증기 제어
진공 증기의 기초
증기가 이와 같이 강하게 뿜어져 나오는 이유는 무엇일까요?
증기는 흔히 밸브가 열려 대기에 방출될 때 세게 뿜어져 나오는 모습을 연상시킵니다. 증기는 밸브 패킹과 핀홀 누설을 통해서도 뿜어져 나옵니다. 이 현상은 무엇을 의미할까요? 답은 간단합니다. 증기가 대기압보다 압력이 높다는 것 입니다.
그렇다면 증기의 압력은 항상 대기압보다 높을까요? 사실 그렇지 않습니다. 대기압보다 낮은 압력에서 진공증기를 생성하고 사용할 수 있습니다.
고도가 높을수록 물의 끓는점이 낮아진다는 사실은 상식입니다. 다시 말해, 압력이 낮을수록 물이 더 낮은 온도에서 끓습니다. 대기압보다 낮은 압력에서 생성되는 증기의 온도는 100 °C 보다 낮을 것입니다.
저온 포화 증기 (진공 증기)
포화 증기 표를 보면, 포화 증기의 압력은 100 °C 에서 대기압과 가까운 101.42 kPa 임을 확인할 수 있습니다. 증기표에서는 온도가 100 °C 미만인 증기에 대한 데이터도 확인할 수 있습니다.
온도기준의 포화증기표
| TEMP. | PRESS.(게이지) | 비체적 | 비엔탈피 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| °C | kPaG | m3/kg | kJ/kg | |||
| T | P | Vf | Vg | Hf | Hfg | Hg |
| 60 | -80.05 | 0.00101711 | 7.667 | 251.2 | 2609 | 2358 |
| 70 | -68.8 | 0.00102276 | 5.039 | 293.1 | 2626 | 2333 |
| 80 | -52.58 | 0.00102904 | 3.405 | 334.9 | 2643 | 2308 |
| 90 | -29.82 | 0.00103594 | 2.359 | 376.9 | 2659 | 2282 |
| 100 | 0.093 | 0.0010435 | 1.672 | 419.1 | 2256 | 2676 |
| 110 | 42.051 | 0.0010516 | 1.209 | 461.4 | 2230 | 2691 |
| 120 | 97.340 | 0.0010603 | 0.8913 | 503.8 | 2202 | 2706 |
| 130 | 168.93 | 0.0010697 | 0.6681 | 546.4 | 2174 | 2720 |
| 140 | 260.18 | 0.0010798 | 0.5085 | 589.2 | 2144 | 2733 |
| 150 | 374.78 | 0.0010905 | 0.39250 | 632.3 | 2114 | 2746 |
100 °C 미만인 증기
온도가 100 °C 미만인 포화 증기의 압력은 약 101.42 kPa인 대기압보다 낮습니다. 진공 증기는 널리 알려져 있지 않고 널리 이용되지도 않지만 실제로 존재하며, 특정 가열 용도에 매우 효과적입니다. 이에 대해서는 나중에 알아보겠습니다.
진공 증기를 만드는 방법
온도가 100 °C 보다 낮은 포화 증기는 대기압보다 낮은 압력에서 진공 상태로만 존재할 수 있으므로, 시작할 때 배관, 열교환기, 스팀트랩 및 응축수 회수 시스템에서 증기 시스템 자체를 대기압보다 낮은 압력으로 감압해야 합니다.
진공을 생성하는 몇 가지 방법이 있지만, 진공 증기 시스템에서 전기식 진공 펌프를 사용하는 방법이 가장 일반적입니다.
진공 증기의 특성
진공 증기를 사용하려면 추가 작업 및 장비가 몇 개 필요하지만, 진공 증기를 활용하면 대기압보다 높은 포화 증기와 똑같은 장점을 얻을 수 있습니다. 이런 장점은 다음과 같습니다:
- 잠열 전달을 통한 빠르고 균일한 가열: 향상된 제품 품질 및 생산성
- 압력으로 온도 제어 가능: 빠르고 정확한 온도 설정 가능
- 높은 열 전달 계수: 요구되는 열 전달 면적을 작게 설계할 수 있어 초기 장치 비용 감소 가능
증기는 낮은 온도에서도 탁월한 열 매체입니다.