공압/유압 시스템 기초

압축공기는 공짜가 아닙니다

공장 천장을 올려다보면 파란색이나 회색 배관이 온 라인을 따라 뻗어 있어요. 그 안에 흐르는 게 압축공기입니다. 임팩트렌치, 클램프 지그, 에어건, 도장 부스, 이송 실린더 — 부울경 조선기자재·자동차부품 공장에서 손에 잡히는 자동화의 절반 이상이 여기서 힘을 얻습니다. 그래서 압축공기를 전기·용수·가스에 이은 "네 번째 유틸리티" 라고 부르기도 해요.

문제는 압축공기가 전기를 써서 만드는 2차 에너지라는 점입니다. 전기 → 압축공기로 바꾸는 과정에서 대부분의 에너지가 열로 버려져요. 그래서 같은 일을 시킬 때 전기 모터보다 훨씬 비쌉니다.

> 압축공기는 새도 소리만 날 뿐 바닥에 고이지 않아요. 그래서 아무도 급하지 않습니다. 그런데 그 소리는 매달 전기요금 고지서로 청구되고 있어요.

압축공기가 실린더까지 오는 길

[압축기] → [애프터쿨러] → [에어탱크] → [에어드라이어] → [라인필터]
  압축      1차 냉각·      맥동 흡수      수분 제거      먼지·오일 제거
            응축수 분리     압력 저장
                                                            ↓
[실린더] ← [스피드컨트롤러] ← [솔레노이드밸브] ← [FRL 3점 세트]
 일을 함      속도 조절         방향 전환        필터·레귤레이터·루브리케이터

압축기는 크게 두 종류

토출은 보통 0.7~0.8 MPa로 만들고, 사용점에서 레귤레이터로 0.4~0.6 MPa 정도로 낮춰 씁니다. 필요 이상으로 압력을 높여 쓰면 힘이 세지는 대신 충격·소음·누설·전기요금이 전부 같이 올라가요.

부울경은 특히 "물"이 문제입니다

바다에 접한 공단은 습도가 높아요. 압축기가 빨아들이는 공기에 든 수분은 압축되면서 대부분 물로 떨어집니다. 얼마나 나오는지 계산해 볼게요.

30 kW급 스크류 압축기 (흡입 5 m³/min = 300 m³/h)
여름철 흡입공기 30℃, 상대습도 80%

① 빨아들이는 수분
   30℃ 포화수증기량 약 30.4 g/m³ × 0.8 = 24.3 g/m³
   300 m³/h × 24.3 g = 7,290 g/h ≈ 7.3 kg/h

② 압축·냉각 후 공기가 품고 나가는 수분
   0.7 MPa(절대 약 8기압)로 압축되면 부피는 대략 1/8
   300 ÷ 8 = 37.5 m³/h
   냉각기 출구 40℃ 포화 기준 51.1 g/m³ × 37.5 = 1,916 g/h ≈ 1.9 kg/h

③ 물로 떨어지는 양 = 7.3 − 1.9 = 5.4 kg/h
   8시간 가동이면  →  하루 약 43리터

하루 40리터가 넘는 물이 배관 어딘가에서 나온다는 뜻이에요. 드레인으로 빼지 않으면 이 물은 밸브와 실린더로 갑니다.

자동 드레인 트랩이 달려 있어도 이물로 막힙니다. 수동 드레인 밸브를 매일 아침 한 번 열어보는 것이 가장 확실해요. 나온 물의 색을 보세요. 우유빛이거나 기름기가 뜨면 압축기 오일이 섞여 나온다는 신호입니다.

FRL 3점 세트 — 순서가 F → R → L 인 이유

사용점 바로 앞에 붙는 세 개짜리 뭉치예요.

> 필터가 앞, 레귤레이터가 뒤인 이유는 먼지와 물이 레귤레이터 정밀부에 들어가면 압력이 흔들리기 때문이에요. 루브리케이터가 맨 뒤인 이유는 감압되어 안정된 흐름에 기름을 실어야 균일하게 퍼지기 때문입니다.

루브리케이터 주의 — 요즘은 안 쓰는 경우가 더 많습니다

최근 밸브·실린더는 대부분 무급유(non-lube) 사양이에요. 제조사가 조립 시 특수 그리스를 봉입해서 나옵니다.

• 무급유 부품에 기름을 넣으면 봉입 그리스가 씻겨나가 오히려 수명이 짧아집니다.
• 반대로 급유 사양에 한 번 급유를 시작했다면 중단하면 안 됩니다. 중단하는 순간 급격히 마모돼요.
• 우리 설비가 어느 쪽인지는 실린더·밸브 카탈로그나 제조사 표기로 확인하세요. 모르면 임의로 넣지 마세요.

실린더 힘 계산 — F = P × A

"이 실린더로 몇 kg을 밀 수 있나?"는 현장에서 가장 자주 나오는 질문이에요. 계산은 단순합니다.

복동 실린더 φ50, 로드 지름 φ20, 사용압력 0.5 MPa
※ 1 MPa = 1 N/mm² 이므로  0.5 MPa = 0.5 N/mm²

[전진] 피스톤 전면적이 다 받습니다
  A = π × (50 ÷ 2)² = π × 625 = 1,963 mm²
  F = 0.5 × 1,963 = 982 N ≈ 100 kgf

[후진] 로드가 차지한 면적만큼 빠집니다
  A = π × (25² − 10²) = π × 525 = 1,649 mm²
  F = 0.5 × 1,649 = 825 N ≈ 84 kgf

→ 같은 실린더인데 후진 힘이 약 16% 작습니다

여기서 끝이 아닙니다 — 부하율

계산으로 나온 힘을 100% 다 쓰면 안 돼요. 마찰, 배압, 압력 변동 때문입니다.

> 힘이 부족할 때 레귤레이터부터 올리는 대응이 흔한데, 정석은 실린더 지름을 키우는 것이에요. 면적은 지름의 제곱에 비례하므로 지름을 2배로 하면 힘은 4배가 됩니다. 압력을 올리면 힘은 조금 늘고 충격·누설·소음은 크게 늘어요.

잔압 — 에어를 껐는데 실린더가 튀어나옵니다

공압 사고 중 가장 흔한 유형입니다. 밸브를 잠갔으니 안전하다고 생각하고 튜브를 뽑거나 실린더를 분해하는데, 하류 배관과 실린더 안에는 압력이 그대로 남아 있어요.

• 튜브가 채찍처럼 휘둘려 얼굴·눈을 침
• 실린더가 갑자기 전진해 손가락이 끼임
• 지그가 열리면서 물려 있던 중량물이 떨어짐

밸브 잠금은 "공급 차단"일 뿐, "압력 제거"가 아닙니다.

정비 전 순서

1. 원 밸브(3점 세트 앞단) 차단
2. 잠금장치(LOTO)와 표지판 부착 — 다른 사람이 열지 못하게
3. 잔압 배기 — 배기 기능이 있는 밸브를 배기 위치로 두거나, 잔압배기 밸브·드레인 개방
4. 압력계 바늘이 0인 것을 눈으로 확인
5. 그 다음에 분해

> 산업안전보건기준에 관한 규칙은 기계의 정비·청소·수리 작업 시 운전을 정지하고 기동장치에 잠금장치와 표지판을 설치하도록 정하고 있어요. 형식적인 절차가 아니라, 실제로 사람이 다치는 순서를 막기 위한 것입니다.

에어건으로 몸을 털지 마세요

작업복 먼지를 에어건으로 터는 습관이 흔한데 금지 사항입니다. 압축공기가 상처나 피부로 들어가면 공기색전증 위험이 있고, 튄 이물이 눈으로 들어갑니다. 옷을 털 때는 집진기나 브러시를 쓰세요.

매일 아침 3분 점검

• 압축기 토출압력이 정상 범위인가
• 에어탱크·필터 드레인을 배출했는가 (물 색이 우유빛/기름기면 보고)
• 필터 전후 차압 표시가 교체 범위에 들어왔는가
• 레귤레이터 세팅 압력이 어제와 같은가
• 루브리케이터 오일 잔량 (급유 사양인 경우만)
• "쉬~" 소리가 나는 곳에 표시(테이프)를 붙이고 보고했는가