1. 공기란 무엇인가요? 일반적인 공기란 무엇인가요?
답: 지구를 둘러싼 대기는 우리가 흔히 공기라고 부르는 것입니다.
압력 0.1MPa, 온도 20°C, 상대 습도 36%의 조건일 때의 공기를 일반 공기라고 합니다. 일반 공기는 표준 공기와 온도 및 수분 함량에서 차이가 있습니다. 공기 중에 수증기가 있을 경우, 수증기를 제거하면 공기의 부피가 줄어듭니다.
2. 공기에 대한 표준적인 국가 정의는 무엇입니까?
답변: 표준 상태의 정의는 다음과 같습니다. 공기 흡입 압력이 0.1MPa이고 온도가 15.6°C일 때의 공기 상태(국내 산업계에서는 0°C로 정의함)를 공기의 표준 상태라고 합니다.
표준 상태에서 공기 밀도는 1.185kg/m3입니다(공기 압축기 배기, 건조기, 필터 및 기타 후처리 장비의 용량은 표준 공기 상태에서의 유량으로 표시되며 단위는 Nm3/min입니다).
3. 포화 공기와 불포화 공기란 무엇입니까?
답: 특정 온도와 압력에서 습한 공기 중 수증기 함량(즉, 수증기의 밀도)은 일정 한계를 가지고 있습니다. 특정 온도에서 공기 중 수증기량이 최대치에 도달하면, 이때의 습한 공기를 포화 공기라고 합니다. 수증기 함량이 최대치에 도달하지 않은 습한 공기는 불포화 공기라고 합니다.
4. 불포화 공기는 어떤 조건에서 포화 공기가 되나요? "응결"이란 무엇인가요?
불포화 공기가 포화 공기가 되는 순간, 습한 공기 중의 액체 수증기 방울이 응결되는데, 이를 "응결"이라고 합니다. 응결은 흔히 볼 수 있습니다. 예를 들어, 여름철에는 공기 습도가 매우 높아 수도관 표면에 물방울이 맺히기 쉽습니다. 겨울 아침에는 집 유리창에 물방울이 맺히기도 합니다. 이는 일정한 압력 하에서 습한 공기가 냉각되어 이슬점에 도달하면서 발생하는 온도에 의한 응결 현상입니다.
5. 대기압, 절대압, 게이지압이란 무엇이며, 압력의 일반적인 단위는 무엇입니까?
답: 지구 표면을 둘러싼 두꺼운 대기층이 지구 표면이나 표면 물체에 가하는 압력을 "대기압"이라고 하며 기호는 Pb입니다. 용기나 물체의 표면에 직접 작용하는 압력을 "절대압"이라고 합니다. 압력 값은 절대 진공에서 시작하며 기호는 Pa입니다. 압력계, 진공계, U자형 관 등의 계측기로 측정하는 압력을 "게이지압"이라고 하며, "게이지압"은 대기압에서 시작하며 기호는 Pg입니다. 이 세 가지 압력 사이의 관계는 다음과 같습니다.
Pa=Pb+Pg
압력은 단위 면적당 힘을 나타내며, 압력의 단위는 N/제곱이고, Pa(파스칼)로 표기합니다. MPa(마이크로파)는 공학 분야에서 흔히 사용됩니다.
1MPa = 10⁶ Pa
1 표준 대기압 = 0.1013MPa
1kPa=1000Pa=0.01kgf/제곱
1MPa = 10의 6제곱 Pa = 10.2kgf/제곱
기존 단위계에서 압력은 일반적으로 kgf/cm2(킬로그램 힘/제곱센티미터)로 표현됩니다.
6. 온도는 무엇인가요? 일반적으로 사용되는 온도 단위는 무엇인가요?
A: 온도는 물질 분자의 열 운동에 대한 통계적 평균입니다.
절대 온도: 기체 분자가 운동을 멈추는 가장 낮은 온도부터 시작하는 온도로, T로 표기합니다. 단위는 켈빈(K)이며, 단위 기호는 K입니다.
섭씨 온도: 얼음의 녹는점을 기준으로 하는 온도이며, 단위는 "섭씨"이고 기호는 ℃입니다. 또한 영국과 미국에서는 "화씨 온도"를 사용하는 경우가 많으며, 기호는 F입니다.
세 가지 온도 단위 간의 변환 관계는 다음과 같습니다.
T (K) = t (°C) + 273.16
t(F)=32+1.8t(℃)
7. 습한 공기 중 수증기의 부분 압력은 얼마입니까?
답: 습한 공기는 수증기와 건조 공기의 혼합물입니다. 일정 부피의 습한 공기에서 수증기의 질량은 일반적으로 건조 공기보다 훨씬 적지만, 차지하는 부피는 건조 공기와 같습니다. 또한 온도도 같습니다. 습한 공기의 압력은 구성 기체(즉, 건조 공기와 수증기)의 부분 압력의 합입니다. 습한 공기에서 수증기의 압력은 수증기 부분 압력이라고 하며, Pso로 나타냅니다. 이 값은 습한 공기 중 수증기의 양을 반영하며, 수증기 함량이 높을수록 수증기 부분 압력도 높아집니다. 포화 공기에서 수증기의 부분 압력은 포화 수증기 부분 압력이라고 하며, Pab로 나타냅니다.
8. 공기의 습도는 얼마입니까? 습도는 얼마나 됩니까?
답: 공기의 건조도와 습도를 나타내는 물리량을 습도라고 합니다. 일반적으로 사용되는 습도 표현으로는 절대 습도와 상대 습도가 있습니다.
표준 조건에서 1m³ 부피의 습한 공기에 포함된 수증기의 질량을 "절대 습도"라고 하며, 단위는 g/m³입니다. 절대 습도는 습한 공기 단위 부피에 포함된 수증기의 양만을 나타낼 뿐, 습한 공기가 수증기를 흡수하는 능력, 즉 습도를 나타내는 것은 아닙니다. 절대 습도는 습한 공기 중 수증기의 밀도입니다.
습한 공기에 실제로 포함된 수증기량과 동일 온도에서 가능한 최대 수증기량의 비율을 "상대 습도"라고 하며, 일반적으로 φ로 나타냅니다. 상대 습도 φ는 0%에서 100% 사이의 값을 가집니다. φ 값이 작을수록 공기는 건조하고 수분 흡수력이 강하며, φ 값이 클수록 공기는 습하고 수분 흡수력이 약해집니다. 습한 공기의 수분 흡수력은 온도와도 관련이 있습니다. 습한 공기의 온도가 상승하면 포화 압력이 그에 따라 증가합니다. 이때 수증기 함량이 변하지 않는다면 습한 공기의 상대 습도 φ는 감소하게 되는데, 이는 습한 공기의 수분 흡수력이 증가한다는 것을 의미합니다. 따라서 공기 압축기실을 설치할 때는 환기를 유지하고, 온도를 낮추고, 배수를 방지하고, 실내에 물이 고이지 않도록 하여 공기 중 습도를 낮추는 데 주의를 기울여야 합니다.
9. 수분 함량이란 무엇이며, 어떻게 계산하나요?
답변: 습한 공기에서 건조 공기 1kg에 포함된 수증기의 질량을 "습윤 공기의 수분 함량"이라고 하며, 이는 일반적으로 사용됩니다. 수분 함량 ω는 수증기 분압 Pso에 거의 비례하고 전체 기압 p에 반비례한다는 것을 알 수 있습니다. ω는 공기 중에 포함된 수증기의 양을 정확하게 반영합니다. 대기압이 일반적으로 일정하고 습한 공기의 온도가 일정할 때 Pso 또한 일정합니다. 이때 상대 습도가 증가하면 수분 함량이 증가하고 수분 흡수 능력이 감소합니다.
10. 포화 공기 중 수증기의 밀도는 무엇에 따라 달라지나요?
답변: 공기 중 수증기 함량(수증기 밀도)은 제한적입니다. 공기역학적 압력 범위(2MPa) 내에서 포화 공기 중 수증기 밀도는 온도에만 의존하고 기압과는 무관하다고 볼 수 있습니다. 온도가 높을수록 포화 수증기의 밀도는 커집니다. 예를 들어, 40°C에서 1m³의 공기는 기압이 0.1MPa이든 1.0MPa이든 포화 수증기 밀도가 동일합니다.
11. 습한 공기란 무엇인가요?
답변: 일정량의 수증기를 함유한 공기를 습공기라고 하고, 수증기가 없는 공기를 건공기라고 합니다. 우리 주변의 공기는 습공기입니다. 특정 고도에서는 건공기의 조성과 비율이 기본적으로 안정적이며, 전체 습공기의 열 성능에는 특별한 의미가 없습니다. 습공기 내 수증기 함량은 많지 않지만, 그 함량 변화는 습공기의 물리적 특성에 큰 영향을 미칩니다. 수증기량은 공기의 건조도와 습도를 결정합니다. 공기 압축기의 작동 대상은 습공기입니다.
12. 열이란 무엇인가?
답: 열은 에너지의 한 형태입니다. 일반적으로 사용되는 단위는 KJ/(kg·℃), cal/(kg·℃), kcal/(kg·℃) 등입니다. 1kcal=4.186kJ, 1kJ=0.24kcal입니다.
열역학 법칙에 따르면 열은 대류, 전도, 복사 등의 다양한 형태로 고온에서 저온으로 자연스럽게 전달될 수 있습니다. 외부 에너지 소모가 없는 한, 열의 흐름은 결코 역전될 수 없습니다.
13. 현열이란 무엇이며, 잠열이란 무엇입니까?
답: 가열이나 냉각 과정에서 물체의 온도가 올라가거나 내려갈 때, 원래의 상태 변화 없이 흡수하거나 방출하는 열을 현열이라고 합니다. 이는 사람이 추위와 더위를 확연히 느끼게 해주는 열량이며, 일반적으로 온도계를 이용해 측정할 수 있습니다. 예를 들어, 물의 온도를 20°C에서 80°C로 올릴 때 흡수되는 열을 현열이라고 합니다.
물체가 열을 흡수하거나 방출할 때, 상태 변화(예: 기체가 액체로 변함)가 일어나지만 온도는 변하지 않습니다. 이렇게 흡수되거나 방출되는 열을 잠열이라고 합니다. 잠열은 온도계로 측정할 수 없으며, 인체도 느낄 수 없지만 실험적으로 계산할 수 있습니다.
포화된 공기가 열을 방출하면 수증기의 일부가 액체 상태의 물로 변하는데, 이때 포화된 공기의 온도는 떨어지지 않으며, 방출된 열 중 이 부분이 잠열입니다.
14. 공기의 엔탈피는 얼마입니까?
답: 공기의 엔탈피는 공기에 포함된 총 열량을 나타내며, 일반적으로 건조 공기 단위 질량을 기준으로 합니다. 엔탈피는 기호 ι로 나타냅니다.
15. 이슬점이란 무엇이며, 무엇과 관련이 있습니까?
답변: 이슬점은 불포화 공기가 수증기 분압을 일정하게 유지하면서(즉, 절대 수분 함량을 일정하게 유지하면서) 온도가 낮아져 포화 상태에 도달하는 온도입니다. 온도가 이슬점까지 떨어지면 습한 공기 중에 응결된 물방울이 맺힙니다. 습한 공기의 이슬점은 온도뿐만 아니라 공기 중 수분량과도 관련이 있습니다. 수분 함량이 높을수록 이슬점이 높고, 수분 함량이 낮을수록 이슬점이 낮습니다. 특정 습한 공기 온도에서 이슬점이 높을수록 습한 공기 중 수증기 분압이 크고 수증기 함량도 큽니다. 이슬점은 압축기 공학에서 중요한 용도로 사용됩니다. 예를 들어, 공기 압축기의 출구 온도가 너무 낮으면 오일-가스 혼합물이 담긴 배럴 내부의 낮은 온도로 인해 응결되어 윤활유에 수분이 함유되고 윤활 효과가 저하될 수 있습니다. 따라서 공기 압축기의 출구 온도는 해당 부분 압력 조건에서의 이슬점 온도보다 낮아지지 않도록 설계해야 합니다.
게시 시간: 2023년 7월 17일
