완전연소 조성 농도 (Cst)

핵심 공식 / 정의

완전연소 조성 농도(화학양론 조성, Cst) — 공기 중에서 연료가 완전연소하는 이론 혼합비.

$C_{st} = \frac{100}{1 + 4.773 \times n_{O_2}} \;[\text{vol\%}]$

산소양론계수(완전연소에 필요한 O₂ mol수) — 연료 CₙHₘOₗ 기준.

$n_{O_2} = n + \frac{m}{4} - \frac{l}{2}$

최소산소농도(MOC) — 폭발하한계와 산소양론계수의 곱.

$MOC = LFL \times n_{O_2}$

대표 계산 — 메탄(CH₄): n_O₂ = 1+4/4 = 2 → Cst = 100/(1+9.546) ≈ 9.5 vol%. 부탄(C₄H₁₀): n_O₂ = 4+10/4 = 6.5 → Cst ≈ 3.1 vol%.

⚠️ 함정 주의: 4.773은 공기 중 O₂ 1mol당 공기 mol수(1/0.21) — 이 상수를 4.76·79/21 등으로 변형 표기해도 동일. 산소가 포함된 연료(알코올류)는 −l/2 항 누락이 오답의 주 원인.

Cst는 연소 계산의 허브 — Jones식(LFL=0.55Cst), MOC, 이론공기량이 전부 이 값에서 파생
산소양론계수는 완전연소 반응식(CₙHₘ + n_O₂·O₂ → nCO₂ + m/2·H₂O)의 계수 그 자체 — 반응식을 쓸 줄 알면 공식 암기가 검산으로 바뀜
MOC는 불활성화(퍼지)의 목표 농도 — 산소를 MOC 미만으로 낮추면 조성과 무관하게 연소 불가

2018~2022년 기출 7회 · 5개 연도

출제 경향 — 단독 출제보다 Jones식·최소산소농도(MOC) 계산의 1단계로 결합 출제 — 산소양론계수 산정이 채점 포인트.