개념 한 쪽
가스 판매·운반에 사용되는 기체 수송 장치는 팬, 송풍기, 압축기 등으로 구분되며 발생 압력 능력으로 분류한다. 기계별 특성과 에너지 수지, 효율 보정은 장비 선정과 운전에서 중요한 판단 기준이 된다.
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출제기준 단원 「가스 판매」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 압력 발생 능력 비교 | 1 | 팬·송풍기·압축기 간 압력능력의 상대적 크기 판정 |
| 특수 펌프 식별 | 1 | 타원형 용기 회전에 의한 유체이송 장치 명칭을 식별 |
| 압축기별 최대사용압력 순서 | 1 | 왕복·원심·회전식 압축기의 최대사용압력 순서 판단 |
기체를 이동시키는 장치는 발생 압력(또는 압력비)에 따라 팬, 송풍기, 압축기로 구분한다는 점을 기억한다. 팬은 상대적으로 낮은 압력 증가를 만들어 공기 순환이나 환기에 적합하다. 송풍기는 팬보다 높은 압력을 만들며 중거리 송풍이나 보일러 송풍 등에 사용된다는 점을 이해한다.
압축기는 기체를 고압으로 압축하여 저장·수송하거나 공정에 공급하는 장치이므로 가장 높은 압력 능력을 가진다. 압축기는 종류별로 최대 사용 압력에 차이가 있으며, 제시된 자료 기준으로 왕복식 압축기＞원심식 압축기＞회전식 압축기의 순으로 최대사용압력이 높다.
기체 수송 장비와 액체 이송 장비는 매질에 따라 구분한다는 원칙을 적용한다. 즉 펌프는 주로 액체 이송에 사용되고, 팬·송풍기·압축기는 공기나 가스 같은 기체 수송에 사용된다는 구별을 명확히 한다.
압축기 운전에서는 에너지 보존을 적용하여 공급된 일은 공기 엔탈피 증가, 운동에너지 변화, 그리고 열전달로 분배된다는 점을 적용한다. 또한 압축기의 전 효율은 내부 폴리트로프 효율에서 기계손실을 고려하여 보정한다는 점을 이해한다.
에너지 수지 계산 예를 하나 제시한다. 입구 온도 21℃, 흡입을 대기압으로 가정하고 질량유량 10㎏/s로 절대압력 359kPa, 온도 38.6℃, 평균속도 30m/s로 배출하며 압축기에 가해진 일량이 450kW일 때 열전달량을 구한다. 엔탈피 증가량은 m·Cp·ΔT로 계산하므로 10kg/s × 1000J/(kg·K) × (38.6-21)K = 176kW가 된다. 운동에너지 증가는 0.5·m·v^2로 계산하므로 0.5 × 10kg/s × (30m/s)^2 = 4.5kW가 된다. 따라서 공급된 일 450kW에서 엔탈피 증가와 운동에너지 증가를 빼면 열전달량 Q = 450 - 176 - 4.5 ≈ 269.5kW가 되며, 양수이므로 압축기에서 열이 방출된다는 결론을 얻는다.
효율 보정 계산 예를 하나 제시한다. 원심식 압축기의 폴리트로프 내부효율을 94%로 가정하고, 축동력에서 기계손실이 3.0%일 경우 내부효율에 기계손실 보정을 적용해 전 폴리트로프 효율을 계산한다. 즉 전효율 = 0.94 × (1 - 0.03) = 0.9118로 약 91.2%가 된다고 계산한다.
장비 특성 분류 예를 하나 정리한다. 기체 수송 장치의 압력 발생 능력은 일반적으로 팬＜송풍기＜압축기 순으로 크다는 규칙을 적용하여 보기를 판별한다. 또한 압축기 내부에서는 왕복식이 가장 높은 최대사용압력을 낼 수 있고 원심식, 회전식의 순서로 낮아진다는 특성을 매칭한다.
기체수송용 압축기에서 최대사용압력이 높은 것부터 순서대로 된 것은?
정답 ③ · 기체 수송용 압축기의 종류별 최대 사용 압력의 크기를 비교하는 문제이다. 왕복압축기는 실린더 내 피스톤의 왕복 운동으로 체적을 줄여 기체를 압축하므로 매우 높은 압력까지 얻을 수 있어 최대 사용 압력이 가장 크다.
기체수송용 압축기의 최대 사용 압력은 왕복식＞원심식＞회전식의 순서로 높게 형성된다.
물이나 다른 액체를 넣은 타원형 용기를 회전하여 유독성 기체를 수송하는데 사용하는 수송장치는 무엇인가?
정답 ③ · 물이나 다른 액체를 넣은 타원형 용기의 회전으로 유독성 기체를 수송하는 장치를 묻는 문제이다. 나쉬펌프는 타원형 케이싱 내에 물 등의 액봉을 유지한 채 회전자가 회전하여 기체를 이동시키는 액봉식 펌프로, 유독성 기체나 액체를 누설 없이 수송하는 데 적합하다.
타원형 용기를 회전시켜 유체를 이동시키는 나쉬펌프는 점성 유체나 유독성 기체 수송에 적합하다.
일반적으로 다음의 장치에 발생하는 압력차가 작은 것부터 큰 순서대로 옳게 나열한 것은?
정답 ③ · 유체 가압 장치별 발생 압력차의 크기 순서를 묻는 문제이다. 일반적으로 팬은 약 1kPa 미만, 송풍기는 약 1~30kPa, 압축기는 그 이상의 압력차를 발생시키는 것으로 분류된다.
유체 가압 장치의 압력 발생 능력은 팬, 송풍기, 압축기 순으로 증가한다.
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