개념 한 쪽
덕트나 관로의 공기 흐름에는 정압, 동압(속도압), 전압(총압)의 세 가지 압력 성분이 있고 이들 정의와 관계를 정확히 이해해야 한다는 점을 짚는다. 또한 기체의 부피는 온도와 압력에 따라 변하므로 이상기체 상태방정식이나 샤를의 법칙을 이용하여 다른 상태로 환산하는 방법을 숙지해야 한다는 점을 강조한다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기 회원용
가입 없이 오늘의 10문제 바로 풀기 →
출제기준 단원 「기류의 종류, 원인, 대책」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 압력 종류 정의 판별 | 1 | 정압·동압·전압의 정의와 관계를 가리는 문제 |
| 압력 용어 옳고 그름 판정 | 1 | 속도압·정압·전압 설명의 옳지 않음을 찾는 문제 |
| 상태 환산 계산 | 1 | 온도·압력 변화에 따른 기체 부피 환산을 계산하는 문제 |
정압은 유체가 덕트 벽면에 수직으로 미치는 압력으로 모든 방향에 동일하게 작용하는 압력이다. 정압은 대기압을 기준으로 상대값이 될 수 있어 음(-) 또는 양(+)이 될 수 있다는 점을 구별해야 한다.
동압(속도압)은 공기가 흐를 때 생기는 운동에너지에 해당하는 압력으로 공기 밀도와 속도의 제곱에 비례한다는 물리적 성질을 가진다. 동압은 흐름이 없으면 0이 되며 동압은 마찰압력이나 저항압력과 혼동해서는 안 된다.
전압(총압)은 정압과 동압의 합으로 정의되며 베르누이 관계의 구성 요소로 다루어진다. 전압은 관내 에너지의 총합을 나타내는 값으로 정압과 동압의 합으로 계산하면 된다.
공기밀도는 압력에 비례하고 절대온도에 반비례한다는 이상기체 관계를 따른다. 따라서 온도가 증가하면 동일 압력에서 공기는 팽창하여 밀도가 감소한다는 점을 기억해야 한다.
등온 또는 등압 환산에서 기체의 부피는 상태에 따라 변하므로 실제 계산에서는 절대온도(K)와 절대압력을 사용하여 P1V1/T1 = P2V2/T2 관계 또는 샤를의 법칙을 적용해야 한다는 점을 명확히 한다.
200℃, 700mmHg 상태에서 100m³의 공기를 21℃, 1기압(절대압력) 상태로 환산할 때는 이상기체 상태방정식 P1V1/T1 = P2V2/T2를 적용한다. 절대온도로 변환하여 계산하면 약 57m³가 되므로 상태 환산 문제에서는 절대온도 단위 사용과 압력 단위 일치에 주의해야 한다는 점을 확인한다.
융융로 상부의 공기 용량이 200m³/min이고 온도가 400℃, 압력이 1기압일 때 이를 21℃, 1기압으로 환산하려면 샤를의 법칙(V1/T1 = V2/T2)을 사용한다. 절대온도 T1=673K, T2=294K을 대입하여 V2 ≒ 200×(294/673) ≒ 87.4m³/min이므로 온도 비율로 부피를 환산하는 절차를 항상 따를 것을 권장한다.
압력 성분 관련 판단 문제에서는 '모든 방향에 동일하게 작용'이라는 문구가 나오면 정압을, '움직일 때만 발생'이라는 문구가 나오면 동압을 선택하는 식으로 정의적 특징을 이용해 소거법으로 풀이하면 유리하다는 팁을 제시한다.
다음은 관내기류의 단위체적당 유체에 작용하는 힘 즉 압력을 설명한 것이다. 잘못된 것은?
정답 ③ · 문항은 관내기류에서 압력의 정의 관련 보기 중 틀린 것을 고르는 문제이다. 정압·동압·전압의 구분과 전압(정압+동압) 및 정압의 정적 에너지로서의 성격은 옳다.
동압은 유체의 운동에너지에 해당하는 압력으로, 저항이나 마찰로 인한 손실인 저항압력(마찰압력)과는 개념이 다르므로 혼동하지 않는다.
다음은 관내기류의 단위체적당 유체에 작용하는 힘, 즉 압력을 설명한 것이다. 틀리게 설명된 것은?
정답 ③ · 문항은 관내기류에서의 압력 구성 요소 설명 중 틀린 것을 찾는 문제이다. 전압(정압)은 흐름 방향에 작용하는 압력 성분이며 동압은 단위체적 유체가 가진 운동에너지에 해당한다.
동압은 운동에너지에 해당하며, 마찰압력은 저항압력이라고도 한다.
200℃, 700mmHg, 상태에서 100m³의 공기를 산업환기의 표준상태(21℃, 1기압)로 계산하면 얼마의 부피를 차지하겠는가?
정답 ② · 문제는 이상기체 상태방정식을 사용해 주어진 상태의 공기 100 m³를 표준상태(21℃, 1기압)로 환산한 부피를 구하는 것이다. 상태방정식 P1V1/T1 = P2V2/T2를 적용하되 온도는 절대온도(K)로 변환해야 한다; 계산을 수행하면 약 57 m³가 된다.
이상기체 상태방정식 P1V1/T1=P2V2/T2를 사용하여 표준상태의 부피를 계산한다.
산업위생관리산업기사 풀이 세트에서 이 개념의 문제 10개를 바로 풀어 보세요.