개념 한 쪽
에너지관리기사 열에너지 — 열정산과 온도 상승
열에너지는 온도차 때문에 이동하는 에너지로, 설비의 열수지에서 입열과 출열로 나눠 계산한다. 열정산 항목을 가르는 기준, 위치에너지가 열로 바뀔 때의 온도 상승, 정적비열로 구하는 열량, kcal와 J의 환산을 본다.
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뜻
보일러 열정산의 입열은 연료의 발열량과 급수의 현열이고, 출열은 발생증기·배기가스·방사 손실 쪽이다. 강재 가열로에서는 스케일 생성열(산화발열)이 입열, 스케일 현열·수증기 보유열·방사 손실이 출열이다. 어느 항목이 들어오는 열이고 어느 항목이 나가는 열인지 방향을 먼저 정해야 수지가 맞는다.
열량은 질량×비열×온도차로 구한다. 체적이 일정한 과정에서는 정적비열 Cv를 쓴다. 산소 1kg을 20℃에서 220℃로 올리는 열량은 1000g×0.879J/g·℃×200℃=175,800J로 약 176kJ다. 같은 열량이라도 비열과 온도차를 어떻게 잡는지에 따라 값이 달라지므로 단위를 g과 kg 중 어디로 맞췄는지 확인한다.
위치에너지가 열로 바뀌면 mgh=mcΔT로 온도 상승을 구한다. 높이 50m 폭포라면 ΔT=9.8×50/4,186≈0.12℃다. 질량이 약분되므로 폭포의 온도 상승은 높이와 중력가속도, 비열만으로 정해진다. 200kg 물체가 10m에서 떨어질 때 발생하는 열량도 위치에너지를 1kcal=4,186J로 나눠 같은 방식으로 구한다.
열은 경로함수지만 에너지 총량은 보존된다. 열정산은 들어온 에너지와 나간 에너지를 항목별로 맞춰 보는 작업이고, 보일러 공급열량처럼 증기량×엔탈피 차로 구하는 계산도 이 수지 안에서 이해한다.
예제
선지 판단은 연료 발열량과 급수 현열을 입열로, 배기가스·방사 손실을 출열로 가르는지, 스케일 생성열을 입열 항목으로 읽는지, 정적 과정에서 Cv를 쓰는지, 폭포의 온도 상승을 ΔT=gh/c로 계산하는지에서 갈린다. 산소 1kg의 176kJ과 50m 폭포의 0.12℃가 그 예다. 급수 현열을 출열로 본 선지, 위치에너지가 모두 열이 되는데 온도가 오르지 않는다고 본 선지는 어긋난다.
자주 묻는 물음
- 보일러 열정산에서 입열 항목은 무엇인가요?
- 연료의 발열량과 급수의 현열입니다. 발생증기·배기가스·각종 손실열은 출열 쪽으로 분류합니다.
- 위치에너지가 모두 열이 되면 온도는 얼마나 오르나요?
- ΔT=gh/c로 구합니다. 높이 50m 폭포라면 9.8×50/4,186≈0.12℃ 올라갑니다.
- 정적 과정의 열량은 어떤 식으로 구하나요?
- Q=m·Cv·ΔT입니다. 산소 1kg을 20℃에서 220℃로 올리면 1000g×0.879J/g·℃×200℃≈176kJ입니다.
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