게시판 > 질답게시판 > 도파관 내부의 습기 상태 변화 예측

스테파노 Stefano

16-10-05 11:50

답글에 앞서, 먼저 도파관에 대해 약간(쓰임, 형태, 재료등) 보충설명 바랍니다.

박용원 happybyman

16-10-05 12:26

네 도파관의 형태는 구형도파관(직사각형)이고 사용 대역은 X-Band 입니다.
레이다에 사용되고 RF 출력시 약 100kW 정도로 전송됩니다.
도파관 재료는 동으로 되어있고 별도 도금은 되어 있지 않습니다.
감사합니다.

스테파노 Stefano

16-10-05 20:14

(0) 도파관이란 레이더에 사용되는 전자파 전송용 상자로군요.

(1) 이슬점
이슬점(-20도씨)이 0.7 barg(1.7325 bara)의 압력에서의 이슬점인지 상온(1.01325 bara)에서의 이슬점인지 명확히 구별되어야 합니다. -20도에서의 물의 증기압이 0.9mb라고 하면 전자의 경우 수분함량은 (0.9*10^-3)/1.7325 = 0.000519 mol/mol = 519 mppm 임에 반하여 후자의 경우 (0.9*10^-3)/1.01325 =0.000888 mol/mol = 888 mppm에 해당합니다. 명확히 다르지요.

(2) 진공 누설시 습도변화

진공누설시 침투되는 공기가 건조공기라고 한다면 초기 분압 0.9 mb에 해당하는 수분분압을 젖체 절대압력으로 나눈 비율에 해당하는 부피(혹은 몰)농도로 수분농도로 변화됩니다.
Duration Time = 2h (누설시간) 일 때 0.7-->0.55 barg(=1.5825 bara)로 되었을 경우 0.0009/1.5825 = 568.7 ppmv
Duration Time = 5h (누설시간) 일 때 0.7-->0 barg(=1.0325 bara)로 되었을 경우 0009/1.0325 = 871.7 ppmv

중간압력에서의 계산은 수증기분압 0.0009 bar의 압력을 해당 절대압력으로 나누면 부피(혹은 몰) 농도가 됩니다.

그러나 만일 침투되는 공기가 습공기라고 한다면 투입된 공기중 수증기 분압 해당만큼의 수중기 량이 더 투입되는 셈이되기 때문에 이를 고려한 계산이 되어야 합니다.

0.7 barb에서 0.55 barg(=1.5825 barb로 되었을 경우 초기 공기분압 =0.0009 bara 투입(누설)된 공기 0.15 bara에 해당하는 공기의 일정습도 부분 예를 들어 1.25 m% 의 수분분압을 가진 공기가 침투되었다고 하면 전체 수분분압은 (0.0009bara+ 1.25%*0.15bara) = 0.02775 bara의 분압이 수증기 분압이고 전체압력이 1.5825bara로 되었기 때문에 수분농도는 0.002775/1.5825 = 1753.6 ppmv가 됩니다. 침투되는 공기의 습도는 상대습도를 몰%단위로 곱하여 분압을 더해주어야 정확한 계산이 됩니다.

예를들어..공기의 상대습도를 v%단위 절대습도로 고치려면 투입공기온도에 해당하는 수분증기압에 상대습도를 곱한 값을 누설 수분 분압으로 계산하면 됩니다. (예: 25도 수증기 분압 20 torr 상대습도 60%면 22 torr* 0.6 = 12 torr 가 수분분압이 되므로 누설 압력에 (2torr/760 torr)비율을 곱한값이 수분으로 침투되므로 이를 bar 단위로 고쳐서 여기에 초기값 0.0009 bar를 더한 분압이 전체압력중 수분이 차지하는 부분(부피농도)에 해당합니다.)

(3) 대기온도와 상대습도를 가정하여 누설되는 압력을 기준으로 수분농도변화를 직접계산해 답글로 올려 보세요.

(0) 도파관이란 레이더에 사용되는 전자파 전송용 상자로군요.

(1) 이슬점 
이슬점(-20도씨)이 0.7 barg(1.7325 bara)의 압력에서의 이슬점인지 상온(1.01325 bara)에서의 이슬점인지 명확히 구별되어야 합니다.  -20도에서의 물의 증기압이 0.9mb라고 하면 전자의 경우 수분함량은 (0.9*10^-3)/1.7325 = 0.000519  mol/mol = 519 mppm 임에 반하여 후자의 경우 (0.9*10^-3)/1.01325 =0.000888 mol/mol = 888 mppm에 해당합니다.  명확히 다르지요.

(2) 진공 누설시 습도변화

진공누설시 침투되는 공기가 건조공기라고 한다면 초기 분압 0.9 mb에 해당하는 수분분압을 젖체 절대압력으로 나눈 비율에 해당하는 부피(혹은 몰)농도로 수분농도로 변화됩니다.   
Duration Time = 2h (누설시간) 일 때 0.7-->0.55  barg(=1.5825 bara)로 되었을 경우 0.0009/1.5825 = 568.7 ppmv 
Duration Time = 5h (누설시간) 일 때 0.7-->0 barg(=1.0325 bara)로 되었을 경우 0009/1.0325 = 871.7 ppmv

중간압력에서의 계산은 수증기분압 0.0009 bar의 압력을 해당 절대압력으로 나누면 부피(혹은 몰) 농도가 됩니다.

그러나 만일 침투되는 공기가 습공기라고 한다면 투입된 공기중 수증기 분압 해당만큼의 수중기 량이 더 투입되는 셈이되기 때문에 이를 고려한 계산이 되어야 합니다.

0.7 barb에서  0.55 barg(=1.5825 barb로 되었을 경우 초기 공기분압 =0.0009 bara  투입(누설)된 공기 0.15 bara에 해당하는 공기의 일정습도 부분 예를 들어 1.25 m% 의 수분분압을 가진 공기가 침투되었다고 하면 전체 수분분압은 (0.0009bara+ 1.25%*0.15bara) = 0.02775 bara의 분압이 수증기 분압이고 전체압력이 1.5825bara로 되었기 때문에 수분농도는 0.002775/1.5825 = 1753.6 ppmv가 됩니다.   침투되는 공기의 습도는 상대습도를 몰%단위로 곱하여 분압을 더해주어야 정확한 계산이 됩니다.

예를들어..공기의 상대습도를 v%단위 절대습도로 고치려면  투입공기온도에 해당하는 수분증기압에 상대습도를 곱한 값을 누설 수분 분압으로 계산하면  됩니다.    (예:  25도 수증기 분압 20 torr 상대습도 60%면 22 torr* 0.6 = 12 torr 가 수분분압이 되므로  누설 압력에  (2torr/760 torr)비율을 곱한값이 수분으로 침투되므로 이를 bar 단위로 고쳐서 여기에 초기값 0.0009 bar를 더한 분압이 전체압력중 수분이 차지하는 부분(부피농도)에 해당합니다.)

(3) 대기온도와 상대습도를 가정하여 누설되는 압력을 기준으로 수분농도변화를 직접계산해 답글로 올려 보세요.

스테파노 Stefano

16-10-06 11:47

(0) 앞선 답글이 잘못되었습니다. 이 질문 이전에 진공관련하여 질의 응답이 있어서 착각했습니다. 압력이 걸려있는 용기로 공기가 새들어가지는 않겠지요.. 다시 답글을 올립니다.

(1) 압력에 따른 이슬점

이슬점(-20도씨)이 0.7 barg(1.7325 bara)의 압력에서의 이슬점인지 상온(1.01325 bara)에서의 이슬점인지 명확히 구별되어야 합니다. -20도에서의 물(Ice)의 증기압이 0.96mb라고 하면 전자의 경우 수분함량은 (0.96*10^-3)/1.7325 = 0.000554 mol/mol = 554 mppm 임에 반하여 후자의 경우 (0.96*10^-3)/1.01325 =0.000930 mol/mol = 930 mppm에 해당합니다. 명확히 다르지요.

대기압인 상태의 가스를 언급할 때의 이슬점은 항시 압력이 대기압상태에서의 이슬점만을 거론하기 때문에 문제가 될 것이 없지만 압력이 걸려있는 상태에서의 이슬점은 압력이 걸리지 않은 상태의 이슬점보다 항상 높습니다. 바꾸어 말하면.. 대기압 이슬점 -20도일 때 보다 0.7barg 일때의 이슬점 -20도 일 때가 훨씬 수분함량이 낮다는 이야기이지요.

(2) 압력이 걸려있는 상태에서 압력이 손실되는 경우

내부에 응축수 생성 혹은 결빙이 일어나지 않는 상태라고 한다면 (즉 한겨울 실온이 0.7 barg의 이슬점 -20도 이하로 내려가지 않는다면) 압력이 손실될 때 건조 공기만 배출되는 것이 아니고 습분도 함께 배출되기 때문에 공기중 수분 농도는 변함이 없을 것입니다.

<앞선 답글에서는 내부에 습도가 낮은 건조공기가 들어있고 습도가 높은 공기가 스며들어가는 것으로 (잘못)설명되어 있지만 압력이 낮은 곳에서 높은 곳으로 공기가 새어들어갈 수는 없기 때문에 습도가 높아진다는 설명은 오류였습니다.>

(3) 이슬점 환산 (참고)

위의 (1)항에서 압력이 걸렸을 때와 걸리지 않았을 때의 이슬점이 다르다고 설명했는데 계제에 압력에 따른 이슬점 환산방법을 소개합니다.

0.7 barg (=1.7325 bara)에서의 이슬점 -20도는 0 barg (=1.0325 bara= 대기압)에서의 이슬점으로 환산하려면

-20도에서의 수증기 증기압 0.96 mbar(이 값이 맞는지 확인이 필요합니다.)라고 하면 절대수분 농도는 0.000 96/1.7325 = 0.000 554 vol/vol or 554 ppm by vol or 554 ppm by mol

이 수분 농도의 공기가 다른 공기와 섞이지 않고 대기압 상태로 압력이 떨어지면 수분분압이 낮아져 이슬점이 더 낮아 집니다. 대기압에서 농도 554 ppmv 해당 수증기 분압은 0.000 554 * 1.0325 = 0.000 572 bara = 0.572mbar (=0.421 mmHg)

수증기표(Ice 증기압표)에서 0.572 mbar(=0.421 mmHg)에 해당하는 온도를 찾으면 대기압 이슬점 -25.5도를 구할 수 있습니다.

(0) 앞선 답글이 잘못되었습니다.  이 질문 이전에 진공관련하여 질의 응답이 있어서 착각했습니다.  압력이 걸려있는 용기로 공기가 새들어가지는 않겠지요..  다시 답글을 올립니다.

(1) 압력에 따른 이슬점

이슬점(-20도씨)이 0.7 barg(1.7325 bara)의 압력에서의 이슬점인지 상온(1.01325 bara)에서의 이슬점인지 명확히 구별되어야 합니다.  -20도에서의 물(Ice)의 증기압이 0.96mb라고 하면 전자의 경우 수분함량은 (0.96*10^-3)/1.7325 = 0.000554  mol/mol = 554 mppm 임에 반하여 후자의 경우 (0.96*10^-3)/1.01325 =0.000930 mol/mol = 930 mppm에 해당합니다.  명확히 다르지요.

대기압인 상태의 가스를 언급할 때의 이슬점은 항시 압력이 대기압상태에서의 이슬점만을 거론하기 때문에 문제가 될 것이 없지만 압력이 걸려있는 상태에서의 이슬점은 압력이 걸리지 않은 상태의 이슬점보다 항상 높습니다.  바꾸어 말하면.. 대기압 이슬점 -20도일 때 보다 0.7barg 일때의 이슬점 -20도 일 때가 훨씬 수분함량이 낮다는 이야기이지요.

(2) 압력이 걸려있는 상태에서 압력이 손실되는 경우

내부에 응축수 생성 혹은 결빙이 일어나지 않는 상태라고 한다면 (즉 한겨울 실온이 0.7 barg의 이슬점 -20도 이하로 내려가지 않는다면) 압력이 손실될 때 건조 공기만 배출되는 것이 아니고 습분도 함께 배출되기 때문에 공기중 수분 농도는 변함이 없을 것입니다.

<앞선 답글에서는 내부에 습도가 낮은 건조공기가 들어있고 습도가 높은 공기가 스며들어가는 것으로 (잘못)설명되어 있지만 압력이 낮은 곳에서 높은 곳으로 공기가 새어들어갈 수는 없기 때문에 습도가 높아진다는 설명은 오류였습니다.>

(3) 이슬점 환산 (참고)

위의 (1)항에서 압력이 걸렸을 때와 걸리지 않았을 때의 이슬점이 다르다고 설명했는데 계제에 압력에 따른 이슬점 환산방법을 소개합니다.

0.7 barg  (=1.7325 bara)에서의 이슬점 -20도는 0 barg (=1.0325 bara= 대기압)에서의 이슬점으로 환산하려면

-20도에서의 수증기 증기압 0.96 mbar(이 값이 맞는지 확인이 필요합니다.)라고 하면 절대수분 농도는 0.000 96/1.7325 = 0.000 554 vol/vol or 554 ppm by vol or 554 ppm by mol

이 수분 농도의 공기가 다른 공기와 섞이지 않고 대기압 상태로 압력이 떨어지면 수분분압이 낮아져 이슬점이 더 낮아 집니다.   대기압에서 농도 554 ppmv  해당 수증기 분압은  0.000 554 * 1.0325 =  0.000 572 bara = 0.572mbar (=0.421 mmHg)

수증기표(Ice 증기압표)에서 0.572 mbar(=0.421 mmHg)에 해당하는 온도를 찾으면 대기압 이슬점 -25.5도를 구할 수 있습니다.