[기계공학실험] 원심펌프의 효율측정 실험

소개글

[기계공학실험] 원심펌프의 효율측정 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

실 험 요 약
Ⅰ. 서 론
ⅰ. 실험목적
ⅱ. 실험이론
Ⅱ. 본 론
ⅰ. 실험장치
ⅱ. 실험방법
ⅲ. 실험 시 유의사항
Ⅲ. 결 론
ⅰ. 실험결과 및 정리
ⅱ. 결론 및 고찰
ⅲ. 참고문헌

본문내용

84 × 10-3
3.321 × 10-3
3.381 × 10-3
4.347 × 10-3
Z(mm)
75
82
88
93
98
LW(HP)
13.857 × 10-2
17.323 × 10-2
23.618 × 10-2
27.052 × 10-2
38.641 × 10-2
축
동
력
F(N)
100
100
100
100
100
T(J)
6
6
6
6
6
N(rpm)
31.469
83.916
157.343
251.748
361.133
LS(HP)
0.2636
0.7030
1.318
2.109
3.025
효율
η(%)
52.568
24.642
17.920
12.827
12.774
< 표-1 실험 결과값 표 >
2. 결과 값 계산
① 1차 실험
② 2차 실험
③ 3차 실험
④ 4차 실험
⑤ 5차 실험
3. 결과 값 그래프
① 유량과 양정 관계 그래프
< 그래프-1 유량과 양정 관계 그래프 >
② 유량과 축동력의 관계 그래프
< 그래프-2 유량과 축동력의 관계 그래프 >
③ 유량과 효율과의 관계 그래프
< 그래프-3 유량과 효율과의 관계 그래프 >
④ 수동력, 축동력, 효율의 관계 그래프
< 그래프-4 수동력, 축동력, 효율의 관계 그래프 >
ⅱ. 결론 및 고찰
이번에 시행한 원심펌프의 효율측정 실험은 양수량에서의 양정(H), 수동력(L), 축동력(Ls) 및 효율을 구하고 유량에 대한 관계를 비교하여 그 특성을 이해하고 펌프의 운전 성능을 검토하고 나아가 동작 물질(물)을 수반하는 유체 기계의 제반 성질을 이해하는 것에 목적이 있는 실험으로써, 실험장치의 전압(60 ~ 80V)과 전류(0.5 ~ 2.5A)를 일정한 간격으로 조절하여 총 5회의 실험을 하였고 실험을 반복하는 대해 있어서 최대한 기본 조건 및 주위 환경적인 요소는 동일한 상태를 유지하였다.
위의 실험 결과표 <표-1>와 각자 주제가 다른 4가지의 그래프를 살펴보면 전류가 0.5A, 전압이 20V 간격으로 증가 할수록 수동력의 Pd와 Ps 또한 각각 -2, 약 -1.3 kPa 단위로 감소하는 것을 나타내었다. 수조안에 있는 물의 높이도 평균 5.25mm의 높이 차이를 보였다. 하지만 축동력의 F와 T는 원활한 실험을 위하여 100N, 6J로 고정시키고 실험을 하였기 때문에 변화 과정을 분석할 수는 없었다. 우선 모터의 전압과 전류가 일정하게 증가 할수록 양정은 구간마다 평균적으로 약 0.52 × 10-2 씩 증가하여 최대값과 최소값은 약 2.12 × 10-2 의 차이를 보였으며, 이렇게 양정이 증가함으로 인해서 유량 또한 증가하는 것을 <그래프-1>에서 볼 수 있었다. 물의 통과가 가능한 공간(=폭)이 넓어지게 될 수록 그 공간을 지나가는 물의 유량 또한 증가하게 되기 때문에 당연한 결과라고 분석된다. <그래프-2>와 <그래프-3>에 보이는 바와 같이 유량이 증가함에 따라 축동력은 규칙적이지는 않지만 4구간 모두 어느 정도 증가하는 모습을 보인 반면, 유량의 증가와는 반대로 효율은 크게 감소하였다(평균 효율 24.15%). 특히 1구간에서는 효율이 52.57%에서 24.65%로 급격하게 하락하였고 최종적으로는 12.77% 까지 낮아지는 결과를 나타내었다. 표면적으로 보기에 축동력이 증가한다면 효율이 그만큼 같이 증가할 것이라고 예상하였지만 실험 데이터를 가지고 공식에 대입하여 최종 결과를 얻었을 때에는 반대의 결과를 나타내었다. 이것은 공식에 대입하여 효율을 계산하는 과정에서 축동력이 효율에 미치는 영향이 양정이나 수동력에 비해 상대적으로 낮았고, 무엇보다도 양정과 유량을 구한 결과가 이론적인 값보다 상당히 낮게 나왔기 때문이라고 분석된다.
지금까지 원심펌프의 효율측정 실험에 대한 결과 데이터를 가지고 주어진 조건에 따라 다른 결과에 대한 분석과 비교를 해보고 원리를 이해하였다. 하지만 이론적인 효율(약 10% ~ 20%)와 실제 실험을 한 후 얻은 원심펌프의 효율(평균 약 24.15%)은 상당한 차이를 보였는데 그 이유를 지금부터 생각해 보겠다.
첫 번째 오차 발생 원인으로 실험장치의 결과 계측 방법을 들 수 있다. 아날로그 상의 눈금 게이지를 나타난 실험 결과 값의 측정을 정확한 기계가 한 것이 아니라 사람의 눈으로 보고 판단하였기 때문에 100% 정확하다고 할 수 없다. 비록 최대한 섬세하고 정확하게 실험을 한다고 노력은 하 < 사진-2 실험과정에서의 계측 방법 >
였지만 사람의 눈이나 판단은 주관적인 요소가 많이 들어가기 때문에 어느 정도 부정확성이 발생하였을 것이다.
두 번째 오차 발생 요소로 유체의 흐름 상태 조건을 말할 수 있다. 실험에서 사용한 실험 장치는 우리 조가 처음 사용하는 것이 아니라 앞의 조에서 실험을 수십 번씩 한 상태였다. 당연히 실험기구 안의 흘러간 물이 모이는 장소에는 소량이 물이 배출되지 않은 상태였다. 물론 실험 전에 충분히 모터를 구동하여 실험 결과의 정확도에 나쁜 영향을 주는 물을 제거하였지만 완전히 제거하지 못했을 것이라고 생각한다. 또한 오른쪽에 보이는 사진과 같이 물이 유동하는 관에서 물이 조금씩 외부로 유출되는 것을 볼 수 있었다. 비록 실험에 사용된 물의 유동량에 비하면 아주 미세한 양이지만 100% 신뢰도를 얻기에는 발생되어서는 안 되는 < 사진-3 유동관의 누수 >
요소였다고 생각한다.
비록 100% 정확한 실험을 했다고 할 수는 없었지만 이번 원심펌프의 효율측정 실험을 통하여 여러 가지 실험결과 요소(= 양정, 축동력, 수동력)들과 유량에 대한 관계를 비교하여 그 특성을 이해하고 펌프의 운전 성능을 효율로 표현함으로써 펌프를 포함한 일상생활에서 사용하는 기계들의 효율에 대한 중요성을 다시 한 번 느끼게 된 실험이었다. 이번 실험을 통해서 기계공학도로서 기계공학이라는 전문적 지식에 한 걸음 더 전진하는 좋은 계기가 되었다. 다음에 동일한 실험을 다시 할 기회가 주어진다면 위에서 언급했던 여러 가지 오차 요인들을 최대한 줄여서 이론값에 맞는 정확한 실험을 하고 싶다.
ⅲ. 참고문헌
① 유체역학, Robert W. Fox 외 1명, 사이텍미디어
② 일반물리학, 정현조, 범한서적 주식회사
③ 기계계측공학, Richard S. Figliola 외 1명, 시그마 프레스

키워드

기계,   기계공학실험,   원심펌프,   원심펌프 효율,   효율측정,   기게공학