개념 한 쪽
증기 선도는 증기의 상태와 열량 관계를 시각적으로 나타내는 도표로, 엔탈피·엔트로피와 건도 같은 상태량을 판독하는 데 사용한다. 몰리에선도는 특히 엔탈피(h)와 엔트로피(s)를 축으로 하여 두 상태 간 열량 변화를 바로 읽을 수 있게 한다.
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출제기준 단원 「증기 선도」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 포화→과열 열량 계산 | 1 | 동일 압력에서 포화증기를 과열증기로 만드는 데 필요한 열량을 엔탈피 차로 계산하기 |
| 몰리에선도의 판독 응용 | 1 | 몰리에선도에서 판독 가능한 물리량과 판독 불가 항목을 구분하기 |
| 몰리에선도 활용 계산 | 1 | 몰리에선도에서 엔탈피 변화를 이용한 계산이 왜 편리한지 설명하기 |
증기 선도는 증기의 여러 상태량을 한눈에 보여 주는 도구로 상태 변화와 그에 따른 열량 계산에 유용한다. 포화선과 과열 영역이 표시되어 포화수·포화증기·과열증기 등을 구별할 수 있게 하고, 엔탈피와 엔트로피 값을 직접 읽을 수 있게 한다.
건도(x)는 습증기 내부에서 건증기가 차지하는 질량비로 0≤x≤1의 범위를 가진다. 건포화증기일 때 x=1, 포화수일 때 x=0이며, 과열증기는 포화영역 밖에 있어 건도의 정의가 적용되지 않는다고 판단한다.
압력 변화는 포화온도·현열·증발잠열에 영향을 준다. 압력이 높아지면 포화온도와 현열은 증가하고 증발잠열은 감소하며, 임계점에서는 증발잠열이 0이 되어 액체와 기체의 구별이 없어지는 임계 상태에 도달한다.
몰리에선도(h-s선도)는 엔탈피 차이(Δh)를 좌표에서 곧바로 판독할 수 있으므로, 포화 상태에서 과열 상태로의 변화 등 엔탈피 관련 계산에 특히 편리하다고 인정한다. 반면 상대습도 같은 습공기 성질은 몰리에선도에서 파악할 수 없고 습공기선도를 사용해야 한다.
포화증기 1kg을 같은 압력에서 과열증기(450℃)로 만들 때 필요한 열량은 두 상태의 엔탈피 차로 계산한다. 예로 주어진 값으로는 과열증기 엔탈피 779kcal/kg, 포화증기 엔탈피 652kcal/kg이므로 필요한 열량은 779 − 652 = 127 kcal라 한다. 상태 변화에 필요한 열은 엔탈피 차이임을 기억하면 계산이 간단하다고 판단한다.
몰리에선도를 이용하면 두 상태의 엔탈피 값을 좌표에서 읽어 Δh를 구하고, 그것을 질량과 곱해 요구되는 열을 산정할 수 있다. 반대로 상대습도 평가나 공기 혼합 관련 수치는 몰리에선도로 직접 읽을 수 없으므로 습공기선도를 사용해야 한다.
압력 100kg/cm²의 포화증기 1kg을 같은 압력 450℃의 과열 증기로 변화시키는데 필요한 열량(kcal)은? (단, 압력 100kg/cm²의 포화증기의 엔탈피는 652kcal/kg, 압력 100kg/cm²의 450℃의 과열증기의 엔탈피는 779kcal/kg이다.)
정답 ① · 문항은 포화증기 1 kg을 같은 압력에서 과열증기로 만들 때 필요한 열량을 계산하라는 것이다. 필요한 열량은 과열증기의 엔탈피에서 포화증기 엔탈피를 빼면 되므로 779−652 = 127 kcal가 된다.
과열에 필요한 열량 = 과열증기 엔탈피 − 포화증기 엔탈피 = 779 − 652 = 127kcal.
몰리에선도로부터 파악하기 어려운 것은?
정답 ④ · 문항은 몰리에선도에서 파악하기 어려운 물리량을 묻고 있다. 몰리에선도(h-s 선도)는 증기의 엔탈피, 엔트로피, 건조도, 과열도 등을 읽기에 적합하지만 습공기의 상대습도는 다루지 않으므로 몰리에선도로는 직접 파악하기 어렵다.
몰리에선도(h-s선도)는 엔탈피·엔트로피·건조도·과열도 판별용이며, 상대습도는 습공기선도의 영역이다.
다음 중 Mollier 선도를 이용하여 증기의 상태를 해석할 경우 가장 편리한 계산은?
정답 ② · 문항은 몰리에선도를 이용할 때 어떤 계산이 가장 편리한지를 묻고 있다. 몰리에선도는 엔탈피(h)와 엔트로피(s)를 좌표로 하는 도표이므로 두 상태 간 엔탈피 변화를 축에서 바로 읽어 Δh를 구하는 계산에 가장 편리하다.
몰리에선도는 h-s선도이므로 두 상태 간 엔탈피 변화(Δh)를 축에서 바로 읽는 계산에 가장 편리하다.
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