안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
기계공학
Q. 엘리베이터가 작동할때 사람에 무게를 갼디며 정확하게 층에 서는 건 어떤 원리인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.엘리베이터 원리 질문주셨는데요일단 엘리베이터는 기중기 원리와 비슷하게 도르레 원리를 이용합니다.승강통로 제일 꼭대기에 권상기가 있는데내부 도르레에 양쪽으로 케이블이 걸립니다.한쪽은 사람이 타고 내리는 카(Car)다른 쪽은 그 안에 탄 사람들 무게를 지탱하는 균형추 가 달립니다.1층에 승객들이 모두타면 카는 균형추 보다 무거워져 움직이지 않는 데이때 권상기에 달린 전동기 회전력으로 도르래를 기동 시킵니다.이 힘으로 카를 들어올리는데요.권상기는 카에 탄 승객의 무게만큼만 들어올려주기때문에승강기는 원하는 층에서 균형추와 평형을 이루게 됩니다.즉 사람들은 원하는 곳에서 내리고 탈 수 있는 것이지요.만약 카와 균형추 사이 무게가 맞지 않을 경우카는 위로 또는 아래로 상승/ 하강 할 수 있는데정격 속도의 1.3배 및 1.4배를 초과하면 자동으로 속도를 맞추는 조속기 가 작동하여제동기를 작동시키게 됩니다.즉 카와 균형추 사이 밸런스가 깨지면조속기가 알아서 속도를 제어하기에우리는 별다른 이상을 느끼지 못하고 일정속도로 움직인다고 느끼게 되며원하는 곳에서 정지하도록 제어해주는 부분은권상기가 알아서 제어되어 원하는 층에서 탑승/하차 가능합니다.엘리베이터 속도, 운행 등 필요한 전반적인것은 마이컴 이라는 곳에서 모두 제어하는데엘리베이터 내부 버튼을 누루면 제어반에서 전동기에 버튼을 누르는 층으로 가라는 명령을 주고전동기는 명령에 따라 회전해서 카를 움직여 버튼 누른 층에 도착하면 멈추고문을 여는 과정으로 제어됩니다.
기계공학
Q. 실외기가 작동하는 원리에 대해 알려주세요
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.네 말씀하시는 에어컨 실내기와 실외기는 한 세트 입니다.냉방의 싸이클에 대해 설명을 드리면자동적으로 실외기 원리가 설명이 되기에모든 싸이클을 나열해 보겠습니다.기준을 실내기로 잡고 시작해볼게요~1, 실내기(에어컨) 실내기 안에는 냉방코일이 들어있는데요. 여기를 증발코일 이라 합니다. 이 코일 내로 저온 저압의 액체 냉매가 흐르는데 코일 바깥으로 실내공기를 빨아들여서 다시 불어 내는 과정으로 실내로 공기를 불어주고 그 과정에서 코일 내부의 냉매가 열을 흡수하면서 액체가 기체로 증발하게 됩니다이때 냉매의 증발잠열(상태가 변할 때 필요로하는 열량)만큼 열을 뽑아먹으면서 기체가 되고그 때 그 열은 실내공기에서 뽑아낸 것이므로 실내공기는 시원해 집니다.2, 실외기 ( 압축기 + 응축기 + 실외기 팬) 그렇게 실내기 에서 증발을 거친 냉매는 저온 저압의 기체입니다. 이것은 이미 증발했으니 더이상 증발할게 없어서 다시 재사용이 불가하죠 재사용 하려면 일단 액체로 만들어야 하는데 일단 재사용을 위한 장치가 압축기 입니다. 열나게 돌아가며 압축해서 고온 고압의 기체로 만들어 줍니다. 이 냉매액은실내에서 뽑아낸 열과 압축기에서 압축해서 생긴 열까지 포함하는데요목적은 실내에서 뽑은 열도 버려야하고 , 재생을 위해 압축기로 압축한 열도 버려야 겠죠그래서 결국 식혀야 하는데요그걸 실외기 안에 응축기라는 복잡하고도 핀이 달린 방열기 형상 핀을 통해 냉매가 지나갑니다.물로 식히면 좋겠으나, 일반가정에서 어차피 수냉식이 힘들기에공기로 식히기 위해 실외기 팬이 돌아가며 응축기 배관을 통해 공기가 순환되게 해서배관 내 고온고압의 냉매를 식히는 역할을 합니다. 즉, 실외기에서 재생을 위해 일단 액체만들기 위해 압축기로 압축하고 실내에서 뽑은 열과 압축으로 생긴 열까지 식히기 위해 응축기로 냉매가 들어가고 열을 빨리 더 잘 식히기 위해 실외기 팬이 돌아갑니다.이 3가지 부품이 실외기 전체에 다 있습니다.3, 팽창밸브 그렇게 응축기를 통해나오면서고온고압의 냉매기체는 냉각을 통해서 응축잠열을 버리고 고온고압의 냉매 액체가 되는데요.실내기에서 쉽게 증발을 해야하는데고온 고압의 액체는 고온이라 열을 빼았을 수도 , 고압이라 증발도 잘 안됩니다그럼이것을 저온 저압 액체로 변화시켜야하는데요이것을 단열팽창 과정을 거쳐 실제 가진 열량은 같으나다른 상태로 만드는 팽창밸브라는 장치를 거치게 됩니다.이것은 보통 실내기에 설치되는 경우가 많기에결국 팽창 밸브를 거치면서저온 저압의 냉매 액으로 변환되어 실내기에서 다시 열을 빼앗으면서 증발할 조건을 만들어 줍니다.이렇게실내기 - 실외기 압축기- 실외기 응축기 - 실내기 팽창 밸브 - 실내기 의 순환이 이뤄지면서에어콘이 냉방효과를 가지게 됩니다.원리는 냉장고도 똑같습니다만뒤편 아래에 응축기 및 압축기가 달려있어 안보이게 되어있지요.
기계공학
Q. 펌프와 모터를 나눌 때 어떤 것이 기계 장치이나요.
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.둘다 기계장치는 맞습니다만에너지 변환되는 형식과 목적이 다르다고 보시면 되겠습니다.1, 모터 전기에너지를 기계 에너지로 변환하는 장치로 전압이 가해지면 회전할 수 있는 장치입니다. 즉 전기에너지를 회전운동으로 변환하는 장치로 전기 형태에 따라, DC 모터와 AC 모터 로 나뉩니다. 대부분 모터는 시간에 따른 자기장을 기반으로 하는데 모터의 모든 움직이는 부분을 포함하는 부분을 엑셀을 전기자 라 합니다. 모터에는 유도코일에 의해 생성되는 시변자기장이 있고 일반적 DC 모터에서 코일은 모터의 전기자에 배치됩니다.2, 펌프 펌프는 유체를 이동하는데 사용되는 장치로 유체를 전달하기위해 기계적 에너지를 사용합니다. 펌프는 유체를 더 높은 에너지 또는 엔트로피 상태로 만들기 위해 유체에 대한 작업을 수행하는 장치입니다. 대부분 기계식 펌프는 회전운동을 기반으로 하며, 직선운동으로 작동하는 펌프도 있습니다. 대부분 펌프는 전기모터 및 연료엔진으로 구동됩니다. 펌프는 에너지를 다른 형태로 변환하지는 않습니다즉 차이점을 정리하면펌프는 한형태의 에너지를 다른형태로 변환하지 않지만모터는 전기에너지를 기계에너지로 변환합니다.모터에는 에너지원 만이 필요합니다만,펌프를 작동하려면 모터 또는 엔진과 같은 구동 메커니즘이 필요합니다.
기계공학
Q. 기계공학을 예술로 표현하려고 한다면?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.질문과는 방향은 좀 다른 듯 하나개인적으로는스팀펑크 장르도 기계공학을 기반으로 한 일종의 사이언스 픽션 예술이 아닌가 싶기도합니다.현실과는 전혀 다른 구조로 발전된 아날로그 기계들로 비쥬얼 적인 쇼크를 주는 부분에서 말이지요.기계공학을 예술로 표현한다는 질문에서보면현대 예술 공학 분야를 떠올리게 됩니다.공학예술 또는 기술예술이라 불리는데기술문명의 인간화를 모토로 혁신기술을 전면에 내세워최신 기계와 발명을 활용한 예술이 주를 이루는 분야인데요.세계최고 아트센터로 불리는독일 ZKM 은 기계화/자동화 시대에 맞는새로운 기계적 조형언어와 인간환경의 창조를 주장한 바우하웃 뒤를 잇는 공간으로 정의하고예술적 상상을 기술적으로 실험하여 신선한 결과물을 공개했습니다.일본 미디어 아트 페스티벌 역시예술표현을 위한 새로운 기술ㅇ르 탐구하고최신기술로써 다양한 작품울 꾸준히 소개중인데요.우리에게 잘 알려진 예로는컴퓨터 그래픽스, 하이테크 아트 등을 활용한메타버스 3D프린트 등을 들수 있습니다.이렇게 기술과 예술의 융합분야를 예술공학이라 부르며몇몇 대학에선 예술공학이라는 이름의 전공으로전문가 양성위한 커리큘럼도 짜여져 있습니다.국내 최초로 2003년 서울 예술대학교 디지털아트전공을 시작으로 2011년 서강대학교 아트 앤 테크놀로지, 2019년 중앙대의 예술공학부, 그리고 아주대학교 디지털미디어학과 등이 분야의 관련학과로 자리잡았으며 이 외에도 여러 대학교에 관련 전공이 개설되고 있습니다.
기계공학
Q. 드론에 적용되는 기계공학적 기술을 알려주세요
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.일단 원리적해석에서 본다면비행역학, 자동제어, 비행동역학 및 제어가 들어 가겠는데요.기본적인 항공역학 부분이 포함된다 하겠습니다.자동제어 부분을 위해센서공학, 신호/시스템 및 디지털통신, 로봇공학 까지 겸하게 되며공학프로젝트 진행을 위한AI 프로그래밍, 머신러닝 등 AI SW에 대한 체계적 이론이 필요합니다.기계적 부분을 본다면동체관련 재료역학기계요소설계를 위한 2D도면작업, 3D형상모델링, 체결요소설계, 동력전달요소 설계기계제어 설계를 위한 제어프로그램 설계구조해석 설계를 위한 정적구조해석CAM을 위한 CNC 밀링 가공가공을 위한 기계공작법기계소프트웨어 개발을 위한 PLC 제어 기본 모듈프로그램 개발, 공기압 제어등이 들어가겠습니다.