공기, 압축공기의 밀도는 어떻게 계산할까요?

안녕하세요? 수박공입니다.

사업장에서 공정에 필요한 압축공기를 제조하기 위해 Compressor를 사용하고 있습니다.

옥외 일반공기를 압축한 경우, 밀도의 변화는 어떻게 될까요?

오늘은 공기와 압축공기(Compressed Air)의 밀도 계산방법에 대해 알아보겠습니다.

 

■ 용어의 정의

1) 밀 도

단위 부피당 질량

(밀도 = 질량 ÷ 부피)

물질의 종류에 따라 다르며, 부피가 같을 때 질량이 클수록 밀도가 큼

 

2) 압축공기

압력을 가해 부피를 축소시켜 고압으로 만든 공기

 

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■ 공기 밀도 계산공식

이상기체상태 방정식(PV=nRT)에 따라 공기의 밀도는 아래 식으로 계산 가능

여기서

  ρ : 공기의 밀도 (kg/m3)

  P : 공기의 압력 (kPa)

  R : 공기의 기체상수 (0.287kJ/kg·K)

  T : 공기의 온도 (K)

 

* 참고. 공기의 기체상수(R) 확인

이상기체상태 방정식에 등장하는 기체상수은 8.3145kJ/kmol·K을 나타냄

여기에서 공기의 기체상수는

8.3145kJ/kmol·K ÷ 29kg/kmol = 0.287kJ/kg·K

 

■ 밀도 계산

1) 공기 밀도 계산

옥외 일반공기(20℃, 1atm)의 밀도는 얼마일까요?

 

[Case #1]

ρ = P ÷ ( R × T )

   = 100 ÷ (0.287 × (273+20))

   = 1.19kg/m3

→ 20℃, 1atm에서 공기의 밀도는 1.19kg/m3

 

 

[Case #2]

① 공기의 질량은 28.96g

공기는 질소(N2) 78%, 산소(O2) 20%, 아르곤(Ar) 1%로 이루어져 있음

    - 질소(N2) 질량 : 0.78mol × 28g/mol = 21.84g

    - 산소(O2) 질량 : 0.21mol × 32g/mol = 6.72g

    - 아르곤(Ar) 질량 : 0.01mol × 40g/mol = 0.4g

② 20℃, 1기압에서 기체의 부피는 24.04L

    - 22.4L × (293 ÷ 273) = 24.04L  (∵ 0℃, 1기압에서 기체의 부피는 22.4L)

→ 20℃, 1atm에서 공기의 밀도는 1.20kg/m3

 

2) 압축공기 밀도 계산

옥외 일반공기를 흡입하여 Compressor로 압축한 경우(38℃, 7atm 가정), 밀도는 얼마일까요?

ρ = P ÷ ( R × T )

   = 700 ÷ (0.287 × (273+38))

   = 7.84kg/m3

→ Compressor를 통해 압축된 공기(38℃, 7atm)의 밀도는 7.84kg/m3

 

 

공기와 압축공기(Compressed Air)의 밀도 계산방법에 대해 알아보았습니다.

참고하시기 바랍니다. 감사합니다.