압축인자 (compressibility factor)
쉽게 풀면
이상기체 법칙으로 계산한 부피와 실제 부피의 비를 압축인자 Z라고 합니다. Z가 1이면 이상기체처럼 행동하고, 1보다 작으면 분자 사이 인력이 우세해 실제 부피가 더 작다는 뜻이며, 1보다 크면 분자 자체 크기 때문에 더 크다는 뜻입니다. 고압 가스 배관이나 저장 탱크의 양을 계산할 때 반드시 확인하는 값입니다.
왜 중요한가
천연가스 이송량 산정, 고압 용기 용량 계산, 압축기 성능 평가처럼 기체의 실제 밀도가 곧 돈과 안전으로 직결되는 계산에서 Z는 빠질 수 없습니다. 또한 임계 온도·압력으로 환산한 대응상태 원리 덕분에 물질이 달라도 비슷한 상관도로 Z를 추정할 수 있어, 실험값이 부족한 물질에도 폭넓게 적용됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
이상기체 가정으로 계산한 유량을 Z로 보정하는 실무 계산입니다.
임계 물성으로 환산해 Z를 읽는 고전적 방법을 설명합니다.
조금 더 깊게 보면
압축인자는 Z = PV/(nRT)로 정의되며, 3차 상태방정식을 풀면 부피 대신 Z에 대한 3차식 형태로 정리해 기상과 액상 근을 함께 얻을 수 있습니다. 환산온도와 환산압력만으로 Z를 표시하는 대응상태 원리는 단순 물질에서 잘 맞고, 이심인자를 세 번째 매개변수로 추가하면 정확도가 크게 향상됩니다. 천연가스처럼 혼합물인 경우에는 의사임계 물성을 조합해 혼합물 Z를 구합니다.
주의할 점
Z는 부피의 비이상성만 알려줄 뿐 엔탈피나 엔트로피의 보정값을 직접 주지 않으므로, 에너지수지에는 이탈함수를 별도로 계산해야 합니다. 또한 Z가 1에 가깝다고 해서 모든 물성이 이상기체처럼 거동한다고 단정할 수 없다는 점도 주의해야 합니다.