개념 한 쪽
에너지관리기사 동력 — PS 환산과 터빈 일
동력은 일을 시간으로 나눈 일률이다. PS 단위를 kgf·m와 kcal로 환산하는 법, 터빈이 증기에서 뽑아내는 일을 엔탈피 차와 손실로 계산하는 법, 위치에너지가 열로 바뀌는 양을 kcal로 재는 법을 본다.
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뜻
동력은 단위시간에 한 일이다. 1PS는 75 kgf·m/s이므로 100PS 원동기가 2분(120초) 동안 하면 총일은 100×75×120=900,000 kgf·m가 된다. 이 값을 열의 일당량 427 kgf·m/kcal로 나누면 일의 열상당량이 kcal로 나온다.
증기터빈이 한 일은 들어온 증기와 나간 증기의 엔탈피 차에서 손실열을 뺀 값이다. 입구 1349 kcal/kg, 출구 1000 kcal/kg, 손실 5 kcal/kg이면 344 kcal/kg이 터빈이 한 일이다. 운동에너지와 위치에너지를 무시하는 조건에서는 엔탈피 차에서 손실열을 뺀 값이 그대로 일이 된다.
일은 압력이 체적에 대해 한 양으로도 계산한다. W=∫PdV이고, P=(50V+10)×10²kPa에서 체적이 2m³에서 4m³로 늘면 32MJ이다. 동력은 이 일을 시간으로 나눈 값이므로, 일량을 먼저 구하고 시간을 나눠야 단위가 맞는다.
위치에너지도 일의 한 형태이므로 열로 바뀔 때 같은 환산을 쓴다. 200kg 물체가 10m에서 떨어지면 위치에너지 mgh가 열로 바뀌고, 그 열량은 1kcal=4,186J로 나눠 구한다.
예제
선지 판단은 PS를 75kgf·m/s로 풀어 총일을 구한 뒤 427로 나누는지, 터빈 일을 h입−h출−q손실로 세우는지, ∫PdV 적분값 32MJ를 읽는지, 위치에너지를 kcal로 환산하는지에서 갈린다. 900,000 kgf·m를 427로 나눈 열상당량과 344 kcal/kg라는 터빈 일이 그 예다. 엔탈피 차에 손실열을 더한 선지, PS에 시간을 곱하지 않고 바로 열량으로 바꾼 선지는 어긋난다.
자주 묻는 물음
- 1PS는 몇 kgf·m/s인가요?
- 75 kgf·m/s입니다. 100PS가 2분 동안 하면 100×75×120=900,000 kgf·m가 됩니다.
- 증기터빈이 한 일은 어떻게 구하나요?
- 입구 엔탈피에서 출구 엔탈피와 손실열을 뺍니다. 1349−1000−5=344 kcal/kg입니다.
- 동력 계산에서 일과 시간은 어떤 순서로 다루나요?
- 먼저 일량을 구하고 시간으로 나눕니다. 압력이 변하면 W=∫PdV로 적분하고, 위치에너지는 1kcal=4,186J로 환산합니다.
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