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공기 압축기의 입구 온도는 21℃ 이며 대기압 상태에서 공기를 흡입하고, 절대압력 359k 상세 페이지

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1[가스기사 필기] 15년 2회차
공기 압축기의 입구 온도는 21℃ 이며 대기압 상태에서 공기를 흡입하고, 절대압력 359kPa, 38.6℃로 압축하여 송출구로 평균속도 30m/s, 질량유량 10㎏/s로 배출한다. 압축기에 가해진 압력 동력이 450kW이고, 입구 측의 흡입속도를 무시하면 압축기에서의 열전달량은 몇 kW인가? (단, 정압비열 Cp=1000·[J/(㎏·K)]이다.)
1
270 kW로 열이 압축기로부터 방출된다.
2
450 kW로 열이 압축기로부터 방출된다.
3
270 kW로 열이 압축기로부터 흡수된다.
4
450 kW로 열이 압축기로부터 흡수된다.
해설

정상유동 에너지방정식은 Q˙W˙out=m˙[(h2h1)+V22V122]\dot{Q}-\dot{W}_{out}=\dot{m}\left[(h_2-h_1)+\dfrac{V_2^2-V_1^2}{2}\right]로 쓸 수 있다. 압축기에 가해진 동력이 450kW이므로 W˙out=450kW\dot{W}_{out}=-450\text{kW}이다.

엔탈피 변화는 Δh=CpΔT=1000×(38.621)=17600 J/kg=17.6 kJ/kg\Delta h=C_p\Delta T=1000\times(38.6-21)=17600\ \text{J/kg}=17.6\ \text{kJ/kg}이고, 운동에너지 변화는 30202=450 J/kg=0.45 kJ/kg\dfrac{30^2-0}{2}=450\ \text{J/kg}=0.45\ \text{kJ/kg}이다.

따라서 Q˙=m˙(Δh+Δke)+W˙out=10×(17.6+0.45)450180.5450=269.5 kW\dot{Q}=\dot{m}(\Delta h+\Delta ke)+\dot{W}_{out}=10\times(17.6+0.45)-450\approx180.5-450=-269.5\ \text{kW}로, 약 270kW의 열이 압축기로부터 방출되는 것으로 계산된다.

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