1. 방호구역 체적이 500 ㎥인 어느 소방대상물에 이산화탄소 소화설비를 설치하였다. 이곳에 이산화탄소 100 ㎏을 방사
하였을 경우 이산화탄소 농도 [%]를 구하시오. (단, 실내압력은 121.59 kPa, 실내온도는 35 ℃ 이다.) [4점] ★★★★★
[참고] 이산화탄소의 방출량 및 농도 계산식 유도
[공식유도]
▣ 가스 방출 전 · 후의 산소(O2)의 용량은 같다는 것을 이용한다.
V × 21 % = ( V + Q ) × O2%
21 V = O2 · V + O2 · Q, O2 · Q = 21 V - O2 · V
▣ 위 식을 이용하여 이산화탄소(CO2)의 농도 [%]에 관한 식을 유도해 보자.
위 식에 앞서 구한 이산화탄소 방사량식을 대입하면
[문제풀이]
[해설] 이산화탄소 (CO2)의 농도 (%)
가. 이산화탄소(CO2)의 농도
나. 이상기체 상태 방정식
여기서, P : 압력 [Pa, N/㎡]
V : 부피 (방출가스량) [㎥]
W : 질량 [㎏]
M : 분자량 (CO2 : 44㎏, 할론 1301 : 148.95 ㎏)
R : 기체 상수 (8,313.85 [N·m/kmol·K], 8,313.85 [N·m/·K])
T : 절대온도 (273 + ℃, K)
2. CO2 의 설계농도가 34%이다. 방호구역에 방사될 경우 산소의 농도는 얼마인가 ?
[문제풀이]
[해설] 산소 (O2)의 농도 [%]
▣ 이산화탄소 (CO2)의 농도
3. 방호구역 체적이 250 ㎥ 인 소방대상물에 CO2 소화설비를 설치하였다. 이곳에 CO2 180 ㎏ 을 20 ℃ 표준대기압 상태에
서 방사하였을 경우 다음을 구하시오. [4점]
가. 이산화탄소의 농도는 몇 [%]인가 ?
나. 산소의 농도는 몇 [%]인가 ?
[문제풀이]
가. 이산화탄소의 농도 [%]
나. 산소 농도 [%]
[해설] 이산화탄소 (CO2)의 농도 [%] · 산소(O2)의 농도 [%]
가. 이산화탄소(CO2)의 농도
나. 이상기체 방정식
여기서, P : 압력 [Pa, N/㎡]
V : 부피 (방출가스량) [㎥]
W : 질량 [㎏]
M : 분자량 (CO2 : 44㎏, 할론 1301 : 148.95 ㎏)
R : 기체상수 (8,313.85 [N·m/kmol·K], 8,313.85 [N·m/K])
T : 절대온도 (273+℃ [K])
다. 산소의 농도
4. 방호구역체적이 250 ㎥ 인 소방대상물에 CO2 소화설비를 설치하였다. 이곳에 CO2 180㎏을 표준대기압 상태에서 방사
하였을 경우 다음을 구하시오. [4점] ★★★★★
가. 이산화탄소의 농도는 몇 [%]인가 ?
나. 산소의 농도는 몇 [%]인가 ?
[문제 풀이]
가. 이산화탄소 (CO2)의 농도
나. 산소의 농도
[참고] 압력단위 환산
|
1 atm
|
760 ㎜Hg
|
76 ㎝Hg
|
|
101,325 Pa
|
101.325 kPa
|
0.101325 MPa
|
|
10,332 ㎜Aq / ㎜H2O
|
10.332 ㎜Aq / ㎜H2O
|
-
|
|
1.0332 [㎏f/㎠]
|
10,332 [㎏f/㎡]
|
-
|
|
1,013 mbar
|
1.013 bar
|
14.7 psi
|
5. 이산화탄소 120 ㎏이 완전기화하여 0℃, 101,325 Pa 일 때 기체의 부피 [㎥]를 계산하시오. (단, 소화약제의 순도는
99.5 % 이다) [4점] ★★★★★
[문제풀이]
※ 순도가 주어졌을 때
① 부피 : × 순도
② 약제량 : ÷ 순도
[해설] 기체의 부피
▣ 이상기체 방정식
여기서, P : 압력 [Pa, N/㎡]
V : 부피 (방출가스량) [㎥]
W : 질량 [㎏]
M : 분자량 (CO2 : 44㎏, 할론 1301 : 148.95 ㎏)
R : 기체상수 (8,313.85 [N·m/kmol·K], 8,313.85 [N·m/K])
T : 절대온도 (273+℃ [K])
※ ① 소화약제의 순도 : 부피를 구할 때는 곱하고, 소화약제 저장량을 구할 때는 나눈다.
② 1Pa = 1 [N/㎡]
6. 40 ㎏ 의 액화 이산화탄소가 20 [℃]의 대기중 (표준대기압)으로 방출되었을 경우 다음 각 물음에 답하시오.
[4점] ★★★★★
가. 이산화탄소의 부피는 몇 [㎥] 이 되겠는가 ?
나. 체적 90 [㎥]인 공간에 이 약제가 방출되었다면 이산화탄소(CO2)의 농도는 몇 [%] 가 되겠는가 ?
[문제풀이]
가. 이산화탄소의 부피 [㎥]
나. 이산화탄소의 농도 [%]
7. 표준대기압 상태에서 압력이 일정할 때 15 ℃의 이산화탄소 100 [mol]이 있다. 이 상태에서 온도가 30[℃]로 되었을 때
이산화탄소의 부피 [㎥]를 구하시오.
[문제풀이]
▣ 동일한 상태(압력 일정)에서 온도만 변화하였으므로 보일 - 샤를의 법칙을 이용하면
[해설] 이산화탄소의 부피
가. 보일 - 샤를의 법칙
여기서, P1, P2 : 압력 [MPa]
V1, V2 : 부피 [㎥]
T1, T2 : 절대온도 (273 + ℃)
8. 어느 방호공간의 체적 100 ㎥에 대하여 표준상태에서 이산화탄소 소화약제를 방출하였다. 방호공간의 이산화탄소 가스
부피 농도가 36 %가 되었다면 몇 [㎏]의 이산화탄소 소화약제를 방사하였겠는가? (단, 방출된 이산화탄소 가스의 순도
는 99.5 wt%이며 계산은 이상기체 조건을 기준으로 하며 기타 조건은 무시한다.) [6점] ★★★★★
[문제 풀이]
▣ 방사량 부피[㎥]를 구했으니 이상 기체 방정식으로 질량을 구하면
[해설] 이산화탄소 소화약제 방사량 [㎏]
가. 이상기체 방정식
여기서, P : 압력 [Pa, N/㎡]
V : 부피 (방출가스량) [㎥]
W : 질량 [㎏]
M : 분자량 (CO2 : 44㎏, 할론 1301 : 148.95 ㎏)
R : 기체상수 (8,313.85 [N·m/kmol·K], 8,313.85 [N·m/K])
T : 절대온도 (273+℃ [K])
나. 방출가스량
여기서, V : 방출가스량 [㎥]
O2 : 가스 방출 후 산소(O2) 농도 [%]
다. 이산화탄소 (CO2)의 농도
여기서, O2 : 가스방출 후 산소(O2) 농도 [%]
9. 체적이 500 ㎥인 방호구역에 전역방출방식으로 CO2를 방사하였다. 다음 조건을 참조하여 각 물음에 답하시오.
[4점] ★★★★
[조건]
① 실내온도는 15℃ 이다.
② CO2 방사 후 실내의 O2 농도는 10%이다.
③ 실내 대기압력은 1.2 atm이다.
가. 방사된 CO2의 양은 몇 [㎏]인지 구하시오.
나. 이산화탄소 소화설비에서 운무상태에 대하여 간단히 설명하시오.
[문제풀이]
가. 방사된 이산화탄소(CO2)의 양 [㎏]
나. 운무상태 : 액화 CO2가 분사헤드에서 방사시 기화되어 기체로 방사되지만 일부가 줄- 톰슨 효과에 의하여 온도가 강하
하여 고체탄산가스가 생성되어 흰연기 같이 보이는 현상
※ 운무현상 : 안개모양으로 방사되는 현상을 말하며 액화 CO2 가 분사헤드에서 방사시 기화되어 기체로 방사되지만 일부
가 줄 - 톰슨(Joule-Thompson) 효과에 의하여 온도가 강하하여 고체 탄산가스 (드라이아이스 (dry-ice))가 생
성되어 흰연기와 같이 보이는 현상
10. 이산화탄소 소화설비의 배관에 CO2를 방출하였다. CO2 저장용기 내의 액화 CO2의 온도가 - 40 ℃, 배관의 중량은 10
㎏, CO2 방출전 배관의 평균온도는 20 ℃ 이며 CO2 방출동안의 배관온도는 -20℃이고, 배관의 비열은 0.11 [kcal/㎏
·℃] 이며 액화CO2의 증발잠열은 10 [kcal/㎏]이다. 액화 CO2의 증발량 [㎏]을 구하시오. [3점] ★★
[문제풀이]
위 식에 적용을 하면
#이산화탄소 #비열 #증발 #농도 #방호구역 #액화 #줄 #톰슨 #체적 #절대온도 #방출가스량 #소화설비 #기체상수 #질량 #소화약제
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