증기의 건도를 향상시키는 방법으로 틀린 것은?
- 증기주관 내의 드레인을 제거한다.
- 기수분리기를 사용하여 수분을 제거한다.
- 고압증기를 저압으로 감압시킨다.
- 과열저감기를 사용하여 향상시킨다.
정답과 해설 보기
정답 ④ · 증기의 건도(건도)는 증기 중에 포함된 수분의 양을 나타내는 지표로, 수분이 적을수록 건도가 높습니다. 과열감열기(Superheater)는 증기를 과열시켜 건도를 100% 이상으로 높이는 장치입니다.
개념 한 쪽
에너지관리기능장 증기사용량 계산 — 증기 성질과 열량 계산
증기의 상태와 성질을 이해하면 증기 시스템에서 필요한 열량과 물리량을 계산할 수 있다. 온도 단위 변환, 건도와 습도의 정의, 몰리에르 선도 축, 임계점과 표준상태 비체적 같은 기본 개념이 계산과 판단의 핵심이다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「증기사용량 계산」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 건도와 관련된 장치 기능 판단 | 1 | 건도 향상 방법과 과열저감기 기능을 가려내기 |
| 몰리에르 선도 축 구분 | 1 | 몰리에르 선도의 x축·y축을 구분하기 |
| 물의 임계압력 값 확인 | 1 | 물의 임계압력을 kg/cm²로 식별하기 |
뜻
교축(throttle)은 증기가 좁은 통로를 빠르게 지날 때 발생하는 현상으로 단열 과정으로 본다. 이 과정에서는 엔탈피가 일정하게 유지되며 비가역성으로 인해 엔트로피가 증가한다는 점을 핵심으로 이해한다.
과열도는 포화 증기 온도보다 얼마나 높은지를 나타내는 값이므로 실제 온도는 포화 온도에 과열도를 더해 구한다. 켈빈 온도를 섭씨로 바꿀 때는 273을 빼는 변환을 반드시 수행한다는 점을 강조한다.
습포화증기에서 건도(x)는 전체 질량 중 증기 질량의 비율을 뜻하며, 습도는 수분(액체) 비율이므로 전체 1에서 건도 x를 뺀 1-x로 정의한다는 기본 관계를 기억한다.
Mollier식 엔탈피-엔트로피 도표는 엔탈피(h)를 가로축, 엔트로피(s)를 세로축으로 표시하여 증기의 상태 변화를 시각적으로 분석할 때 유용하다는 점을 숙지한다.
물의 임계점은 액상과 기상 구분이 사라지는 점이며 물의 임계압력은 주어진 자료에 따라 약 225.56kg/cm²로 표현된다는 점을 숙지한다.
예제
문제: 60℃에서 상태인 물 2kg을 대기압에서 100℃ 증기로 만들기 위해 필요한 총 열량을 구한다.
풀이 1: 현열과 잠열의 합으로 구한다. 물을 60℃에서 100℃로 올리는 현열은 Q1 = m·c·Δt = 2kg × 1 kcal/(kg·℃) × 40℃ = 80 kcal이다. 100℃ 물을 증기로 만드는 잠열은 Q2 = m·h_fg = 2kg × 539 kcal/kg = 1078 kcal이다. 총 열량은 Q = Q1 + Q2 = 80 + 1078 = 1158 kcal이다.
풀이 2: 단계별 계산을 확인하고 단위를 일관되게 사용하면 동일한 결과를 얻는다는 점을 확인한다. 먼저 K와 ℃의 단위를 혼동하지 않고 필요 시 변환을 수행한 뒤 현열과 잠열을 합하면 된다.
대표 기출 3문항
몰리에르(Mollier) 선도는 x축과 y축을 각각 어떤 양으로 하는가?
- x축 : 비체적, y축 : 온도
- x축 : 엔탈피, y축 : 엔트로피
- x축 :온도, y축 : 엔탈피
- x축 : 엔트로피, y축 : 온도
정답과 해설 보기
정답 ② · 몰리에르 선도(Mollier diagram)는 증기의 열역학적 상태를 나타내는 가장 대표적인 선도로, 일반적으로 x축을 엔탈피(h), y축을 엔트로피(s)로 설정하여 그려집니다. 이를 h-s 선도라고도 부르며, 증기 터빈 등에서의 이상적인 단열팽창 과정 등을 시각적으로 쉽게 파악하고 계산하는 데 매우 유용하게 사용됩니다.
몰리에르 선도(Mollier diagram)는 x축에 엔탈피(h), y축에 엔트로피(s)를 취한 h-s 선도이다.
물의 임계압력은 절대압력으로 몇 kg/cm² 인가?
- 374.15 kg/cm²
- 225.56 kg/cm²
- 647.3 kg/cm²
- 538 kg/cm²
정답과 해설 보기
정답 ② · 물의 임계압력을 절대압력 kg/cm² 단위로 묻는 문제이다. 임계점이란 액체와 증기의 구별이 없어지는 상태로, 물의 임계온도는 약 374.15℃(647.3K)이고 임계압력은 약 218기압이다.
물의 임계점은 절대온도 647K, 절대압력 약 218기압(약 225.56kg/cm²)이다.
자주 묻는 물음
- 교축 과정에서 변하지 않는 것은 무엇인가?
- 교축은 단열 과정이므로 엔탈피는 일정하게 유지된다고 정리한다.
- 포화온도 485K에 과열도 30℃일 때 실제 온도는 어떻게 구하나?
- 먼저 485K를 섭씨로 변환하여 485-273=212℃를 구한 다음 과열도 30℃를 더하여 실제 온도는 242℃가 된다고 계산한다.
- 습포화증기에서 건도와 습도의 관계는 무엇인가?
- 건도(x)는 전체 질량 중 증기 질량 비율이며 습도는 수분 비율이므로 습도는 1-x로 표현된다고 정의한다.
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