기술사 서브노트 | 캐비테이션

기술사 서브노트 | 캐비테이션

기술사 공부를 하다 보면, 개념은 알겠는데 실제 시험장에서 어떻게 적어야 하는지 막막한 경우가 많습니다. 그래서 준비했습니다.

캐비테이션에 대한 내용을 실제 시험장에서 적을 수 있는 수준의 난이도로 서브노트로 만들어 보았습니다. 이 서브노트를 틈틈이 보시고 시험장에 들어가시면 답안지를 막힘없이 적는 데에 분명 큰 도움이 될 것입니다. 그럼 다들 원하시는 기술사 시험 꼭 합격하시길 바랍니다.

📌 개요
캐비테이션은 유체가 흐를 때 압력이 국부적으로 낮아져 액체가 증기화되고, 이후 압력이 회복되면서 기포가 붕괴하는 현상을 의미합니다. 이 현상은 펌프, 터빈, 프로펠러 등의 유체 기계에서 발생하며, 소음, 진동, 효율 저하 및 부식을 유발할 수 있습니다.

📌 발생 원인
(내용) 캐비테이션의 주요 발생 원인은 유체의 흐름 속도 증가로 인한 압력 강하, 시스템의 흡입 압력이 낮은 경우, 높은 온도로 인해 증기압이 증가하는 경우 등이 있습니다. 특히 펌프의 흡입 조건이 부적절하거나 배관 설계가 미흡할 때 캐비테이션이 빈번하게 발생할 수 있습니다.

📌 영향
캐비테이션이 발생하면 기계적인 영향과 성능 저하가 동반됩니다. 기포가 붕괴할 때 발생하는 충격파는 금속 표면을 피로하게 만들어 부식을 가속하며, 이로 인해 부품의 수명이 단축됩니다. 또한 유체 흐름의 불안정성으로 인해 소음과 진동이 증가하고, 펌프의 효율이 급격히 저하됩니다.

📌 방지 대책
(내용) 캐비테이션을 방지하기 위해서는 다음과 같은 방법이 사용됩니다. 흡입 압력을 증가시키기 위해 흡입 정압을 충분히 확보하고, 펌프의 설치 높이를 최적화해야 합니다. 배관 설계를 개선하여 압력 손실을 최소화하고, 유체의 온도를 낮춰 증기압 상승을 방지하는 것도 중요합니다. 또한 캐비테이션 발생 가능성이 낮은 적절한 펌프를 선정하는 것이 효과적인 방법입니다.

📌 캐비테이션 수
캐비테이션 수(Cavitation Number)는 유체의 압력 조건과 속도를 기반으로 캐비테이션의 가능성을 평가하는 무차원 수입니다. 이는 다음과 같은 식으로 표현됩니다.


여기서 은 절대 압력, 은 증기압, 는 유체의 밀도, 는 유체의 속도를 의미합니다.

📌 적용 사례
캐비테이션은 주로 펌프 및 수력 터빈, 선박의 프로펠러, 밸브 등에서 발생하며, 각 장비의 성능을 유지하기 위해 정기적인 점검과 유지보수가 필요합니다. 특히 수처리 시설이나 발전소에서는 캐비테이션을 방지하기 위한 설계 기준을 엄격히 적용합니다.

📌 관련 실험 및 진단 기법
캐비테이션 현상을 평가하기 위해 초음파 검사, 진동 분석, 음향 측정 등의 방법이 활용됩니다. 이러한 진단 기법을 통해 초기 캐비테이션 징후를 파악하고 예방 조치를 신속히 수행할 수 있습니다.