오르자트 분석으로 배기가스의 CO₂ · O₂ · CO를 재면 연소가 완전한지 판정하고, 공기를 얼마나 넣었는지(공기비 m)를 거꾸로 구할 수 있다. CO가 없으면 간이식 m = 21/(21 - O₂)로 충분하고, CO가 나오면 질소를 기준으로 한 식 m = N₂ ÷ (N₂ - 3.76(O₂ - 0.5CO))로 보정한다. 그림은 건배기가스 조성 막대와 완전 · 불완전 연소 판정, 두 식으로 구한 공기비예요. CO₂ · O₂ · CO 슬라이더를 움직이면 막대와 판정, 두 공기비가 함께 바뀌어요.
문제: 오르자트 분석값으로 공기비를 구한다
배출가스를 재면 CO₂, O₂, CO 농도가 나온다. 이 세 값만으로 연소가 완전한지 판정하고 공기를 얼마나 넣었는지(공기비 m)를 거꾸로 구할 수 있으며, CO가 없으면 간이식으로, CO가 나오면 질소식으로 보정한다.
📋 주어진 조건(예제)
①측정값: CO₂ 13%, O₂ 5%, CO 0%(건배기 · 부피 %)
②질소는 차감법으로 구한다: N₂ = 100 - CO₂ - O₂ - CO
③구할 것: 완전 연소 판정 + 공기비 m
④공기 조성비 3.76 = 질소 79 ÷ 산소 21
풀이: 측정값을 바꾸며 공기비 거꾸로 구하기
13 %
5 %
0 %
seegongsik.com
완전연소: m = 21/(21-O₂). 불완전: m = N₂/(N₂-3.76(O₂-0.5CO)). CO가 보이면 불완전 연소.
배기 CO₂ · O₂ · CO · N₂ 조성 막대와 완전 연소 판정, 간이식 · 질소식 두 공기비를 함께 적은 그림
① 간이 공기비
m = 1.31
21 ÷ (21 - O₂ 5)
② 질소식 공기비
m = 1.30
N₂ 82 ÷ (N₂ - 3.76(O₂-0.5CO))
💡 두 식을 언제 쓰나
①CO ≒ 0(완전 연소)이면 간이식 m = 21/(21-O₂)로 간편하고 충분해요
②CO가 나오면(불완전 연소) 질소식으로 타지 못한 몫을 보정한다
③3.76(O₂ - 0.5CO)는 남은 O₂에서 CO를 마저 태우는 데 드는 0.5CO를 빼 실제 과잉 산소만 남긴 것이에요
④완전 연소면 두 식 결과가 거의 같아 서로 검산이 돼요
CO가 나타나면: 질소식 보정
공기가 모자라면 탄소가 CO₂ 대신 CO로 빠져나온다. 이때 간이식은 공기비를 실제보다 높게 보므로 질소를 기준으로 한 식으로 보정한다. 예를 들어 CO₂ 12%, O₂ 3%, CO 1%면 N₂ = 84%이고 m = 84 / (84 - 3.76×(3 - 0.5×1)) = 84 / 74.6 ≒ 1.13이다.
공기비 역산(완전 연소)
m = 2121 - O2
O₂는 배기 산소 부피 % · CO 무시
공기비 역산(불완전 연소)
m = N2N2 - 3.76(O2 - 0.5 CO)
N₂ = 100 - CO₂ - O₂ - CO(차감법)
🔑 완전 연소 판정 기준
①배기 CO가 0에 가까우면 완전 연소로 본다
②CO가 나오면 공기가 모자라다(공기비 과소)는 신호예요
③매연 · 그을음은 타지 못한 탄소로, 열손실과 오염을 함께 일으킨다
④O₂를 가장 적게 두되 CO가 나오지 않는 지점이 가장 좋은 운전점이에요
검산: 예제 숫자 되짚기
CO₂ 13%, O₂ 5%, CO 0%를 넣으면 CO가 없으니 완전 연소이고, 간이식 m = 21÷(21-5) = 21/16 ≒ 1.31, 질소식은 N₂ = 100-13-5 = 82에서 m = 82÷(82-3.76×5) = 82/63.2 ≒ 1.30이 되어 두 방식이 거의 일치한다(지금 슬라이더는 완전 연소).