공압 실린더 설비의 컴프레서 용량을 정하거나 공기 비용을 따질 때는 실린더가 한 번 움직일 때 쓰는 공기 양부터 셉니다. SMC 는 이것을 «공기 소비량»(컴프레서·운전 비용용)과 «필요 공기량»(밸브·FRL·배관 크기용)으로 나눠 계산합니다. 이 글은 SMC «Best Pneumatics» 기술 자료의 Technical Data 2 식과 예를 따라갑니다.
실린더 한 번의 공기 소비량
qc(L ANR) = A(mm²) × L(mm) × (P + 0.1) ÷ 0.1 × 10⁻⁶ A 받는 면적 — 미는 쪽 πD²/4, 당기는 쪽 π(D² − d²)/4 L 행정, P 사용 압력(MPa, 게이지) ø50 / 로드 20, 행정 600 mm, 0.5 MPa: 미는 쪽 1963.5 × 600 × 6 × 10⁻⁶ = 7.07 L 당기는 쪽 1649.3 × 600 × 6 × 10⁻⁶ = 5.94 L 한 사이클(왕복) = 13.0 L (ANR)
(P + 0.1) ÷ 0.1 은 게이지 압력을 대기압(약 0.1 MPa)에 대한 절대 압력 비로 바꾼 값입니다. 0.5 MPa 로 채운 실린더 부피는 대기압으로 펴면 6배가 됩니다. ANR 은 이렇게 표준 대기 상태로 환산한 부피라, 컴프레서의 토출량과 바로 비교할 수 있습니다.
배관 몫 — 작은 실린더일수록 크다
qp(L ANR) = a(mm²) × l(mm) × P ÷ 0.1 × 10⁻⁶ (a 배관 안 단면적, l 길이) 내경 6 mm 튜브(28.3 mm²) 2 m, 0.5 MPa: 28.3 × 2000 × 5 × 10⁻⁶ = 0.28 L (왕복 0.57 L)
밸브가 바뀔 때마다 밸브 ~ 실린더 배관도 채웠다 비웁니다. 위 예에서 배관 몫은 4 % 정도지만, ø16·행정 50 mm 실린더를 내경 4 mm 튜브 1 m 로 움직이면 한 사이클 0.24 L 중 배관이 0.13 L — 절반이 넘습니다. 작은 실린더는 밸브를 가까이 두면 공기가 줄어듭니다. (SMC 식은 배관에 P ÷ 0.1, 실린더에 (P + 0.1) ÷ 0.1 을 씁니다 — 식 그대로 옮겼습니다.)
| SMC 튜브 | 내경 mm | 안 단면적 mm² |
|---|---|---|
| T0425 | 2.5 | 4.9 |
| T0604 | 4 | 12.6 |
| T0806 | 6 | 28.3 |
| T1075 | 7.5 | 44.2 |
| T1209 | 9 | 63.6 |
| T1613 | 13 | 133 |
분당 소비량과 컴프레서 — SMC 예
ø50·행정 600 mm·0.5 MPa 실린더 10대, 분당 5회, 실린더 ~ 밸브 내경 6 mm 튜브 2 m 실린더 한 사이클 13 L (ANR) (SMC 그래프, 식으로 13.0) 배관 한 사이클 0.56 L (ANR) (식으로 0.565) 합계 (13 + 0.56) × 10대 × 5회 = 678 L/min (ANR) 컴프레서 적어도 × 1.4 ≈ 950 L/min (ANR)
SMC 는 컴프레서를 고를 때 온도 저하, 누설, 중간 기기의 소비를 생각해 계산값보다 넉넉한 토출량을 고르라고 하고, 참고값으로 «적어도 1.4배» 를 듭니다. 실린더 말고도 에어 블로·진공 이젝터처럼 계속 공기를 쓰는 기기가 있으면 그 소비량을 더합니다.
| 압력 | ø50/20 행정 600 한 사이클 (배관 포함) | 10대 × 분당 5회 |
|---|---|---|
| 0.4 MPa | 11.29 L | 565 L/min |
| 0.5 MPa | 13.57 L | 679 L/min |
| 0.6 MPa | 15.85 L | 793 L/min |
| 0.7 MPa | 18.13 L | 907 L/min |
압력을 0.1 MPa 낮추면 소비량이 약 17 % 줄어듭니다. 실린더 추력에 여유가 있으면 레귤레이터 압력을 필요한 만큼만 두는 것이 공기를 아끼는 가장 쉬운 방법입니다(힘은 «공압 실린더 추력» 글의 부하율로 확인).
필요 공기량 — 밸브·FRL·윗배관 크기
Q(L/min ANR) = (qc + qp) × 60 ÷ t (t 한 행정 시간 s) 미는 쪽·당기는 쪽 중 큰 값을 쓴다 ø50/20·600 mm·0.5 MPa, 1 s 에 밀 때: (7.07 + 0.28) × 60 ÷ 1 = 441 L/min (ANR)
공기 소비량이 «분당 평균» 이라면 필요 공기량은 «움직이는 그 순간의 유량» 입니다. 같은 실린더라도 빨리 움직일수록 커지고, 여러 대가 동시에 움직이면 그 합이 밸브·필터·레귤레이터와 윗배관을 지나야 합니다. 평균만 보고 배관을 정하면 동시에 움직일 때 압력이 떨어집니다.
PortDock 에서는
- 웹 도구 «공압 실린더 공기 소비량 계산기»: 보어·로드·행정·압력(MPa·bar·kgf/cm²·psi)·복동/단동·배관 → 한 사이클·분당 소비량, 컴프레서 기준(× 1.4), 필요 공기량. 기본값이 SMC 예입니다.
- 웹 도구 «공압 실린더 추력 계산기»: 같은 압력에서 실린더가 내는 힘 — 압력을 얼마나 낮출 수 있는지 봅니다.
- Serial Plotter·Modbus Master: 공급 압력 센서·유량계(아날로그 → Modbus)의 값을 기록해 여러 실린더가 함께 움직일 때 압력이 얼마나 떨어지는지 봅니다.
작성 2026-10-24