기후변화 시나리오(RCP)를 이용한 도시지역 빗물펌프장의 미래 필요용량 산정

강나래,이건행,노희성,김형수,Kang,Na Rae,Lee,Keon Haeng,Noh,Hui Seong,Kim,Hung Soo 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.2

최근 기상이변의 증가로 인해 돌발성 집중호우가 빈번하게 발생하고 있다. 기상청에서는 이런 기후변화에 대비하기 위하여 최근 온실가스 증가경향을 반영한 새로운 온실가스 시나리오를 제시하였다. 따라서 본 연구에서는 새로운 온실가스 시나리오인 RCP 시나리오를 이용하여 인천광역시의 미래기간에 대한 목표기간별 확률강우량의 변화를 추정하였다. 이를 토대로 미래에 증가되는 빗물펌프장 용량을 추정하여 현 시설물의 필요(수요)용량을 산정하였다. 최악의 시나리오인 RCP 8.5에 따르면, 대상지역인 인천광역시의 9개 빗물펌프장 중 3개소는 미래 강우의 증가에도 어려움이 없을 것으로 판단되나, 나머지 6개 펌프장의 시설용량은 미래 강우를 수용하기에 부족한 것으로 나타났다. 특히, 목표기간III(2071-2100) 강우를 수용하기 위해선 현재 시설용량을 6배정도 증설해야할 것으로 예상되었다. 따라서 본 연구를 통해 도출된 결과를 토대로 인천지역의 미래 도시배수시스템의 용량을 검토하여 대비할 필요가 있을 것으로 판단된다. In the recent years, flash flood and local heavy rainfall have been frequently occurred in Korea and this may be due to the climate change. Korea Meteorological Administration(KMA) and IPCC AR5 reported new greenhouse gas scenario called RCPs(Representative concentration pathways). This study tries to analyze the variability and trend of future rainfall using the new RCP scenarios. Based on this, we estimate the needed capacity(demand) at existing pumping station for the future. The study area is Incheon-city, Korea which has 9 pumping stations. This study uses the RCP 8.5 which is the worst scenario of RCPs for the impact assessment of climate change and there will be no difficulty in the three of nine pumping stations for the future rainfall. But, the capacities of 6 pumping stations will not be sufficient for the future rainfall and runoff. It is expected to construct more pumping stations allowable 6 times of existing pump capacity especially for Target III(2071-2100). Therefore, we may need to prepare for the future flood damage potential by reviewing the capacity of future drainage system in Incheon city.

수집형 마늘 수확기 포장성능 시험(Ⅱ)

강나래 ( Na-rae Kang ),최일수 ( Il-su Choi ),김영근 ( Young-keun Kim ),최용 ( Yong Choi ),권영석 ( Young-seok Kwon ),김재동 ( Jae-dong Kim ),하창섭 ( Chang-seob Ha ),이종원 ( Jong-won Lee ),김대철 ( Dae-cheol Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

국내 마늘 재배는 지역에 따라 한지형과 난지형으로 구분되며, 지역별 재배형식 및 재배양식에 차이가 있어 요구되는 농기계도 다양한 실정이다. 마늘 재배 기계화율은 ’18년 58.6%로 보고되고 있으며, 타 밭작물과 같이 파종과 수확작업의 기계화율이 각각 15.9%, 36.7%로 미흡한 실정이다. 파종작업의 경우 한지형은 파종 후 비닐피복, 월동으로 경운기용 파종기의 보급이 활발하며, 난지형은 비닐피복 후 파종 및 월동으로 한지형과 다른 비닐절개형 트랙터용 파종기가 개발·보급 중에 있어 파종작업의 기계화율은 증가할 전망이다. 그러나 수확작업의 경우 굴취 수확기를 이용한 굴취 후 인력으로 수집하고 있어 인력 의존도가 높은 실정이다. 이에 본 연구는 수집형 마늘 수확기 개발을 위해 시작기를 제작하고 포장성능 시험을 수행하였다. 시작기의 마늘 수확 포장성능 시험은 전남 무안군 소재 국립식량과학원 바이오에너지작물연구소 구내 시험포장에서 난지형 마늘(품종: 대서)을 대상으로 수행하였으며, 수확 시험전 마늘 줄기를 지면에서 약 10cm내외로 절단 후 요인별 3m 구간의 시험포를 조성하였다. 60kW급 트랙터를 이용하여 작업속도 3수준(0.10, 0.15, 0.20m/s), 이송속도 3수준(250.3, 356.8, 451.1rpm)을 요인으로 시험 구간내 마늘을 수확하고, 시작기의 수확성능 분석을 위해 시험 구간내 수집·수확된 마늘의 손상율, 혼입율, 흙미털림율을 분석하였다. 시험결과 작업속도 0.20m/s, 이송속도 250.3rpm 조건에서 수확성능이 가장 양호하였으나, 손상율이 9.4%, 혼입율 76.1%, 흙미털림율 18.6%로 수확손상 개선 및 흙분리 성능에 보완이 필요한 것으로 분석되었으며, 무안 지역과 같은 황토 토성의 포장에서는 시작기와 같은 수집형 수확기의 적응성이 낮은 것으로 분석되었다.

선진사 점적관수용 솔레노이드밸브 성능시험

강나래 ( Na-rae Kang ),최진용 ( Jin-yong Choi ),김진현 ( Jin-hyun Kim ),장정우 ( Jung-woo Jang ),김용주 ( Yong-joo Kim ),정선옥 ( Sun-ok Chung ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2

농작물의 생산량과 품질을 증가하기 위해 효율적인 물관리 기술 및 작물 생육에 적절한 토양 수분을 유지하기 위해 관수 제어 기술이 필요하다. 전자밸브 기술은 연구가 진행되고 있으나 현재 해외 선진사제품에 의존적이다. 한국 전자밸브는 유량정밀도가 낮아 유량 및 압력 성능시험이 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 설계 제작한 솔레노이드밸브 테스트벤치를 활용하여 해외 선진사 점적관수용 솔레노이드밸브 성능시험을 진행하였다. 제작한 솔레노이드밸브 테스트벤치에 선진사 점적관수용 솔레노이드밸브를 설치하였으며 유량 범위는 15~60 m³/h로 5 m³/h 단계별 제어를 통해 이스라엘 Bermad사, 미국 Rainbird사, 이스라엘 Baccara사, Netafim사 점적관수용 솔레노이드밸브 성능시험을 진행하였다. 솔레노이드 밸브 통과 전· 후 유량, 압력 데이터는 C# (visual basic)을 사용하여 수집하였다. 성능시험 결과 Bermad사 솔레노이드 밸브는 15 m³/h일 때 압력감소 0.29±0.013 bar, 60 m³/h일 때 2.46±0.055 bar가 발생하였고, Rainbird사는 유량 15 m³/h일 때 압력감소 0.12±0.031 bar, 60 m³/h일 때 2.22±0.068 bar가 발생하였다. Baccara사는 유량 15 m³/h일 때 압력감소 0.22±0.046 bar, 60 m³/h일 때 2.37±0.048 bar가 발생하였으며 Netafim사는 유량 15 m³/h일 때 압력감소 0.51±0.004 bar, 50 m³/h일 때 3.33±0.12 bar가 발생하였다. Netafim사 솔레노이드밸브는 유량 50 m³/h이상일 때 유량흐름이 불안정하였는데 이는 솔레노이드 밸브 적정유량이 34 m³/h이므로 밸브의 과부하로 인한 불안정으로 판단된다.

50 kW급 과수원용 트랙터 3점 히치 유압 동력 전달 장치 개발

강나래 ( Na-rae Kang ),김용주 ( Yong-joo Kim ),최문찬 ( Moon-chan Choi ),이규호 ( Kyu-hoo Lee ),정선옥 ( Sun-ok Chung ),하종규 ( Jong-kyou Ha ),강태경 ( Tae-kyoung Kang ),김영근 ( Young-keun Kim ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2

국내의 트랙터와 트랙터 주요 요소에 관한 연구는 엔진, 변속기 및 외장기술에서 많은 발전을 이루었다. 그러나 작업기 제어 시스템에 대한 개발은 미국, 호주, 영국, 일본 등 기술 선진국에 비해 발전 속도가 늦은 실정이다. 본 연구에서는 선진국의 기종과 경쟁할 수 있는 50 kW 급 과수원용 트랙터 개발을 위한핵심요소인 3점 히치 유압 동력 전달부를 개발하고, 그 성능을 평가하는 것을 목적으로 하였다. 유압시스템은 과수원용 트랙터의 방제, 제초 및 운반 작업에 적합한 유압회로를 설계하였고, 유압 양력의 목표치는 선진사 모델을 조사 분석하여 20.6 kN으로 설정하였다. 유압 승강 실린더는 트랜스미션 외부에 장착되는 외장형으로 설계하였고, 3점 히치 유압 양력 계산을 하기 위해서 유압양력 계산 프로그램을 Visual Basic 프로그램으로 사용하였다. 성능 시험을위해 하부 히치점에 웨이트를 적재할 수 있는 적재대를 부착하여, 웨이트를 적재하여 측정하는 방법을 사용하였다. 하부 히치의 최하단점에서 최상단점까지 작동하면서 최대 무게를 측정하였으며, 유압 양력 테스트를 위하여 트랙터 리프트암 센서값과 리프트암의 지면 기준 높이를 캘리브레이션하였다. 설계 시 3점 히치부의 위치를 먼저 결정을 한 후에 리프트 실린더의 용량을 결정하였다. 히치 양력 계산값은 최하사점인 초기에 유양 양력이 높게 나오다가 최상사점 가까이에 도달하면 유압 양력이 떨어지는 것으로 나타났다. 리프트 실린더의 로드경을 60 mm와 65 mm의 2가지 변수로 유압 양력을 계산하였다. 그 결과, 실린더 로드 직경 5 mm 차이가 유압 양력에서 2.9 - 3.9 kN정도 나타났다. 계산상 나타나는 최소 유압양력 18.6 - 31.4 kN으로 최고 상사점을 제외하면 실제 사용하는 구간에서의 유압 양력이 설계 시 설정한 값인 20.6 kN보다 높게 나타났다.

온도에 따른 케일과 배추의 생장 변화

강나래 ( Na Rae Kang ),정선옥 ( Sun Ok Chung ),( Viet Duc Ngo ),( Thi Bich Thuy Doan ) 한국농업기계학회 2015 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.20 No.2

유리온실용 400 W급 정밀 창개폐모터 성능평가

강나래 ( Na-rae Kang ),박수복 ( Soo-bok Park ),홍순중 ( Soon-joong Hong ),김용주 ( Yong-joo Kim ),정선옥 ( Sun-ok Chung ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2

우리나라 농지의 총 면적은 2010년 1,715,301 ha 이며, 이 중 시설원예 재배 면적은 90,468 ha로 2014년 기준 농업에서 시설원예농업의 비중은 약 13.2%를 차지한다. 시설원예 기자재 시장규모는 2010년 10조이상이며, 향후 급속하게 증가할 것으로 전망되지만, 국내 농자재 산업체는 국외 선진 산업체 규모에 비해 영세하며 주로 국외 제품을 수입, 판매하고 있으므로 자체 국내 기술의 개발 및 산업화가 시급하다. 온실 창개폐모터는 네덜란드 RIDDER사, DE GIER사, 독일 LOCK사 제품들이 시장을 장악하고 있으며 정밀도가 뛰어나다. 본 연구에서는 국내 해외 선진사 제품을 벤치마킹하여 제작한 400 W급 창개폐모터 및 제어부를 개선하고 성능평가를 진행하였다. 선진사 제품을 벤치마킹하여 제작한 개발 창개폐 모터와 창개폐모터 선진사인 RIDDER사 모터를 비교하기 위해 진동실험, PCB 실험, 부하 실험을 진행하였다. 진동실험을 통해 진동 평균 변위, 속도, 가속도를 측정하였으며 개발 모터의 개폐거리, PIPE지름, 과전류 설정값 및 현재 값 측정을 통하여 창개폐모터에 부착하는 PCB 작동 여부 및 신호처리, 동작여부를 확인하였다. 또한 부하 실험은 300 kg 부하 조건에서 모터의 내구성을 측정하였다. 진동실험 결과 기존 RIDDER사의 모터 회전체의 불균형으로 인한 진동을 확인할 수 있었다. 따라서 이러한 불균형을 줄이기 위해 케이스를 일반스틸에서 알루미늄으로 변경하여 진동을 2.3 μm 정도에서 0 μm까지 줄여 평균진동속도 0.023 mm/s, 진동가속도 평균 0.256 m/s²로 감소시켰다. 동작상태는 정방향, 역방향, 정지 모두 이상없이 표시 되었고, 전류는 1.2 A, 1.3 A로 측정되었다. 회전관성에 의하여 개폐거리 시작점과 끝점이 설정값 대비 약 2~4 mm 차이가 발생하였다. 부하 실험결과 기존의 SCM415C 재질 대신 탄소 함유량과 내 마모성이 좋은 SCM440 계열로 재질을 변경하고 기어의 형상과 모양을 변경하여 기존 양산 제품의 안전율을 0.8~0.9에서 1.3~1.4로 높여서 내구성을 향상시켰다.

간척지용 트랙터 개발을 위한 간척지 기초조사(Ⅱ)

강나래 ( Na-rae Kang ),최일수 ( Il-su Choi ),김영근 ( Young-keun Kim ),최용 ( Yong-choi ),현창식 ( Chang-sik Hyun ),김용주 ( Yong-joo Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

간척지 벼 재배면적 감소에 따른 밭작물 재배면적 확대를 위해 간척지 특성(대구획, 평지 등)에 맞는 중·대형 농기계를 이용한 농작업이 필요하다. 하지만 간척지와 같은 특수한 습지 조건에서는 구동륜의 침하와 슬립이 발생하기 때문에 주행성능 및 견인성능이 떨어져 트랙터 등을 사용한 농작업에 어려움이 있다. 또한, 배수가 좋지 않은 간척지의 경우 강수 후 약 2주 정도 트랙터와 같은 동력 농업기계 작업이 불가능한 것으로 조사되었다. 본 연구는 간척지 적합 트랙터 개발을 위한 간척지 토양 기초조사로 김제시 새만금지구 간척지의 강수 후 토양 경도, 함수율 변화를 조사하였다. 김제시 새만금 지구에 소재하고 있는 간척지에서 진행하였으며, 토양경도(DIK-5532, Daiki, Japan)와 함수율(Trime-Pico 64, IMKO, Germany)은 1필지(800평)내 임의의 12지점을 측정하였다. 강수 후 2일 간격으로 토양경도 및 함수율, 지온을 조사하였으며, 토양경도는 0cm를 기준으로 5cm간격으로 측정하였다. 조사결과 강수 후(강수량: 48 mm) 2일차 토양경도는 0cm 68kPa, 20cm 2,923.67kPa, 4일차 0cm 169kPa, 20cm 3,167.17kPa, 6일차 0cm 703kPa, 20cm 3,294.83kPa로 토양경도가 증가하였으며, 함수율은 2일차 34.07%(지온 28.29℃), 4일차 31.74%(지온 26.98℃), 6일차 31.23%(지온 28.48℃)로 점차 감소추세를 보였다. 토성은 2mm, 53μm, 20μm 체를 사용하여 분석한 결과 모래 85.13%, 실트 13.85%, 점토 1.03%인 양질사토로 분석되었다. 추후 간척지 적용 트랙터 개발 시 작업 부하분석을 위해 간척지 토양 기초자료로 활용할 계획이다.

대전 소재 중형 아파트의 시대별 평면도 변화에 관한 연구

강나래(Kang na-rae),노황우(No hwang-woo) 한국콘텐츠학회 2013 한국콘텐츠학회 종합학술대회 논문집 Vol.2013 No.5

식용 풋옥수수 수확 요인시험 장치 제작 및 성능시험

강나래 ( Na-rae Kang ),최일수 ( Il-su Choi ),김영근 ( Young-keun Kim ),최용 ( Yong-choi ),현창식 ( Chang-sik Hyun ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2

벼, 밀과 함께 세계 3대 식량작물인 옥수수는 영양분을 다량 함유하고 있고, 용도가 매우 다양하여 소비가 매년 증가함에 따라 식용옥수수의 재배면적은 06년 13.6 천ha에서 15년 15.3 천ha로 증가추세이다. 옥수수 재배는 식용과 사료용으로 구분되고 있는데, 사료용 옥수수는 기계화되었으나, 식용 옥수수 수확은 인력에 의존하고 있어 노동력 절감과 생산성 향상을 위해 식용옥수수 수확기 개발이 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 풋옥수수 수확기 개발을 위해 시험 장치를 제작하고 요인시험을 진행하였다. 옥수수 수확기는 트랙터 부착형으로 PTO에서의 구동력 전달을 위한 1차, 2차 구동기어박스, 동력 전달 구동 조인트로 구성된 동력전달부, 1차, 2차 옥수수 이송 컨베이어, 가이드 분초관 및 줄기 절단 롤러와 옥수수 수집상자 등으로 구성 설계·제작하였다. 동력전달 구동 조인트는 이동(접힘) 및 작업시(확장) 유동범위를 고려하여 유압실린더에 의해 최대 470 mm 자동 축소 및 확장 가능하도록 제작하였다. 이송부는 2차 기어박스 구동부에서 절단된 동력으로 1차 이송컨베이어를 구동시키며 이송된 옥수수자루를 2차 이송부로 공급되어 옥수수 수납상자로 낙하하도록 하였으며 속도조절은 속도조절용 스프로킷으로 교환 장착 가능하도록 제작하였다. 수원시 권선구에 소재하고 있는 옥수수 포장에서 실험을 진행하였으며 재배양식은 조간 82.8±2.6mm, 주간 26.8±1.4 mm, 두둑 높이 17.6±1.2 mm로 조사되었다. 실험 조건은 PTO 1단 1000rpm, PTO 1단 2000rpm, PTO 2단 1000rpm으로 식용 풋옥수수 수확 요인시험 장치의 미탈과율을 조사하였다. PTO 1단 1000rpm일 때 미탈과율은 3.6%, PTO 1단 2000rpm일 때 5.26%, PTO 2단 1000rpm일 때 8.1%로 PTO 1단 1000rpm에서 가장 안정적인 수확 성능을 보였다.

고추 지주대 설치·제거기 개발 및 성능시험

강나래(Na-Rae Kang),이예슬(Ye-Seul Lee),김영화(Young-Hwa Kim),유승화(Seung-Hwa Yu) 한국산학기술학회 2022 한국산학기술학회논문지 Vol.23 No.11

고추는 특유의 매운맛으로 우리나라 음식문화에서 빼놓을 수 없는 양념채소 중 하나이다. 하지만, 노동집약적 작물로 고추 재배기계화율은 47 %이며, 그중 지주대 설치·제거 작업은 인력으로 수행되어 많은 노동력이 소모된다. 여성농업인 증가와 고령화에 따라 사용하기 편리한 소형 농업기계에 대한 요구가 증가하고 있다. 따라서 여성 및 고령 농업인들이 쉽게 사용할 수 있는 고추 지주대 설치·제거기 개발이 필요하다. 본 연구에서는 고추 지주대 설치·제거기 시험장치를 설계·제작하고, 시험장치와 관행 방식의 지주대 설치·제거작업 성능을 비교분석하였다. 시험장치는 지주대 고정부에 지주대를 고정하고, 속도제어를 통해 설치·제거작업이 가능한 일체형으로 설계하였다. 지주대 설치작업 성능시험 결과 작업속도 0.1 m/s일 때 최대 관입력 59.08 N, 관입 소요시간 2.58s, 관입각도 2.27°로 나타나 관행작업 대비 양호한 성능을 보였다. 지주대 제거작업 성능시험 결과 인력작업, 시험장치, 수동 인발기 순으로 낮은 인발력으로 작업이 가능하였으나, 인력작업의 경우 작업 소요시간 편차가 크고, 장시간 작업할 경우 작업자의 노동부담이 증가할 것으로 판단된다. 고추 지주대 설치·제거기 개발을 위해서는 지주대 제거작업의 작업성능을 향상할 수 있는 기계적인 보완과 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다. Chili pepper is an important seasoning and vegetable in Korean food due to its spicy taste, but it is a labor-intensive crop. The mechanization rate of chili pepper cultivation is 47 %, and support penetration and pull-out work is still dependent on manual labor. Therefore, it is necessary to develop a chili pepper support penetration and pull-out method that can be easily used by women and older farmers. In this study, a chili pepper support penetration and pull-out prototype machine was designed and manufactured. The performance of the prototype machine and a conventional method was analyzed. The prototype machine consisted of a cylinder, battery, support penetration part, pull-out part, fixing part, and speed control part. It is possible to penetrate and pull-out the support through speed control. A performance test of support penetration was performed at different working speeds (0.05, 0.75, and 0.1 m/s) and with a conventional method using a hammer in an open field and a greenhouse. As a result of the performance test of support penetration, the maximum installation load was 59.08 N, the time was 2.58s, and the angle was 2.27° at a working speed of 0.1 m/s. As a result of the performance test of support pull-out, the removal force was lowest for labor force, followed by the prototype machine and pull-out by hand. The time required for labor force was larger than that of the prototype machine. When working for a long time, it is judged that the labor intensity of farmers will increase, so the chili pepper support penetration and pull-out requires mechanical supplementation and additional research to improve the performance.