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  절대압 관련해서 질문 드립니다.
  글쓴이 : 씨양이질   고유ID : baek3013     날짜 : 17-03-11 18:42     조회 : 1806    
안녕하세요. 가스기사를 준비하다 헷갈리는 부분이 있어서 질문드립니다.

문제는 아래와 같습니다.
문 : 최고사용압력이 5kgf/cm2g인 가스설비에서 현재의 온도가 20'C, 압력이 3kgf/cm2g인 가스를 몇 'C까지 올리면 최고사용압력에 도달할 수 있는지 계산하시오.

문제의 풀이와 답을 요청드리는 것은 아니고,
이같은 문제를 풀이할 때, 왜 항상 절대압(계기압+대기압)으로 계산해야 되는 것인가 궁금합니다. 
왜냐면 가스설비 내부에 들어있는 가스는 밀폐된 상태이기에 대기압의 영향을 받지 않고 있다고 봐야 되는게 아닌가라는 생각이 들었기 때문입니다.

수준 낮은 질문일지 모르나 좋은 가르침 부탁드립니다!

스테파노 Stefano   17-03-12 06:44
(1) 용기내에 가스가 존재하지 않으면 진공상태에 해당합니다. 
따라서 지구상에서 용기가 (계기상)압력을 나타내지 않더라도 (용기를 진공상태가 되도록 가스를 배출하지 않는면) 대기압 상태의 양이 이미 들어있게 됩니다.  따라서 모든 가스계산에서 절대압력을 사용하여야 정확한 가스량이 됩니다.

질문에서 5 kgf/cm2 g라는 압력을 나타내고 있는 용기의 압력은 <계기에 의해 측정되는 압력>입니다.  이를 모두 대기중으로 방출하면 0 kgf/cm2 g로 <계기>압력은 떨어지지만 <절대압>을 살펴보면 대기압에 해당하는 가스량은 남아있게 됩니다 .

따라서 가스 계산에서는 항상 절대압력을 기준으로 계산하지 않으면 전혀 맞지 않습니다.
질문 <20도 3 kg/cm2 g의 용기내 가스를 가열하여 5 kg/cm2 g로 되려면 몇도까지 가열하면 되는 가>를 계산할 때 절대온도를 하용하듯 절대압력을 사용하여 계산해야 합니다.

P2/P2 = T2/T1 ''''(1)
=> (5+1.033)/(3+1.033) = (t+273.15)/(20+273.15)  =>  t  = (20+273.15)*(6.033/4.033)-273.15

이렇게 절대압력으로 계산해야 합니다.  이를 (20+273.15)*(5/3) -273.15로 계산하면 엉뚱한 결과를 얻습니다.

(2) 지표면에서 대기압이 걸려있는 상태의 빈용기라서 <계기>압력이 나타나지 않더라도 대기압에 해당하는 가스는 들어있다는 것을 항상 인식하고 계산해야 정확한 계산이 됩니다.  대기상에서 가스가 전혀 들어있다면 (-대기압)의 압력 증 완전진공상태가 됩니다. 

진공상태의 용기는 아무리 가열해도 압력이 올라가지 않지만
대기압상태의 용기는 가열하면 압력이 올라갑니다.    위의 (1)식의 조건을 따르기 때문에 압력과 온도가 계산될 수있습니다.

용기내에 공기가 들어있지 않으면 가스를 추가 추입하기전 진공상태의 용기에 채우는 경우에는 가스를 상황이 되는데 이때 처음 나타내는에 압력이 나타낼 때의 압력을 되고  추가로 압력이 대기압이 된 상태에서는 투입한 양 만큼 혼합되어 올라간 압력이 되기 마련입니다.
씨양이질 baek3013   17-03-12 13:17
빠른 답변 감사드립니다!

답변주신 내용을 이해한대로 정리를 해봤습니다.


계기압 0 = 절대압 1 (∵ 절대압(1)=계기압(0)+대기압만큼의 압력(1))

진공 조건이 아니라면 계기압이 0이더라도 항상 1기압 만큼의 공정 유체의 압력이 존재하는 것이군요.


대기압을 더해주기에 '대기와는 차단이 됐는데 왜 대기압 1기압을 더해주는거지' 라는 의문이 있었는데,

실제로 1기압의 대기압을 더해주는게 아니라 대기압 1기압 만큼의 공정 유체의 압력을 추가로 더해주는 것이군요.


유익한 답변 감사드립니다!! 좋은 하루 되세요!
스테파노 Stefano   17-03-13 09:58
(1) 전통적으로 사용되어온 Bourdon식 압력계가 측정하는 방식이 대기압 상태에서 측정하기 때문에 주변압력과 같으면 계기상으로 0을 나타냅니다.  해수면 대기압에서 계기상으로 0을 나타낸다고 해도 그 용기 안에는 1기압의 기체가 들어있기 때문입니다.

압력뿐 만 아니라 진공도 측정할 수 있는 복합계기("Compound Gauge", "혼합계기")도 판매되고 있는데  이 압력계로 측정한 계기압력이 -0.5 kgf /cm g와 같이 음수의 압력도 나타낼 수 있습니다.  이때 음수 부분은 적색으로, 그리고 시계방향의 반대 방향으로 바늘이 돌아가서 나타내는데 그 경우의 절대압력은 (-0.5+1.033)=0.633 kgf/cm2 abs가 되지요

(2) 용기내에서 대기압을 나타낼 때 압력지시치 0을 나타내도록 해 놨기 때문에 항상 계기압력에 대기압 1.033을 더해 주어야 실제 용기내의 (절대)압력을 나타냅니다. 

<실제로 1기압의 대기압을 더해주는게 아니라 대기압 1기압 만큼의 공정 유체의 압력을 추가로 더해주는 것..>
=> 1기압의 대기압을 더해 주는 이유는 "1기압 만큼의 공정유체의 압력을 더해주는 목적"이라기 보다 "절대압력 1기압일 때 계기압력 0이 표시되도록  설정"되어 있기 때문입니다.    아래의 식을 참고로 해서 터득하세요.

섭씨온도  0℃일 때 절대온도 273.15도라고 하면.......섭씨온도 t일때의 절대온도는....절대온도 T= 273.15 +  t  .....(1)
계기압력 0 일 때  절대압력 1.033 kgf/cm2라고 하면...계기압력 p일때의 절대압력은....절대압력 P = 1.033 + p ......(2)

(3) 공정계산에는 절대압력 사용 필수..
압력의 경우 절대압력인지 계기압력인지 혼동스러울 수 있기 때문에 공정계산에서는 반드시 압력의 표시방법을 명확히 해주지 않으면 계산착오를 낳을 수 있습니다.
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