2-6 압축공기 시스템의 열이동

◆압축공기 시스템의 열이동

열(熱)은 따뜻한 정도가 서로 다른 두 물체가 접촉했을 때 높은 온도의 물체에서 낮은 온도의 물체로 이동하는 에너지를 말한다.어느 기계 장비들과 마찬가지로 공기압축기도 열을 방출하는 기계로 압축부 뿐만 아니라 시스템 모든 부분에서 열전도, 열대류, 열복사의 방법으로 이동한다.

압축기 본체 및 연결부의 모든부분의 열전달 : 전도

열전도. 에너지가 열의 형태로 고온 TH의 열저장고에서 저온 TC 의 열저장고로, 두께가 L이고 열전도도가 k인 판을 통해 전달된다 전도는 고체에서 열의 전달이 일어나는 가장 중요한 형태이다. 미시적인 관점에서 볼 때, 전도는 뜨겁고, 빠르게 운동하거나 진동하고 있는 원자, 분자들이 인접해있는 원자, 분자들과 상호작용하면서 이들 이웃 원자들에게 그들의 에너지(열)의 일부를 전달하는 방식으로 일어난다. 즉 전도는 물체 속에서 열이 순차적 으로 전달되어 가는 현상을 말한다. 전도에 의한 열의 전달속도는 물체 단위길이당 온도차에 비례하며, 물체의 재질에 따라 달라진 다. 면적이 A이고 두께가 L인 판의 양면의 온도가, 한 면은 뜨공냉식 후부 냉각기 거운 열저장고에 의해 TH로, 나머지 한 면은 차가운 열저장고에 의해 Tc로 일정하게 유지될 때, 단위 시간당 전달 되는 에너지양, 즉 전도율 Pcond는

압축공기 시스템의 열이동

이다. 여기서 k는 열전도도로 물질에 따라 달라지는 상수이며 에너지를 빨리 전달하는 좋은 열전도체는 k값이 크다.

대류

대류는 액체와 기체 내에서 일어나는 열 전달의 주된 형태이다. 대류라는 용어는 전도와 유체 흐름의 복합적인 효과의 성격을 나타내기 위해 사용하는 용어이다. 일반적으로 온도가 상승하면 밀도가 감소한다. 따라서 물이 가열될 때 냄비 바닥에 있는 뜨거운 물은 위로 올라가고, 상대적으로 차갑고 밀도가 큰 액체는 아래로 내려간다. 이러한 혼합과 전도의 결과 거의 동일한 밀도와 온도가 된다. 대류는 일반적으로 두 가지 방식으로 구별된다. 중력과 부력에 의해 유체의 운동이 야기되는 자유대류와 유체를 움직이기 위해 선풍기나 교반기 등의 도구를 사용하는 강제대류로 구분된다. 부력 대류는 중력에 의한 현상이므로 중력이 거의 없는 환경에서는 일어나지 않는다.

압축공기 시스템의 열이동

압축공기의 부하에 따른 압력강하는 모두 열로 변환되어 소중한 에너지를 낭비하게 된다. 그래서 시스템 설계가 매우 중요하다.!

복사

빨갛게 달군 뜨거운 철기구의 열이 복사를 통해 주변 환경에 전달되고 있다.

복사는 유일하게 매질이 없는 상황에서도 일어날 수 있는 열전달의 형태이다. 따라서 복사는 진공에서 열전달이 일어날 수 있는 유일한 방법이다. 열적 복사는 물질 속의 원자들과 분자들의 운동 때문에 나타나는 직접적인 결과이다.

빨갛게 달군 뜨거운 철기구의 열이 복사를 통해 주변 환경에 전달되고 있다.

압축공기 시스템의 열이동

온도 변화 와 비열

같은 질량(예를 들어 1g)의 여러 물질에 같은 양의 열을 가하더라도 물질마다 온도가 증가하는 정도가 다르다. 열에 의해 온도가 증가하는 정도를 나타내기 위해 비열을 사용한다.

비열 = 물질 1g을 1℃ 올리는데 필요한 열의 양

비열의 단위로는 cal/g. ℃, J/g. ℃ 등이 있다.

물질의 상태 및 비열

위쪽의 표로부터 일반적으로 금속의 비열이 아주 작다는 것을 알 수 있다. 비열이 작다는 것은 작은 열로도 온도를 많이 높일 수 있다는 뜻이다.

금속의 그러한 성질 때문에 조리 기구로 많이 사용된다.

물의 비열은 다른 액체에 비해 큰 편이다. 비열이 높다는 것은 온도가 조금 오르면서 많은 열을 흡수할 수 있다는 뜻이기도 한다. 따라서 물을 수냉식 애프터 쿨러로 사용하여 고열의 압축공기로부터 열을 빼앗아주는 냉각 물질로 흔히 사용된다.

참고 : 몰 열용량 Cm

물질 1mol을 1℃ 올리는데 필요한 열량

q = ( Cm ) × ( 물질의 몰수 ) × ΔT

예를 들어, 물의 비열은 4.179J/g ℃이며 몰 열용량은 비열 × 18 = 75.29J/mol ℃이다.

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