개념 한 쪽
가스를 옮기는 일은 기체를 밀어내는 기계의 압력 발생 능력을 이해하는 데서 출발한다. 팬과 송풍기와 압축기는 만들어내는 압력차의 크기로 구분되고, 압축기 안에서도 왕복식과 원심식과 회전식의 최대 사용 압력이 갈린다. 유독성 기체를 다룰 때는 밀폐 구조를 갖춘 특수 수송 장치를 고른다.
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출제기준 단원 「가스 운반」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 다단압축 목적 판별 | 1 | 다단압축의 목적과 부작용을 구분하기 |
| 압축기 최대 사용 압력 순서 | 1 | 압축기 종류별 최대 사용 압력의 높낮이 배열 |
| 유독성 기체 수송 장치 | 1 | 타원형 용기 회전 방식 장치의 명칭과 적용 |
기체수송에 쓰는 기계는 발생시키는 압력차의 크기로 나눈다. 팬은 압력차가 가장 작고, 송풍기는 그보다 크며, 압축기는 가장 큰 압력차를 만든다. 팬은 공기를 순환시키는 용도에, 송풍기는 먼 거리로 공기를 보내는 용도에, 압축기는 기체를 높은 압력으로 압축해 수송하거나 공정을 진행하는 용도에 쓴다. 진공펌프는 압력을 낮추는 장치이므로 이 순서에서 빠진다.
기체를 옮기는 기계와 액체를 옮기는 기계는 매질로 갈린다. 팬과 송풍기와 압축기는 기체를 다루고, 펌프는 물이나 기름 같은 액체를 다룬다. 기체수송과 가장 거리가 먼 기계를 고르라는 문제는 이 매질 구분을 묻는 것이다.
압축기 안에서도 최대 사용 압력의 순서가 있다. 왕복압축기는 피스톤이 왕복 운동하며 기체를 강하게 압축하므로 최대 사용 압력이 가장 높다. 원심압축기는 회전하는 임펠러의 원심력을 이용하므로 그 다음이고, 회전압축기는 로터가 회전하며 기체를 이동시키는 방식이라 고압 생성에 한계가 있어 가장 낮다. 그래서 높은 순서는 왕복식, 원심식, 회전식이 된다.
압축을 여러 단으로 나누는 다단압축은 목적과 부작용을 구분해야 한다. 단계를 나누면 압축열을 중간에 빼줄 수 있어 가스 온도가 과도하게 오르는 것을 막고, 각 단계에서 최적의 압력비를 유지해 전체 압축 효율을 높이며, 기계적 하중을 분산시켜 힘의 평형을 잡는다. 그러나 냉각 장치와 추가적인 기계적 작업이 필요하므로 전체 소요 일량은 오히려 증가한다. 소요 일량의 증가는 목적이 아니라 결과이자 단점이다.
유독성 기체를 수송할 때는 밀폐성을 갖춘 장치를 고른다. 타원형 용기에 액체를 채워 회전시키며 그 용적 변화로 기체를 수송하는 장치가 나쉬펌프이고, 액체 회전으로 원심력을 만들어 기체를 수송하며 밀폐 구조로 유독성 가스 처리에 적합하다. 로브 펌프는 로터가 맞물리지 않고 회전하는 방식이라 정압성 유체 수송에 주로 쓰이고, 프로펠러 펌프는 낮은 양정에서 대량 유체를 이동시키는 데 적합하며, 터보 송풍기는 기체를 고속으로 이동시키는 데 쓴다.
기체수송 문제는 압력차 순서를 뒤집어 놓는 방식으로 함정을 만든다. 압축기가 팬보다 압력차가 작다고 하거나 송풍기를 가장 큰 것으로 두면 틀린다. 압축기 종류의 최대 사용 압력도 회전식을 왕복식보다 앞세우면 어긋난다. 다단압축에서는 소요 일량의 증가를 목적으로 적어 놓고 고르게 하거나, 반대로 효율 향상과 온도 상승 방지를 부작용으로 돌려 놓는다. 기체수송 기계를 묻는 자리에 액체를 다루는 펌프를 섞어 넣는 선지도 단골이다. 유독성 기체 수송 장치를 묻는 자리에는 밀폐성이나 유독성 가스 처리 적합성이 낮은 다른 펌프 유형을 끼워 넣는다.
다단압축을 실시하는 목적이 아닌 것은?
정답 ① · 다단압축을 실시하는 목적이 아닌 것을 찾는 문제이다. 다단압축은 단계 사이에 냉각을 하여 등온압축에 가깝게 만들므로 이용효율이 증가하고 가스의 온도상승이 억제되며, 각 단의 압력비가 낮아져 기계적 하중 분산으로 힘의 평형에 유리하다.
다단 압축은 효율 향상과 온도 상승 방지를 위해 쓰며, 일량 증가는 오히려 단점이다.
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.
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