에어콤프레샤(공기압축기)의 응축수

에어 콤프레샤(압축공기)의 응축수 발생

공기압축기(Air Compressor)에서 발생하는 응축수. 

 

※ 이 응축수를 에어탱크에서 배출하지 않으면 발생하는 사고 : blog.naver.com/wmefu/222167440564

에어탱크의 응축수를 배출하지 않으면?

 

 Air Compressor(에어 콤프레샤,공기압축기)는 대기중의 공기를 압축하기 때문에 공기중의 수분도 함께 짜여지게 되어 수분이 발생한다. 그런데 이렇게 짜여진 응축수는 왜 바로 배출되지 않을까?

 

이 응축수에 대해서 아주 쉬운 개념으로 이해해 보자.

 

       

 

        

                             Air Receiver Tank에서 고인 응축수를 배출

 

 

1) 응축수의 발생원인

    대기는 항상 수분 또는 수증기를 포함하고 있다. 공기에 포함될 수 있는 수분의 양은 공기의 온도에 의해 결정되며 압력에

    의해서도  변화가 생긴다. 온도을 낮추거나 압력을 올려주면 공기로 부터 수분이 응축된다.

    이때 상대습도는 어떤 온도에서 공기가 포함 할 수 있는 전체수분의 양에 대해 현재 존재하고 있는 수분의 양을 나타내는

    것이다.

    예) 섭씨 27℃에서 1 ㎥의 공기가 포함할 수 있는 수분입자의 수가 12개라고 할 때 만약 현재 12개 전부를 포함하고 있다면

    상대습도는 100%이고, 즉, 포화되었다고 하고, 만약 6개가 포함되어 있다면 상대습도는 50%라고 한다.

     

    또, 포화온도는 공기가 포함할 수 있는 수분을 전부 포함하는 즉, 상대습도가 100%에 놓여 지는 온도를 말한다. 포화공기에

   수증기를 추가하면 수증기는 물로 응축된다. 또한 포화공기의 온도를 내려주거나 압력을 높여주면 수분이 응축된다.

   즉, 응축(Condensation)이란 수증기가 물로 바뀌는 것을 말한다.

 

    이슬점(노점, Dew Point)이란 공기중의 수증기가 물로 응축되는 온도를 말한다. 압력하 노점(Pressor dew point)이란

    주어진 압력하에서 물이 응축되는 온도를 나타낸다.

 

2) 드레인의 발생원리

    ‘드레인’이라고 하는 것은 공기압의 전문 용어로 압축공기 중의 수증기가 응축하여 되는 물 또는 물과 압축기의 윤활유가 혼합된 백탁액(白濁液)을 나타낸다.

    드레인이 발생하는 원인으로는 압축에 의한 경우와 외부로 부터 냉각된 경우가 있다. 압축에 의한 경우는    일정 제적 중 공기에 포함되는 수증기의 양은 공기압력이 고저에는 관계가 없으므로 공기를 압축하면 단위    체적당의 수증기량이 증가한다. 이것은 다시 말하자면 대기압의 공기 1[m³]과 7[kgf/cm²]로 압축한 공기    1[m³]는 1[m³]중에 포함되는 포화수증기량은 일정하므로 7[kgf/cm²]으로 압축한 공기는 대기압 8[m³]    정도의 수증기를 포함한 것이 되어 습도 100[%]로 하게 되면 여분인 7[m³]정도의 수증기는 물방울이 된다. 

    냉각할 경우에는 냉각되는 것에서 공기의 온도가 하강하는 동시에 그 공기의 포화수증기량이 감소하고 그 공기에 포함되어 있는 수증기량이 포화수증기량을 초과하게 되면 물방울이 된다. 이 현상은 우리들의 일상 생활에서도 볼 수 있는 것이다 이것은 컵 주변의 공기가 부분적으로 냉각되어 그 부분만이 포화수증기량이 저하하여 상대습도가 100[%]초과했기 때문에 공기 안의 수증기의 일부가 물방울이 된 것이다.

 

3) 공기압 라인에 발생하는 드레인량의 계산

    압축기 직후의 압축공기는 온도가 매우 높고 압력도 높게 되어 있다. 따라서 그 공기의 상대습도가 100[%] 이하에서도 대량의 수분이 포함되어 있게 된다. 이러한 공기가 점차 냉각되어 최종적으로는 사용장소의 주변온도까지 냉각이 되는 과정에서는 대량의 드레인이 발생한다. (그림 2-8). 이때 발생하는 드레인의 양은 다음의 식에서 구할 수 있다.

      Dr= rs x (Φ/100) - r's x (P/P') x (T'/T) [g/㎥]

 

        여기에서

                Dr: 발생 드레인량[g/m³]

                rs: 초기 상태의 포화수증기량[g/m³]

               r's: 압축냉각 후의 포화수증기량[g/m³]

                Φ: 초기 상태의 상대습도[%]

                P : 초기 상태의 절대압력[kgf/cm²]

                P': 압축냉각 후의 절대압력[kgf/cm²] 

                T : 초기 상태의 절대온도[K]

                T': 압축냉각 후의 절대온도[K]

    

통상 초기상태의 압력은 대기압이므로 P=1.033[kgf/cm²]로서 온도 차이가 크지 않을 경우에는 온도의  항(項)을 무시하여 계산한다.

 

 

4) 응축수가 Air Line에 미치는 영향

      Air Compressor(공기압축기)가 대기중의 공기를 흡입하여 압축하면 대기중의 공기에는 수분과 기타 불순물(먼지, 배관부식물, 수증기, 유분증기)이 공기압축기(Air Compressor)내로 들어온다. 공기압축기가 7Bar로 압축한다고 하면 공기압축기를 통과한 공기는 부피가 1/8.로 줄어 들지만 여전히 압축과정과 같은 양의 불순물을 포함하게 된다. 이렇게 공기를 압축하게 되면 수분이 응축되어야 하나 공기는 압축되면서 압축열이 발생하여 공기의 온도도 상승하게 되어 수증기를 포함할 수 있는 능력도 증대된다. 즉, 포화온도가 높게 되게 때문에 바로 응축수가 발생하지 않게 된다. 그러나, 공기압축기(Air Compressor)를 빠져 나온 고온고압의 공기는 공압 시스템을 통해 이동하면서 냉각되기 시작하면서 온도가 압력하노점 밑으로 떨어지면 물방울을 응축시키기 시작한다. 이렇게 되어 Air Line에 응축수가 나오게 되고 작업에 지장을 주게 된다. 이렇게 발생한 응축수를 제거하는 장비가 바로 Air Dryer (제습기)이다. 다행히 압축된 공기에는 온도를 조금만 낮추어도 수분을 제거할 수 있다. 압축공기를 섭씨 11℃만큼만 내려줘도 공기중의 수증기 함유량을 50%정도 줄일 수 있다.

 

5) 응축수를 제거하는 장치들 (각각에 대해 자세한 내용은 공기압축기 주변기기편을 보세요)

    - Air Dryer(에어드라이어) : 냉동식, 흡착식등 (에어 콤프레샤용 드라이어)

   - Drain Trap(드레인트랩) : Float Type, 전기식등 (에어 콤프레샤용 응축수 배출기)

   - Line Filter(라인필터)  : 각 여과도에 따라 다양.(에어 콤프레샤용 필터)

   - Water Separator : 충돌과 원심력에 의한 수분제거 장치. (에어콤프레샤용 수분제거장치)

 

    공기압이 쉬워지는 그날까지 명성에어플러스는 계속 된다. 

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