이덕터(이젝터)의 원리란?-Eductor, Ejector, 베르누이, Bernoulli's law, 선박에서의 활용?

이젝터(Ejector, 이덕터 eductor 와 같다고 보시면 됩니다)는 간단한 구조지만 매우 효율적인 장치로, 주로 공기나 유체의 흐름을 이용해 다른 유체를 흡입하거나 혼합하는 데 사용됩니다. 이젝터의 작동 원리는 베르누이의 정리를 기반으로 합니다. 이 정리는 유체의 흐름 속도와 압력 사이에 중요한 관계를 설명하는 물리학의 기본 원리로, 이젝터의 작동 원리를 이해하는 데 핵심이 됩니다.

🔍 베르누이의 정리란?
베르누이의 정리는 유체역학의 기본 법칙 중 하나로, 유체가 일정한 에너지를 보존하는 가운데 흐를 때 그 속도와 압력 간의 역상관 관계를 설명합니다. 구체적으로 말하면, 유체의 속도가 빨라지면 압력이 낮아지고, 반대로 속도가 느려지면 압력이 높아진다는 원리입니다.
이를 수학적으로 표현하면 다음과 같습니다:

💨 이젝터란 무엇인가?
이젝터는 주로 압축공기, 증기, 또는 다른 유체를 사용하여 고속의 흐름을 만들어내고, 이를 통해 다른 유체를 흡입하거나 혼합하는 장치입니다. 이젝터는 주로 압축 공기를 이용하여 진공을 생성하거나, 먼지나 가스를 이동시키는 데 사용되며, 간단한 설계에도 불구하고 매우 효율적인 장치입니다.
이젝터의 주요 구성 요소는 다음과 같습니다:
• 노즐 (Nozzle): 고속의 유체가 나오는 부분으로, 베르누이의 정리에 의해 압력이 감소합니다.
• 믹서 (Mixer): 고속 유체가 다른 유체를 흡입하여 혼합되는 부분입니다.
• 흡입구 (Suction port): 흡입되는 유체가 들어오는 부분입니다.

💡 이젝터의 원리
이젝터의 원리는 베르누이의 정리를 활용하여, 고속 유체가 다른 유체를 흡입하게 만드는 과정입니다. 구체적인 과정은 다음과 같습니다:
• 고속 유체 흐름 생성: 이젝터에서 압축 공기나 증기 등의 유체가 노즐을 통해 빠르게 방출됩니다. 이때 유체의 속도가 증가하면서 압력은 감소하게 됩니다. 이는 베르누이의 정리에 의한 현상입니다.
• 흡입 효과: 노즐에서 나오는 고속 유체는 주변의 유체를 흡입합니다. 이때, 유체의 속도가 빠를수록 주변 유체를 빨아들이는 능력이 강해집니다. 이젝터의 흡입구에는 낮은 압력이 형성되며, 이를 통해 외부의 유체가 흡입됩니다.
• 혼합 및 배출: 흡입된 유체는 고속 유체와 혼합되어 이젝터의 배출구로 나가게 됩니다. 혼합된 유체는 다시 배출되며, 이 과정에서 유체의 흐름과 압력이 조절됩니다.

📊 이젝터의 활용
이젝터는 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 주요 용도는 다음과 같습니다:
• 진공 생성: 이젝터는 압축 공기를 이용해 진공 상태를 만드는 데 사용됩니다. 이는 실험실에서 물질을 진공 상태로 만드는 데 유용합니다.
• 가스 이동: 화학 공정이나 폐기물 처리 과정에서 가스를 이동시키는 데 이젝터가 사용됩니다. 예를 들어, 먼지나 화학 가스를 배출하는 데 이젝터가 활용됩니다.
• 냉각 시스템: 냉각 시스템에서는 이젝터를 이용하여 냉각제를 이동시키거나, 공기와 냉각제를 혼합하여 효율적인 냉각을 제공합니다.
• 산업용 혼합: 두 가지 이상의 유체를 혼합하는 데 이젝터가 사용됩니다. 예를 들어, 화학 공정에서 원료와 화학 물질을 혼합하는 과정에 사용됩니다.

자, 그럼 우리가 궁금해하는 선박에서 이 이젝터의 원리가 어떻게 활용되는지 알아봅시다.

이젝터는 선박의 배수 시스템에서 중요한 역할을 합니다. 선박 운항 중에 발생할 수 있는 누수나 물이 차는 상황에서, 이젝터는 빠르고 효율적으로 물을 배출하는 데 사용됩니다.

• 배수의 원리: 선박의 이젝터 시스템은 압축 공기를 사용하여 고속 유체 흐름을 생성하고, 이를 통해 선박 내부에 고여 있는 물을 흡입하여 외부로 배출합니다. 이때 베르누이의 원리에 의해 압력이 감소하면서 물이 빠르게 흡입됩니다. 이 시스템은 전통적인 펌프보다 훨씬 빠르고 효율적으로 물을 배출할 수 있습니다.

• 장점: 이젝터를 사용하면 펌프 시스템에서 발생할 수 있는 기계적 문제를 피할 수 있으며, 공간을 적게 차지하고 복잡한 장비 없이도 물을 배출할 수 있습니다. 또한, 전력 소모가 적어 에너지 절약에도 기여할 수 있습니다.

즉, 우리가 발라스트 탱크(ballast tank)에서 탱크 바닥에 깔려있는 잔수를 배출하고자 할때, 또는 침수된 구역의 해수를 배출하고자 할 때 이덕터의 원리를 적용하여 원활히 배수할 수 있는 것입니다.

오늘은 선박에서 널리 활용되는 베르누이의 원리에 기초한 이덕터, 이젝터의 원리를 알아보았습니다.