[고압세정 이론 ②] 노즐을 얼마나 붙여야 하나 — 거리가 성능을 반 토막 냅니다

같은 펌프, 같은 노즐, 같은 압력인데 작업자에 따라 속도가 두 배 차이 나는 경우가 있습니다.

노즐을 잡은 손의 거리가 다르기 때문입니다.

고압세정에서는 노즐 끝에서 세정할 표면까지 떨어진 거리를 스탠드오프 거리라고 부릅니다. 쉽게 말해 노즐을 표면에서 얼마나 띄우느냐입니다. 이게 성능에 얼마나 영향을 주는지, 숫자로 나와 있습니다.

거리는 밀리미터가 아니라 "노즐 구멍의 배수"로 셉니다

먼저 알아둘 게 있습니다. 적정 거리는 노즐 구멍 크기에 비례합니다. 구멍이 크면 물줄기가 굵고 멀리 가고, 구멍이 작으면 금방 흩어집니다.

그래서 업계에서는 노즐에서 물이 나오는 구멍인 오리피스의 지름을 기준으로 거리를 표시합니다. 자료에 흔히 나오는 "50D"는 노즐 구멍 지름의 50배 거리라는 뜻이며, 여기서 D는 배관 지름이 아니라 노즐 구멍 지름입니다.

예를 들어 노즐 구멍이 1.5mm라면 50배는 75mm, 200배는 300mm, 500배는 750mm, 1,000배는 1.5m입니다. 노즐 구멍이 1.0mm라면 같은 기준이 각각 50mm, 200mm, 500mm로 줄어듭니다.

"30cm 정도 띄우면 된다"는 말이 노즐마다 다르게 적용되는 이유입니다. 자기 노즐 구멍 지름을 모르면 적정 거리를 계산할 수 없습니다.

실측 데이터

미국 워터젯기술협회(WJTA) 학회에 발표된 실측(D. Wright, StoneAge, 2013)이 있습니다. 1.57mm·1.98mm·3.17mm 노즐을 690bar, 1,030bar, 1,380bar에서 쏘고 거리별로 충격력을 로드셀로 측정했습니다.

노즐 앞 조건이 좋을 때(뒤에 ③편에서 다룹니다) 기준으로, 1.5mm 노즐을 예로 들면 이렇습니다.

구멍 지름의 50배(75mm) 에서는 충격력과 콘크리트 제거 성능이 모두 100%였습니다. 200배(300mm) 에서는 충격력 90%, 제거 성능 81%. 500배(750mm) 에서는 충격력 79%, 제거 성능 60%. 1,000배(1.5m) 에서는 충격력이 64% 남았지만 제거 성능은 38%까지 떨어졌습니다.

여기서 봐야 할 게 두 가지입니다.

첫째, 힘은 생각보다 천천히 떨어집니다. 거리를 20배 늘려도(구멍의 50배 → 1,000배) 힘은 64%가 남습니다.

둘째, 실제 성능은 훨씬 빨리 떨어집니다. 같은 구간에서 콘크리트 제거량은 38%까지 내려갑니다. 힘은 3분의 2가 남았는데 일은 3분의 1밖에 못 합니다.

왜 힘보다 성능이 더 빨리 떨어질까

논문은 물줄기의 속도가 줄어드는 현상과, 물이 한 덩어리로 뭉쳐 나가는 성질인 응집성이 약해지는 현상을 원인으로 듭니다. 특히 응집성이 재료를 떼어내는 데 더 크게 작용한다고 봅니다.

노즐에서 막 나온 물은 하나의 굵은 기둥입니다. 멀어질수록 공기와 섞이면서 퍼지고 잘게 갈라집니다. 힘을 측정하는 센서인 로드셀은 넓게 퍼진 물까지 모두 받아내므로, 측정된 힘은 비교적 천천히 줄어듭니다.

그런데 세정은 다릅니다. 한 점을 집중해서 때려야 깨집니다. 물줄기가 퍼지면 같은 힘이 넓은 면적에 분산되고, 재료가 깨지는 문턱을 못 넘습니다. 그래서 힘은 남았는데 안 떨어지는 상황이 생깁니다.

현장에서 쓰는 방법

1. 자기 노즐의 구멍 크기를 압니다. 이게 없으면 적정 거리를 계산할 수 없습니다. 1.5mm 노즐과 0.8mm 노즐은 붙여야 하는 거리가 두 배 가까이 차이 납니다.

2. 기준을 구멍 지름의 50~200배로 잡습니다. 1.5mm 노즐이면 75~~300mm, 1.0mm 노즐이면 50~~200mm입니다. 이 구간에서는 성능 손실이 20% 이내입니다.

3. 구멍 지름의 500배를 넘기지 않습니다. 1.5mm 노즐로 75cm 넘게 떨어지면 제거 성능이 60% 밑으로 내려갑니다. 안 떨어져서 압력을 올리기 전에, 먼저 거리부터 확인하는 게 순서입니다.

4. 랜스 길이를 이 기준으로 고릅니다. 랜스는 작업자가 잡고 노즐을 연결하는 긴 막대형 분사관입니다. 안전상 몸에서 떼어야 하는 상황이라면, 노즐 구멍을 키워서 유효 거리를 늘리는 쪽을 검토합니다. 무리해서 붙이는 것보다 낫습니다.

5. 탱크 내부처럼 거리 조절이 안 되는 곳에서는 회전 노즐이나 연장 랜스로 거리를 고정합니다. 작업자 팔 길이에 성능을 맡기면 구역마다 결과가 달라집니다.

발주하는 쪽이라면 견적서나 작업계획서를 볼 때 압력뿐 아니라 노즐 구멍 지름과 작업 거리도 함께 확인하는 게 좋습니다.

안전거리를 지키는 범위에서 노즐과 대상물의 간격을 먼저 맞추면, 압력이나 유량을 올리지 않고도 성능을 되찾을 수 있습니다. 압력을 올리려면 펌프가 필요하고 유량을 늘리려면 물이 필요하지만, 거리는 한 발 다가서면 되는 변수입니다.

다음 편에서는 노즐 바로 앞 구간을 다룹니다. 압력과 유량이 똑같아도 노즐에 물이 들어가는 방식에 따라 성능이 절반으로 갈립니다.