열역학과 기구개발자

열역학과 기구개발자의 상관관계는? 열역학과 기구개발자는 아주 깊은 상관관계가 있습니다. 물론 개발하는 제품에 따라서 그 차이는 크게 날 수도 있습니다. 열을 다루지 않는 제품이라면 기구개발자는 다른 부분만 신경 쓰면 됩니다. 하지만 사람들이 사용하는 대부분의 제품은 열이 있습니다. 발열이라고 표현하겠습니다. 그 제품이 사용자에게 열을 전달해주는 온열기 종류의 제품이 아니라면 의도한 것이 아닙니다. 이것은 한 종류의 에너지가 다른 종류로 전환될 때 발생하는 불필요한 열일 가능성이 큽니다. 그렇다면 이런 열을 제거하거나 일정 정도 이하로 낮게 유지하도록 관리해야 합니다. 그래야 제품의 성능에 문제가 없습니다. 제품과 열역학에 대해서 자세히 다루기 전에 기구개발자는 어떤 의미로 사용했는지 말씀드리겠습니다. 기구개발자라고 말한 것은 영어로 Mechanical Engineer의 의미로 사용하였습니다. 취업 공고 란에 보면 기구설계, 기계설계라고 표현되는 일들을 하는 엔지니어를 의미합니다. 통상 기구개발자라고 하면 하는 주된 업무는 설계입니다. 가장 중요한 업무가 설계라는 의미이지 업무 시간 대부분을 설계한다는 것은 아닙니다. 업무 시간 내내 설계만 하는 분들도 있습니다. 이 분들도 기계공학을 전공하시고 설계에 특화하신 분들일 수 있습니다. 설계 전문 회사에 취직하셔서 각 회사 프로젝트에 참여하시고 설계 업무만 하시는 분들입니다. 설계 전문 엔지니어들이 각 회사에 소속되어 있는 기구개발자들보다 설계 실력이 뛰어날 수 있습니다. 차이가 있다면 설계 전문 엔지니어들은 설계만 하시고 금형 제작까지 만 관여하고 이후에는 손을 떼게 됩니다. 모든 경우 그렇다는 것은 아니고 다른 경우도 있습니다. 여하튼 기구개발자의 주된 업무는 설계이지만 실제로 업무 시간에 문서작업을 하는데 쓸 수 있습니다. 회사에 다녀보면 생각보다 문서작업이 많습니다. 엔지니어도 많은 양의 문서를 작성할 필요가 있습니다. 문서작업은 부서적인 일이고 문제점 분석도 주된 업무 중 하나입니다. 설계는 개발 초기에 하면 개발 중후반에는 크게 할 일은 없습니다. 문제가 발생하여 설계 변경 생기지 않는다면 말이죠. 그 이후에는 초기 시제품을 동작 시키면서 문제점을 검토합니다. 동작을 하는 제품이라면 의도했던 것처럼 움직이지 않을 수 있습니다. 그런 부분을 검토하여 변경을 진행합니다. 이때부터는 설계보다는 정확한 원인 분석과 정확한 평가를 하는 것이 중요하게 됩니다. 이런 분석과 평가를 하는데 열역학이 관여하는 부분이 있습니다. 현 시디에 만들어지는 제품들은 전기를 사용하지 않는 것은 거의 없습니다. 전기를 받아 에너지원으로 동작을 하는데 사용하기 때문이죠. 지금 이 글을 읽을 때 바라보고 있는 모니터, 노트북, 스마트폰도 모두 열 문제가 있었을 겁니다. 이 제품을 만드는 기구개발자가 성능에 문제없도록 개발하였을 겁니다. 모니터, 노트북, 컴퓨터, 스마트폰 모두 전기에너지를 사용합니다. 그 에너지로 CPU가 동작하는데 사용될 겁니다. 전기 에너지를 받아서 동작하는 많은 부분들이 열을 발생할 겁니다. 왜냐하면 한 종류의 에너지가 다른 종류의 에너지로 변환될 때는 손실이 발생합니다. 대부분 이런 손실은 열의 형태로 발생하여 제품이 뜨거워지기 마련입니다. 따라서 이런 문제가 발생했을 때 기구개발자는 제품의 열을 떨어뜨리는 방법을 고민하게 됩니다. 물론 떨어뜨리는 것이 어렵다면 성능에 문제없는 수준으로 유지하는 해답을 찾기도 합니다. 그 열이 사용자에게 무해한 수준이라면 말이죠. 제품을 일정 정도 온도 이하로 유지하기 위한 흔히 사용되는 해답은 팬입니다. 데스크탑 컴퓨터를 갖고 계신 분들이라면 지금 본체에 귀 기울여 보시면 소리가 날 건데요. 아마도 팬 소리일 가능성이 큽니다. 데스크탑 컴퓨터도 발열부가 있고 그 발열부를 일정 정도 이하로 유지해야 될 필요가 있습니다. 그래서 맞춤형 컴퓨터를 사시는 분들 중에 쿨러를 원하는 방식으로 많이들 사용하시죠. 수랭식, 공랭식 등 말이죠. 열 문제를 잡아서 최상의 성능을 구현하기 위한 것입니다. 열 문제가 발생하면 성능 저하도 문제겠지만 사용자에게 치명적인 해를 가할 수도 있습니다. 제품의 온도가 일정 온도로 포화되지 않고 계속 올라가기만 한다면 사용자가 다칠 수도 있습니다. 이런 문제가 있기 때문에 열 문제는 항상 신중하게 다루어야 되는 부분입니다. 제품의 크기가 크다면 상대적으로 열 문제를 해결하기 쉬울 겁니다. 왜냐하면 공간이 많기 때문에 공기의 통로를 원하는 대로 설계할 수 있습니다. 문제는 작은 제품 혹은 큰 제품이지만 내부 공간이 충분하지 않은 경우입니다. 이럴 때는 아무리 뛰어난 열에 특화된 기구개발자라도 쉽지 않습니다. 공기를 불어넣어줄 공간이 충분하지 않기 때문이죠. 기구개발자가 열 문제를 해결할 때 열역학을 통해 학습한 것을 기계적으로 적용하지는 않습니다. 그때 배운 공식을 써서 온도가 얼마인지 계산하지는 않습니다. 열역학 학습으로 얻은 개념을 잠재적으로 사용할 겁니다. 어느 곳에 팬을 둘지 어떻게 공기흐름을 형성할지 이쪽에 공기흐름을 만드는 것이 좋으니 부품 형상을 바꾸는 결정을 할지 이런 고민들을 합니다. 그러고 나서 제품을 실사용 조건에서 온도 측정을 합니다. 각 회사에 쌓은 데이터가 있습니다. 그 데이터를 통해서 기준 온도를 얼마 이하로 유지해야 한다는 조건이 있습니다. 열역학 학습한 것을 이론적으로 사용하는 엔지니어도 있습니다. 바로 CAE 엔지니어입니다. 이분들도 전공은 기계공학 기반일 경우가 많습니다. 이 분들의 주요 업무는 제품 각 부분에 열원을 설정하고 실사용 조건에서 동작했을 때 온도가 어떻게 변할지를 시뮬레이션 하는 것입니다.