카트리지 필터 선정 가이드 – 유량, 점도, 차압 계산법

카트리지 필터 선정 가이드 – 유량, 점도, 차압 계산법

(Cartridge Filter Selection Guide – Flow, Viscosity, and Differential Pressure Calculation)

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1. 서론 (Introduction)

카트리지 필터(Cartridge Filter) 선정은 단순히 필터 길이(Length)나 마이크론 등급(Micron Rating)으로 결정되지 않습니다.
유량(Flow Rate), 점도(Viscosity), 차압(Differential Pressure) 세 가지 요소의 균형이 필터 수명과 품질을 좌우합니다.
이 세 가지를 제대로 계산하지 않으면 초기 차압이 과도하게 발생하거나, 필터 교체주기가 짧아집니다.

실제로 현장에서 “여과는 잘 되는데 금방 막힌다”는 경우의 90% 이상이 유량 대비 차압 계산 누락 때문입니다.
이 글에서는 실무자가 직접 활용할 수 있는 계산식과 보정 예시를 정리했습니다.

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2. 유량 계산 (Flow Rate Calculation)

Relationship between flow rate and initial pressure drop by filter type.

카트리지 필터 유량은 여과면적(Effective Filtration Area, EFA)과 매체 저항(Media Resistance)에 따라 달라집니다.
보통 10인치(10”) 기준으로 아래 식을 기본으로 사용합니다.

Q=A×V 

• Q: 유량 (LPM)
• A: 유효 여과면적 (m²)
• V: 유속 (m/min)

실무에서는 이렇게 단순 계산하기보다, 메이커별 기준 유량 데이터를 참고합니다.
예를 들어:

필터 타입	평균 유량 (10”)	조건
Depth (PP Melt-blown)	25~40 LPM	점도 1cP, ΔP=0.1 MPa
Pleated (PP/PES/PTFE)	50~80 LPM	점도 1cP, ΔP=0.1 MPa
High Flow Type	200~400 LPM	점도 1cP, ΔP=0.07 MPa

 

예시로, 점도 1cP 기준 공정에서 80 LPM을 처리해야 한다면,
Depth 필터는 2~3본 병렬 구성, Pleated는 1본으로도 충분합니다.
즉, 동일 조건에서도 필터 구조에 따라 설계 방식이 달라집니다.

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3. 점도 보정 (Viscosity Correction)

점도(Viscosity)는 차압(Differential Pressure)에 직접 영향을 줍니다.
점도가 높을수록 유체 흐름이 느려지고, 필터 내부 저항이 커집니다.
이때 사용하는 게 점도 보정 계수(Viscosity Correction Factor, f)입니다.

점도 (cP)	보정계수 (f)
1 (물)	1.0
2	1.3
3	1.6
5	2.2
10	3.5
20 이상	5.0 이상

실무 계산식은 아래처럼 간단합니다.

예를 들어, 10인치 Pleated 필터의 기준 유량이 60 LPM이고 점도가 3cP라면
→ 실제 설계 유량은 약 37~38 LPM이 됩니다.

예시로, 점도 3cP 슬러리를 Depth 타입으로만 돌렸을 때 초기 차압이 0.18 MPa까지 치솟은 적이 있습니다.
Pleated 타입으로 바꾸면 유량은 1.5배, 차압은 약 30% 낮게 유지됐어요.
결국 점도 보정 없이 유량만 맞춘 게 문제였던 셈이죠.

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4. 차압 계산 (Differential Pressure Calculation)

차압(DP)은 여과 성능과 필터 수명을 결정하는 핵심 변수입니다.
필터의 초기차압(Initial ΔP)은 가능한 한 0.1 MPa 이하로 설계해야 합니다.
이 이상이 되면 여과 효율이 급격히 떨어지거나, 필터 파손 위험이 커집니다.

일반적인 기준값은 다음과 같습니다.

필터 타입	권장 초기 차압 (MPa)	최대 허용 차압 (MPa)
Depth	0.05~0.10	0.25
Pleated	0.07~0.10	0.35
Membrane	0.08~0.12	0.30

참고: Pall Profile II (Depth) 기준, 물(1cP) 기준 유량 30 LPM일 때 ΔP ≈ 0.08 MPa
3M Betafine Pleated는 동일 조건에서 ΔP ≈ 0.05 MPa 수준으로 설계됩니다.

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5. 필터 선정 예시 (Example Case)

Flow path and internal structure of a cartridge filter.

조건:

• 유량: 80 LPM
• 점도: 2cP
• 초기 차압 목표: ≤0.1 MPa

계산:
Pleated 10” 기준 60 LPM / f(2cP)=1.3 → 실질 유량 약 46 LPM
따라서 10” Pleated 필터 2본 병렬 구성이 적정.

Depth 타입으로 동일 조건 적용 시, 1본당 30 LPM 이하 → 3본 이상 병렬 구성 필요.
→ 초기 투자비는 높아도 Pleated 선택 시 운영비용이 절감됩니다.

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6. 실무 적용 팁 (Practical Notes)

Parallel setup reduces pressure drop and extends filter life

1. 유량만 맞추면 안 된다.
   차압 상승은 곧 교체주기 단축으로 이어진다.
   초기차압 기준(0.1 MPa)을 반드시 계산에 포함해야 한다.
2. 점도 높은 유체는 병렬 구조로 분산.
   고점도(>3cP)에서는 병렬 구성이 가장 효율적이다.
3. 온도에 따른 점도 변화 반영.
   점도는 온도에 따라 달라지므로, 설계 시 운전 온도 기준으로 계산할 것.
4. 메이커별 곡선 참고.
   Pall, 3M, Entegris 등에서 제공하는 ΔP–Flow Curve 데이터를 기준으로 보정하면 오차가 작다.

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7. 결론 (Conclusion)

카트리지 필터는 구조보다 유량, 점도, 차압의 균형 설계가 핵심입니다.
Depth는 입자 부하가 많은 전처리용, Pleated는 본여과(Main Filtration),
Membrane은 최종 여과(Final Filtration)에 적합합니다.

“필터 선정은 유량보다 차압을 먼저 계산해야 한다”
— 이것이 실무 현장에서 수명과 품질을 동시에 잡는 핵심 공식입니다.

다음 편에서는 필터 등급(Micron Rating)과 베타비(Beta Ratio)를 기준으로 한
여과 효율 계산 및 품질관리 방법을 다룹니다.

 

 

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