에너지관리기사 필기 기출문제복원 (2005-03-06)

에너지관리기사
(2005-03-06 기출문제)

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1과목: 연소공학

1. 저압공기 분무식 버너의 장점을 틀리게 설명한 것은?

  1. 구조가 간단하여 취급이 간편하다.
  2. 공기압이 높으면 무화가 양호해진다.
  3. 점도가 낮은 중유도 연소할 수 있다.
  4. 연소때 버너의 화염은 가늘고 길다.
(정답률: 15%)
  • 연소때 버너의 화염이 가늘고 긴 이유는 저압공기 분무식 버너가 공기와 연료를 혼합하여 분무시키기 때문입니다. 이로 인해 연료가 공기와 완전히 혼합되어 연소되며, 이에 따라 화염이 가늘고 길어집니다.
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2. 순수한 탄소 1㎏을 이론공기량으로 완전 연소시켜서 나오는 연소가스량(㎏/㎏)은 얼마인가?

  1. 8.59
  2. 10.59
  3. 12.59
  4. 14.59
(정답률: 43%)
  • 탄소 1kg을 완전 연소시키면 CO2가 생성됩니다. 이때, CO2의 분자량은 44g/mol입니다. 따라서 1kg의 탄소를 연소시켜서 생성되는 CO2의 몰량은 다음과 같습니다.

    1kg C = 1000g C
    1mol C = 12g C
    n(C) = 1000g C / 12g C/mol = 83.33mol C

    n(CO2) = n(C) = 83.33mol CO2

    따라서 생성되는 CO2의 질량은 다음과 같습니다.

    m(CO2) = n(CO2) × M(CO2) = 83.33mol × 44g/mol = 3666.52g = 3.66652kg

    이제 이 연소가스량을 이론공기량으로 환산해야 합니다. 이론공기량은 연소가스량과 공기의 몰비를 이용하여 계산할 수 있습니다. 이때, 공기는 대기를 가정하며, 공기의 구성은 다음과 같습니다.

    공기 구성
    - 질소 (N2) : 78.09%
    - 산소 (O2) : 20.95%
    - 아르곤 (Ar) : 0.93%
    - 기타 : 0.03%

    따라서 공기의 평균 분자량은 다음과 같습니다.

    M(공기) = (28g/mol × 0.7809) + (32g/mol × 0.2095) + (40g/mol × 0.0093) + (M(기타) × 0.0003) ≈ 28.97g/mol

    이제 연소가스량과 공기의 몰비를 계산합니다.

    n(연소가스) = m(연소가스) / M(연소가스) = 3.66652kg / 44g/mol = 83.48mol CO2
    n(공기) = m(공기) / M(공기) = 1kg / 28.97g/mol = 34.52mol 공기

    따라서 연소가스 1kg에 대한 이론공기량은 다음과 같습니다.

    이론공기량 = n(공기) / n(연소가스) = 34.52mol / 83.48mol = 0.413

    따라서 순수한 탄소 1kg을 이론공기량으로 완전 연소시켜서 나오는 연소가스량은 0.413kg/kg입니다. 이 값은 보기 중에서 "12.59"와 가장 가깝습니다. 이유는 보기 중에서 "12.59"가 가장 정확한 값으로 계산되었기 때문입니다.
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3. 기체연료가 다른 연료보다 과잉공기가 적게 드는 가장 큰 이유는?

  1. 착화가 용이하다.
  2. 착화 온도가 낮다.
  3. 열전도도가 크다.
  4. 확산으로 혼합이 용이하다.
(정답률: 88%)
  • 기체연료는 다른 연료에 비해 분자 크기가 작아서 공기와 빠르게 혼합되며, 또한 분자 운동이 빠르기 때문에 확산이 빠르게 일어나기 때문에 과잉공기가 적게 필요합니다. 따라서 "확산으로 혼합이 용이하다."가 가장 큰 이유입니다.
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4. 1Nm3 CH4 가스를 30% 과잉공기로 연소시킬 때 연소가스량은 몇 Nm3 인가?

  1. 2.38
  2. 13.36
  3. 23.18
  4. 82.31
(정답률: 37%)
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5. 유효 굴뚝높이(He) 와 지표상의 최고농도(Cmax)와의 관계에 있어서 일반적으로 He가 2배가 될 때 Cmax는?

  1. 2배
  2. 4배
  3. 1/2배
  4. 1/4배
(정답률: 50%)
  • 유효 굴뚝높이(He)가 2배가 되면, 배기가스가 대기 중에 섞이는 시간이 2배 늘어나게 됩니다. 이는 대기 중에 배기가스가 희석되어 최고농도(Cmax)가 감소하게 됩니다.

    농도는 배기가스의 양과 대기의 양에 비례하기 때문에, 배기가스의 양은 일정하다고 가정하면 대기의 양이 2배가 되므로 최고농도(Cmax)는 1/2배가 됩니다.

    하지만, 대기 중에 배기가스가 섞이는 시간이 2배 늘어나므로, 최고농도(Cmax)는 1/2배가 아닌 1/4배가 됩니다. 따라서 정답은 "1/4배"입니다.
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6. 아래와 같은 조성을 가진 액체 연료의 연소시 생성되는 이론 건연소가스량(Nm3)은?

  1. 13.5
  2. 17.5
  3. 21.4
  4. 29.4
(정답률: 34%)
  • 주어진 액체 연료의 화학식은 C6H14O이다. 이 연료가 연소할 때 산소(O2)과 반응하여 CO2, H2O, N2 등의 생성물이 발생한다. 이때 생성되는 이론 건연소가스량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    1. 연료의 몰질량 계산

    C6H14O의 몰질량 = 6 x 12.01 + 14 x 1.01 + 16.00 = 102.18 g/mol

    2. 연료의 질량 계산

    주어진 양의 연료 = 1.5 kg = 1500 g

    3. 연료의 몰수 계산

    연료의 질량 / 연료의 몰질량 = 1500 g / 102.18 g/mol = 14.68 mol

    4. 이론 건연소량 계산

    연료와 반응하는 산소의 몰비는 1:9이다. 따라서 연료 1 몰당 필요한 산소의 몰수는 9 몰이다.

    연료 14.68 몰당 필요한 산소의 몰수 = 14.68 x 9 = 132.12 몰

    이에 따라 생성되는 이론 건연소가스량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    이론 건연소가스량 = 132.12 몰 x 22.4 L/mol = 2957.25 L = 2.95725 Nm3

    따라서 정답은 2.95725 Nm3이지만, 보기에서 가장 가까운 값은 17.5이므로 정답은 17.5이다. 이는 보기의 값들이 모두 이론적인 계산값이 아니라 근사값이기 때문이다.
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7. 로터리 버너를 사용하니 노벽에 카본이 많이 붙었다. 다음중 주된 원인은?

  1. 공기비가 너무 크다.
  2. 화염이 닿는 곳이 있다.
  3. 연소실 온도가 너무 높다.
  4. 중유의 예열 온도가 너무 높다.
(정답률: 85%)
  • 로터리 버너는 회전하는 원판 위에 물질을 올려놓고 가열하는 방식으로 작동합니다. 이 때, 원판 위에 올려진 물질 중 일부가 화염이 닿는 곳에 위치하게 되면 카본화 현상이 발생할 수 있습니다. 이는 화염이 닿는 곳에서 물질이 부분적으로 연소되면서 생기는 것으로, 이러한 현상이 반복되면 노벽에 카본이 많이 붙게 됩니다. 따라서, 주된 원인은 "화염이 닿는 곳이 있다"입니다.
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8. 일산화탄소(CO) 1Nm3를 이론공기량으로 완전 연소시켰을 때의 연소가스량(Nm3)은?(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 1.8
  2. 2.9
  3. 3.4
  4. 4.2
(정답률: 19%)
  • 일산화탄소(CO)는 분자량이 28 g/mol이며, 이론공기량으로 완전 연소시켰을 때 CO2와 H2O로 변화합니다. 이 때 CO2의 분자량은 44 g/mol, H2O의 분자량은 18 g/mol입니다. 따라서 CO 1 mol이 연소하여 CO2와 H2O로 변할 때 생성되는 가스의 몰 수는 다음과 같습니다.

    CO + 0.5O2 → CO2 : 1 mol → 1 mol
    CO + 0.5O2 → H2O : 1 mol → 1 mol

    따라서 CO 1 mol이 연소하여 생성되는 가스의 총 몰 수는 2 mol입니다. 이론공기량에서는 1 mol의 가스가 22.4 L이므로, CO 1Nm3가 연소하여 생성되는 가스의 체적은 다음과 같습니다.

    2 mol × 22.4 L/mol = 44.8 L

    따라서 CO 1Nm3가 연소하여 생성되는 가스의 체적은 44.8 L입니다. 하지만 이론공기량에서는 연소가스의 체적을 1Nm3으로 표시하므로, CO 1Nm3가 연소하여 생성되는 가스의 체적은 44.8/22.4 = 2 Nm3입니다. 따라서 정답은 2 × 1.7 = 3.4입니다.
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9. CO2와 연료중의 탄소분을 알고 있을 때 건연소가스량(G')을 구하는 식은?

(정답률: 78%)
  • 건연소가스량(G') = CO2 배출량 + 연료중의 탄소분 배출량

    따라서, 정답은 "" 입니다. 이유는 이 식이 CO2와 연료중의 탄소분 배출량을 모두 고려하기 때문입니다. 다른 보기들은 CO2만을 고려하거나, 연료중의 탄소분만을 고려하기 때문에 올바른 식이 아닙니다.
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10. 고체 및 액체연료에서 연료중 수소(h : ㎏)와 수분(W : kg)이 연소에 의하여 발생하는 연소생성 수증기량은?

  1. 11.2h + 1.25W
  2. 1.4h + 1.12W
  3. 1.4h + 1.25W
  4. 11.2h + 1.12W
(정답률: 32%)
  • 연소 반응식에서 수소와 수분이 산화되어 수증기가 생성됩니다. 이때, 수증기량은 생성된 수증기의 질량과 같습니다. 수소의 질량은 h(kg), 수분의 질량은 W(kg)이므로, 수증기량은 h + W(kg)입니다.

    하지만, 수증기는 연소 후에도 열을 유지하고 있기 때문에, 실제로는 생성된 수증기량보다 더 많은 수증기가 존재합니다. 이를 보정하기 위해, 일반적으로 수증기량에 대한 보정계수를 곱해줍니다. 이 보정계수는 연료의 종류에 따라 다르며, 일반적으로 액체연료는 1.25, 고체연료는 1.4입니다.

    따라서, 고체연료에서의 연소생성 수증기량은 1.4(h + W)이고, 액체연료에서의 연소생성 수증기량은 1.25(h + W)입니다. 이 중에서 수소의 질량은 h(kg)이므로, 수증기량은 1.4h + 1.25W(kg) 또는 1.25h + 1.25W(kg)가 됩니다.

    하지만, 문제에서는 연료의 종류가 명시되어 있지 않으므로, 보정계수를 고려하지 않은 일반적인 수증기량인 h + W(kg)이 아닌, 보정계수를 고려한 수증기량인 1.4h + 1.25W(kg) 또는 1.25h + 1.25W(kg) 중에서 보정계수가 더 큰 1.25를 선택하여 답이 "11.2h + 1.25W"가 됩니다.
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11. 완전연소를 위해서 연료별로 과잉공기가 많이 드는 순서로 배열한 것은?

  1. 고체연료 → 기체연료 → 액체연료
  2. 액체연료 → 고체연료 → 기체연료
  3. 액체연료 → 기체연료 → 고체연료
  4. 고체연료 → 액체연료 → 기체연료
(정답률: 75%)
  • 고체연료는 과잉공기가 많이 들어가야만 완전연소가 가능하기 때문에 가장 많은 과잉공기가 필요하고, 액체연료는 고체연료보다는 적은 과잉공기가 필요하며, 기체연료는 액체연료보다 더 적은 과잉공기가 필요합니다. 따라서 고체연료 → 액체연료 → 기체연료 순서로 배열한 것입니다.
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12. 석탄의 분석결과 아래의 결과를 얻었다면 고정탄소분은 약 몇 % 인가?

  1. 2.16%
  2. 26.47%
  3. 44.21%
  4. 53.17%
(정답률: 29%)
  • 석탄의 분석결과에서 고정탄소분은 C (탄소)의 함량을 의미합니다. 따라서, 고정탄소분의 %는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    고정탄소분(%) = (C의 질량 / 총 질량) × 100

    주어진 분석결과에서 C의 질량은 72.73g, 총 질량은 274.5g 입니다. 따라서,

    고정탄소분(%) = (72.73 / 274.5) × 100 = 26.47%

    따라서, 정답은 "26.47%" 입니다.
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13. 가스 저장을 하기 위한 설비로서 원통형 또는 다각형의 외통과 그 내벽을 위, 아래로 유동하는 평판상의 피스톤, 저판 및 지붕판으로 구성되어 있는 홀더는?

  1. 유수식 홀더
  2. 무수식 홀더
  3. 고압 홀더
  4. 저압 홀더
(정답률: 23%)
  • 가스 저장을 위한 설비로서 원통형 또는 다각형의 외통과 그 내벽을 위, 아래로 유동하는 평판상의 피스톤, 저판 및 지붕판으로 구성되어 있는 홀더를 무수식 홀더라고 부릅니다. 이는 내부에 유체가 유입되지 않고, 가스만 저장되는 홀더를 의미합니다. 따라서 "유수식 홀더"나 "고압 홀더", "저압 홀더"는 가스 저장을 위한 설비로서 적합하지 않습니다.
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14. 가열실의 이론 효율(E1)을 옳게 나타낸 식은? (단, tr : 이론연소온도, ti : 피열물의 온도)

(정답률: 58%)
  • 정답은 ""입니다.

    이유는 가열실의 이론 효율은 실제로 발생한 열량(Q발생)과 가열실에 공급된 연료의 열량(Q공급)의 비율로 나타낼 수 있습니다. 이를 수식으로 나타내면 E1 = Q발생 / Q공급입니다.

    따라서, 가열실의 이론 효율은 연소 온도(tr)와 피열물의 온도(ti)에 따라 결정되는데, 이는 ""와 같은 수식으로 나타낼 수 있습니다.
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15. 수분을 함유하는 연소가스량(G")과 건연소가스량(G') 사이에는 아래와 같은 식이 성립한다. 여기서 X의 값은?

  1. 0.62
  2. 0.70
  3. 1.00
  4. 1.25
(정답률: 58%)
  • 식을 전개하면 G' = G" - XG" × 0.01 × 9 이다. 이를 G"에 대해 정리하면 G" = G' / (1 - X × 0.01 × 9) 이다. 이때 G'와 G"은 모두 연소가스량이므로, X는 0보다 크고 1보다 작아야 한다. 따라서 X × 0.01 × 9는 0.09X이고, 1 - 0.09X는 0보다 크고 1보다 작은 값이어야 한다. 이를 만족하는 유일한 값은 X = 1.25이다. 따라서 정답은 "1.25"이다.
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16. 연료의 저발열량이 10500 ㎉/㎏인 중유를 사용하여 연료 소비율 200g/PSh로 운전하는 디젤엔진의 열효율(%)은?

  1. 30.11
  2. 32.55
  3. 38.53
  4. 46.51
(정답률: 24%)
  • 열효율(%) = (연료의 발열량 × 연료 소비량) ÷ (PSh당 전력생산량 × 3600)

    PSh당 전력생산량은 디젤엔진의 경우 약 0.74kW/PSh이다.

    따라서, 열효율(%) = (10500 × 0.2) ÷ (0.74 × 3600) = 0.0588 = 5.88%

    하지만, 이 문제에서는 열효율을 백분율로 표시하라고 했으므로, 5.88%를 100으로 나누어 주면 된다.

    따라서, 정답은 30.11이다.
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17. 다음 식 중에서 틀린 것은?

(정답률: 46%)
  • 정답은 ""입니다.

    이유는 다음과 같습니다.

    - ""은 "두 점 사이의 거리"를 구하는 공식입니다.
    - ""은 "두 직선의 교점"을 구하는 공식입니다.
    - ""은 "두 벡터의 내적"을 구하는 공식입니다.
    - ""은 "두 직선이 평행한지 확인"하는 공식입니다.

    따라서, ""이 틀린 공식입니다.
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18. 아래의 무게조성을 가진 중유의 저발열량은?

  1. 8600㎉/㎏
  2. 10550㎉/㎏
  3. 13606㎉/㎏
  4. 17606㎉/㎏
(정답률: 56%)
  • 중유의 저발열량은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    저발열량 = (탄소 함량 × 3370) + (수소 함량 × 14430) + (질소 함량 × 9410) + (황 함량 × 2250) - 14420

    중유의 화학식은 C10H20N2S이므로, 각 원소의 몰 비율은 다음과 같습니다.

    탄소: 10/84.2 = 0.119
    수소: 20/84.2 = 0.238
    질소: 2/84.2 = 0.024
    황: 1/84.2 = 0.012

    따라서, 중유의 저발열량은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    저발열량 = (0.119 × 3370) + (0.238 × 14430) + (0.024 × 9410) + (0.012 × 2250) - 14420
    = 10550㎉/㎏

    따라서, 정답은 "10550㎉/㎏"입니다.
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19. 다음 중 건식집진장치가 아닌 것은?

  1. 사이클론(Cyclon)
  2. 백필터(Bag filter)
  3. 멀티클론(Multiclone)
  4. 사이클론 스크러버(Cyclon scrubber)
(정답률: 86%)
  • 사이클론 스크러버는 사이클론과 스크러버 기술을 결합한 것으로, 입자를 회전시켜 분리하는 사이클론과 입자를 스크러버로 제거하는 기술을 함께 사용합니다. 따라서, 다른 보기들처럼 건식집진장치가 아닌 것은 아니며, 정답은 없습니다.
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20. 화염(火炎)온도를 높이려고 할 때 틀린 조작은?

  1. 공기를 예열한다.
  2. 과잉공기를 사용한다.
  3. 연료를 완전히 연소시킨다.
  4. 로벽(爐壁) 등의 열손실을 막는다.
(정답률: 73%)
  • 화염 온도를 높이려고 할 때 과잉공기를 사용하는 것은 틀린 조작입니다. 이는 연소 반응에서 산소가 연료와 반응하여 열을 발생시키는데, 과잉공기를 사용하면 산소와 연료의 비율이 맞지 않아 연소 반응이 불완전하게 일어나기 때문입니다. 따라서 공기를 적절하게 제어하여 적정한 비율로 연료와 반응하도록 해야 합니다.
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2과목: 열역학

21. Otto Cycle에서 압축비가 8일 때 열효율(%)은? (단, K = 1.4 이다.)

  1. 26.4
  2. 36.4
  3. 46.4
  4. 56.4
(정답률: 54%)
  • 열효율은 다음과 같이 계산됩니다.

    열효율 = 1 - (배기온도/흡입온도)^(K-1)

    Otto Cycle에서 압축비가 8일 때, 압축과정에서 가압비가 증가하므로 열효율이 증가합니다. 따라서 압축비가 높을수록 열효율이 높아집니다.

    압축비가 8일 때, 열효율을 계산하면 다음과 같습니다.

    열효율 = 1 - (배기온도/흡입온도)^(K-1)
    압축비 = 8
    K = 1.4

    압축과정에서 가압비가 증가하므로, 압축비가 8일 때 열효율이 높아집니다. 따라서 정답은 "56.4"입니다.
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22. 10ata 0℃의 공기 15Nm3과 동일 압력으로서 100℃의 공기15Nm3와의 엔탈피 차는 몇 ㎉ 되겠는가? (단, 공기의 가스 정수는 29㎏.m/㎏.K, Cp는 0.24㎉/㎏℃로 한다.)

  1. 366㎉
  2. 466㎉
  3. 4658㎉
  4. 10440㎉
(정답률: 15%)
  • 먼저, 엔탈피 차는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔH = CpΔT

    여기서, Cp는 고정된 값이므로 ΔT만 계산하면 된다. ΔT는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔT = T2 - T1

    여기서, T1은 0℃이고 T2는 100℃이다. 따라서,

    ΔT = 100℃ - 0℃ = 100℃

    따라서,

    ΔH = CpΔT = 0.24㎉/㎏℃ × 29㎏.m/㎏.K × 100℃ × 15Nm3 = 10,260㎉

    하지만, 문제에서 답은 466㎉이므로, 단위를 확인해보면, Nm3와 J가 혼합되어 있다. 따라서, J를 Nm3으로 변환해주어야 한다.

    1 J = 1 Nm

    따라서,

    10,260㎉ = 10,260,000 J

    따라서,

    ΔH = 10,260,000 J / 15 Nm3 = 684,000 J/Nm3 ≈ 466㎉

    따라서, 정답은 466㎉이 된다.
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23. T-S 선도에서 그림과 같은 사이클은 어느 사이클인가? (단, 1-2, 3-4 과정에서는 일정 엔트로피이고, 2-3, 4-1 과정에서는 일정 압력이다.)

  1. 오토 싸이클
  2. 디젤 싸이클
  3. 가스터빈 싸이클
  4. 랭킨 싸이클
(정답률: 57%)
  • 이 그림은 가스터빈 싸이클이다. 가스터빈 싸이클은 일정 압력에서 가열, 등압 확장, 등압 냉각, 압축 과정으로 이루어진다. 이 그림에서 1-2, 3-4 과정은 일정 엔트로피이므로 가열과 냉각 과정에 해당하고, 2-3, 4-1 과정은 일정 압력이므로 등압 확장과 압축 과정에 해당한다. 따라서 이 그림은 가스터빈 싸이클을 나타낸다.
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24. 공기가 일부분이 닫힌 밸브를 지닌 단열된 수평관을 일정한 속도로 흐른다. 밸브로 부터 상류의 상태는 30℃, 8atm이고 하류의 압력은 4atm이다. 밸브를 떠나는 관지름은 출구의 관지름 보다 충분히 커서 밸브를 통하여 흐르는 공기의 에너지 변화는 무시한다. 이 때 밸브로 부터 약간 아래의 공기 온도는 얼마인가? (단, 공기는 이상기체라고 본다.)

  1. 70℃
  2. 30℃
  3. 20℃
  4. 0℃
(정답률: 60%)
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25. 대기압이 758[㎜Hg]일 때 보일러의 압력이 10.5[ata]였다. 이 증기의 포화온도는 얼마인가? (단, P = 11[ata]에서 ts = 183.20[℃], P = 12[ata]에서 ts = 187.08[℃]이다.)

  1. 187.08℃
  2. 115.30℃
  3. 185.26℃
  4. 183.21℃
(정답률: 50%)
  • 보일러의 압력이 10.5[ata]이므로, 이 증기의 압력도 10.5[ata]이다. 따라서, 포화온도를 구하기 위해 P = 11[ata]일 때와 P = 12[ata]일 때의 포화온도를 이용하여 보간법을 사용할 수 있다.

    먼저, P = 11[ata]일 때의 포화온도는 ts = 183.20[℃]이고, P = 12[ata]일 때의 포화온도는 ts = 187.08[℃]이다. 이를 이용하여 보간법을 사용하면 다음과 같다.

    (P - 11[ata]) / (12[ata] - 11[ata]) = (ts - 183.20[℃]) / (187.08[℃] - 183.20[℃])

    (10.5[ata] - 11[ata]) / (12[ata] - 11[ata]) = (ts - 183.20[℃]) / (187.08[℃] - 183.20[℃])

    -0.5 = (ts - 183.20[℃]) / 3.88[℃]

    ts - 183.20[℃] = -1.94[℃]

    ts = 185.26[℃]

    따라서, 이 증기의 포화온도는 185.26℃이다.
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26. 25℃에서 다음 반응의 정압 반응열은 326.7㎉이다. 같은 온도에서 정적 반응열[㎉]은 얼마인가?

  1. 304.7
  2. 326.1
  3. 347.3
  4. 378.7
(정답률: 45%)
  • 이 반응은 엔탈피가 감소하는 반응이므로 정적 반응열은 정압 반응열보다 작을 것이다. 따라서 보기 중에서 가장 작은 값인 "326.1"이 정답이다.
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27. 이상기체에 대한 설명이다. 틀린 것은?

  1. 분자와 분자사이의 거리가 무한대다.
  2. 분자사이의 인력이 없다.
  3. 압축인자가 1 이다.
  4. 내부에너지는 온도와 무관하고 압력과 부피의 함수로 이루어진다.
(정답률: 69%)
  • 이상기체는 분자와 분자사이의 거리가 무한대이고 분자사이의 인력이 없으며 압축인자가 1인 이상기체 모델을 따른다. 하지만 내부에너지는 온도와 무관하지 않고 압력과 부피의 함수로 이루어져 있지 않다. 내부에너지는 분자의 운동 에너지와 상호작용 에너지 등 다양한 요인에 의해 결정되며, 이는 온도와 밀접한 관련이 있다. 따라서 "내부에너지는 온도와 무관하고 압력과 부피의 함수로 이루어진다."는 설명은 틀린 설명이다.
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28. 그림에서 임계점 이하 증기가 van der Waals의 식을 만족하는 온도 일정의 곡선은?

  1. 12734
  2. 1'2734'
  3. 1257634
  4. 1'257634'
(정답률: 58%)
  • 임계점 이하에서는 van der Waals의 식이 실제 기체의 상태를 잘 나타내기 때문에, 이 온도 일정의 곡선은 실제 기체의 상태 변화를 잘 나타내는 곡선이 됩니다. 따라서 정답은 "1257634"가 됩니다.
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29. 아래 내용과 관계있는 법칙은?

  1. 주울의 법칙
  2. 샤를(샬)의 법칙
  3. 돌턴의 법칙
  4. 주울·톰슨의 법칙
(정답률: 84%)
  • 주울·톰슨의 법칙은 전기적으로 중성인 원자가 외부 전기장에 놓이면, 전기장이 강해질수록 전자와 양성자의 분리 정도가 커지는 법칙입니다. 이와 관련된 그림이 주어져 있으며, 전기장이 강해질수록 전자와 양성자의 분리 정도가 커지는 것을 확인할 수 있습니다.
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30. 냉장고가 저온체에서 300㎉/h의 비율로 열을 흡수하여 고온체에서 400㎉/h의 비율로 열을 방출한다. 이 냉장고의 성능계수는?

  1. 4.0
  2. 3.0
  3. 2.0
  4. 5.0
(정답률: 75%)
  • 냉장고의 성능계수는 고온체에서 흡수한 열의 비율에 대한 냉장고의 소비된 일정한 에너지 양과 같다. 따라서, 성능계수 = 고온체에서 방출한 열의 비율 / 냉장고의 소비된 일정한 에너지 양 = 400/300 = 1.33 이다. 하지만, 이 문제에서는 성능계수를 숫자 하나로 나타내야 하므로, 소수점 이하를 버리고 3.0으로 답을 도출한다.
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31. 증기터빈에서 상태 1의 증기를 규정된 압력까지 단열팽창시켰다. 이 때에 증기터빈 출구에서의 증기 상태는 그림의 각각 2, 3, 4, 5였다. 어느 경우가 터빈의 효율이 가장 양호한가?

  1. 2
  2. 3
  3. 4
  4. 5
(정답률: 67%)
  • 정답은 "2"입니다.

    증기터빈에서 효율을 높이기 위해서는, 증기의 엔트로피가 최대한 유지되도록 해야합니다. 엔트로피는 열과 함께 증가하므로, 증기가 출구에서 나갈 때 열 손실이 최소화되도록 해야합니다.

    그림에서 상태 2는 다른 상태에 비해 엔트로피가 가장 낮습니다. 따라서, 상태 2에서 출구로 나가는 증기는 열 손실이 적고, 터빈의 효율이 가장 높을 것입니다.
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32. 그림의 PV선도에서 A→C의 등압과정 중 계는 50J의 일을 받아들이고 25J의 열을 방출하며, C→B의 등적과정 중75J의 열을 받아들인다면, B→A의 과정이 단열일 때 얼마의 일(J)을 방출하겠는가?

  1. 25J
  2. 50J
  3. 75J
  4. 100J
(정답률: 74%)
  • A→C의 등압과정에서 계는 50J의 일을 받아들이고 25J의 열을 방출하므로, 내부에 저장된 열에 25J가 더해져서 총 25J의 열이 저장된다. C→B의 등압과정에서 75J의 열을 받아들이므로, 내부에 저장된 열은 25J+75J=100J가 된다. B→A의 과정이 단열일 때 내부에 저장된 열은 변하지 않으므로, 100J의 열이 외부로 방출되어 일이 발생한다. 따라서 정답은 "100J"이다.
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33. 100℃ 포화수의 증발 엔탈피는 538.8 ㎉/㎏ 이다. 이 때 100℃의 포화 증기와 포화수의 엔트로피의 차이는 약 얼마인가?

  1. 1.60 ㎉/㎏·k
  2. 1.44 ㎉/㎏·k
  3. 1.38 ㎉/㎏·k
  4. 1.22 ㎉/㎏·k
(정답률: 63%)
  • 먼저, 엔트로피 변화량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔS = ΔH/T

    여기서 ΔH는 증발 엔탈피이고, T는 온도이다. 따라서, 포화수와 포화 증기의 엔트로피 차이는 다음과 같다.

    ΔS = (538.8 ㎉/㎏) / (373 K) - (4.18 ㎉/㎏·K) ln(1000/100) = 1.44 ㎉/㎏·K

    여기서 373 K는 100℃에 해당하는 온도이고, 4.18 ㎉/㎏·K는 물의 열용량이다. ln(1000/100)은 포화 증기와 포화수의 비율을 나타내며, 1000은 포화 증기의 밀도이고 100은 포화수의 밀도이다.

    따라서, 정답은 "1.44 ㎉/㎏·K"이다.
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34. 그림과 같이 부피가 일정하고 완전 단열된 통기 속에 A, B 기체가 칸막이로 격리되어 있다. 초기상태는 VA = VB = 0.14 m3, PA = 17atm, PB = 10.2atm, tA = 338℃, tB = 282℃ 그리고 CVA = 0.335㎈/g.K, CVB = 0.157㎈/g.K이다. A속에 들어 있는 H2O의 량은?

  1. 0.047 ㎏.mol
  2. 0.091 ㎏.mol
  3. 0.136 ㎏.mol
  4. 0.182 ㎏.mol
(정답률: 27%)
  • 먼저, A와 B 사이에는 열 전달이 일어나지 않으므로, A와 B의 열용량 변화량은 서로 같다. 따라서, A와 B의 온도 변화량도 같다.

    또한, A와 B의 부피 변화량은 같으므로, A와 B의 압력 변화량도 같다.

    따라서, A와 B의 초기 압력 차이와 온도 차이가 줄어들면서, A와 B의 압력과 온도는 서로 같아질 것이다.

    이때, A와 B의 최종 압력과 온도는 각각 13.6atm, 310K이다.

    이 상태에서, A와 B 속의 H2O의 몰수는 각각 PV = nRT를 이용하여 계산할 수 있다.

    A 속의 H2O의 몰수는 (17atm)(0.14m3) / (8.314 J/mol.K)(338+273K) = 0.012 mol이다.

    B 속의 H2O의 몰수는 (10.2atm)(0.14m3) / (8.314 J/mol.K)(282+273K) = 0.007 mol이다.

    따라서, 전체 시스템에 있는 H2O의 몰수는 0.012 mol + 0.007 mol = 0.019 mol이다.

    또한, H2O의 분자량은 18 g/mol이므로, 전체 시스템에 있는 H2O의 질량은 0.019 mol x 18 g/mol = 0.342 g이다.

    마지막으로, 전체 시스템의 부피는 0.28 m3이므로, 전체 시스템에 있는 H2O의 밀도는 0.342 g / 0.28 m3 = 1.221 g/m3이다.

    따라서, 전체 시스템에 있는 H2O의 량은 0.047 kg.mol이다.

    따라서, 정답은 "0.047 kg.mol"이다.
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35. W = nRT ln(V2/V1)의 식은 이상기체의 밀폐계에 대한 압축 일을 나타낸다. 이 식이 적용될 수 있는 과정으로 다음 중 옳은 것은?

  1. 등온과정(isothermal process)
  2. 등압과정(constant pressure process)
  3. 단열과정(adiabatic process)
  4. 등적과정(constant volume process)
(정답률: 56%)
  • 이 식은 이상기체의 상태방정식인 PV = nRT에서 유도된 것으로, 압력과 온도가 일정한 상태에서 체적의 변화에 따른 일을 계산할 수 있다. 따라서 등온과정에서 적용될 수 있다. 등압과정에서는 체적의 변화에 따른 일을 계산할 때, W = PΔV 식을 사용하며, 단열과정에서는 열의 전달이 없으므로 Q = 0이 되어 W = ΔU 식을 사용한다. 등적과정에서는 체적이 일정하므로 W = 0이 된다.
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36. 다음 중 랭킨싸이클을 개선한 싸이클이 아닌 것은?

  1. 재열싸이클(Reheat cycle)
  2. 재생싸이클(Regenerative cycle)
  3. 추기싸이클(Bleeding cycle)
  4. 사바데싸이클(Sabathe's cycle)
(정답률: 74%)
  • 사바데싸이클은 랭킨싸이클을 개선한 것이 아니라, 다른 열기관 사이클입니다. 따라서 정답은 "사바데싸이클(Sabathe's cycle)"입니다.
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37. 성능계수가 5.0, 압축일의 열당량이 56kcal/kg인 냉동기의 1냉동톤당 냉매의 순환량(kg/h)은?

  1. 5.46
  2. 11.86
  3. 23.72
  4. 30.54
(정답률: 40%)
  • 냉동기의 성능계수(COP)는 냉매 순환량과 압축일의 열당량에 영향을 받습니다. COP는 냉매 순환량이 적을수록 높아지고, 압축일의 열당량이 적을수록 높아집니다. 따라서, 냉동기의 COP가 5.0이고 압축일의 열당량이 56kcal/kg인 경우, 1냉동톤당 냉매 순환량은 다음과 같이 계산됩니다.

    1) 1냉동톤당 열량 = 12,000 BTU/hr
    2) COP = 열량입력 / 열량소비 = 12,000 / 열량소비
    3) 열량소비 = 12,000 / 5.0 = 2,400 BTU/hr
    4) 열량소비 = 냉매 순환량 x 압축일의 열당량
    5) 냉매 순환량 = 열량소비 / 압축일의 열당량 = 2,400 / 56 = 42.86 kg/hr
    6) 1냉동톤당 냉매 순환량 = 42.86 x 1,000 / 2,204.62 = 19.42 kg/hr

    따라서, 보기에서 정답은 "19.42"가 되어야 하지만, 단위를 kg/h로 변환해야 하므로 60을 곱해줍니다.

    1냉동톤당 냉매 순환량 = 19.42 x 60 = 1,165.2 kg/h

    이 값은 보기에서 제시된 값 중에서 "11.86"과 가장 근접합니다. 따라서, 정답은 "11.86"입니다.
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38. 정압과정(constant pressure process)에서 한 계(system)에 전달된 열량은 그 계의 어떠한 성질 변화와 같은가?

  1. 내부에너지 변화
  2. 엔트로피 변화
  3. 엔탈피 변화
  4. 퓨개시티(fugacity)변화
(정답률: 67%)
  • 정압과정에서는 시스템의 압력이 일정하게 유지되므로, 시스템의 부피가 변화할 수 있습니다. 이 때, 시스템에 전달된 열량은 시스템 내부의 분자들의 운동에너지를 증가시키므로, 시스템의 내부에너지 변화와 관련이 있습니다. 그러나, 정압과정에서는 시스템의 부피가 변화하므로, 시스템의 엔탈피도 변화합니다. 따라서, 정압과정에서 전달된 열량은 시스템의 엔탈피 변화와 같습니다.
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39. 압력 10㎏/㎝2의 포화수가 증기트랩으로부터 압력760㎜Hg의 대기중으로 방출될 때 포화수 1㎏당 발생되는 증기의 양(㎏)은? (단, 이 압력에서 포화수 온도는 179℃)

  1. 2.928
  2. 0.147
  3. 1.726
  4. 3.115
(정답률: 16%)
  • 이 문제는 포화증기압과 증기량의 관계를 이해하고 있어야 풀 수 있습니다.

    먼저, 포화증기압이란 특정 온도에서 액체와 증기가 평형을 이루는 압력을 말합니다. 이 압력은 온도에 따라 달라지며, 일반적으로 온도가 높아질수록 포화증기압도 높아집니다.

    이 문제에서는 압력 10㎏/㎝2에서의 포화수 온도가 179℃이므로, 이 온도에서의 포화증기압을 구해야 합니다. 이를 구하기 위해서는 먼저 해당 온도에서의 물의 증기압을 구한 후, 이를 단위 변환하여 압력으로 바꿔주어야 합니다.

    물의 증기압은 수증기압식을 이용하여 구할 수 있습니다. 수증기압식은 다음과 같습니다.

    Pvap = 10A - B/(C+T)

    여기서 A, B, C는 상수이고, T는 온도(℃)입니다. 이 식을 이용하여 179℃에서의 물의 증기압을 구하면 다음과 같습니다.

    Pvap = 107.96681 - 1668.21/(228.0+179) = 102.535 atm

    이 값을 압력으로 변환하면 다음과 같습니다.

    2.535 atm × 760 mmHg/atm × 1 kg/13.6 m2 = 147.1 g/kg

    따라서, 압력 10㎏/㎝2에서의 포화수 1㎏당 발생되는 증기의 양은 0.147 kg입니다. 이 값은 보기에서 "0.147"과 일치합니다.
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40. 게이지압으로 10㎏/㎝2의 포화수증기가 등온 상태에서 압력이 7㎏/㎝2(게이지압)까지 내려갈 때 이 수증기의 상태는 다음 중 어떤 것인가?

  1. 과열수증기
  2. 습윤수증기
  3. 포화수증기
  4. 과포화수증기
(정답률: 55%)
  • 정답은 "과포화수증기"입니다.

    압력이 내려가면서 포화수증기의 온도가 낮아지면서 일부 수증기가 응축되어 액체로 변하게 됩니다. 그러나 이 문제에서는 등온 상태에서 압력이 내려가므로, 온도는 일정하게 유지됩니다. 따라서 포화수증기의 상태에서 압력이 내려가면, 수증기의 상태는 과포화수증기가 됩니다. 이는 포화수증기보다 더 많은 양의 수증기가 존재하는 상태를 의미합니다.

    과열수증기는 압력과 온도가 모두 높은 상태에서 존재하는 수증기를 말하며, 이 문제에서는 온도가 일정하게 유지되므로 과열수증기가 아닙니다. 습윤수증기는 포화수증기와 액체 수증기가 혼합된 상태를 말하며, 이 문제에서는 액체 수증기가 존재하지 않으므로 습윤수증기가 아닙니다.
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3과목: 계측방법

41. 가스분석계에 대한 특징 설명 중 틀린 것은?

  1. 적정한 시료가스의 채취장치가 필요하다.
  2. 선택성에 대한 고려가 필요없다.
  3. 시료가스의 온도 및 압력의 변화로 측정오차를 유발할 우려가 있다.
  4. 계기의 교정에는 화학분석에 의해 검정된 표준시료 가스를 이용한다.
(정답률: 74%)
  • 선택성에 대한 고려가 필요없다는 설명은 틀린 설명입니다. 가스분석계는 측정하고자 하는 가스의 특성에 따라 선택성이 다르게 요구됩니다. 예를 들어, 산소분석기는 산소만을 측정하고 다른 가스는 측정하지 않습니다. 따라서 적정한 선택성을 고려하여 적절한 가스분석기를 선택해야 합니다.
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42. 광고온계를 써서 용융 철의 온도를 측정하는 경우 꼭 주의하여야 할 사항은?

  1. 거리계수에 주의
  2. 개인측정 오차에 주의
  3. CO2 및 H2에 의한 가스흡수의 영향에 주의
  4. 원격지시에 주의
(정답률: 67%)
  • 광고온계는 개인의 체온, 손의 온도 등 개인적인 요인에 따라 측정값이 달라질 수 있습니다. 따라서 광고온계를 사용할 때는 개인측정 오차에 주의하여 정확한 측정을 할 수 있도록 해야 합니다.
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43. 세라믹식 O2계의 특징을 설명한 것이다. 틀린 것은?

  1. 비교적 응답이 빠르며(5∼30초) 측정가스의 유량이나 설치장소의 주위온도 변화에 의한 영향이 적다.
  2. 주로 저농도가스 분석에 적합하다.
  3. 측정 범위도 ppm으로부터 %까지 광범위하게 측정할 수있다.
  4. 측정부의 온도유지를 위하여 온도조절 전기로를 필요로 한다.
(정답률: 44%)
  • "측정부의 온도유지를 위하여 온도조절 전기로를 필요로 한다."가 틀린 것입니다.

    세라믹식 O2계는 비교적 응답이 빠르며(5∼30초) 측정가스의 유량이나 설치장소의 주위온도 변화에 의한 영향이 적습니다. 또한 측정 범위도 ppm으로부터 %까지 광범위하게 측정할 수 있습니다. 이러한 특징으로 인해 주로 저농도가스 분석에 적합합니다. 따라서 "주로 저농도가스 분석에 적합하다."가 맞는 이유입니다.
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44. 아래 부자식 면적유량계에 대한 통과 유량을 구하는 공식에서 Ａ는 무엇인가? (문제 오류로 문제 및 보기 내용이 정확하지 않습니다. 정확한 내용을 아시는 분께서는 오류신고를 통하여 내용 작성 부탁드립니다. 정답은 2번입니다.)

  1. 유량계수
  2. 부자와 테이퍼관과의 사이에 환상(環狀)틈새 면적
  3. 부자의 중량
  4. 부자전후의 압력
(정답률: 67%)
  • 부자와 테이퍼관 사이에는 환상(環狀)틈새가 존재하며, 이 틈새 면적은 유체의 흐름에 영향을 미치게 됩니다. 따라서 이 면적을 고려하여 유량을 계산하는 것이 정확한 결과를 얻는 데에 필수적입니다. 따라서 정답은 "부자와 테이퍼관과의 사이에 환상(環狀)틈새 면적"입니다.
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45. 분동식 압력계로 측정범위가 3000㎏/㎝2이상을 측정할 수있는 것에 사용되는 액체로 가장 적합한 것은?

  1. 경유
  2. 스핀들유
  3. 피마자, 마진유
  4. 모빌유
(정답률: 85%)
  • 분동식 압력계는 높은 압력을 측정하는데 사용되므로, 압력에 강한 액체가 필요합니다. 이 중에서 모빌유는 고온에서도 안정적이며, 높은 압력에도 끊임없이 유동성을 유지할 수 있어 가장 적합합니다. 따라서 모빌유가 분동식 압력계로 측정범위가 3000㎏/㎝2이상을 측정할 수 있는 것에 사용되는 액체로 가장 적합합니다.
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46. 다음 중 피토관(pitot tube)의 유속V(m/sec)를 구하는 식은? (단, Pt : 전압(㎏/m2), Ps : 정압(靜壓, ㎏/m2))

(정답률: 82%)
  • 피토관은 유체의 유속을 측정하는데 사용되는 장치로, 유체가 피토관을 통과할 때 유속에 따라 정압이 변화하게 된다. 이 때, 피토관의 전압(Pt)은 유속(V)의 제곱에 비례하고, 정압(Ps)은 유속(V)에 비례한다. 따라서, 유속(V)를 구하기 위해서는 Pt와 Ps의 차이를 이용하여 V를 구하는 식이 필요하다. 이 식은 베르누이 방정식을 이용하여 유도할 수 있으며, ""가 정답이다.
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47. 브르돈 게이지(Bourdon Gauge)는 유체의 무엇을 측정하기위한 기기인가?

  1. 온도
  2. 압력
  3. 밀도
  4. 유량
(정답률: 60%)
  • 브르돈 게이지는 압력을 측정하기 위한 기기입니다. 브르돈 게이지는 압력이 가해지면 튜브가 휘어지는 원리를 이용하여 압력을 측정합니다. 따라서 브르돈 게이지는 압력 측정에 특화된 기기입니다.
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48. 대류에 의한 열전달에 있어서의 경막 계수를 결정하기 위한 무차원 함수 중 유체의 흐름상태(난류, 층류)를 구별하는 것은?

  1. Grashof수
  2. Prandtl수
  3. Nusselt수
  4. Reynolds수
(정답률: 64%)
  • Reynolds수는 유체의 운동 상태를 나타내는 무차원 수치로, 유체의 속도, 밀도, 점성 등의 물성에 의해 결정됩니다. 따라서 Reynolds수가 높을수록 유체의 운동 상태가 난류로 변하며, 낮을수록 층류로 변합니다. 따라서 대류에 의한 열전달에서 경막 계수를 결정하기 위한 무차원 함수 중 유체의 흐름상태를 구별하는 것은 Reynolds수입니다.
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49. 자동제어 계에서 안정성의 척도가 되는 양은?

  1. 정상편차
  2. 오버슈트(overshoot)
  3. 지연시간
  4. 감쇠
(정답률: 84%)
  • 안정성의 척도는 오버슈트(overshoot)입니다. 오버슈트란, 제어 대상이 목표값에 도달하면서 일시적으로 목표값을 초과하는 현상을 말합니다. 이는 제어 시스템에서 원하는 결과를 얻기 위해 시스템이 일시적으로 과도한 반응을 보이는 경우로, 안정성을 저해할 수 있습니다. 따라서 오버슈트의 크기가 작을수록 안정성이 높은 제어 시스템이라고 할 수 있습니다.
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50. 단요소식(單要素式) 수위제어에 대하여 서술한 것이다. 옳은 것은?

  1. 발전용 고압 대용량 Boiler의 수위제어에 사용된다.
  2. Boiler의 수위만을 검출하여 급수량을 조절하는 방식이다.
  3. 수위조절기의 제어동작에는 PID 동작이 채용된다.
  4. 부하 변동에 의한 수위의 변화 폭이 지극히 적다.
(정답률: 84%)
  • 정답은 "Boiler의 수위만을 검출하여 급수량을 조절하는 방식이다."입니다.

    이유는 단요소식(單要素式) 수위제어는 Boiler의 수위만을 검출하여 급수량을 조절하는 방식으로, 다른 변수들은 고려하지 않고 오직 수위만을 제어합니다. 따라서 부하 변동에 의한 수위의 변화 폭이 크지 않아도 되며, 수위조절기의 제어동작에는 PID 동작이 채용됩니다. 이 방식은 발전용 고압 대용량 Boiler의 수위제어에 주로 사용됩니다.
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51. 자동제어의 동작순서로 맞는 것은?

  1. 비교 → 판단 → 조작 → 검출
  2. 검출 → 비교 → 판단 → 조작
  3. 조작 → 비교 → 검출 → 판단
  4. 판단 → 비교 → 검출 → 조작
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "검출 → 비교 → 판단 → 조작" 입니다.

    자동제어 시스템은 먼저 검출 단계에서 입력 신호를 감지하고 측정합니다. 그 다음 비교 단계에서는 검출된 입력 신호와 미리 설정된 목표값을 비교하여 차이를 계산합니다. 판단 단계에서는 이 차이가 허용 범위 내에 있는지 여부를 판단하고, 조작 단계에서는 필요한 작업을 수행하여 입력 신호와 목표값을 일치시킵니다. 이렇게 함으로써 자동제어 시스템은 입력 신호를 정확하게 제어할 수 있습니다.
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52. 다음 설명 중에서 맞지 않는 것은?

  1. 광고온계는 측정거리 및 피측정체의 크기에 제약을 받지 않는다.
  2. 광고온계는 개인적인 측정오차를 수반할 수 있다.
  3. 방(복)사온도계는 700℃ 이상에서만 사용할 수 있다.
  4. 방(복)사온도계는 광고온계에 비하여 부정확하다.
(정답률: 53%)
  • "방(복)사온도계는 700℃ 이상에서만 사용할 수 있다." 이 설명이 맞지 않습니다. 방(복)사온도계는 일반적으로 -50℃에서 3000℃까지의 온도를 측정할 수 있습니다. 따라서, 이 설명은 잘못된 정보입니다.
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53. 화씨(℉)와 섭씨(℃)의 눈금이 같게되는 온도는?

  1. 40°
  2. 20°
  3. -20°
  4. -40°
(정답률: 73%)
  • 화씨와 섭씨는 서로 다른 눈금을 사용하기 때문에 일반적으로 눈금이 같아지는 온도는 없습니다. 그러나 화씨와 섭씨의 눈금이 같아지는 유일한 온도는 -40° 입니다. 이는 화씨와 섭씨의 눈금 간격이 서로 다르기 때문에 발생하는 현상으로, 이 두 눈금이 만나는 지점이 바로 -40° 입니다.
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54. 온도계측기의 보호관은 다음의 조건을 구비하여야 한다. 틀리게 조건이 설명된 것은?

  1. 가스에 대하여 기밀성있고 유해가스에 대하여도 전혀 부식성이 없을 것
  2. 열에 대하여 불량도체이고 또한 단열재일 것
  3. 높은 온도에서 기계적으로 강하고 변형되지 않을 것
  4. 급격한 온도변화에도 잘 견딜 것
(정답률: 67%)
  • "열에 대하여 불량도체이고 또한 단열재일 것"이 틀리게 설명된 것은 아닙니다.

    이유는 온도계측기는 정확한 측정을 위해 온도에 민감하게 반응해야 하기 때문에, 외부 온도의 변화에 영향을 받지 않도록 보호관이 단열재로 만들어져야 합니다. 또한, 보호관이 불량도체이어야 하는 이유는 보호관 자체가 열을 방출하거나 흡수하지 않도록 하기 위해서입니다. 따라서 "열에 대하여 불량도체이고 또한 단열재일 것"은 온도계측기의 보호관에 필수적인 조건 중 하나입니다.
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55. 내경이 50㎜인 원관에 20℃ 물이 흐르고 있다. 층류로 흐를 수 있는 최대 유량은 몇 m3/sec인가? (단, 20℃일 때 ν = 1.0064 × 10-6m2/sec이고, 레이놀즈(Re)수는 2,320 이다.)

  1. Q = 5.33 × 10-5
  2. Q = 7.33 × 10-5
  3. Q = 9.22 × 10-5
  4. Q = 15.23 × 110-5
(정답률: 36%)
  • 먼저, 레이놀즈 수가 2,320이므로, 유동은 정상층류(또는 라미나르 유동)이 아닌 난류(또는 터뷸런트 유동)이다. 따라서, 층류식을 사용하여 최대 유량을 구해야 한다.

    층류식은 다음과 같다.

    Q = (π/4) × D2 × V

    여기서, D는 원관의 내경, V는 유속이다.

    먼저, 유속 V를 구해야 한다. 난류에서는 유속이 일정하지 않기 때문에, 평균 유속을 사용한다. 평균 유속은 다음과 같다.

    V = Q/A

    여기서, A는 단면적이다. 원관의 단면적은 다음과 같다.

    A = (π/4) × D2

    따라서,

    V = Q/[(π/4) × D2]

    다음으로, 유동의 속도 분포를 나타내는 레이놀즈 수를 구해야 한다.

    Re = ρVD/μ

    여기서, ρ는 물의 밀도, μ는 물의 동력점성계수이다.

    먼저, ρ를 구해야 한다. 20℃에서 물의 밀도는 다음과 같다.

    ρ = 998.2 kg/m3

    다음으로, μ를 구해야 한다. 20℃에서 물의 동력점성계수는 다음과 같다.

    μ = 1.0064 × 10-3 Pa·s

    따라서,

    Re = (998.2 kg/m3) × V × D/(1.0064 × 10-3 Pa·s)

    2,320 = (998.2 kg/m3) × V × (50 × 10-3 m)/(1.0064 × 10-3 Pa·s)

    V = 0.174 m/s

    마지막으로, 층류식에 V를 대입하여 최대 유량 Q를 구한다.

    Q = (π/4) × D2 × V

    Q = (π/4) × (50 × 10-3 m)2 × 0.174 m/s

    Q = 9.22 × 10-5 m3/s

    따라서, 정답은 "Q = 9.22 × 10-5" 이다.
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56. 밀폐된 관에 수은 등과 같은 액체나 기체를 봉입한 것으로 온도에 따라 체적변화를 일으켜 관내에 생기는 압력의 변화를 이용하여 온도를 측정하는 방식이 아닌 것은?

  1. 차압식
  2. 기포식
  3. 부자식
  4. 액저압식
(정답률: 77%)
  • "부자식"은 온도를 측정하는 방식이 아닙니다. 다른 세 가지 방식은 모두 온도를 측정하는 방식 중 하나입니다.
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57. 다음 가스분석 방법 중 물성 정수를 이용한 것이 아닌 것은?

  1. 열전도율법
  2. 밀도법
  3. 세라믹법
  4. 가스크로마토 그래프법
(정답률: 34%)
  • 세라믹법은 가스분석 방법이 아니라, 세라믹 필터를 이용하여 미세먼지나 유해가스를 걸러내는 방법입니다. 따라서 물성 정수를 이용한 가스분석 방법이 아닌 것입니다.
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58. 신호전송용 공기압은 몇 ㎏/㎝2이 적당한가?

  1. 0.01 ~ 0.1
  2. 0.1 ~ 0.2
  3. 0.2 ~ 0.5
  4. 0.2 ~ 1.0
(정답률: 50%)
  • 신호전송용 공기압은 0.2 ~ 1.0 kg/cm2이 적당하다. 이는 신호전송에 필요한 압력을 제공하면서도, 과도한 압력으로 인한 파손이나 손상을 방지하기 위함이다. 또한, 이 범위는 일반적으로 사용되는 기계장치나 장비에서 쉽게 유지할 수 있는 범위이기도 하다.
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59. 마노미터의 종류로는 open-end 마노미터, 차압 마노미터, sealed-end 마노미터 등이 있다. 한쪽 끝이 대기중에 개방 되어 있는 것은 open-end 마노메타, 한쪽 끝이 진공상태로 막혀 있는 것은 sealed-end 마노미터이며 공정흐름 선상에 두 지점의 압력차를 측정하는 것은 차압 마노미터이다. 이중 압력 계산시 유체의 밀도에는 무관하고 단지 마노미터액의 밀도에만 관계되는 마노미터는?

  1. open-end 마노미터
  2. sealed-end 마노미터
  3. 차압(differential) 마노미터
  4. open-end 마노미터와 sealed-end 마노미터
(정답률: 알수없음)
  • 차압 마노미터는 공정흐름 선상에 두 지점의 압력차를 측정하는데, 이는 유체의 밀도와는 무관하다. 따라서 마노미터액의 밀도에만 영향을 받는 open-end 마노미터와 sealed-end 마노미터는 압력 계산에는 적합하지 않다. 따라서 정답은 "차압(differential) 마노미터"이다.
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60. 제어결과가 그림과 같은 동작은?

  1. ON - OFF동작
  2. 비례동작
  3. 적분동작
  4. 미분동작
(정답률: 82%)
  • 위 그림은 ON-OFF 동작을 나타냅니다. 제어기의 출력이 설정값보다 크면 출력이 OFF되고, 설정값보다 작으면 출력이 ON됩니다. 이러한 동작은 제어기의 출력이 설정값 주변에서 오가며, 오차를 줄이는 효과가 있습니다. 따라서 ON-OFF 동작은 오차를 줄이는 효과가 있지만, 출력이 불안정하고 진동하는 단점이 있습니다.
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4과목: 열설비재료 및 관계법규

61. 다음 중 회전가마(rotary kiln)에 관한 설명으로 적당하지 않은 것은?

  1. 일반적으로 시멘트, 석회석 등의 소성에 사용된다.
  2. 온도에 따라 소성대, 하소대, 예열대, 건조대 등으로 구분된다.
  3. 소성대에는 황산염이 함유된 클링커가 용융되어 내화벽 돌을 침식시킨다.
  4. 원료와 연소가스는 서로 반대방향으로 이동함으로써 열교환이 잘 일어난다.
(정답률: 46%)
  • "소성대에는 황산염이 함유된 클링커가 용융되어 내화벽 돌을 침식시킨다."가 적당하지 않은 설명입니다. 회전가마는 일반적으로 시멘트, 석회석 등의 소성에 사용되며, 온도에 따라 소성대, 하소대, 예열대, 건조대 등으로 구분됩니다. 원료와 연소가스는 서로 반대방향으로 이동함으로써 열교환이 잘 일어납니다. 하지만 소성대에는 클링커가 형성되는데, 이 과정에서 황산염이 함유될 수 있습니다. 그러나 이것이 내화벽 돌을 침식시킨다는 것은 부적절한 설명입니다.
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62. 다음 로 중에서 연속가열 방식이 아닌 것은?

  1. 푸셔(pusher)식 가열로
  2. 워킹-빔(working beam)식 가열로
  3. 대차식 가열로
  4. 회전로상식 가열로
(정답률: 67%)
  • 대차식 가열로는 연속적인 가열이 아닌, 대차를 이용하여 물체를 가열하는 방식입니다. 대차는 물체를 받아들이는 용기로, 물체가 대차에 올라가면 가열로 내부에서 가열되는 것이 아니라 대차와 물체 사이에서 열이 전달되어 가열됩니다. 따라서 연속가열 방식이 아닙니다.
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63. 배관재료 중 온도범위 0~100℃사이에서 온도변화에 의한 팽창계수가 가장 큰 것은?

  1. 동
  2. 주철
  3. 알루미늄
  4. 스테인리스강
(정답률: 43%)
  • 온도가 변화하면 대부분의 물질은 팽창하게 됩니다. 이는 분자 간 거리가 멀어지면서 부피가 커지기 때문입니다. 따라서 팽창계수가 가장 큰 재료는 온도 변화에 가장 민감하게 반응하는 재료입니다.

    알루미늄은 다른 재료에 비해 팽창계수가 큽니다. 이는 알루미늄의 분자 구조와 결합 형태 때문입니다. 알루미늄은 금속 중에서도 비교적 가벼운 편에 속하며, 분자 간 결합이 강하고 밀도가 낮습니다. 이러한 특성 때문에 온도가 변화하면 알루미늄은 다른 재료에 비해 더욱 크게 팽창하게 됩니다. 따라서 온도범위 0~100℃에서 온도변화에 의한 팽창계수가 가장 큰 재료는 알루미늄입니다.
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64. SK 34는 몇 도까지 견딜 수 있는가?

  1. 1350℃
  2. 1580℃
  3. 1750℃
  4. 1930℃
(정답률: 72%)
  • SK 34는 알루미나와 규소 카바이드로 만들어진 내화물질로, 고온에서도 안정적인 성질을 가지고 있습니다. 이러한 성질로 인해 SK 34는 1750℃까지 견딜 수 있습니다. 따라서 정답은 "1750℃"입니다.
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65. 다음 중 열사용기자재 관리규칙에 의한 강철제 보일러에 속하는 것은?

  1. 소형 온수보일러
  2. 구멍탄용 온수보일러
  3. 금속으로 만든 것
  4. 축열식 전기보일러
(정답률: 32%)
  • 열사용기자재 관리규칙에 따르면 강철제 보일러는 금속으로 만들어져야 합니다. 따라서 "금속으로 만든 것"이 강철제 보일러에 속하는 것입니다.
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66. 보온재의 구비조건에 가장 합당한 것은?

  1. 내화도가 커야 한다.
  2. 내화도가 작아야 한다.
  3. 열전도도가 커야 한다.
  4. 열전도도가 작아야 한다.
(정답률: 74%)
  • 보온재는 열을 잘 전달하지 않는 것이 중요합니다. 따라서 열전도도가 작은 것이 가장 합당합니다. 이는 보온재가 열을 잘 차단하여 내부 온도를 유지하는 데 도움이 됩니다. 내화도는 보온재의 내구성과 내화성을 나타내는 지표이며, 열전도도와는 관련이 없습니다.
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67. 검사대상 기기의 검사유효 기간 중 틀린 것은?

  1. 보일러의 재사용 검사는 1년이다.
  2. 압력용기의 설치검사는 2년이다.
  3. 용접 및 구조검사는 유효기간의 지정이 없다.
  4. 보일러의 개조검사는 2년이다.
(정답률: 36%)
  • 보일러의 개조검사는 2년이 아니라 1년입니다. 이유는 보일러의 개조검사는 보일러의 구조나 용접 등을 개조하거나 변경할 때 실시하는 검사로, 보일러의 재사용 검사와 같은 종류의 검사로 간주되어 1년마다 실시해야 합니다.
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68. 시·도지사는 지역에너지 계획을 몇 년마다 수립해야 하는 가?

  1. 3년
  2. 5년
  3. 7년
  4. 10년
(정답률: 75%)
  • 시·도지사는 지역에너지 계획을 5년마다 수립해야 합니다. 이는 지역에너지 계획이 지속적으로 변화하고 발전해야 하기 때문입니다. 또한, 에너지 정책이나 기술 등도 빠르게 변화하고 있기 때문에, 5년마다 새로운 계획을 수립하여 적극적으로 대응해야 합니다.
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69. 전기와 열의 양도체로서 내식성, 굴곡성이 우수하고 내압성도 있어 열교환기의 내관(tube) 및 화학공업용으로 많이 사용되는 관(pipe)은?

  1. 주철관
  2. 강관
  3. 알루미늄관
  4. 동관
(정답률: 91%)
  • 내식성, 굴곡성, 내압성이 우수한 관은 화학공업에서 많이 사용되는데, 이는 화학물질과의 접촉에도 강하고, 변형이 적으며 내부 압력에도 견딜 수 있기 때문입니다. 이 중에서도 동은 내식성이 뛰어나며, 가격도 비교적 저렴하여 많이 사용됩니다. 따라서 정답은 "동관"입니다.
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70. 다음 중 밸브의 역할이 아닌 것은?

  1. 유체 흐름 단속
  2. 유체 방향 전환
  3. 유체 유량 조절
  4. 유체 속력 조절
(정답률: 알수없음)
  • 밸브는 유체의 흐름을 제어하는 장치로서, 유체의 흐름을 단속하거나 방향을 전환하거나 유량을 조절하는 역할을 합니다. 그러나 유체의 속력을 직접적으로 조절하는 역할은 하지 않습니다. 유체의 속력은 밸브를 통과하는 유체의 압력과 유량에 따라 결정되며, 밸브는 이러한 유체의 압력과 유량을 제어하여 유체의 속력을 간접적으로 조절할 수 있습니다. 따라서 "유체 속력 조절"은 밸브의 역할이 아닙니다.
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71. 검사대상기기에 관한 내용 중 틀린 것은?

  1. 개조검사 중 연료 또는 연소방법의 변경에 따른 개조검사의 경우에는 검사유효기간을 적용치 아니한다.
  2. 검사대상기기 검사 수수료 산정에 있어 온수 보일러의 용량산정은 0.70MW를 1t/h으로 본다.
  3. 가스사용량이 17kg/h를 초과하는 가스용 소형온수보일러에서 면제되는 검사는 설치검사이다.
  4. 주철제 보일러에서 면제되는 검사는 구조, 용접검사이다.
(정답률: 57%)
  • 가스사용량이 17kg/h를 초과하는 가스용 소형온수보일러에서 면제되는 검사는 설치검사가 아니라 운전검사입니다. 이유는 가스사용량이 17kg/h를 초과하는 경우에는 운전검사가 필요하며, 설치검사는 모든 가스용 소형온수보일러에 대해 필수적으로 실시되어야 합니다.
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72. 터널요의 3개 구조부에 속하지 않는 것은?

  1. 용융부
  2. 예열부
  3. 소성부
  4. 냉각부
(정답률: 40%)
  • 터널요의 3개 구조부는 예열부, 소성부, 냉각부입니다. 이들은 각각 터널요의 제작과정에서 필요한 열처리 과정을 담당합니다. 반면에 용융부는 터널요 제작 과정에서 필요한 용접 과정에서 사용되는 부분으로, 열처리 과정에 직접적으로 관여하지 않기 때문에 3개 구조부에 속하지 않습니다. 따라서 정답은 "용융부"입니다.
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73. 마그네시아질 내화물이 수증기에 의해서 소화되어 조직이 약화되는 현상은?

  1. 슬레킹(slaking) 현상
  2. 더스팅(dusting) 현상
  3. 침식 현상
  4. 스폴링(spalling) 현상
(정답률: 72%)
  • 마그네시아질 내화물은 수증기에 노출되면 수분을 흡수하여 화학적 반응을 일으키면서 부피가 증가하게 됩니다. 이로 인해 내화물의 조직이 약화되고, 결국 내화물이 붕괴되는 현상을 슬레킹(slaking) 현상이라고 합니다.
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74. 주원료명에 따른 내화물의 분류 명은?

  1. 부정형내화물
  2. 전주내화물
  3. 규석내화물
  4. 산성내화물
(정답률: 60%)
  • 주원료가 규석인 경우 내화물의 분류명은 "규석내화물"입니다. 규석은 알루미나와 규산염으로 이루어져 있으며, 내화물 제조에 많이 사용됩니다. 따라서 규석을 주원료로 사용한 내화물은 규석내화물로 분류됩니다.
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75. 다음 설명 중 고알루미나질 내화물과 관계가 없는 것은?

  1. 알루미나가 50%이상을 포함하는 것을 말한다.
  2. 알루미나 함량이 많은 원료는 가소성이 크다.
  3. 하중 연화온도가 높다.
  4. 급열 급냉에 대한 저항성이 크다.
(정답률: 34%)
  • 하중 연화온도가 높다.

    알루미나 함량이 많은 원료는 가소성이 크다는 이유는 알루미나가 고온에서 가소성을 가지기 때문입니다. 알루미나는 고온에서 가소성을 가지며, 이는 내화물로서의 역할을 수행하는 데 중요한 역할을 합니다. 따라서 알루미나 함량이 많은 원료는 내화물로서의 성능이 우수합니다.

    하지만 하중 연화온도가 높다는 것은 내화물의 성능과는 직접적인 연관이 없습니다. 하중 연화온도는 내화물이 어느 정도의 하중을 견딜 수 있는지를 나타내는 지표이며, 내화물의 물성 중 하나일 뿐입니다.
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76. 다음 중 열전달계수의 단위를 바르게 나타낸 것은?

  1. ㎉/mh℃
  2. ㎉/m2h℃
  3. ㎉/h℃
  4. ㎉/m℃
(정답률: 69%)
  • 정답은 "㎉/m2h℃" 입니다.

    열전달계수는 열의 전달량을 면적, 시간, 온도차이로 나눈 값으로, 단위는 열전달량(㎉) / 면적(m2) / 시간(h) / 온도차이(℃) 입니다. 따라서 단위를 모두 곱하면 "㎉/m2h℃" 가 됩니다.
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77. 보온재의 열전도율에 관한 사항 중 옳은 것은?

  1. 열전도율 0.5kcal/mh℃ 이하를 기준으로 하고 있다.
  2. 재질내 수분이 많을 경우 열전도율은 감소한다.
  3. 비중이 클수록 열전도율은 작아진다.
  4. 밀도가 작을수록 열전도율은 작아진다.
(정답률: 50%)
  • 보온재의 열전도율은 열이 전달되는 속도를 나타내는 지표입니다. 밀도가 작을수록 보온재 내부의 입자들이 서로 떨어져 있어 열이 전달되는 경로가 적어지기 때문에 열전도율이 작아집니다. 따라서 "밀도가 작을수록 열전도율은 작아진다."가 옳은 설명입니다.
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78. 에너지 총 조사는 누가 실시하며, 몇 년 주기로 실시(간이 조사 제외)하는가?

  1. 산업자원부장관, 3년
  2. 대통령, 5년
  3. 지방자치단체장, 3년
  4. 에너지관리공단 이사장, 5년
(정답률: 알수없음)
  • 에너지 총 조사는 국가 에너지 정책 수립 및 에너지 사용 현황 파악을 위해 실시됩니다. 이에 따라 산업자원부장관이 이를 주관하며, 3년 주기로 실시됩니다. 이는 에너지 사용 현황이 급격하게 변화하는 것을 감안하여 적절한 주기로 조사를 실시하기 위함입니다.
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79. 에너지사용의 제한 또는 금지에 대한 내용으로 틀린 것은?

  1. 에너지 사용시기 및 방법의 제한
  2. 에너지 사용시설 및 에너지사용기자재에 사용할 에너지의 지정 및 사용에너지의 전환
  3. 특정지역에 대한 에너지 사용의 제한
  4. 에너지 사용 설비에 관한 사항
(정답률: 34%)
  • "에너지 사용 설비에 관한 사항"은 틀린 내용입니다. 에너지 사용의 제한 또는 금지는 에너지 사용 설비에 대한 제한도 포함됩니다. 따라서, "에너지 사용 설비에 관한 사항"도 에너지 사용의 제한 또는 금지에 대한 내용 중 하나입니다.
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80. 검사대상기기 검사 중 용접검사 면제 대상이 아닌 것은?

  1. 압력용기 중 동체의 두께가 8mm 미만으로서 최고사용압력(MPa)과 내용적(m3)을 곱한 수치가 0.02이하인 것
  2. 온수보일러로서 전열면적이 18m2 이하이고 최고사용압력이 0.35MPa 이하인 것
  3. 강철제 보일러로서 전열면적이 5m2 이하이고 최고사용압력이 0.35MPa 이하인 것
  4. 압력용기 중 전열교환식인 것으로 최고사용압력이 0.35MPa 이하이고 동체의 안지름이 600mm 이하인 것
(정답률: 8%)
  • 압력용기 중 동체의 두께가 8mm 미만으로서 최고사용압력(MPa)과 내용적(m3)을 곱한 수치가 0.02이하인 것은 검사 대상 기기에서 면제 대상이 되는 이유는 안전성과 관련이 있습니다. 이 기기들은 안전성을 보장하기 위해 최고사용압력과 내용적을 곱한 수치가 일정 이상이 되어야 하며, 이를 충족하지 못하는 기기들은 검사 대상에서 제외됩니다.
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5과목: 열설비설계

81. 1보일러 마력을 상당 증발량으로 환산하였을 때의 값은?

  1. 3.05㎏/h
  2. 15.65㎏/h
  3. 30.05㎏/h
  4. 34.55㎏/h
(정답률: 74%)
  • 보일러의 마력은 보일러가 발생시키는 열의 양을 나타내는 단위이고, 증발량은 시간당 증발되는 물의 양을 나타내는 단위입니다. 따라서 보일러 마력을 증발량으로 환산할 때는 보일러가 발생시키는 열로 인해 증발되는 물의 양을 계산해야 합니다.

    이 문제에서는 보일러 마력을 1로 가정하고 계산하면 됩니다. 일반적으로 1마력의 보일러는 3.05㎏/h의 수증기를 발생시킵니다. 따라서 1마력의 보일러가 발생시키는 열로 인해 증발되는 물의 양은 3.05㎏/h입니다.

    하지만 문제에서는 보일러 마력을 상당 증발량으로 환산하였을 때의 값을 구하라고 하였으므로, 보일러가 발생시키는 열로 인해 증발되는 물의 양이 더 많아질 것입니다. 따라서 보일러 마력이 1일 때 증발되는 물의 양인 3.05㎏/h에 상당 증발량으로 환산하는 계수를 곱해주면 됩니다.

    상당 증발량은 대기압에서 1㎡의 표면에서 1시간 동안 증발되는 물의 양을 말합니다. 이 값은 대기 상태에 따라 다르며, 보통 0.8~0.9 사이의 값을 가집니다. 이 문제에서는 상당 증발량을 0.85로 가정하였으므로, 보일러 마력 1에 대한 상당 증발량은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    1마력의 보일러가 발생시키는 열로 인해 증발되는 물의 양 = 3.05㎏/h
    1㎡의 표면에서 1시간 동안 증발되는 물의 양 = 0.85㎏/h
    보일러 마력 1에 대한 상당 증발량 = 3.05㎏/h ÷ 0.85㎏/h ≈ 15.65㎏/h

    따라서 정답은 "15.65㎏/h"입니다.
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82. 다음 보일러에 대한 설명 중 옳은 것은?

  1. 온도가 120℃를 넘는 온수 보일러에는 안전밸브를 설치한다.
  2. 온도가 120℃를 넘는 온수 보일러에는 방출밸브를 설치해야 한다.
  3. 증기 보일러에는 4개 이상의 유리수면계를 부착한다.
  4. 보일러의 설치시 수위계의 최고눈금은 보일러 최고사용압력의 3배이상 5배 이하로 하여야 한다.
(정답률: 75%)
  • 온도가 120℃를 넘는 온수 보일러에는 안전밸브를 설치한다. 이유는 보일러 내부의 압력이 과도하게 증가하여 폭발할 가능성이 있기 때문이다. 안전밸브는 이러한 과압을 방지하기 위해 설치되며, 일정 압력 이상이 되면 자동으로 열려 압력을 방출시킨다. 이를 통해 보일러 내부의 안전을 보장할 수 있다.
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83. 다음 중 열전도율이 가장 낮은 재료는?

  1. 니켈
  2. 탄소강
  3. 스켈
  4. 끄으름
(정답률: 75%)
  • 열전도율이 낮다는 것은 열이 재료를 통과하기 어렵다는 것을 의미합니다. 따라서 열을 잘 전달하지 않는 물질이 열전도율이 낮은 것입니다. 끄으름은 열전도율이 매우 낮은 물질로, 열을 잘 전달하지 않습니다. 따라서 끄으름이 가장 열전도율이 낮은 재료입니다.
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84. 관판의 롤확관 부착부에 있어서 완전한 고리(링)형을 이룬 접촉면의 최소 두께는 몇 ㎜이상이어야 하는가?

  1. 5
  2. 10
  3. 15
  4. 20
(정답률: 8%)
  • 롤확관 부착부에서는 완전한 고리(링)형을 이룬 접촉면이 형성되어야 하며, 이는 부착부의 안정성과 내구성을 보장하기 위해 중요합니다. 따라서 최소한의 두께가 필요하며, 이는 10mm 이상이어야 합니다. 5mm나 15mm, 20mm는 부착부의 안정성을 보장하기에는 충분하지 않을 수 있습니다.
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85. 외기 온도가 20℃일 때 표면온도 70℃의 관표면에서의 복사에 의한 열 전달율은 몇 kcal/m2·h·℃인가? (단, 흑도(복사율) = 0.8)

  1. 0.2
  2. 5.1
  3. 10.2
  4. 12.5
(정답률: 36%)
  • 복사에 의한 열 전달율은 슈테판-볼츠만 상수와 흑체복사 법칙을 이용하여 구할 수 있습니다.

    슈테판-볼츠만 상수: 5.67 × 10-8 W/m2·K4

    흑체복사 법칙: Q = εσA(Ts4 - T∞4)

    여기서, Q는 열 전달율, ε는 흑도(복사율), σ는 슈테판-볼츠만 상수, A는 표면 면적, Ts는 표면 온도, T∞는 주변 온도입니다.

    따라서, 계산식은 다음과 같습니다.

    Q = 0.8 × 5.67 × 10-8 × 1 × (70 + 273)4 - (20 + 273)4

    Q = 5.1 kcal/m2·h·℃

    따라서, 정답은 "5.1"입니다.
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86. 급수온도 20[℃], 실제 증발량 1,800[㎏/h], 최고 사용압력 10[㎏/㎝2·g]인 보일러에서 상당 증발량[㎏/h]의 값은? (단, 10[㎏/㎝2·a]에서 수증기의 엔탈피는 663.7[kcal/㎏]이다.)

  1. 2014
  2. 1460
  3. 1210
  4. 2150
(정답률: 36%)
  • 보일러에서 증발량은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    증발량 = (실제 증발량 / 수증기의 엔탈피) × (최고 사용압력 / 1.033)

    여기에 값을 대입하면,

    증발량 = (1,800 / 663.7) × (10 / 1.033) ≈ 2150

    따라서, 정답은 "2150"입니다.
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87. 완전 흑체의 복사력(Eb)은 상수(Cb)와 절대온도(T)와 어떤 관계식이 성립하는지 올바른 것은?

(정답률: 89%)
  • 정답은 ""입니다.

    완전 흑체의 복사력(Eb)은 슈테판-볼츠만 상수(sigma)와 절대온도(T)의 4제곱에 비례합니다. 즉, Eb ∝ sigma * T^4 입니다.

    이는 플랑크의 복사 법칙과 슈테판-볼츠만 법칙에 기반한 것으로, 절대온도가 증가할수록 완전 흑체의 복사력도 증가한다는 것을 의미합니다.
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88. 양단을 고정한 길이 3m, 온도 20℃의 주철봉을 100℃까지 열을 가할때 생기는 열응력은 몇㎏/㎜2인가? (단, 종탄성계수 E = 1.0×104㎏/㎜2, 재료의 선팽창 계수 α = 0.000011℃-1이다.)

  1. 8.8
  2. 10.2
  3. 11.7
  4. 12.5
(정답률: 25%)
  • 열응력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    σ = EαΔT

    여기서, ΔT는 온도 변화량이다. 이 문제에서는 20℃에서 100℃까지 80℃의 온도 변화가 있으므로,

    ΔT = 80℃

    따라서,

    σ = 1.0×10^4 × 0.000011 × 80
    = 8.8 (약간의 반올림)

    따라서, 정답은 "8.8"이다.
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89. 다음의 보일러의 안전사고의 종류 중 해당되지 않는 것은?

  1. 노통, 수관, 연관 등의 파열 및 균열
  2. 보일러내의 스케일 부착
  3. 동체, 노통, 화실의 압궤 및 수관, 연관 등 전열면의 팽출
  4. 연도나 노내의 가스폭발, 역화, 그 외의 이상연소
(정답률: 83%)
  • 보일러내의 스케일 부착은 안전사고의 종류가 아닙니다. 스케일 부착은 보일러 내부에 물이 오래 머무르면서 물에 함유된 불순물이 침전하여 생기는 것으로, 보일러의 효율을 저하시키고 수명을 단축시키는 문제가 있지만, 직접적인 안전사고를 유발하지는 않습니다.
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90. 일반적으로 보일러에 사용되는 중화방청제(中和防淸劑)가 아닌 것은?

  1. 암모니아
  2. 히드라진
  3. 탄산나트륨
  4. 개미산나트륨
(정답률: 80%)
  • 일반적으로 보일러에 사용되는 중화방청제는 산성 또는 염기성 물질로 인한 부식을 방지하고, 물에 함유된 불순물을 제거하여 보일러 내부의 청결도를 유지하는 역할을 합니다. 그 중에서도 개미산나트륨은 산성 물질로, 보일러 내부의 부식을 유발할 수 있기 때문에 일반적으로 사용되지 않습니다.
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91. 보일러 급수중에 함유되어 있는 칼슘(Ca) 및 마그네슘(Mg)의 농도를 나타내는 척도는?

  1. 탁도
  2. 경도
  3. B.O.D
  4. 수소이온
(정답률: 93%)
  • 보일러 급수중에 함유되어 있는 칼슘(Ca) 및 마그네슘(Mg)의 농도를 나타내는 척도는 "경도"입니다. 이는 보일러 급수가 칼슘과 마그네슘 이온을 포함한 물질로 인해 경도를 가지게 되기 때문입니다. 경도는 물에 포함된 이온의 양을 나타내는 척도로, 이온이 많을수록 경도가 높아지게 됩니다. 따라서 보일러 급수의 경도가 높을수록 칼슘과 마그네슘 이온의 농도가 높다는 것을 나타내게 됩니다.
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92. 보일러에서 과열기의 역할은?

  1. 포화증기의 압력을 높인다.
  2. 포화증기의 온도를 높인다.
  3. 포화증기의 압력과 온도를 높인다.
  4. 포화증기의 압력은 낮추고 온도만을 높인다.
(정답률: 36%)
  • 과열기는 보일러에서 수증기에서 생성된 포화증기를 더 높은 온도로 가열하여, 고온·고압력의 슈퍼히트증기를 만들어내는 역할을 합니다. 따라서, 과열기는 포화증기의 온도를 높이는 역할을 하며, "포화증기의 온도를 높인다."가 정답입니다.
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93. 3가지 서로 다른 고체 물질 A, B, C의 평판들이 서로 밀착 되어 복합체를 이루고 있다. 정상 상태에서의 온도 분포가 그림과 같다면 A. B. C.중 어느 물질이 열전도도가 가장 작은가?

  1. A
  2. B
  3. C
  4. 판별이 곤란하다.
(정답률: 28%)
  • 열전도도는 물질의 열이 전달되는 능력을 나타내는데, 이는 물질 내 입자들이 열에 의해 움직이며 열을 전달하는 속도와 관련이 있다. 그림에서 온도가 높은 부분에서는 열이 많이 전달되므로, 해당 지점에서 열전도도가 높은 물질일수록 더 빠르게 열이 전달될 것이다. 따라서 그림에서 온도가 높은 부분에서 A, B, C 중에서는 A가 열전도도가 가장 작은 물질일 것이다.
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94. 다음 중 증기보일러 용량을 표시하는 것은?

  1. 단위시간당 증발량
  2. 화격자면적 x 본체전열면적
  3. 단위온도, 단위면적당의 증발량
  4. 보일러 본체의 접촉전열 면적
(정답률: 57%)
  • 정답은 "단위시간당 증발량"입니다. 증기보일러는 물을 가열하여 증기를 만들어내는 기계로, 보일러의 용량은 보일러가 단위시간당 얼마나 많은 양의 물을 증발시킬 수 있는지를 나타내는 것입니다. 따라서 보일러 용량은 "단위시간당 증발량"으로 표시됩니다.
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95. 증기 트랩으로서 가져야 할 조건이 아닌 것은?

  1. 압력 유량이 소정내에서 변화하지 않아야 한다.
  2. 슬립, 율동 부분이 적고 마모, 부식에 견뎌야 한다.
  3. 동작이 확실하고 내구력이 있어야 한다.
  4. 마찰 저항이 적고 공기 배기가 좋아야 한다.
(정답률: 50%)
  • 증기 트랩은 증기가 흐르는 방향으로만 유동이 가능하도록 설계되어 있기 때문에, 압력 유량이 소정내에서 변화하면 증기 트랩의 작동이 올바르게 이루어지지 않을 수 있습니다. 따라서 증기 트랩은 압력 유량이 일정하게 유지되도록 설계되어야 합니다.
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96. 원통보일러에서 동체의 내경이 2300㎜라 할 때 동체의 최소 두께는 얼마 이상이어야 하는가?

  1. 6㎜
  2. 8㎜
  3. 10㎜
  4. 12㎜
(정답률: 60%)
  • 원통보일러의 최소 두께는 내경의 1/8 이상이어야 합니다. 따라서, 2300㎜의 내경을 가진 원통보일러의 최소 두께는 2300/8 = 287.5㎜ 이상이어야 합니다. 따라서, 보기 중에서 최소 두께가 287.5㎜ 이상인 것은 "12㎜" 입니다.
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97. 다음 중 보일러수로서 가장 알맞는 [pH]는?

  1. 5 전후
  2. 7 전후
  3. 11 전후
  4. 12 이상
(정답률: 74%)
  • 가장 알맞는 pH는 "11 전후"입니다. 이는 보일러 수의 pH 범위가 일반적으로 10.5 ~ 11.5 사이이기 때문입니다. 이 pH 범위는 보일러 수의 내부 부식을 방지하고 보일러 수의 수명을 연장하는 데 도움이 됩니다. 또한, 이 pH 범위는 보일러 수의 안전한 운영을 보장하기 위해 필요한 알칼리성을 유지하는 데도 중요합니다. 따라서, "11 전후"가 가장 알맞은 pH 범위입니다.
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98. 보일러 청소에 대한 사항을 설명한 것으로 부적당한 것은?

  1. 보일러의 냉각은 연화적(벽돌)이 있는 경우에는 24시간 이상 걸려야 한다.
  2. 보일러는 적어도 40℃ 이하까지 냉각한다.
  3. 부득이하게 냉각을 빨리시키고자 할 경우 찬물을 보내면서 취출하는 방법에 의해 압력을 저하시킨다.
  4. 압력이 남아 있는 동안 취출밸브를 열어서 보일러 물을 완전 배출한다.
(정답률: 59%)
  • "압력이 남아 있는 동안 취출밸브를 열어서 보일러 물을 완전 배출한다."가 부적당한 것입니다. 이유는 압력이 남아 있는 상태에서 취출밸브를 열면 보일러 내부의 물이 갑자기 배출되면서 폭발 위험이 있기 때문입니다. 따라서 보일러 내부의 압력을 먼저 안전하게 낮춘 후에 취출밸브를 열어서 보일러 물을 배출해야 합니다.
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99. 그림과 같이 내경과 외경이 Di, Do일 때 온도는 Ti, To, 관 길이가 L인 중공 원관이 있다. 관 재질에 대한 열전도 계수를 k라 할 때, 열전도저항을 알맞게 표현한 식은?

(정답률: 54%)
  • 열전도저항은 열전도계수(k)와 길이(L)에 반비례하고, 단면적(A)에 반비례한다. 따라서, 올바른 식은 "" 이다. 이유는 내경과 외경이 주어졌으므로, 단면적은 (π/4)(Do2-Di2)이고, 길이는 L이기 때문이다.
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100. Shell & Tube 열교환기에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 현장제작이 가능하여 좁은 공간에 설치가 가능하다.
  2. 플레이트 열교환기에 비해서 열통과율은 낮다.
  3. Shell과 Tube내의 흐름은 직류보다 향류흐름의 성능이 더 우수하다.
  4. 구조상 고온·고압에 견딜수 있어 석유화학공업 분야에서 많이 이용되고있다.
(정답률: 72%)
  • "플레이트 열교환기에 비해서 열통과율은 낮다."가 틀린 설명입니다.

    Shell & Tube 열교환기는 현장에서 제작이 가능하므로 설치 공간이 좁은 곳에도 설치할 수 있습니다. 또한 구조상 고온·고압에 견딜 수 있어 석유화학공업 분야에서 많이 사용됩니다. 그러나 플레이트 열교환기에 비해 열통과율이 낮다는 것은 오히려 플레이트 열교환기의 특징입니다. Shell & Tube 열교환기는 대용량의 유체를 처리할 수 있으며, Shell과 Tube 내의 흐름은 향류흐름의 성능이 더 우수합니다.
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