공기통5)

실린더의 작동압력의 기본(신축성)

왜 실린더를 정해진 압력 이상으로 채우면 안 되는 것일까? 수압검사에서 실린더를 검사자가 166%로 채우는 것을 생각하면, 다음 다이빙에 약간의 추가적인 공기를 넣을 수도 있을 것 같은 생각이 들 것이나 그러나 한번 메탈의 신축성을 이해하게 된다면 이런 생각을 더 이상 하지 않게 될 것입니다.

모든 물질들은 어느 정도의 신축성을 가지는데, 여기에서는 의논을 위해 신축성을 '뒤틀리게 하는 힘에 저항하고 원래의 형태로 되돌아가려는 능력'이라고 정의하고 예를 들어 여러분이 테이블에서 약 1미터 정도 바닥에 평행하게 삐져 나온 옷걸이가 있다고 가정해보자! 여러분은 이 옷걸이 끝을 약 2cm 아래쪽으로 눌렀다가 손을 떼면 이 옷걸이는 튕기는 소리를 내고 원래 자리로 돌아갈 것이며 이것이 신축성입니다.

물질이 가진 신축성의 한계 안에서 우리가 수백, 수 천 번 굽히거나 눌러도 이 물질은 다시 원래의 형태로 돌아가게 되며 이 옷걸이를 하루 종일 2cm 아래로 눌렀다가 튕기기를 계속해도 옷걸이는 형태에 전혀 변함이 없을 것입니다.

그러나 신축성에는 한계가 있고 우리가 이 한계 이상으로 힘을 가하게 되면 그 구조를 영구적으로 바꾸게 되어 힘을 풀었을 때 그 물질은 원래의 형태로 돌아가지 않습니다. 부분적으로만 되돌아가거나 힘이 가해진 상태로 영구적으로 머물러 있을 수 있고 아까의 옷걸이를 20cm 아래로 눌렀다고 가정해보자! 일부분 원상태로 돌아오게 되겠지만 영구적인 곡선을 그리게 될 것이며 우리는 옷걸이의 신축성의 한계를 초과하여 이 물질을 약하게 하여 변형시켜버린 것입니다.

이 옷걸이를 책상에서 90도로 아래로 구부렸다고 생각해보자! 이 경우 전혀 원상태로 다시 돌아 가기는커녕 영적으로 90도로 구부러진 채 있을 수 있으며 이 때 옷걸이 끝을 2cm 아래로 눌렀다가 튕기기를 반복하게 되면 구부러진 부분에 힘이 가해져 결국 철사는 그 부분이 끊어지게 될 것입니다. 같은 옷걸이이고 전과 같은 2cm의 힘을 가했으며 단 하나의 차이는 딱 한번 우리가 그 신축성의 한계를 초과했다는 점입니다.

이것을 우리 스쿠버 실린더에 적용해보자! 우리가 충전할 때마다 실린더는 약간 팽창하게 되며 압력을 사용하게 되면 실린더는 다시 수축하고 지정된 압력 이내로 충전하게 되면 이 신축성의 한계 이내에 머물게 되는 것입니다. 실린더에 손상을 주는 다른 요인이 전혀 없다고 가정할 때 수 백 번이고 실린더를 채우고 비우고를 반복하는 동안 아무런 실린더 재질의 힘에는 뚜렷한 변화가 없을 것이며 그러나 이 실린더에 초과 적으로 압력을 충전하게 되면 재질의 신축성을 초과하게 되어 어느 정도 재질을 약하게 만들게 되고 심지어는 단 한번의 초과적인 충전이 실린더의 수명을 크게 감소시킬 수 있습니다(특히 알루미늄은 스틸만큼 신축적이지 않음). 이 때문에 필요 이상으로 실린더의 압력검사를 받지 않는 것이 좋지 않으며 압력검사는 재질의 신축성을 시험할 수 있는 유일한 방법이지만 실린더 자체에는 좋지 않을 수 있습니다.

수 차례에 걸쳐서 압력을 초과하여 충전하게 되면 실린더에 큰 스트레스를 주게 되어 다음 압력검사 전까지 시간이 많이 남아있더라도 안전하지 못하게 만들 수 있다는 것을 기억해 둡시다.

스쿠버 실린더 제조과정

상상하기 힘들겠지만 높은 압력과 힘을 가하면 금속은 액체처럼 변하게 되고 이것은 스쿠버 실린더 뿐 아닌 용접과 같이 본질적으로 약한 부위를 남기는 절차로는 만들 수 없는 아주 강한 제품을 제조하는데 아주 중요한 열쇠가 됩니다.

스쿠버 실린더는 금속 덩어리(순수 합금으로 된 실린더)로 시작하여 아주 강력한 압력으로 눌리게 되고 엄청난 힘을 가함으로 이 금속 덩어리는 불룩 튀어나온 모양으로 눌리게 되어 한쪽 면이 개방된 실린더 형태로 만들어지게 됩니다. 다른 처리 과정을 통해 이 열린 부분을 오므리게 되고 기계를 이용하여 탱크 목과 밸브를 끼울 수 있는 나사산을 만들게 됩니다.

이러한 성형을 가능하게 하기 위해서 어떤 재질의 경우 실린더 모양을 내기 아주 부드러운 합금을 이용하고 그 후에 실린더를 굽게 되며 이 굽는 과정이 합금을 변화시켜 최종적인 사용에서 아주 강하게 만듭니다. 이것이 알루미늄 실린더를 제조하는 데 이용되는 가장 흔한 방법이고 이 때문에 고열에 노출된 알루미늄 실린더는 불량품으로 처리해야 하며 합금을 두 번째로 고열에 노출시키게 되면 그 특성을 변화시키게 되어 약하게 만들기 때문입니다.

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참고문헌: The Encyclopedia of Recreational Diving(PADI), Diving Knowledge Workbook(PADI), 코스디렉터 강정훈

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