[논문]생활폐기물 자동집하시설 이송관망 성능평가

장춘만; 이상문

doi:10.5293/kfma.2015.18.5.026

생활폐기물 자동집하시설 이송관망 성능평가
Performance Evaluation on the Pipelines for an Automated Vacuum Waste Collection System 원문보기

한국유체기계학회 논문집 = The KSFM journal of fluid machinery, v.18 no.5, 2015년, pp.26 - 32

장춘만 (한국건설기술연구원 환경.플랜트연구소) , 이상문 (한국건설기술연구원 환경.플랜트연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper describes performance evaluation of design parameters, air velocity inside a pipeline and pressure along a pipeline, using experimental measurements in an automated vacuum waste collection system. Automatic robot having six cameras is introduced to analyze the internal pipeline conditions whether waste accumulates at the bottom of the pipeline or not. Throughout the experimental measurements of the pipeline having the various shapes, it is found that pressure and internal air velocity linearly increase along the pipeline from a waste inlet to a waste collection station while air density decreases due to the air compression effect with high pressure. Although air velocity inside the pipeline at a waste inlet keeps design velocity range between 20 m/s and 30 m/s, it is noted that air velocity near the waste collection station exceeds maximum design velocity of 30 m/s. Pressure increase per unit length is changed from 17.6 Pa/m to 18.9 Pa/m, which depends on the air velocity inside the pipeline. From the investigation inside the pipeline with CCTV loaded on an automated robot, waste accumulated at the bottom of the pipeline is mainly found at the downstream of a circular curved pipe, an inclined pipe and a bended pipe.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구에서는 생활폐기물 자동집하시설의 성능진단을 목적으로 준공 전에 이송관망의 내부상태 파악 및 쓰레기 이송에 필요한 설계기준항목을 중심으로 성능평가를 실시하였다. 공사가 진행 중인 제1집하장(WCS I in Fig.

제안 방법

4에서와 같이 이동로봇에 탑재된 CCTV를 사용하였다. 로봇에는 전방, 상/하 및 좌/우에 카메라를 설치하였으며, 점검맨홀 또는 섹션맨홀 등이 설치된 점검구에 CCTV가 탑재된 이동로봇을 투입하여 섹션구간별로 관 내부 상태를 촬영하였다. 제어용 케이블에 연결된 로봇의 최대이송거리는 약 100 m이다.
9는 블로어가 설치된 3집하장으로부터 공기흡입구까지의 이송관에 대한 압력 및 공기속도를 나타낸다. 본 실험에서는 직렬 연결된 110 kW 블로어의 운전대수를 4대 및 6대로 각각 실시하여 이송관 거리에 따른 압력 및 속도변화를 분석하였다. 두 경우 모두 공기속도 및 압력은 이송관을 따라 블로어 방향으로 선형적으로 증가됨을 알 수 있다.
본 연구에서는 생활폐기물 자동집하시설 이송관로 기술진단에 필요한 압력 및 공기속도 분포의 현장평가와 함께 관 내부 상태를 CCTV를 이용하여 측정하고 쓰레기의 적체특성을 분석하였다.
본 연구에서는 생활폐기물 자동집하시설 이송관의 현장측정을 통하여 이송관의 압력 및 관 내부 공기속도를 실험적으로 측정하고 분석하였으며, 이송관 내부의 쓰레기 적체, 누수 등을 자주식 로봇에 탑재된 CCTV를 통하여 분석하였다. 이를 통하여 다음과 같은 결과를 도출하였다.
999 kPa인 Furness사의 압력계(모델명 : FC012)를 사용하였다. 생활폐기물 자동집하시설 이송관의 고압특성을 고려하여, 정압측정은 최대 측정압력이 130 kPa인 Yokogawa사의 압력계(모델명 : MT210)를 사용하였다.
3(a)와 같이 구멍을 내고, 태핑 처리 후에 압력탭을 설치하였다. 압력탭은 관 내면의 정압 측정 시에 사용하고, 관 내부 공기속도는 피토트관(Pitot tube)을 이용하여 관 중심부에서의 동압을 측정하여 평가하였다. 피토트관은 관경을 고려하여 200 mm 길이관을 사용하였고, 동압에 의한 속도측정은 최대 측정압력이 1.
25 km이며, 6곳의 압력공을 이용하여 정압 및 관 내부 공기유속을 각각 측정하였다. 집하장에 설치된 블로어의 운전조건에 의하여 덕트 내의 공기속도가 결정되는데, 본 실험에서는 설계기준에 따른 블로어 가동대수로 공기속도를 조절하였다. 즉 설계용량이 110 kW인 블로어 6대를 직렬로 연결하는 조건으로 실험을 수행하였다.
8은 3집하장(WCS III)의 이송관로 평면도 및 압력 측정위치를 나타낸다. 집하장에서 공기흡입구까지의 이송관 길이는 1.51 km이며, 3곳의 압력공을 이용하여 정압 및 관 내부 공기유속을 측정하였다.
집하장에서 공기흡입구까지의 이송관 길이는 1.6 km이며, 7곳의 압력공을 이용하여 정압 및 관 내부 공기유속을 각각 측정하였다.
5는 2집하장(WCS II)의 이송관로 평면도 및 압력 측정위치를 나타낸다. 집하장에서 공기흡입밸브(air intake valve)가 설치된 공기흡입구까지의 이송관 길이는 1.25 km이며, 6곳의 압력공을 이용하여 정압 및 관 내부 공기유속을 각각 측정하였다. 집하장에 설치된 블로어의 운전조건에 의하여 덕트 내의 공기속도가 결정되는데, 본 실험에서는 설계기준에 따른 블로어 가동대수로 공기속도를 조절하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 생활폐기물 자동집하시설의 성능진단을 목적으로 준공 전에 이송관망의 내부상태 파악 및 쓰레기 이송에 필요한 설계기준항목을 중심으로 성능평가를 실시하였다. 공사가 진행 중인 제1집하장(WCS I in Fig. 2)을 제외하고, 시범운전 중인 4개의 집하장의 이송관망을 대상으로 하였다.
11은 4집하장 이송관에 대한 압력 및 공기속도를 나타낸다. 본 실험에서는 직렬 연결된 200 kW 블로어 6대를 직렬로 연결하여 운전하였다. 그림에서와 같이 집하장측 이송관 부압(마이너스압력)은 공기흡입구쪽 방향으로 선형적으로 대기압 상태로 회복됨을 알 수 있다.
2에 생활폐기물 자동집하시설의 전체 이송관망을 나타낸다. 시험 대상지역의 경우 총 5개의 집하장으로 구분되어 있으며, 쓰레기 투입구와 집하장까지의 최대거리가 1.8~ 2.6 km로 설계되었다. 최장 관길이는 2.
쓰레기 퇴적, 관 파손 및 관 내부 침출수 고임 등을 파악하기 위하여, Fig. 4에서와 같이 이동로봇에 탑재된 CCTV를 사용하였다. 로봇에는 전방, 상/하 및 좌/우에 카메라를 설치하였으며, 점검맨홀 또는 섹션맨홀 등이 설치된 점검구에 CCTV가 탑재된 이동로봇을 투입하여 섹션구간별로 관 내부 상태를 촬영하였다.
집하장에 설치된 블로어의 운전조건에 의하여 덕트 내의 공기속도가 결정되는데, 본 실험에서는 설계기준에 따른 블로어 가동대수로 공기속도를 조절하였다. 즉 설계용량이 110 kW인 블로어 6대를 직렬로 연결하는 조건으로 실험을 수행하였다.
6 km로 설계되었다. 최장 관길이는 2.6 km 및 2.5 km로 2 km가 초과하는 2곳의 집하장에서는 500 A관 외에 부분적으로 600A관을 사용하였다. 상세한 제원은 Table 1에 나타낸다.
측정위치는 Fig. 2의 “Χ” 부분 3곳으로, 쓰레기가 이송관 내부에 적체되기 쉬운 곡관 하류(“A”), 상승구배 경사관(“B”) 및 하월구간(“C”)에서 측정한 사진이다.
압력탭은 관 내면의 정압 측정 시에 사용하고, 관 내부 공기속도는 피토트관(Pitot tube)을 이용하여 관 중심부에서의 동압을 측정하여 평가하였다. 피토트관은 관경을 고려하여 200 mm 길이관을 사용하였고, 동압에 의한 속도측정은 최대 측정압력이 1.999 kPa인 Furness사의 압력계(모델명 : FC012)를 사용하였다. 생활폐기물 자동집하시설 이송관의 고압특성을 고려하여, 정압측정은 최대 측정압력이 130 kPa인 Yokogawa사의 압력계(모델명 : MT210)를 사용하였다.

성능/효과

생활 지역에 쓰레기의 방치에 따른 악취발생 및 차량이송에 따른 안전사고를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 도시미관 개선에도 효과적인 친환경 시설물이다.⁽¹⁾ 생활폐기물 자동집하시설은 쓰레기 투입시설, 관망시설 및 집하시설로 대별할 수 있으며, 쓰레기를 이송하는 이송관은 집하장 규모에 따라 약 100 km에 이르고 있다. 이러한 이송관은 직관, 곡관, 합류관, 경사관, 하월관 등 다양하다.
1) 관 내부 공기속도 및 압력(부압)은 공기흡입구에서 집하장방향으로 선형적으로 증가함을 알 수 있었다. 반대로 밀도는 선형적으로 감소하며, 이는 공기의 압축성 효과로 기인된 것이다.
2) 집하장에서 공기흡입구까지의 거리가 1.25 km인 500 A 이송관에서는 공기흡입구에서의 공기속도가 27.1 m/s로 적정 공기속도 범위인 20~30 m/s를 만족하지만, 블로어 측에서는 약 26 % 증가하여 적정속도범위를 초과함을 알 수 있었다. 또한 공기밀도는 공기흡입구의 1.
3) 블로어 운전대수를 4대에서 6대로 증가시키면 블로어 쪽 공기속도는 13.9 %, 압력은 31.1 % 증가함을 알 수 있었다.
4) 이송관 관경이 500 A에서 600 A로 증가하면, 압력은 선형적으로 블로어 방향으로 증가하지만 공기속도는 관 연결부분에서 확대관 영향으로 일시적으로 감소후 다시 증가하며, 이를 통하여 적정 공기속도 범위를 유지시키는 효과가 있음을 알 수 있었다.
5) 실험대상지역의 공기속도는 기준 최대속도인 30 m/s 근처이거나 초과하여 운전하는 사례가 있음을 확인하였다. 이송관 단위길이당 압력은 17.
6) 이송관 내부의 쓰레기 적체는 곡관 하류측, 상승구배경사관 구간, 하월관 등에 발생하며, 이는 이송관과의 마찰증가, 충돌, 기류 불균일 등으로 발생됨을 확인하였다.
1 m/s로 적정 공기속도 범위인 20~30 m/s를 만족하지만, 블로어 측에서는 약 26 % 증가하여 적정속도범위를 초과함을 알 수 있었다. 또한 공기밀도는 공기흡입구의 1.13 kg/m³보다 22 % 감소됨을 알 수 있었다.
이상에서와 같이 이송관의 압력분포와 공기유속분포의 현장실험을 통하여 실험대상지역의 공기속도는 기준 최대속도인 30 m/s 근처이거나 초과하여 운전하는 사례가 있음을 확인하였다. 이송관 단위길이당 압력은 17.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	생활폐기물 자동집하시설이 주목받는 이유는?	생활폐기물 자동집하시설은 기존의 차량수거를 대신하여 생활폐기물의 효과적인 처리 수단으로 주목받고 있다. 생활 지역에 쓰레기의 방치에 따른 악취발생 및 차량이송에 따른 안전사고를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 도시미관 개선에도 효과적인 친환경 시설물이다.
	생활폐기물 자동집하시설은 어떻게 대별되는가?	생활 지역에 쓰레기의 방치에 따른 악취발생 및 차량이송에 따른 안전사고를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 도시미관 개선에도 효과적인 친환경 시설물이다.(1) 생활폐기물 자동집하시설은 쓰레기 투입시설, 관망시설 및 집하시설로 대별할 수 있으며, 쓰레기를 이송하는 이송관은 집하장 규모에 따라 약 100 km에 이르고 있다. 이러한 이송관은 직관, 곡관, 합류관, 경사관, 하월관 등 다양하다.
	생활폐기물 자동집하시설의 장점은?	생활폐기물 자동집하시설은 기존의 차량수거를 대신하여 생활폐기물의 효과적인 처리 수단으로 주목받고 있다. 생활 지역에 쓰레기의 방치에 따른 악취발생 및 차량이송에 따른 안전사고를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 도시미관 개선에도 효과적인 친환경 시설물이다.(1) 생활폐기물 자동집하시설은 쓰레기 투입시설, 관망시설 및 집하시설로 대별할 수 있으며, 쓰레기를 이송하는 이송관은 집하장 규모에 따라 약 100 km에 이르고 있다.

참고문헌 (8)

Alfonso, A. U., German, F., David, Z. V., Ignacio, Z. B. and Eva, L. S., 2013, "Environmental-benefit Analysis of Two Urban Waste Collection Systems," Science of the Total Environment, Vol. 463-464, pp. 72-77.

상세보기
Jang, C.-M., Lee, S.-Y. and Suh, S.-H., 2007, "Pressure Drop in a Circular Pipe of Waste Collection Piping System," Journal of Fluid Machinery, Vol. 10, No. 4, pp. 55-60.
Jang, C.-M., 2009, "Flow Characteristics of Piping System Having Various Shapes in Refuse Collection System," Journal of Fluid Machinery, Vol. 12, No. 3, pp. 13-18.
Jang, C.-M., 2010, "Optimal Design and Operation of a Turbo Blower Used for Refuse Collection System," Journal of Fluid Machinery, Vol. 13, No. 5, pp. 58-63.
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원문보기 상세보기
Cesar, F., Felip, M., Carles, M. and Francina, S.-M. 2014, "Modeling Energy Consumption in Automated Vacuum Waste Collection Systems," Environmental Modelling & Software, Vol. 56, pp. 63-73.

상세보기
Ong, H. L., Goh, T. N., Poh, K. L. and Lim, C. C., 1990, "A Computerized Vehicle Routing System for Refuse Collection," Advances in Engineering Software, Vol. 12, No. 2, pp. 54-58.

상세보기
Basic Design Report of Automated Vacuum Waste Collection System at Incheon Cheongra. 2007.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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