이론공기량과 실제공기량

Theoretical and Actual Air

이론공기량은 이론산소를 공기 중 산소 비율로 나눈 값이에요. 실제공기량은 공기비를 곱해 실제로 넣는 공기예요. 연소 계산 전 구간의 공통 출발식이에요. 공기비를 바꿔 이론·실제공기량 관계를 확인해 봐요.

산소가 아니라 공기를 넣는다

실제 연소로에는 순수 산소가 아니라 공기를 넣습니다. 공기 중 산소는 부피로 약 21%. 그래서 이론산소량을 0.21로 나누면 이론공기량 A₀가 됩니다. 그러나 이론량만으로는 완전연소가 어려워, 실제로는 더 많은 공기를 넣습니다. 그 배율이 공기비 m입니다.

👀 이론공기량과 실제공기량

①공기 조성(부피): 산소 21%, 질소 79%

②이론공기량 A₀ = 이론산소량 O₀ ÷ 0.21

③실제공기량 A = 공기비 m × 이론공기량 A₀

④과잉공기량 = A - A₀ = (m-1)A₀

연료를 고르고 공기비를 돌려보기

공기비 m1.2

💡 공기비 m의 의미

①m = 1: 이론공기량만 공급 (실제로는 불완전연소 위험)

②m > 1: 이론보다 많이 (과잉공기, 완전연소 유도)

③m < 1: 공기 부족 (불완전연소, 매연·CO 발생)

④m이 너무 크면 배기가스가 열을 가져나가 열손실 증가

연료마다 이론공기량이 다른 이유

수소를 많이 가진 연료일수록 이론공기량이 큽니다. 수소 1kg은 산소를 5.6 Nm³나 요구하기 때문입니다. 그래서 수소가 많은 경유·중유는 무연탄·역청탄보다 이론공기량이 크게 나옵니다. 연료 속 산소(O)가 많으면 그만큼 필요 공기가 줄어듭니다.

🔑 대표 연료의 이론공기량 (근사)

①중유: A₀ ≒ 10.8 Nm³/kg (수소 12% 수준)

②경유: A₀ ≒ 11.1 Nm³/kg (수소 13%로 가장 큼)

③무연탄: A₀ ≒ 7.9 Nm³/kg (탄소 위주, 수소 적음)

④역청탄: A₀ ≒ 7.8 Nm³/kg (연료 산소 감산 효과)

핵심 공식

이론공기량

A₀ = O₀0.21

공기 중 산소 부피분율 0.21로 나눔 (Nm³/kg)

실제공기량

A = m · A₀

공기비 m을 곱한 값

과잉공기량

A - A₀ = (m - 1)A₀

이론량을 넘어선 추가 공기

핵심 정리와 시험 포인트

🎯 시험 포인트

①이론공기량 A₀ = O₀ / 0.21 (산소 21%로 나눔)

②실제공기량 A = m·A₀, 과잉공기 = (m-1)A₀

③질량 기준이면 산소분율 0.232로 나눔 (A₀ = O₀/0.232 kg/kg)

④공기비 m 적정범위: 기체 1.1~1.3, 액체 1.2~1.4, 고체 1.4~2.0

⑤m이 크면 완전연소는 쉬우나 배기 열손실이 커진다

📝 대표 기출문제

①[기출유형] O₀ = 2.273 Nm³/kg 일 때 이론공기량은? (답: 2.273 / 0.21 ≒ 10.82 Nm³/kg)

②[기출유형] A₀ = 10.82, m = 1.2 일 때 실제공기량은? (답: 1.2 × 10.82 ≒ 12.99 Nm³/kg)

③[기출유형] 위에서 과잉공기량은? (답: (1.2-1)×10.82 ≒ 2.16 Nm³/kg)