[화공공정실습설계1] 열펌프 결과 레포트(A+)

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목차

Ⅰ. 실험 목적
Ⅱ. 실험 이론
Ⅲ. 실험 기구 및 시약
Ⅳ. 실험 방법
Ⅴ. 실험 결과
Ⅵ. 고찰
Ⅶ. 참고 문헌

본문내용

대로 와 성능계수 계산하기
기능
냉매 유량
측정량
0.3 L/min
0.4 L/min
0.5 L/min
0.6 L/min
0.7 L/min
전력
meter 1회전 시간(s)
13.48
12.65
10.88
10.31
9.32
전기에너지(KW)
0.61
0.70
0.75
0.79
0.88
R22
(압축기)
유량(Kg/s)
0.0050
0.0066
0.0083
0.0010
0.0116
입구압력(kgf/cm2)
1.0
1.0
1.75
2.0
2.2
출구압력(kgf/cm2)
9.3
9.5
10.0
10.0
10.2
입구온도(t1)(℃)
22.0
21.8
21.5
21.1
20.5
출구온도(t2)(℃)
61
66
79
83
87
R22
(팽창벨브)
출구온도(t3)(℃)
-31.8
-29.1
-20.1
-17.4
-10.3
입구온도(t4)(℃)
20.7
21.2
23.0
23.4
24.6
물
(응축기)
유량(Kg/s)
0.05
0.05
0.05
0.05
0.05
입구온도(t5)(℃)
17.5
17.5
17.5
17.5
17.3
출구온도(t6)(℃)
19.5
19.7
20.8
21.2
21.9
QH(kJ/s)
0.418
0.460
0.690
0.774
0.962
COP
0.686
0.657
0.920
0.980
1.094
2) p-h 선도를 이용해 엔탈피값 및 부피값을 찾은 후 COP 계산
측정지점
(유량 - 0.3L/m)
압력(bar)
온도(℃)
엔탈피
(KJ/kg)
엔트로피
(cal/degmol)
1
0.98
22
438
2.02
2
9.12
61
460
1.89
3
0.98
-31.8
395
1.86
4
9.12
20.7
302
1.35
측정지점
(유량 - 0.4L/m)
압력(bar)
온도(℃)
엔탈피
(KJ/kg)
엔트로피
(cal/degmol)
1
0.98
21.8
438
2.02
2
9.32
66
463
1.89
3
0.98
-29.1
397
1.87
4
9.32
21.2
327
1.43
측정지점
(유량 - 0.5L/m)
압력(bar)
온도(℃)
엔탈피
(KJ/kg)
엔트로피
(cal/degmol)
1
1.72
21.5
437
1.96
2
9.81
79
479
1.93
3
1.72
-20.1
402
1.84
4
9.81
23
339
1.47
측정지점
(유량 - 0.6L/m)
압력(bar)
온도(℃)
엔탈피
(KJ/kg)
엔트로피
(cal/degmol)
1
1.96
21.1
436
1.95
2
9.81
83
482
1.94
3
1.96
-17.4
400
1.84
4
9.81
23.4
340
0.69
측정지점
(유량 - 0.7L/m)
압력(bar)
온도(℃)
엔탈피
(KJ/kg)
엔트로피
(cal/degmol)
1
2.16
20.5
433
1.94
2
10.0
87
485
1.95
3
2.16
-10.3
408
1.85
4
10.0
24.6
340
1.50
6. 고찰
이번 실험은 열펌프의 순환과정과 열역학적 메커니즘 및 이론을 이용하여 열 펌프의 성능계수를 구하는 것이 목표이다.
물의 LPM을 증가시킬수록 전력소모량이 증가하고 전력계의 회전속도가 빨라진 것을 알 수 있다.
실험 결과를 분석해보면, 실험 데이터를 토대로 성능계수를 구하는 방법에서는 냉매의 유량을 증가시킬수록 응축기에서 물이 얻은 열량이 증가하고 성능계수 역시 증가하게 된다. 성능계수는 (열량/전력 소비량)으로 나타낼 수 있는데 결과값을 보면 전력량과 열량 둘 다 증가하는 추세를 보인다. 성능계수가 1보다 작다는 것은 집을 따뜻하게 하는데 드는 열의 양보다 압축기에 드는 전기에너지의 양이 더 크다는 말로, 실제로 이러한 성능계수를 가진 열 펌프는 상업성이 떨어져 사용이 불가능하다. 두 번째 방법인 p-h 선도를 이용해 성능계수를 구하는 방법은 실험 데이터를 토대로 구한 값과 조금은 다르다. 먼저 유량이 증가할 수록 사다리꼴 그래프의 밑변은 압력 증가에 따라 올라가고 길이가 짧아진다. 윗 변 역시 압력 증가에 따라 선이 올라가지만 길이는 길어진다. 유량별 성능계수 그래프를 보면 유량이 증가함에 따라 성능계수는 떨어지는 경향을 보인다. 이는 그래프를 해석하는 과정에서 오차가 발생하여 나타난 차이로 볼 수 있다.
오차 원인으로는 다음을 들 수 있다.
첫 번째, 전력계가 한 바퀴 돌 때의 시간을 초시계로 직접 쟀기 때문에 정확성이 떨어진다. 한 바퀴 회전할 때 걸리는 시간을 총 3번 측정하여 그 평균값을 사용하였다. 대부분 일의 자리까지는 같았고 소수점 자리에서 약간의 차이가 나서 사람 손에 의한 측정법 치고는 실험 데이터의 신뢰도가 높았다. 하지만 측정 횟수를 늘리거나 조금 더 정확한 장비를 이용하여 측정한다면 오차율을 더 줄일 수 있다.
두 번째, 물의 유속이 굉장히 불안정했다. 유량이 적을 때는 별 다른 문제가 없었지만 유량을 크게 할 수록 유량계의 플롯눈금이 불안정하게 흔들렸다. 또한 이러한 상황에서 측정을 하는 도중 눈금이 처음 설정한 눈금보다 더 내려갔다. 따라서 수시로 확인을 해주며 실험을 진행하였다. 시간이 지남에 따라 흐름이 안정화되어 눈금이 내려갔다고 생각할 수 있다.
세 번째, 단열이 100% 가능하지 못했다. 시간이 어느정도 지났을 때 단열재를 감싼 부분을 제외하고 실온에 노출된 파이프 관에 공기중의 수증기가 응축되어 하얗게 내려앉았다. 이는 파이프 내를 흐르는 냉각된 물 또는 냉매제가 실내에 존재하는 수증기로부터 열을 얻고 열을 잃은 수증기는 냉각되어 얼었다고 볼 수 있다.
네 번째, p-h 선도를 이용하여 성능계수를 구하는 방법에서 온도와 압력을 이용해 그래프를 그리는 과정을 사람이 직접 그려야해서 실제 그래프와는 차이가 있다. 처음 그래프를 그릴 때와 조금은 능숙해져서 다시 수정한 그래프를 비교해 보았을 때 그 차이가 확연했다. 온도 변화 기울기가 거의 수평과 가까워서 그래프를 조금만 올리거나 내려도 길이가 많이 차이난다.
우리가 가정에서 매달 내는 전기세는 다 이와 같은 메커니즘을 통해 측정되고 계산된다. 약간의 유량차이로도 큰 전력소비량을 나타내는 것을 눈으로 확인했으므로 가정에서 씻으며 낭비하는 물을 생각하면 에너지 낭비를 크게 하고있다는 것이다.
7. 참고문헌
화공공정실습설계1

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