[고압세정 이론 ①] 압력만 올리면 안 떨어지는 이유 — bar와 L/min은 서로 다른 일을 합니다

현장에서 제일 자주 듣는 말이 있습니다.

"압력 좀 더 올려봐."

안 떨어지면 일단 압력부터 올립니다. 그런데 올려도 안 떨어질 때가 있습니다. 오히려 물만 튀고 작업자는 밀려나고, 시간은 시간대로 갑니다. 왜 그럴까요.

압력과 유량이 하는 일이 다르기 때문입니다.

압력은 "떼어내는 힘", 유량은 "밀어내는 양"

고압세정에서 물이 하는 일은 두 가지로 나뉩니다.

**압력(bar)**은 붙어 있는 것을 깨서 떼어냅니다. 물이 얼마나 빠른 속도로 부딪히느냐의 문제입니다. 배관이나 설비 표면에 딱딱하게 굳은 물때·광물 찌꺼기인 스케일, 굳은 수지 찌꺼기인 폴리머, 탄소 성분이 굳어 붙은 코크스처럼 단단한 오염일수록 높은 압력이 필요합니다.

**유량(L/min)**은 일정 시간 동안 흐르는 물의 양입니다. 떨어진 것을 실어 나르는 능력이라고 보면 됩니다. 아무리 잘 떼어내도 밀어낼 물이 없으면 그 자리에 다시 가라앉습니다. 슬러지나 젖은 퇴적물처럼 무른 것은 압력보다 유량이 일을 합니다.

떼어낼 게 단단하면 압력, 치울 게 많으면 유량입니다. 그런데 이 둘은 동시에 올릴 수 없습니다.

펌프 출력은 정해져 있습니다

펌프가 물에 실어 보내는 출력을 수동력이라고 합니다. 계산식은 간단합니다.

수동력(kW) = 압력(bar) × 유량(L/min) ÷ 600

식을 건너뛰어도 핵심은 하나입니다. 펌프 출력이 정해져 있으면 압력을 높일수록 쓸 수 있는 유량은 줄어듭니다. 690bar에 38L/min이면 약 44kW입니다.

압력을 두 배로 올리면 유량은 절반으로 떨어집니다. 노즐 구멍을 그만큼 줄여야 하니까요. 압력을 올렸는데 세정이 더 안 되는 경우, 상당수는 이 대목입니다. 떼어내는 힘은 세졌는데 실어 나를 물이 없어진 겁니다. 관 안에서 부순 슬러지가 그대로 주저앉습니다.

힘은 이렇게 계산합니다

노즐이 물을 앞으로 쏘면 작업자는 그 반대 방향으로 밀립니다. 작업자가 손으로 버텨야 하는 이 힘을 반력이라고 하며, 다음 식으로 계산합니다.

반력(N) = 0.233 × 압력(bar)의 제곱근 × 유량(L/min)

kgf로 보려면 9.8로 나눕니다.

690bar에 38L/min이면 약 233N, 24kgf 정도입니다. 미국 워터젯기술협회(WJTA) 학회 논문(D. Wright, StoneAge, 2013)에 실린 식을 현장 단위로 바꾼 것입니다.

대상물이 실제로 맞는 충격력은 이보다 큽니다. 같은 논문에서 힘을 재는 센서인 로드셀로 직접 측정해 보니, 노즐 구멍 지름의 50배 거리에서 대상물이 받은 충격력이 위 계산값보다 20~35% 크게 나왔습니다. 반력은 작업자가 버텨야 하는 힘이고, 충격력은 그보다 세다고 보면 됩니다.

식을 자세히 읽지 않아도 결론은 분명합니다. 압력은 4배를 올려야 힘이 2배가 되지만, 유량은 2배만 올려도 힘이 2배가 됩니다. 힘을 키우는 데는 유량 쪽이 훨씬 효율이 좋다는 뜻입니다.

같은 힘, 전혀 다른 결과

그런데 여기서 끝이 아닙니다. 힘이 같아도 재료를 깨기 시작하는 최소 압력을 넘지 못하면 세정이 되지 않습니다. 위 논문에 이런 비교가 나옵니다.

138bar에 280L/min
1,380bar에 87L/min

두 조합은 계산상 충격력이 똑같습니다. 그런데 실제로 같은 대상에 쏘면 결과가 완전히 다릅니다.

재료마다 "이 압력 이상이어야 깨지기 시작하는" 문턱이 있기 때문입니다. 그 문턱을 못 넘으면 아무리 물을 많이 퍼부어도 표면만 씻길 뿐 떨어지지 않습니다. 반대로 문턱을 넘고 나면, 그 다음부터는 유량이 작업 속도를 정합니다.

논문은 이렇게 정리합니다. 어떤 재료를 떼어낼 수 있는지는 계산이 아니라 직접 쏴봐야 안다. 재료마다 내부의 빈틈인 공극, 입자 구조, 균열 유무가 전부 다르기 때문입니다.

현장에서 쓰는 순서

정리하면 순서가 나옵니다.

무엇을 떼어내는가 — 굳은 스케일인지 무른 슬러지인지 먼저 봅니다. 여기서 필요한 최소 압력이 정해집니다.
그 압력을 확보한 다음 남은 출력을 유량에 씁니다. 압력을 필요 이상으로 올리는 건 유량을 깎아먹는 일입니다.
치울 양이 많으면 압력을 조금 내리고 유량을 확보하는 쪽이 빠릅니다. 특히 배관 준설처럼 긴 구간을 밀어내야 하는 작업이 그렇습니다.
판단이 안 서면 시험 시공을 합니다. 같은 스케일이라도 두께와 굳은 정도에 따라 문턱이 달라집니다.

압력계 숫자가 크다고 일이 잘 되는 게 아닙니다. 떼어낼 것과 치울 것을 나눠서 보면, 어디에 출력을 쓸지가 보입니다.

다음 편에서는 노즐과 대상물의 거리를 다룹니다. 같은 압력, 같은 유량이라도 거리 몇 센티미터 차이로 성능이 반 토막 나는 구간이 있습니다. 실측 데이터로 정리해 보겠습니다.