 바람을 넣는 펌프도 간단한 피스톤 펌프이다. 펌프는 보통 두 가지 방법으로 액체 혹은 기체의 압력을 높이거나 줄이는 조절을 하는데 피스톤이나 진동판을 왕복펌프가 하나이고 다른 하나는 회전을 통해 압축시키는 방법으로 회전펌프 혹은 로터리 펌프라고 부른다. 진동판 펌프는 왕복운동을 하는 피스톤 대신 유연성을 가진 진동판을 사용한다. 이런 진동판의 사용으로 피스톤이 낡아서 발생하는 가스나 액체의 유출 등을 막는다. 진동판 펌프는 자동차의 연료펌프에 쓰이는데 엔진의 회전력이나 전기 모터로 작동한다. 

 

회전펌프

자동차 엔진의 윤활유는 엔진에 있는 작은 흠 사이에 높은 압력을 통해 보내진다. 그렇기 때문에 내구력이 강한 기어펌프가 사용된다. 기어펌프는 회전실 안에 기어가 맞물린 한 쌍으로 보통 엔진의 회전 캠축이 기어를 회전시키는 축을 구동시키며 오일펌프로 동력을 전달한다. 이렇게 기어펌프에 오일이 들어오면 기어 사이에 있다가 유출구까지 운반된다. 기어의 이가 맞물리면서 빈틈이 좁아지고 압력이 높아져서 오일이 유출구의 밖으로 밀려 나간다. 이때 오일의 양은 회전에 비례하게 된다. 회전 베인 펌프를 살펴보자 이 펌프는 축의 중심에서 살짝 벗어난 로터가 회전하는 방식이다. 로터에는 홈이 몇 개가 있고 각각의 홈 마다 베인이 꽂혀있다. 이 베인은 로터가 회전할 때 원심력 때문에 벽을 향해 움직이고 크기가 변하는 지점 컴파트먼트를 만든다. 이 공간은 액체나 기체가 펌프로 들어오게 되는 공간이다. 유체가 유출구 쪽으로 움직임에 따라 컴파트먼트가 작아지고 이떄 유체가 압축되어 높은 압력으로 펌프 밖으로 빠져나가게 된다. 회전 베인 펌프는 주유소에서 주유할 때 많이 사용된다. 회전펌프의 종류 중 연동식 펌프는 혈액처럼 입자가 포함된 액체를 운반할 때 펌프가 막히거나 입자가 손상되는 등의 문제를 해결하기 위해 만들어졌다. 헌혈을 해본 사람 이라면 혈액이 이 펌프를 통해 이동하는 것을 본 적이 있을것이다. 이 펌프는 유연한 튜브가 사용되는데 회전 롤러가 작용하며 반복해서 압축시킨다. 롤러는 튜브를 따라 혈액 등을 부드럽게 밀어준다. 또 한 가지 장점은 기계 부품과 직접적인 접촉이 없어 위생적이기도 하다. 원심력 펌프 또한 회전 펌프의 일종이다. 대표적으로 자동차의 냉각수가 이동하는 데 사용된다. 물의 펌프가 물의 압력을 높여 라디에이터와 엔진에 물을 순화시키며 열을 식힌다. 이런 원심력을 이용한 펌프는 선풍기 날개 모양의 날개차가 있다. 액체를 빠르게 회전시켜 바깥쪽으로 밀어내고 이때 액체나 기체는 날개차 테두리의 벽에 충돌해서 고압 상태가 되며 유출구를 빠져나가게 된다.