압축기 동력과 냉동 능력 — 질량유량·압축기 동력·냉동 능력·총 방출 열량, kJ/s = kW | 기초 열역학 3.3.3-3
기초 열역학Chapter 03 열역학 사이클 › Section 03 냉동 사이클
3.3.3-3 압축기 동력과 냉동 능력
냉매 1 kg 당 값에 질량유량을 곱해 초당 값으로 옮김. 압축기 동력·냉동 능력·총 방출 열량이 모두 같은 꼴의 곱셈 하나.
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011 kg 만으로는 모자람 — 시간을 세는 눈금, 질량유량교재 213p
- 앞 편에서 이어짐 — 3.3.3-2 의 압축일·방열량·흡수 열량·성능계수는 모두 냉매 1 kg 이 한 바퀴 돌 때를 기준으로 한 값.
- 질량유량 ṁ [kg/s] — 단위 시간당 순환하는 냉매의 양. 실제 냉동 장치의 전체 성능을 파악하려면 이것을 고려해야 함.
- 더하는 것은 곱셈 하나 — 1 kg 당 값에 ṁ 을 곱하면 초당 값. 장치가 얼마나 큰지는 초당 몇 kg 이 도는가에 달림.
02기호 위의 점 하나 — 1 kg 당 값에서 시간당 값으로교재 213p~214p
| 1 kg 당 [kJ/kg] | 시간당 [kW] | 이름 |
|---|---|---|
| w(압축기) | Ẇ = ṁ w(압축기) | 압축기 동력 |
| qₗ | Q̇ₗ = ṁ qₗ | 냉동 능력 |
| qₕ | Q̇ₕ = ṁ qₕ | 단위 시간당 총 방출 열량 |
대문자와 소문자의 뜻이 바뀌는 자리
- 교재 213p 까지는 1 kg 당 값도 대문자로 적혀 있음. 214p 부터는 1 kg 당 값이 소문자, 시간당 값이 대문자에 점이 붙은 꼴.
- 이 글은 처음부터 1 kg 당은 소문자, 시간당은 점 붙은 대문자로 통일함.
03압축기 동력 — 곧 실제 소비 전력교재 213p~214p
- 압축기 동력 — 냉동 사이클을 구동하려고 압축기에 단위 시간당 공급해야 하는 일률. 곧 실제 소비 전력(kW).
- Ẇ = ṁ w(압축기) = ṁ (h₂ − h₁) (3.49) — 냉매 1 kg 을 압축하는 데 필요한 일에 질량유량을 곱함.
- 단위가 kW 가 되는 길 — kg/s × kJ/kg = kJ/s, 그리고 1 kJ/s = 1 kW.
04퍼낸 열과 버린 열 — 냉동 능력과 총 방출 열량교재 214p
- 냉동 능력 — 냉각시키려는 공간에서 단위 시간당 흡수하는 열량. 클수록 냉각 성능이 뛰어남. Q̇ₗ = ṁ qₗ = ṁ (h₁ − h₄) (3.50)
- 단위 시간당 총 방출 열량 — 응축기가 따뜻한 바깥으로 내보내는 총열량. Q̇ₕ = ṁ qₕ = ṁ (h₂ − h₃) (3.51)
- Q̇ₕ = Q̇ₗ + Ẇ — 냉동실에서 빼앗은 열에 압축기가 넣어 준 일이 더해진 양. 3.3.1 의 에너지 수지를 초당 값으로 옮긴 꼴.
- 크기와 효율 — Q̇ₗ 을 Ẇ 로 나누면 ṁ 이 지워져 앞 편의 COPᵣ 와 같음. 냉동 능력은 크기를, 성능계수는 효율을 말함.
05단위를 따라감 — 단위가 먼저 답을 말함교재 216p~218p
- 값에 단위를 붙임 — 주어진 수마다 kJ/kg · kg/s · kW 가운데 무엇인지 먼저 적어 둠.
- 단위끼리 셈함 — 같은 글자를 지우고 남은 단위가 묻는 단위와 같으면 식이 옳음.
- 무차원과 kW — 성능계수는 1 kg 당 값끼리 나눈 비라 단위가 없고, 유량을 곱한 값은 kW 가 남음.
거꾸로 갈 때 빠뜨리기 쉬운 한 걸음
- 냉동 능력에서 질량유량을 구할 때는 ṁ = Q̇ₗ / qₗ.
- kW 를 kJ/s 로 먼저 바꾸어야 kJ 가 지워지고 kg/s 가 남음.
06예제의 갈래 — 나누는가 곱하는가교재 214p~218p
| 갈래 | 예제 | 답 |
|---|---|---|
| 엔탈피 셋에서 성능계수 | 3.102 냉동기 · 3.103 열펌프 | 3 · 3 |
| 1 kg 당 값으로 성능계수 | 3.104 냉동기 · 3.105 열펌프 | 4 · 5 |
| 유량을 곱함 | 3.106 압축기 동력 · 3.107 냉동 능력 · 3.108 총 방출 열량 | 10 · 60 · 30 kW |
| 유량을 거꾸로 | 3.109 질량유량 | 0.2 kg/s |
3장 열역학 사이클의 마무리이자 열역학 강의의 마지막 편. 3.1 내연기관은 연소 열로 공기를 밀어 일을 얻고, 3.2 증기 동력은 물의 기화 잠열로 터빈을 돌리며, 3.3 냉동은 일을 넣어 낮은 쪽의 열을 퍼 올림.
이 절의 핵심 정리
- 앞에서 구한 압축일·흡수 열량·방열량은 냉매 1 kg 기준이고, 실제 장치의 성능은 질량유량 ṁ 을 곱해 단위 시간당 값으로 본다.
- 압축기 동력은 Ẇ = ṁ w(압축기) = ṁ (h₂ − h₁) 로, 압축기의 실제 소비 전력이다.
- 냉동 능력은 Q̇ₗ = ṁ qₗ = ṁ (h₁ − h₄) 로, 냉각시키려는 공간에서 단위 시간당 흡수하는 열량이다.
- 단위 시간당 총 방출 열량은 Q̇ₕ = ṁ qₕ 이며 냉동 능력과 압축기 동력을 더한 값과 같다.
- kg/s × kJ/kg = kJ/s 이고 1 kJ/s = 1 kW 이므로 단위를 따라가면 식과 답을 검산할 수 있다.
강의 자료3.3.3-3 압축기 동력과 냉동 능력
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