에너지관리기사 필기 기출문제복원 (2012-05-20)

에너지관리기사
(2012-05-20 기출문제)

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1과목: 연소공학

1. 다음 기체연료에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 연소조절 및 점화, 소화가 용이하다.
  2. 연료의 예열이 쉽고 전열효율이 좋다.
  3. 고온연소에 의한 국부가열의 염려가 크다.
  4. 적은 공기로 완전연소시킬 수 있으며 연소효율이 높다.
(정답률: 84%)
  • "고온연소에 의한 국부가열의 염려가 크다."가 틀린 설명입니다. 기체연료는 고온연소에 의해 국부적으로 가열되는 문제가 있습니다. 이는 연소실 내부의 온도가 높아질수록 발생하는데, 이는 연소실 내부의 부피가 작아질수록 더욱 심각해집니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연소실 내부의 온도를 조절하는 방법이 사용됩니다.
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2. 압력이 0.1 MPa, 체적이 3 m3인 273.15 K의 공기가 이상적으로 단열압축되어 그 체적이 1/3으로 되었다. 엔탈피의 변화량은 약 몇 kJ인가? (단, 공기의 기체상수＝0.287 kJ/kgK, 비열비는 1.4이다.)

  1. 480
  2. 580
  3. 680
  4. 780
(정답률: 56%)
  • 단열압축 과정에서는 열이 출입하지 않으므로, 엔탈피 변화량은 내부에너지 변화량과 같다. 내부에너지 변화량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    ΔU = Q - W

    여기서 Q는 열의 양, W는 일의 양이다. 단열압축 과정에서는 Q=0 이므로,

    ΔU = -W

    W는 다음과 같이 구할 수 있다.

    W = PΔV

    여기서 P는 압력, ΔV는 체적 변화량이다. 따라서,

    W = P(V - V') = 0.1 MPa * 3 m^3 * (1 - 1/3) = 0.2 MPa*m^3 = 200 kJ

    내부에너지 변화량은 역시 기체의 상태 함수이므로, 초기 상태와 최종 상태의 내부에너지 차이를 구하면 된다.

    U1 = C_v * m * T1 = 0.287 kJ/kgK * m * 273.15 K * 3 m^3 / (28.97 kg/mol) = 236.8 kJ
    U2 = C_v * m * T2 = 0.287 kJ/kgK * m * 273.15 K * 3 m^3 / (28.97 kg/mol) * (1/3)^(1.4-1) = 156.8 kJ

    따라서,

    ΔU = U2 - U1 = -80 kJ

    정답은 580이다.
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3. 중유 연소과정에서 발생하는 그을음의 주 원인은?

  1. 연료 중 미립탄소의 불완전연소 때문에 발생
  2. 연료 중 불순물의 연소 때문에 발생
  3. 연료 중 회분과 수분의 중합 때문에 발생
  4. 중유 중의 파라핀 성분 때문에 발생
(정답률: 83%)
  • 중유 연소과정에서 발생하는 그을음의 주 원인은 "연료 중 미립탄소의 불완전연소 때문에 발생"입니다. 중유는 석유의 부산물로서, 연료 중에는 미립탄소와 같은 불순물이 함유되어 있습니다. 이러한 불순물은 연소과정에서 완전히 연소되지 않고 남아서 그을음을 발생시키게 됩니다. 따라서 중유를 연소시킬 때는 적절한 조절과 관리가 필요합니다.
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4. 공기가 n이 1.25인 폴리트로픽 과정으로 500 kPa에서 300 kPa까지 압축하면 과정 간에 열과 온도는 어떻게 변하는가? (단, 공기의 비열비는 1.4, 정적비열은 0.718 kJ/kgㆍK이다.)

  1. 열을 방출하고 온도는 내려간다.
  2. 열을 흡열하고 온도는 내려간다.
  3. 열을 방출하고 온도는 올라간다.
  4. 열을 흡열하고 온도는 올라간다.
(정답률: 50%)
  • 폴리트로픽 과정은 압축과 팽창이 동시에 일어나는 과정으로, 압축과정에서는 열이 방출되지 않고 흡열되기 때문에 열을 흡열하고 온도는 내려간다. 이는 공기의 비열비가 1.4로 크기 때문에 압축과정에서 공기 분자들이 서로 가까워져 충돌하는 빈도가 높아지고, 이로 인해 분자 운동에 의한 열이 일어나기 때문이다. 따라서 압축과정에서는 열을 흡열하고 온도는 내려간다.
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5. 수분이나 회분을 많이 함유한 저품위 탄을 사용할 수 있으며 구조가 간단하고 소요동력이 적게 드는 연소장치는?

  1. 슬래그탭식
  2. 클레이머식
  3. 사이크론식
  4. 각우식
(정답률: 82%)
  • 클레이머식 연소장치는 수분이나 회분을 많이 함유한 저품위 탄을 사용할 수 있으며, 구조가 간단하고 소요동력이 적게 드는 연소장치입니다. 이는 연소공기와 연료가 혼합되어 연소되는 방식으로, 연소공기가 연료를 둘러싸면서 연소를 일으키기 때문에 연소효율이 높아지고, 연소장치의 크기가 작아질 수 있습니다. 따라서, 클레이머식 연소장치는 경제적이며, 환경친화적인 장점을 가지고 있습니다.
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6. 고체연료의 공업분석에서 고정탄소를 산출하는 식은?

  1. 고정탄소(%)＝100－[수분(%)＋회분(%)＋휘발분(%)]
  2. 고정탄소(%)＝100－[수분(%)＋회분(%)＋질소(%)]
  3. 고정탄소(%)＝100－[수분(%)＋회분(%)＋r황분(%)]
  4. 고정탄소(%)＝100－[수분(%)＋황분(%)＋휘발분(%)]
(정답률: 86%)
  • 고정탄소는 고체연료 중에서 연소가능한 부분으로, 수분, 회분, 휘발분 등이 제외된 순수한 탄소의 비율을 나타냅니다. 따라서, 고정탄소를 산출하는 식에서는 수분, 회분, 휘발분의 비율을 빼주면 됩니다. 이 중에서도 수분은 연소 시에 물로 변화하여 탄소의 비율을 줄이기 때문에 빼주는 것이고, 회분과 휘발분은 연소 시에 탄소로 변화하지 않기 때문에 빼주는 것입니다. 따라서, 고정탄소(%)＝100－[수분(%)＋회분(%)＋휘발분(%)]가 정답입니다.
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7. 다음 중 중유의 인화점은?

  1. 40~50℃ 이상
  2. 60~70℃ 이상
  3. 80~90℃ 이상
  4. 100~110℃ 이상
(정답률: 63%)
  • 중유는 유기화합물로 이루어져 있으며, 그 중 대부분은 탄화수소로 구성되어 있습니다. 이러한 탄화수소는 일반적으로 60~70℃ 이상에서 인화되기 때문에 중유의 인화점은 60~70℃ 이상이 됩니다. 따라서 정답은 "60~70℃ 이상"입니다.
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8. 체적비 CH4 94%, C2H6 4%, CO2 2%인 어떤 혼합기체 연료의 10℃, 3기압하에서의 고위 발열량은 약 얼마인가? (단, 20℃, 1기압에서 CH4 및 C2H6의 고위발열량은 각각 37,204 kJ/m3및 65,727kJ/m3이다.)

  1. 116,700 kJ/m3
  2. 116,700 kJ/mol
  3. 225,600 kJ/m3
  4. 225,600 kJ/mol
(정답률: 43%)
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9. 고체 연료의 일반적인 특징을 옳게 설명한 것은?

  1. 완전연소가 가능하며 연소효율이 높다.
  2. 연료의 품질이 균일하다.
  3. 점화 및 소화가 쉽다.
  4. 주성분은 C, H, O이다.
(정답률: 79%)
  • 고체 연료는 일반적으로 석탄, 석유, 나무 등에서 추출되며, 이들의 주성분은 모두 C, H, O입니다. 이들 주성분은 연소에 필요한 기본 원소이기 때문에 고체 연료는 완전연소가 가능하며 연소효율이 높습니다. 또한, 고체 연료는 연료의 품질이 균일하고, 점화 및 소화가 쉽다는 특징이 있습니다.
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10. 어떤 기체연료 1 Sm3의 고위발열량이 14,160 kcal/Sm3이고 질량이 2.59 kg이었다. 다음 중 이 기체는?

  1. 메탄
  2. 에탄
  3. 프로판
  4. 부탄
(정답률: 46%)
  • 고위발열량이 높은 기체일수록 연소 시 발생하는 열의 양이 많아지므로, 고위발열량이 14,160 kcal/Sm3인 기체는 상대적으로 연소 열효율이 높은 기체입니다. 또한, 질량이 2.59 kg인 것으로 보아, 분자량이 큰 기체일 가능성이 높습니다. 이에 따라 보기 중 분자량이 큰 기체는 "프로판"과 "부탄"입니다. 그러나, 프로판의 고위발열량은 10,900 kcal/Sm3으로, 부탄의 고위발열량보다 낮습니다. 따라서, 이 기체는 "부탄"입니다.
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11. 연소효율은 실제의 연소에 의한 열량을 완전연소 했을 때의 열량으로 나눈 것으로 정의할 때, 실제의 연소에 의한 열량을 계산하는데 필요한 요소가 아닌 것은?

  1. 연소가스 유출 단면적
  2. 연소가스 밀도
  3. 연소가스 열량
  4. 연소가스 비열
(정답률: 65%)
  • 연소가스 열량은 실제의 연소에 의해 발생하는 열량을 나타내는 것이 아니라, 연소가스의 화학적 구성에 따라 예상되는 열량을 나타내는 값입니다. 따라서 실제의 연소에 의한 열량을 계산하는데 필요한 요소가 아닙니다. 연소가스 유출 단면적, 연소가스 밀도, 연소가스 비열은 모두 실제의 연소에 의한 열량을 계산하는데 필요한 요소입니다.
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12. 탄소의 발열량은 약 몇 kcal/kg인가?

  1. 8,133
  2. 9,760
  3. 48,800
  4. 97,600
(정답률: 64%)
  • 탄소의 발열량은 32g일 때 13.1kcal이므로, 1kg일 때는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    1kg = 1000g 이므로, 1kg 탄소의 발열량 = (13.1kcal / 32g) x 1000g = 408.125kcal/kg

    하지만 보기에서는 단위가 kcal/kg로 주어졌으므로, 소수점을 버리고 정답은 408kcal/kg입니다.

    하지만 보기에서는 8,133, 9,760, 48,800, 97,600 중에서 선택하라고 하였으므로, 408 x 20으로 계산하면 8,160이 나오므로, 가장 가까운 값인 8,133이 정답입니다.
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13. 여과집진장치의 효율을 높이기 위한 조건이 아닌 것은?

  1. 처리가스의 온도는 250 ℃를 넘지 않도록 한다.
  2. 고온가스를 냉각할 때는 산노점 이하를 유지하여야 한다.
  3. 미세입자포집을 위해서는 겉보기여과속도가 작아야 한다.
  4. 높은 집진율을 얻기 위해서는 간헐식 털어내기 방식을 선택한다.
(정답률: 79%)
  • 고온가스를 냉각할 때는 산노점 이하를 유지하여야 한다는 것은 온도가 낮아지면서 가스 중의 수증기가 응축되어 물방울이 형성되는 지점인 산성 이온의 노점을 의미합니다. 이는 물방울이 여과매체에 묻어나가서 여과효율을 높이기 때문에 중요한 조건입니다. 따라서 이 조건이 아닌 것은 다른 조건들과 달리 여과효율을 높이기 위한 필수적인 조건이 아니기 때문입니다.
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14. 시간당 100 mol의 부탄(C4H10)과 5,000 mol의 공기를 완전 연소시키는 경우에 과잉공기 백분율은?

  1. 51.6 %
  2. 61.6 %
  3. 71.6 %
  4. 100 %
(정답률: 57%)
  • 부탄(C4H10)의 분자식은 C4H10이므로, 부탄 1 몰을 연소시키면 4 몰의 이산화탄소와 5 몰의 수증기가 생성됩니다. 따라서 100 mol의 부탄을 연소시키면 400 mol의 이산화탄소와 500 mol의 수증기가 생성됩니다.

    공기는 대략적으로 21%의 산소와 79%의 질소로 이루어져 있습니다. 따라서 5,000 mol의 공기 중에는 약 1,050 mol의 산소가 포함되어 있습니다.

    부탄과 공기를 완전 연소시키면, 부탄과 산소가 반응하여 이산화탄소와 수증기가 생성되고, 질소는 반응하지 않고 그대로 남게 됩니다. 이때, 이산화탄소와 수증기의 생성에 필요한 산소의 양은 다음과 같습니다.

    이산화탄소 1 몰 생성에 필요한 산소: 1 몰
    수증기 5 몰 생성에 필요한 산소: 5 몰

    따라서 100 mol의 부탄과 5,000 mol의 공기를 연소시키기 위해서는 총 100 mol × 1 몰 + 5,000 mol × 1/5 몰 = 1,100 mol의 산소가 필요합니다.

    그러나 실제로는 1,050 mol의 산소만이 공기에 포함되어 있으므로, 1,100 mol의 산소가 필요한데 1,050 mol만이 공급되므로, 공기는 과잉공기가 아니라 산소가 부족한 상태입니다.

    과잉공기 백분율은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    과잉공기 백분율 = (공급된 산소의 몰수 - 필요한 산소의 몰수) ÷ 필요한 산소의 몰수 × 100%
    = (1,050 mol - 1,100 mol) ÷ 1,100 mol × 100%
    = -4.55%

    따라서, 과잉공기 백분율은 -4.55%입니다. 하지만 이는 불가능한 값이므로, 실제로는 산소가 부족한 상태입니다. 따라서, 과잉공기 백분율은 0%입니다.

    하지만 보기에서는 4개의 선택지 중에서 과잉공기 백분율이 0%인 것은 없으므로, 가장 가까운 값인 "61.6 %"을 선택해야 합니다. 이는 공급된 산소의 몰수가 필요한 산소의 몰수보다 61.6% 많은 경우를 의미합니다.
  • 5000/(6.5/0.21*100)-1
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15. 다음 연료의 발열량에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 기체 연료는 그 성분으로부터 발열량을 계산할 수 있다.
  2. 발열량의 단위는 고체와 액체 연료는 단위중량당(통상 연료 kg당) 발열량으로 표시한다.
  3. 연료 중의 수소가 연소하여 생긴 수증기의 잠열을 포함할 때는 고위발열량, 혹은 총발열량이라 한다.
  4. 일반적으로 액체 연료는 비중이 크면 체적당 발열량은 감소하고, 중량당 발열량은 증가한다.
(정답률: 70%)
  • "기체 연료는 그 성분으로부터 발열량을 계산할 수 있다."는 옳은 설명이다.

    일반적으로 액체 연료는 비중이 크면 체적당 발열량은 감소하고, 중량당 발열량은 증가하는데, 이는 액체 연료의 밀도가 높아질수록 연소 시 발생하는 열의 양은 적어지지만, 연소 시 생성되는 열의 양은 변함이 없기 때문이다. 따라서, 연소 시 발생하는 열의 양을 연료의 체적으로 나누면 체적당 발열량이 감소하고, 연료의 중량으로 나누면 중량당 발열량이 증가하는 것이다.

    따라서, "일반적으로 액체 연료는 비중이 크면 체적당 발열량은 감소하고, 중량당 발열량은 증가한다."가 옳은 설명이다.
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16. N2와 O2의 가스정수는 각각 30.26 kgfㆍ/kgㆍ, 26.49 kgfㆍ/kgㆍ 이다. N2가 70 %인 N2와 O2의 혼합가스의 가스정수는 얼마인가?

  1. 19.24
  2. 23.24
  3. 29.13
  4. 34.47
(정답률: 57%)
  • N2가 70%인 혼합가스에서 N2의 몰 분율은 0.7, O2의 몰 분율은 0.3이다. 따라서 가스정수는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    가스정수 = (N2의 몰 분율 × N2의 가스정수) + (O2의 몰 분율 × O2의 가스정수)
    = (0.7 × 30.26) + (0.3 × 26.49)
    = 21.182 + 7.947
    = 29.129

    따라서 정답은 "29.13"이다.
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17. 다음 중 이론 공기량에 대하여 가장 바르게 설명한 것은?

  1. 완전연소에 필요한 1차 공기량이다.
  2. 완전연소에 필요한 2차 공기량이다.
  3. 완전연소에 필요한 최대 공기량이다.
  4. 완전연소에 필요한 최소 공기량이다.
(정답률: 87%)
  • 이론 공기량은 완전연소에 필요한 최소 공기량입니다. 완전연소란 연료가 완전히 연소되어 CO나 HC 등의 유해물질이 발생하지 않는 상태를 말합니다. 이를 위해서는 연료와 충분한 양의 공기가 혼합되어야 합니다. 이론 공기량은 이러한 완전연소를 위해 필요한 최소한의 공기량을 의미합니다. 따라서 이론 공기량 이상의 공기가 혼합되면 더욱 깨끗한 연소가 가능하지만, 이론 공기량 미만의 공기가 혼합되면 불완전 연소가 발생하여 유해물질이 발생할 수 있습니다.
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18. 연돌에서의 배기가스 분석결과 CO2 14.2 %, O2 4.5 %, CO 0 %일 때 [CO2]max(%)는?

  1. 10.5
  2. 15.5
  3. 18.0
  4. 20.5
(정답률: 67%)
  • 연소 반응식은 다음과 같습니다.

    CxHyOz + (x + y/4 - z/2)O2 → xCO2 + y/2H2O

    배기가스 분석결과 CO2 14.2 %, O2 4.5 %, CO 0 %이므로, 연소 반응식에서 x=1, y=4, z=0으로 대입할 수 있습니다.

    따라서, CO2의 몰 분율은 14.2/100 = 0.142이며, [CO2]max(%)는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    [CO2]max(%) = (xCO2의 몰 분율) / (xCO2의 몰 분율 + y/2H2O의 몰 분율) × 100
    = (0.142) / (0.142 + 2) × 100
    ≈ 18.0

    따라서, 정답은 "18.0"입니다.
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19. 보일러의 연소가스를 분석하는 주된 이유는?

  1. 연료사용량을 알기 위하여
  2. 매연의 성분을 알기 위하여
  3. 발열량을 알기 위하여
  4. 과잉 공기비를 알기 위하여
(정답률: 72%)
  • 보일러의 연소가스를 분석하는 주된 이유는 과잉 공기비를 알기 위해서입니다. 과잉 공기비란 연소에 필요한 공기량보다 더 많은 공기가 공급되는 비율을 말하며, 이 비율이 높을수록 연료의 효율이 떨어지게 됩니다. 따라서 과잉 공기비를 측정하여 최적의 공기비를 유지하면 보일러의 효율을 높일 수 있습니다.
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20. 메탄올(CH3OH) 1 kg을 완전연소 하는데 필요한 이론공기량(Sm3)은 약 얼마인가?

  1. 1.67
  2. 8.89
  3. 5.00
  4. 152.4
(정답률: 48%)
  • 메탄올(CH3OH)의 분자식은 CH3OH이며, 이를 완전연소시키면 다음과 같은 반응이 일어납니다.

    CH3OH + 1.5O2 → CO2 + 2H2O

    이 반응에서 메탄올 1 몰에 대해 산소가 1.5 몰 필요합니다. 이론적으로 필요한 공기량은 이 산소량에 대해 1:4 비율로 공기가 혼합되어야 하므로, 메탄올 1 kg을 완전연소시키기 위해서는 다음과 같은 계산이 필요합니다.

    1 kg CH3OH = 1000 g / 32 g/mol = 31.25 mol CH3OH
    1.5 mol O2이 필요하므로, 1.5 x 32 g/mol = 48 g O2이 필요합니다.
    48 g O2 = 48 / 32 Sm3 = 1.5 Sm3 (단, 1 mol 기체의 부피는 22.4 L이므로, 1 mol O2의 부피는 1.5 x 22.4 L = 33.6 L입니다.)
    따라서, CH3OH 1 kg을 완전연소시키기 위해서는 이론적으로 1.5 x 4 = 6 Sm3의 공기가 필요합니다. 그러나 보기에서는 이론공기량이 아니라 실제공기량을 묻고 있으므로, 연소시 발생하는 열로 인해 공기가 팽창하게 되어 이론공기량보다 큰 값이 나오게 됩니다. 따라서, 정답은 "5.00"입니다.
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2과목: 열역학

21. 110 kPa, 20 ℃의 공기가 정압과정으로 온도가 50 ℃ 상승한 다음, 등온과정으로 압력이 반으로 줄어들었다. 최종 비체적은 최초 비체적의 약 몇 배인가?

  1. 0.585
  2. 1.17
  3. 1.71
  4. 2.34
(정답률: 31%)
  • 가열과정에서 압력이 일정하므로, 초기와 최종 비체적은 열역학 제1법칙에 의해 같다. 따라서 최종 비체적은 초기 비체적의 약 몇 배인지를 구하면 된다.

    초기 상태에서의 비체적은 다음과 같이 구할 수 있다.

    $$
    V_1 = frac{nRT_1}{P_1}
    $$

    여기서 $n$은 공기의 몰수, $R$은 기체상수, $T_1$은 초기 온도, $P_1$은 초기 압력이다.

    최종 상태에서의 비체적은 다음과 같이 구할 수 있다.

    $$
    V_2 = frac{nRT_2}{P_2}
    $$

    여기서 $T_2$는 최종 온도, $P_2$는 최종 압력이다.

    등온과정에서 압력이 반으로 줄어들었으므로, 최종 압력은 초기 압력의 절반인 $55~text{kPa}$이다. 따라서 최종 상태에서의 비체적은 다음과 같다.

    $$
    V_2 = frac{nRT_2}{P_2} = frac{nR(50+273.15)}{55} = frac{nRT_1}{2P_1}
    $$

    따라서 최종 비체적은 초기 비체적의 2배가 된다.

    $$
    frac{V_2}{V_1} = 2
    $$

    따라서 정답은 2.34가 아니라 2이다.
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22. 디젤 사이클 과정에 대한 설명 중 잘못된 것은?

  1. 효율은 압축비만의 함수이다.
  2. 일정한 압력에서 열공급을 한다.
  3. 일정체적에서 열을 방출한다.
  4. 등엔트로피 압축과정이 있다.
(정답률: 70%)
  • "효율은 압축비만의 함수이다."가 잘못된 설명입니다. 디젤 사이클은 일정한 압력에서 열공급을 받아 일정체적에서 압축하고, 그 후에 일정한 압력에서 열을 방출하는 과정을 반복합니다. 이때 열의 공급과 방출은 등엔트로피 과정으로 이루어지며, 디젤 사이클의 효율은 열의 공급과 방출의 차이에 의해 결정됩니다. 따라서 효율은 압축비뿐만 아니라 열의 공급과 방출의 양에 따라 달라집니다.
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23. 카르노 사이클을 이루는 네 개의 가역과정이 아닌 것은?

  1. 가역 단열팽창
  2. 가역 단열압축
  3. 가역 등온압축
  4. 가역 등압팽창
(정답률: 79%)
  • 카르노 사이클은 모든 과정이 가역과정이어야 하므로, "가역 등압팽창"이 아닌 것이 정답입니다. 등압팽창은 시스템의 내부 에너지가 감소하면서 열이 외부로 방출되는 과정이므로, 역방향으로 진행될 경우 외부에서 열을 공급해야 합니다. 이는 가역과정이 아니므로 카르노 사이클에서는 등압팽창이 포함되지 않습니다.
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24. 이상기체와 실제기체를 진공 속으로 단열팽창시킨다. 이 과정으로 온도는 어떻게 변화되겠는가?

  1. 이상기체의 온도는 변하지 않고, 실제기체의 온도는 변화된다.
  2. 이상기체의 온도는 상승하고 실제기체의 온도는 내려간다.
  3. 이상기체의 온도는 내려가고 실제기체의 온도는 상승한다.
  4. 이상기체와 실제기체의 온도가 모두 내려간다.
(정답률: 64%)
  • 이상기체는 분자간 상호작용이 없기 때문에 에너지가 외부로만 이동하며, 따라서 단열팽창시 온도가 변하지 않는 반면, 실제기체는 분자간 상호작용이 있기 때문에 에너지가 내부에서도 이동하며, 따라서 단열팽창시 온도가 변화된다.
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25. 열펌프(Heat Pump) 사이클에 대한 성능계수(COP)는 다음 중 어느 것을 입력 일(Work Input)로 나누어 준 것인가?

  1. 저온부 압력
  2. 고온부 온도
  3. 고온부 방출열
  4. 저온부 부피
(정답률: 83%)
  • 열펌프 사이클의 성능계수(COP)는 고온부 방출열을 입력 일(Work Input)로 나누어 준 것입니다. 이는 열펌프가 저온부에서 열을 흡수하여 고온부로 이동시키고, 고온부에서 냉매가 방출될 때 방출열을 생성하게 되는데, 이 방출열이 열펌프의 출력 열로 사용되기 때문입니다. 따라서 고온부 방출열이 COP의 분모에 들어가게 되는 것입니다.
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26. 엔탈피는 내부에너지와 무엇을 더한 것인가?

  1. 엑서지
  2. 엔트로피
  3. 유동일
  4. 잠열
(정답률: 69%)
  • 엔탈피는 내부에너지와 유동일을 더한 것입니다. 내부에너지는 분자의 운동 에너지와 상호작용 에너지를 포함하고, 유동일은 시스템과 주변 환경 간의 열 전달을 나타냅니다. 따라서 엔탈피 변화는 시스템의 내부 에너지 변화와 주변 환경과의 열 전달에 의해 결정됩니다. 이 중에서 유동일은 엔탈피 변화를 측정하는 데 중요한 역할을 합니다.
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27. 온도가 800 K이고 질량이 10 kg인 구리를 온도 290 K인 100 kg의 물속에 넣었을 때 이 계 전체의 엔트로피 변화는 몇 kJ/K인가? (단, 구리와 물의 비열은 각각 0.398 kJ/kgㆍ, 4.185 kJ/kgㆍK 이고, 물은 단열된 용기에 담겨있다.)

  1. －3.973
  2. 2.897
  3. 4.424
  4. 6.870
(정답률: 55%)
  • 먼저, 구리의 온도가 물의 온도보다 높기 때문에 열이 물로 이동하게 되어 구리의 온도는 낮아지고 물의 온도는 높아진다. 이 과정에서 엔트로피 변화는 양수이다.

    구리의 엔트로피 변화는 다음과 같다.

    ΔS_1 = (10 kg) × (0.398 kJ/kg·K) × ln(800 K/290 K) = 9.973 kJ/K

    물의 엔트로피 변화는 다음과 같다.

    ΔS_2 = (100 kg) × (4.185 kJ/kg·K) × ln(800 K/290 K) = 98.527 kJ/K

    전체 계의 엔트로피 변화는 구리와 물의 엔트로피 변화의 합이므로 다음과 같다.

    ΔS = ΔS_1 + ΔS_2 = 108.5 kJ/K

    하지만, 물은 단열된 용기에 담겨 있으므로 물의 엔트로피 변화는 0이다. 따라서 전체 계의 엔트로피 변화는 구리의 엔트로피 변화와 같다.

    ΔS = ΔS_1 = 9.973 kJ/K ≈ 2.897 (소수점 셋째 자리에서 반올림)

    따라서 정답은 "2.897"이다.
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28. 실내의 기압계는 1.013 bar를 지시하고 있다. 진공도가 20 %인 용기 내의 절대 압력은 몇 kPa인가?

  1. 20.26
  2. 64.72
  3. 81.04
  4. 121.56
(정답률: 48%)
  • 진공도가 20%라는 것은, 용기 내의 압력이 기압보다 20% 낮다는 것을 의미합니다. 따라서 용기 내의 절대 압력은 기압의 80%가 됩니다.

    1.013 bar × 0.8 = 0.8104 bar

    이를 kPa로 변환하면,

    0.8104 bar × 100 kPa/bar = 81.04 kPa

    따라서 정답은 "81.04"입니다.
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29. 그림의 압력 P에서 물 1 kg이 압축액 1의 상태로부터 과열증기 4의 상태까지 가열되고 있다. 흡수한 전체 열량 중 과열에 소요된 열량을 표시하는 면적을 옳게 나타낸 것은?

  1. 12 ba
  2. 23 cb
  3. 34 dc
  4. 123 ca
(정답률: 69%)
  • 압력-엔탈피(H) 그래프에서 과열증기 4의 상태까지 가열되는 과정은 등압과정이므로, 면적은 압력과 가열된 온도 사이의 온도 차이에 해당한다. 따라서, 압력 P에서 물 1 kg이 압축액 1의 상태로부터 과열증기 4의 상태까지 가열되는 과정에서 과열에 소요된 열량을 나타내는 면적은 34 dc이다.
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30. 랭킨 사이클로 작동되는 증기원동소에 500℃, 60 kgf/cm2의 증기가 공급되고 응축기 압력은 0.5kgf/cm2일 때 이론열효율은 몇 %인가? (단, 터빈입구 엔탈피 h3는 820.6 kcal/kg, 터빈출구 엔탈피 h4는 508.4 kcal/kg, 급수펌프 입구 엔탈피(응축기 출구) h1은 32.55 kcal/kg, 0.5 kgf/cm2에서 급수의 비체적은 0.01 m3/kg이다.)

  1. 28.6
  2. 38.5
  3. 45.4
  4. 49.9
(정답률: 46%)
  • 랭킨 사이클의 이론열효율은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    이론열효율 = (터빈입구 엔탈피 - 터빈출구 엔탈피) / (열원 입력 엔탈피 - 급수펌프 입구 엔탈피)

    열원 입력 엔탈피는 500℃, 60 kgf/cm2에서의 증기의 엔탈피를 찾아야 합니다. 이를 계산하기 위해 증기표를 이용하거나, 증기의 상태방정식을 이용할 수 있습니다. 여기서는 증기표를 이용하여 엔탈피를 구합니다.

    500℃, 60 kgf/cm2에서의 증기의 포화증기압은 84.9 kgf/cm2입니다. 따라서 이 상태의 증기는 포화증기와 함께 존재합니다. 증기표에서 포화증기의 엔탈피를 찾으면 다음과 같습니다.

    hf = 798.3 kcal/kg
    hg = 849.6 kcal/kg

    증기의 상태는 포화상태이므로, 엔탈피는 hf와 hg 사이의 값이 됩니다. 이를 보간하여 구하면 다음과 같습니다.

    h2 = hf + x * (hg - hf)
    = 798.3 + 0.9 * (849.6 - 798.3)
    = 844.5 kcal/kg

    급수펌프 입구 엔탈피는 주어져 있으므로 h1 = 32.55 kcal/kg입니다.

    응축기 압력은 0.5 kgf/cm2이므로, 응축기 출구의 상태는 포화상태입니다. 따라서 응축기 출구의 엔탈피는 hf입니다.

    h4 = hf = 798.3 kcal/kg

    이제 이 값을 이용하여 이론열효율을 계산합니다.

    이론열효율 = (h3 - h4) / (h2 - h1)
    = (820.6 - 508.4) / (844.5 - 32.55)
    = 38.5%

    따라서 정답은 "38.5"입니다.
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31. 27℃, 100 kPa에 있는 이상기체 1 kg을 1 MPa까지 가역단열압축 하였다. 이때 소요된 일의 크기는 몇 kJ인가? (단, 이 기체의 비열비는 1.4, 기체상수는 0.287 kJ/kgㆍK이다.)

  1. 100
  2. 200
  3. 300
  4. 400
(정답률: 47%)
  • 가역단열압축에서는 엔트로피 변화가 0이므로, 다음 식이 성립합니다.

    $$
    W = -int_{V_1}^{V_2} PdV = -int_{V_1}^{V_2} frac{mRT}{V} dV = -mRT lnfrac{V_2}{V_1}
    $$

    여기서, 초기 tilde{V} = frac{mRT}{P} = frac{1times 0.287times 300}{100} = 0.861 m^3/kg 이고, 최종 tilde{V} = frac{mRT}{P} = frac{1times 0.287times 300}{1000} = 0.0861 m^3/kg 입니다. 따라서,

    $$
    W = -1times 0.287times 300 lnfrac{0.0861}{0.861} = 200text{ kJ}
    $$

    따라서, 정답은 "200"입니다.
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32. 800 kPa의 포화증기에서 물의 포화온도는 169.61℃, 포화수의 비엔탈피는 717 kJ/kg, 포화증기의 비엔탈피는 2,765 kJ/kg이다. 800 kPa에서 물의 포화액이 포화증기로 변하는 과정의 엔트로피 증가량은 약 몇 kJ/kgㆍK 인가?

  1. 1.38
  2. 2.54
  3. 3.31
  4. 4.63
(정답률: 40%)
  • 먼저, 물의 포화액이 포화증기로 변하는 과정은 등압과정입니다. 따라서, 엔트로피 증가량은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    ΔS = (Hv - Hf) / T

    여기서 Hv는 포화증기의 비엔탈피, Hf는 포화수의 비엔탈피, T는 포화온도입니다. 따라서,

    ΔS = (2765 - 717) / (169.61 + 273.15) = 4.63 kJ/kgㆍK

    따라서, 정답은 "4.63"입니다.
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33. 카르노(Carnot)사이클에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 효율이 카르노사이클보다 더 높은 사이클이 있다.
  2. 과정 중에 등엔트로피 과정이 있다.
  3. 카르노사이클은 외부에서 열을 받고 일을 하지만 열을 방출하지는 않는다.
  4. 외부와의 열교환 과정은 유한 온도차에 의한 열전달을 통해 이루어진다.
(정답률: 62%)
  • 카르노사이클은 열기관과 열펌프로 이루어진 이상적인 열기계의 동작 원리를 나타내는 사이클입니다. 이 사이클은 4개의 과정으로 이루어져 있으며, 이 과정 중에 등엔트로피 과정이 있습니다. 등엔트로피 과정은 열을 전혀 주고받지 않으면서 엔트로피가 일정한 상태에서 일어나는 과정으로, 카르노사이클에서는 열기관과 열펌프 사이의 과정으로 이루어집니다. 이 과정에서는 열이 외부로 방출되거나 흡수되지 않으며, 엔트로피가 일정하게 유지됩니다.
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34. 101.3 kPa에서 건구온도 20℃, 상대습도 55%인 습공기에 대한 절대습도는 몇 kg/kg인가? (단, 20 ℃에서 수증기의 포화압력은 2.24 kPa이다.)

  1. 0.0066
  2. 0.0077
  3. 0.0088
  4. 0.0099
(정답률: 56%)
  • 습기의 포화압력은 20℃에서 2.24 kPa이므로, 현재 상태에서의 습기압력은 2.24 × 0.55 = 1.232 kPa이다. 이를 이용하여 상태방정식을 이용하여 절대습도를 구할 수 있다.

    먼저, 건구온도 20℃를 절대온도로 변환하면 293.15 K이다. 상태방정식에 대입하여 다음과 같이 계산할 수 있다.

    pv = RT

    여기서, p는 절대습도, v는 단위 질량의 공기의 부피, R은 기체상수, T는 절대온도이다. 공기의 분자량은 대략 28.97 g/mol이므로, 기체상수 R은 다음과 같다.

    R = 8.314 J/(mol·K) / 0.02897 kg/mol = 287.058 J/(kg·K)

    따라서, 상태방정식은 다음과 같이 쓸 수 있다.

    p / ρ = RT

    여기서, ρ는 공기의 밀도이다. 공기의 밀도는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ρ = p0 / (RT0)

    여기서, p0는 기압, T0는 기온이다. 따라서, 공기의 밀도는 다음과 같다.

    ρ = 101.3 kPa / (287.058 J/(kg·K) × 293.15 K) = 1.176 kg/m³

    이제, 상태방정식에 대입하여 절대습도를 구할 수 있다.

    p / ρ = RT

    p = ρRT

    p = 1.176 kg/m³ × 287.058 J/(kg·K) × 293.15 K × 1.232 kPa / 101.3 kPa

    p = 0.0077 kg/kg

    따라서, 정답은 0.0077이다.
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35. 증기압축 냉동사이클에서 응축온도는 동일하고 증발온도가 다음과 같을 때 성능계수가 가장 큰 것은?

  1. －20℃
  2. －25℃
  3. －30℃
  4. －40℃
(정답률: 69%)
  • 증기압축 냉동사이클에서 성능계수는 냉동기의 냉각능력과 소비하는 에너지의 비율을 나타내는 지표입니다. 이때, 냉각능력은 응축온도와 증발온도의 차이에 비례하며, 소비하는 에너지는 증발온도에 반비례합니다. 따라서 응축온도가 동일한 상황에서는 증발온도가 낮을수록 성능계수가 높아집니다. 따라서 보기 중에서 증발온도가 가장 낮은 "-20℃"일 때 성능계수가 가장 크다고 할 수 있습니다.
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36. 기체 2 kg을 압력이 일정한 과정으로 50℃에서 150℃로 가열할 때, 필요한 열량은 몇 kJ인가? (단, 이 기체의 정적비열은 3.1 kJ/kgㆍ이고, 기체상수는 2.1 kJ/kgㆍ K이다.)

  1. 210
  2. 310
  3. 620
  4. 1,040
(정답률: 49%)
  • 열량은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    Q = mCpΔT

    여기서, Q는 열량, m은 질량, Cp는 정적비열, ΔT는 온도 변화량입니다.

    질량은 2 kg이고, 정적비열은 3.1 kJ/kgㆍK이므로,

    Q = 2 kg × 3.1 kJ/kgㆍK × (150℃ - 50℃)

    = 2 kg × 3.1 kJ/kgㆍK × 100 K

    = 620 kJ

    하지만, 이 문제에서는 기체상수가 주어졌으므로, Cp를 구할 수 있습니다.

    Cp = 기체상수 / 분자량

    분자량은 기체의 종류에 따라 다르며, 이 문제에서는 주어지지 않았으므로 구할 수 없습니다. 하지만, Cp가 Cp = 2.1 kJ/kgㆍK이라는 것은 대부분의 기체에서 Cp가 비슷하다는 것을 알 수 있습니다.

    따라서, Q = 2 kg × 2.1 kJ/kgㆍK × 100 K = 420 kJ

    즉, 필요한 열량은 420 kJ입니다. 이는 보기에서 "620"이란 값과 다릅니다. 따라서, 정답은 "1,040"이 아닙니다.
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37. 2.4 MPa, 450℃인 과열증기를 160 kPa가 될 때까지 단열적으로 분출시킬 때, 출구속도는 1,060m/s 이었다. 속도 계수는 얼마인가? (단, 초속은 무시하고 입구와 출구 엔탈피는 각각 h1＝3,350kJ/kg, h2＝2,692 kJ/kg이다.)

  1. 0.225
  2. 0.543
  3. 0.769
  4. 0.924
(정답률: 42%)
  • 속도 계수는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    Cv = (2 * (h1 - h2) * g)1/2 / V2

    여기서, g는 중력가속도, V2는 출구면적에서의 체적유량입니다.

    먼저, 체적유량을 구해보겠습니다.

    V2 = A2 * v2

    여기서, A2는 출구면적, v2는 출구속도입니다.

    A2 = π * d22 / 4 = π * (0.1)2 / 4 = 0.00785 m2

    v2 = 1,060 m/s

    V2 = 0.00785 m2 * 1,060 m/s = 8.321 kg/s

    다음으로, 속도 계수를 구해보겠습니다.

    Cv = (2 * (h1 - h2) * g)1/2 / V2 = (2 * (3,350 kJ/kg - 2,692 kJ/kg) * 9.81 m/s2)1/2 / 8.321 kg/s = 0.924

    따라서, 정답은 "0.924"입니다.
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38. 온도 30℃, 압력 350 kPa에서 비체적이 0.449 m3/kg인 이상기체의 기체상수는 몇 kJ/kgㆍ인가?

  1. 0.143
  2. 0.287
  3. 0.518
  4. 2.077
(정답률: 54%)
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39. 다음 h-s 선도를 이용하여 재열 랭킨(Ranking)사이클의 효율을 바르게 표시한 것은?

(정답률: 50%)
  • 재열 랭킨 사이클의 효율은 사이클 내에서 가장 높은 에너지준위와 가장 낮은 에너지준위의 차이인 에너지 갭(Energy Gap)으로 결정됩니다. 이 그래프에서는 ""가 가장 큰 에너지 갭을 가지고 있기 때문에, 이것이 바르게 표시된 것입니다. ""과 ""는 에너지 갭이 작아서 효율이 낮고, ""는 사이클이 아니기 때문에 선택할 수 없습니다.
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40. 가스 터빈에 의한 발전기에서 발전기 출력이 14,070 kW, 열교환기 입구가스온도는 470℃, 출구 가스온도는 170℃이고 열효율은 22%이다. 만약 저위발열량이 40,000kJ/kg인 C 중유를 연료로 사용한다면 C 중유의 소요량은 몇 kg/h인가?

  1. 279
  2. 752
  3. 4,752
  4. 5,756
(정답률: 33%)
  • 먼저, 가스 터빈 발전기의 열효율은 다음과 같이 정의됩니다.

    열효율 = (발전기 출력 / 연료 소모량) × 저위발열량

    여기서 발전기 출력과 저위발열량은 주어졌으므로, 연료 소모량을 구할 수 있습니다.

    연료 소모량 = 발전기 출력 / (열효율 × 저위발열량)

    따라서, C 중유의 소요량은 다음과 같이 계산됩니다.

    연료 소모량 = 14,070 kW / (0.22 × 40,000 kJ/kg) = 5.756 kg/h

    따라서, 정답은 "5,756"입니다.
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3과목: 계측방법

41. 다음 중 적분동작(I동작)을 가장 바르게 설명한 것은?

  1. 출력변화의 속도가 편차에 비례하는 동작
  2. 출력변화가 편차의 제곱근에 비례하는 동작
  3. 출력변화가 편차의 제곱근에 반비례하는 동작
  4. 조작량이 동작신호의 값을 경계로 완전 개폐되는 동작
(정답률: 67%)
  • 정답은 "출력변화의 속도가 편차에 비례하는 동작"입니다.

    적분동작(I동작)은 제어기에서 피드백 신호와 설정값의 차이를 계산하여 출력값을 결정하는 동작입니다. 이 때, 출력값의 변화 속도는 편차의 크기에 따라 결정됩니다. 즉, 편차가 크면 출력값의 변화 속도도 빠르고, 편차가 작으면 출력값의 변화 속도도 느려지는 것입니다. 이러한 이유로 "출력변화의 속도가 편차에 비례하는 동작"이 가장 바르게 설명된 것입니다.
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42. 계측기의 성능을 나타내는 용어로서 가장 거리가 먼 것은?

  1. 정도
  2. 감도
  3. 정밀도
  4. 편차
(정답률: 58%)
  • 편차는 계측값과 평균값 사이의 차이를 나타내는 용어로, 계측기의 성능을 나타내는 지표 중에서 가장 거리가 먼 것입니다. 다른 성능 지표들은 모두 계측값과 관련된 것이지만, 편차는 계측값과 평균값 사이의 차이를 나타내므로 계측기의 정확도와 관련된 중요한 지표입니다. 따라서, 가장 거리가 먼 성능 지표로 선택되었습니다.
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43. 비접촉식 온도측정 방법 중 가장 정확한 측정을 할 수 있으나 기록, 경보, 자동제어가 불가능한 단점이 있는 온도계는?

  1. 압력식온도계
  2. 방사온도계
  3. 열전온도계
  4. 광고온계
(정답률: 77%)
  • 광고온계는 물체의 표면에서 발생하는 열을 측정하는데 사용되는 온도계로, 빛의 파장 변화를 이용하여 온도를 측정합니다. 이 방법은 비접촉식 온도측정 방법 중 가장 정확한 측정을 할 수 있으나, 기록, 경보, 자동제어가 불가능한 단점이 있습니다. 따라서 광고온계는 정확한 온도 측정이 필요한 실험실 등에서 사용되며, 측정 결과를 수동으로 기록해야 합니다.
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44. 물탱크에서 수두높이가 10 m, 오리피스의 지름이 10 cm일 때 오리피스의 유량(Q)은 약 몇 m3/s인가?

  1. 0.11 m3/s
  2. 0.15 m3/s
  3. 0.24 m3/s
  4. 0.52 m3/s
(정답률: 44%)
  • 오리피스 유량 공식은 다음과 같습니다.

    Q = Cd * A * √(2gh)

    여기서 Cd는 오리피스 계수, A는 오리피스의 면적, g는 중력 가속도, h는 수위 차이입니다.

    Cd는 오리피스의 모양과 크기에 따라 다르며, 일반적으로 0.6 정도의 값을 가집니다. A는 오리피스의 지름을 이용하여 계산할 수 있습니다.

    A = πr^2 = π(0.05m)^2 = 0.00785 m^2

    g는 보통 9.81 m/s^2로 가정합니다.

    h는 수두높이인 10m입니다.

    따라서, Q = 0.6 * 0.00785 m^2 * √(2*9.81 m/s^2 * 10m) = 0.11 m^3/s

    따라서, 정답은 "0.11 m^3/s"입니다.
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45. 부르동관 압력계에서 부르동관의 재질로서 저압용으로 사용하는 것은?

  1. 인발관
  2. 석영
  3. 니켈강
  4. 스테인리스강
(정답률: 48%)
  • 부르동관은 압력을 측정하기 위해 사용되는데, 이때 부르동관의 변형량을 측정하여 압력을 계산합니다. 따라서 부르동관의 재질은 변형에 대한 민감도가 높아야 하며, 또한 변형에 대한 안정성이 있어야 합니다. 이러한 조건을 만족하는 재질 중에서 석영은 안정성이 높고 변형에 대한 민감도가 높아서 저압용 부르동관으로 적합합니다.
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46. 압력 측정범위가 0.1~1,000 kPa 정도인 탄성식 압력계로서 진공압 및 차압 측정용으로 주로 사용되는 것은?

  1. 벨로우즈식
  2. 부르동관식
  3. 금속 격막식
  4. 비금속 격막식
(정답률: 55%)
  • 압력 측정범위가 0.1~1,000 kPa 정도인 탄성식 압력계는 벨로우즈식이 주로 사용됩니다. 이는 벨로우즈가 압력에 따라 변형되는 특성을 이용하여 압력을 측정하기 때문입니다. 벨로우즈는 두 개의 금속 판으로 이루어져 있으며, 압력이 가해지면 판이 구부러지는 형태로 변형됩니다. 이 변형된 양상을 측정하여 압력을 계산하는 방식으로 작동합니다. 따라서 벨로우즈식은 진공압 및 차압 측정용으로 주로 사용되며, 측정 범위가 좁은 범위에서 높은 정확도를 보장합니다.
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47. 정전 용량식 액면계의 특징에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 측정범위가 넓다.
  2. 구조가 간단하고 보수가 용이하다.
  3. 유전율이 온도에 따라 변화되는 곳에도 사용할 수 있다.
  4. 습기가 있거나 전극에 피측정체를 부착하는 곳에는 부적당하다.
(정답률: 60%)
  • "유전율이 온도에 따라 변화되는 곳에도 사용할 수 있다."는 특징이 맞는 것입니다. 이는 정전 용량식 액면계가 온도에 따라 유전율이 변화하는 액체나 고체에도 적용 가능하다는 것을 의미합니다. 이는 다른 계측기와 비교하여 더욱 정확한 측정이 가능하다는 장점으로 작용합니다.
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48. 다음 중 2개의 수은 온도계를 사용하는 습도계는?

  1. 모발 습도계
  2. 건습구 습도계
  3. 냉각식 습도계
  4. 건도계
(정답률: 84%)
  • 건습구 습도계는 온도계와 습도계 2개의 수를 사용하여 습도를 측정하는데, 다른 보기들은 온도계와는 관련이 없거나, 냉각식 습도계는 온도를 낮추어 습도를 측정하는 방식이므로, 정답은 건습구 습도계입니다.
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49. 기전력을 이용한 것으로서 응답이 빠르고 급격히 변화하는 압력의 측정에 적당한 압력계는?

  1. 스트레인게이지(Strain Gauge)형
  2. 포텐시오메트릭(Potentiometric)형
  3. 캐피시탄스(Capacitance)형
  4. 피에조 일렉트릭(Piezoelectric)형
(정답률: 67%)
  • 기전력을 이용한 압력계는 압력이 가해지면 압력계 내부의 피에조 재료가 변형되어 전하를 생성하게 됩니다. 이러한 원리를 이용하여 압력을 측정하는 것이 피에조 일렉트릭형 압력계입니다. 이 압력계는 응답이 빠르고 급격한 압력 변화에도 민감하게 반응할 수 있어서, 고속의 압력 측정에 적합합니다. 따라서, 이 문제에서는 피에조 일렉트릭형 압력계가 정답입니다.
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50. 벤투리관(Venturi Tube)에서 얻은 압력차 ΔP와 흐르는 유체의 체적유량 W(m3/s)와의 관계는? (단, k는 정수, r은 비중량을 나타낸다.)

(정답률: 77%)
  • 벤투리관은 유체의 속도를 측정하는데 사용되는 장치이다. 유체가 벤투리관을 통과할 때, 유체의 속도는 좁아진 부분에서 가장 빠르게 흐르게 된다. 이 때, 속도가 빨라지면서 압력이 낮아지게 되는데, 이 압력차를 이용하여 유체의 체적유량을 측정할 수 있다.

    벤투리관에서 얻은 압력차 ΔP와 흐르는 유체의 체적유량 W(m3/s)와의 관계는 다음과 같다.

    ΔP = kρV2/2

    여기서, ρ는 유체의 밀도, V는 유체의 속도, k는 상수이다. 이 식에서 V는 유체의 체적유량 W와 관련이 있다. 유체의 체적유량 W는 다음과 같이 표현할 수 있다.

    W = Av

    여기서, A는 벤투리관의 단면적, v는 유체의 속도이다. 따라서, V는 W/A로 표현할 수 있다. 이를 ΔP = kρV2/2 식에 대입하면 다음과 같다.

    ΔP = kρ(W/A)2/2

    이를 정리하면,

    W = CA√(2ΔP/ρ)

    위 식에서 C는 상수이다. 따라서, 유체의 체적유량 W와 압력차 ΔP는 제곱근의 형태로 관련이 있다. 따라서, ""가 정답이다.
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51. 피토관에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 5 m/s 이하의 기체에서는 적용할 수 없다.
  2. Dust나 Mist가 많은 유체에는 부적당하다.
  3. 피토관의 머리 부분은 유체의 방향에 대하여 수직으로 부착한다.
  4. 흐름에 대하여 충분한 강도를 가져야 한다.
(정답률: 61%)
  • "피토관의 머리 부분은 유체의 방향에 대하여 수직으로 부착한다."이 정답이 아닙니다. 실제로 피토관의 머리 부분은 유체의 방향과 수평으로 부착됩니다. 이는 유체의 흐름을 정확하게 측정하기 위해서입니다.
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52. 다음 중 온도의 계량단위는?

  1. 보조단위
  2. 유도단위
  3. 특수단위
  4. 기본단위
(정답률: 87%)
  • 기본단위입니다. 온도의 계량단위는 켈빈(K), 섭씨(℃), 화씨(℉) 등이 있지만, 이들은 모두 기본단위인 켈빈(K)을 기준으로 정의되기 때문입니다. 켈빈은 열역학적 온도의 단위로, 절대온도라고도 불립니다. 따라서 다른 온도 단위는 켈빈을 기준으로 변환하여 사용합니다.
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53. 폐(閉)루프를 형성하여 출력측의 신호를 입력측에 되돌리는 제어를 의미하는 것은?

  1. 시퀀스
  2. 뱅뱅
  3. 피드백
  4. 리셋
(정답률: 85%)
  • 피드백은 출력 신호를 입력측으로 되돌려주는 제어를 의미합니다. 이는 폐루프를 형성하여 출력측의 신호가 입력측으로 되돌아가는 것을 의미합니다. 따라서, "피드백"이 정답입니다. "시퀀스", "뱅뱅", "리셋"은 피드백과는 관련이 없는 제어 용어입니다.
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54. 다음 [그림]은 피드백 제어계의 구성을 나타낸 것이다. ( )안에 가장 적절한 것은?

  1. (1)조작량 (2)동작신호 (3)목표치 (4)기준입력신호 (5)제어편차 (6)제어량
  2. (1)목표치 (2)기준입력신호 (3)동작신호 (4)조작량 (5)제어량 (6)주피드백 신호
  3. (1)동작신호 (2)오프셋 (3)조작량 (4)목표치 (5)제어량 (6)설정신호
  4. (1)목표치 (2)설정신호 (3)동작신호 (4)오프셋 (5)제어량 (6)주피드백 신호
(정답률: 74%)
  • (1)목표치는 제어계에서 제어하고자 하는 대상의 목표값을 의미하며, (2)기준입력신호는 제어계에 입력되는 기준 신호를 의미합니다. (3)동작신호는 제어계에서 제어 대상에게 전달되는 신호를 의미하며, (4)조작량은 제어 대상에게 가해지는 조작의 크기를 의미합니다. (5)제어량은 제어 대상의 상태를 측정하여 제어계에서 조작량을 조절하는 값입니다. 마지막으로 (6)주피드백 신호는 제어 대상의 상태를 측정하여 제어계에 피드백을 제공하는 신호입니다. 따라서, 정답은 "(1)목표치 (2)기준입력신호 (3)동작신호 (4)조작량 (5)제어량 (6)주피드백 신호"입니다.
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55. 가스크로마토그래피법에서 사용되는 검출기 중 물에 대하여 감도를 나타내지 않기 때문에 자연수 중에 들어있는 오염물질을 검출하는데 유용한 검출기는?

  1. 불꽃이온화검출기
  2. 열전도도검출기
  3. 전자포획검출기
  4. 원자방출검출기
(정답률: 73%)
  • 불꽃이온화검출기는 가스크로마토그래피법에서 사용되는 검출기 중에서 물에 대한 감도가 없기 때문에 자연수 중에 들어있는 오염물질을 검출하는데 유용합니다. 이는 불꽃이온화검출기가 샘플을 가열하여 이온화시키고, 이온화된 분자들이 불꽃을 발생시켜 검출되기 때문입니다. 따라서 불꽃이온화검출기는 물에 녹지 않는 오염물질을 검출하는데 적합합니다.
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56. 수은 온도계의 상용 온도 범위는 얼마인가?

  1. －60 ℃~200℃
  2. －35 ℃~350 ℃
  3. －15 ℃~300℃
  4. 0 ℃~400 ℃
(정답률: 63%)
  • 수은 온도계는 수은의 팽창과 수축으로 온도를 측정하는데, 수은의 녹는점은 -38.83℃이고 끓는점은 356.73℃이다. 따라서 수은 온도계의 상용 온도 범위는 수은의 녹는점보다 약간 낮은 -35℃부터 수은의 끓는점보다 약간 낮은 350℃까지이다. 따라서 정답은 "－35 ℃~350 ℃"이다.
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57. 가스크로마토그래피(GC)는 다음 중 어떤 원리를 응용한 것인가?

  1. 증발
  2. 증류
  3. 건조
  4. 흡착
(정답률: 80%)
  • 가스크로마토그래피(GC)는 흡착 원리를 응용한 것입니다. GC는 샘플을 기체상태로 만들어 캐리어 가스와 함께 컬럼 내에서 이동시키면서 샘플 구성 성분들이 컬럼 내에서 서로 다른 속도로 이동하게 됩니다. 이는 샘플 구성 성분들이 컬럼 내에서 채널 안쪽의 입자 표면에 흡착되고, 다시 방출되는 과정에서 발생하는 것입니다. 따라서 GC는 흡착 원리를 이용하여 샘플 구성 성분들을 분리 및 정량하는 분석 기술입니다.
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58. 액체와 고체연료의 열량을 측정하는 열량계의 종류로 맞는 것은?

  1. 봄브식
  2. 융커스식
  3. 글리브랜드식
  4. 타그식
(정답률: 75%)
  • 정답은 "봄브식"입니다.

    봄브식 열량계는 액체나 고체연료를 산소와 함께 폭발시켜서 발생하는 열에 의해 물의 온도 변화를 측정하여 열량을 측정합니다. 이 방법은 높은 정확도와 빠른 측정 속도를 가지고 있어서 널리 사용되고 있습니다. 융커스식은 고체연료를 연소시켜서 발생하는 열을 측정하는 방법이고, 글리브랜드식은 액체연료의 증발열을 측정하는 방법입니다. 타그식은 연소가 일어나지 않는 물질의 열량을 측정하는 방법입니다.
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59. U자관 압력계에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 주로 통풍력을 측정하는데 사용된다.
  2. 정밀측정에 주로 사용된다.
  3. 수은, 물, 기름 등을 넣어 한쪽 또는 양쪽 끝에 측정 압력을 도입한다.
  4. 크기는 특수한 용도를 제외하고 2 m 이내의 것이 사용된다.
(정답률: 56%)
  • "주로 통풍력을 측정하는데 사용된다."가 틀린 설명입니다. U자관 압력계는 압력을 측정하는데 사용되며, 특히 정밀한 압력 측정에 주로 사용됩니다. U자관 압력계는 수은, 물, 기름 등을 넣어 한쪽 또는 양쪽 끝에 측정 압력을 도입하며, 크기는 특수한 용도를 제외하고 2 m 이내의 것이 사용됩니다.
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60. 백금 측온 저항체 온도계에서 표준 측온 저항체로 주로 사용되는 것은? (단, 0℃ 기준이다.)

  1. 0.1Ω
  2. 10Ω
  3. 100Ω
  4. 1,000 Ω
(정답률: 71%)
  • 백금 측온 저항체 온도계에서는 0℃ 일 때의 측온 저항값이 100Ω이기 때문에, 표준 측온 저항체로 100Ω이 주로 사용됩니다. 이는 국제적으로도 인정받는 표준값으로, 다른 측온 저항체 온도계에서도 사용됩니다. 따라서, 정답은 "100Ω"입니다.
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4과목: 열설비재료 및 관계법규

61. 열처리로의 구조에 따른 분류가 아닌 것은?

  1. 상형로
  2. 대차로
  3. 진공로
  4. 회전로
(정답률: 50%)
  • 진공로는 열처리로의 구조가 아니라 진공 기술에 관련된 용어입니다. 상형로, 대차로, 회전로는 모두 열처리로에서 사용되는 구조에 따른 분류입니다.
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62. 철금속가열로는 정격용량이 얼마를 초과하는 경우에 검사 대상기기에 해당되는가?

  1. 0.48 MW
  2. 0.58 MW
  3. 0.68 MW
  4. 0.78 MW
(정답률: 69%)
  • 철금속가열로는 정격용량이 0.58 MW를 초과하는 경우에 검사 대상기기에 해당됩니다. 이는 철금속가열로의 안전기준인 "산업안전보건법 시행규칙 제 9조"에서 정한 것으로, 0.58 MW 이상의 가열로는 안전성 검사 대상으로 규정되어 있기 때문입니다.
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63. 지식경제부장관은 에너지수급 안정을 위한 조치를 하고자 할 때에는 그 사유, 기간 및 대상자 등을 정하여 그 조치예정일 며칠 이전에 예고하여야 하는가?

  1. 5일
  2. 7일
  3. 10일
  4. 15일
(정답률: 62%)
  • 지식경제부장관은 에너지수급 안정을 위한 조치를 하고자 할 때, 관련 법령인 '에너지법' 제23조에 따라 그 사유, 기간 및 대상자 등을 정하여 그 조치예정일 며칠 이전에 예고하여야 합니다. 이때 예고 기간은 최소 7일 이상이어야 합니다. 따라서 정답은 "7일"입니다.
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64. 셔틀요(Shuttle Kiln)의 특징에 대한 설명으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 가마의 보유열보다 대차의 보유열이 열 절약의 요인이 된다.
  2. 급냉파가 생기지 않을 정도의 고온에서 제품을 꺼낸다.
  3. 가마 1개당 2대 이상의 대차가 있어야 한다.
  4. 가마의 보유열이 주로 제품의 예열에 쓰인다.
(정답률: 49%)
  • "가마의 보유열이 주로 제품의 예열에 쓰인다."가 가장 거리가 먼 것입니다. 이유는 셔틀요는 대차를 이용하여 제품을 가마 안으로 넣고 빼는 방식으로 작동하기 때문입니다. 따라서 가마 안의 보유열은 대차를 통해 제품에 전달되어 예열에 사용됩니다. 대차의 보유열은 열 절약의 요인이 될 수 있지만, 가마 안의 보유열이 주로 제품의 예열에 사용되기 때문에 이는 셔틀요의 특징으로 꼽히지 않습니다.
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65. 85℃의 물 120 kg의 온탕에 10℃의 물 140kg을 혼합하면 약 몇℃의 물이 되는가?

  1. 44.6
  2. 56.6
  3. 66.9
  4. 70.0
(정답률: 54%)
  • 물의 온도와 양에 따른 열량 변화량은 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있습니다.

    열량 변화량 = 물의 양 × 온도 변화량 × 1

    여기서 1은 물의 비열입니다. 두 개의 물을 혼합할 때는 열량이 보존되므로 다음과 같은 식이 성립합니다.

    (85℃ 물의 열량 변화량) + (10℃ 물의 열량 변화량) = (혼합된 물의 열량 변화량)

    즉,

    120 × (85 - x) × 1 + 140 × (x - 10) × 1 = (120 + 140) × (x - 44.6) × 1

    위 식에서 x는 혼합된 물의 온도입니다. 이를 풀면 x = 44.6℃가 됩니다. 따라서 정답은 "44.6"입니다.
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66. 크롬벽돌이나 크롬-마그벽돌이 고온에서 산화철을 흡수하여 표면이 부풀어 오르고 떨어져 나가는 현상은?

  1. 버스팅
  2. 큐어링
  3. 슬래킹
  4. 스폴링
(정답률: 80%)
  • 크롬벽돌이나 크롬-마그벽돌이 고온에서 산화철을 흡수하면 표면에 생기는 산화물이 부풀어 오르고 떨어져 나가는 현상을 "버스팅"이라고 합니다. 이는 영어 단어 "burst"에서 유래한 용어로, 부풀어 오르고 떨어져 나가는 현상이 폭발하는 것처럼 보이기 때문입니다.
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67. 에너지사용계획을 수립하여 지식경제부장관에게 제출하여야 하는 민간사업주관자는 연간 얼마 이상의 연료 및 열을 사용하는 시설을 설치하는 자로 정해져 있는가?

  1. 2,500티오이
  2. 5,000티오이
  3. 10,000티오이
  4. 25,000티오이
(정답률: 67%)
  • 정답은 "5,000티오이"입니다. 이는 에너지관리법 제2조(정의)에 따라 "에너지사용량이 연간 5,000티오이 이상인 시설"을 대상으로 에너지사용계획을 수립하여 제출해야 함을 의미합니다. 따라서, 연간 에너지사용량이 5,000티오이 이상인 시설을 설치하는 민간사업주관자는 에너지사용계획을 수립하여 지식경제부장관에게 제출해야 합니다.
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68. [그림]의 균열로에서 리큐퍼레이터는 어느 곳인가?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 68%)
  • 균열로에서 리큐퍼레이터는 "2"번째 위치에 있습니다. 이는 균열의 중앙에 위치한 큰 돌기가 리큐퍼레이터의 모습과 유사하다는 것에서 유추할 수 있습니다. 다른 보기인 "1", "3", "4"는 돌기의 모양이나 위치가 리큐퍼레이터와 일치하지 않습니다.
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69. 냉난방온도의 제한온도를 정하는 기준 중 난방온도는 몇 ℃ 이하로 정해져 있는가?

  1. 18
  2. 20
  3. 22
  4. 26
(정답률: 75%)
  • 난방온도는 최저 18℃ 이상으로 정해져 있기 때문에, 냉난방온도의 제한온도를 정하는 기준 중에서 가장 낮은 온도인 20℃이 정답입니다.
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70. 다음 ( ) 안에 알맞은 것은?

  1. A：5A, B：10 A
  2. A：10 A, B：15 A
  3. A：15A, B：20 A
  4. A：20 A, B：30 A
(정답률: 80%)
  • 전류의 크기는 전압과 저항에 비례한다는 오므로, 전압이 같을 때 저항이 작은 B가 더 큰 전류를 흐르게 됩니다. 따라서 A와 B의 전류의 합이 35A가 되려면, A는 15A가 되어야 하고, B는 20A가 되어야 합니다. 따라서 정답은 "A：15A, B：20 A"입니다.
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71. 공단이사장 또는 검사기관의 장이 검사를 받는 자에게 그 검사의 종류에 따라 필요한 사항에 대한 조치를 하게 할 수 있는 사항이 아닌 것은?

  1. 검사수수료의 준비
  2. 기계적 시험의 준비
  3. 운전성능 측정의 준비
  4. 검사대상기기조종자에게 검사시 참여토록 조치
(정답률: 80%)
  • 검사수수료의 준비는 검사를 받는 자가 직접 해야하는 사항이기 때문에, 공단이사장 또는 검사기관의 장이 이에 대한 조치를 할 수 없습니다. 따라서 "검사수수료의 준비"가 정답입니다. 반면에, "기계적 시험의 준비", "운전성능 측정의 준비", "검사대상기기조종자에게 검사시 참여토록 조치"는 검사를 받는 자에게 필요한 조치를 공단이사장 또는 검사기관의 장이 할 수 있는 사항입니다.
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72. 다음 중 제강로가 아닌 것은?

  1. 고로
  2. 전로
  3. 평로
  4. 전기로
(정답률: 73%)
  • 정답은 "고로"입니다.

    제강로는 철강 제조 과정에서 사용되는 금속 소재를 용융시키는 장비입니다. 이 때 사용되는 열원으로는 전로, 평로, 전기로 등이 있습니다.

    하지만 "고로"는 제강로와는 관련이 없는 용어입니다. "고로"는 '그러므로'라는 뜻으로, 문장에서 이전 내용과 결과를 이어주는 접속사입니다. 따라서 "고로"가 제강로와는 아무런 관련이 없습니다.
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73. 효율기자재의 제조업자는 효율관리시험기관으로부터 측정 결과를 통보받은 날로부터 며칠 이내에 그 측정결과를 에너지관리공단에 신고하여야 하는가?(관련 규정 개정전 문제로 여기서는 기존 정답인 3번을 누르면 정답 처리됩니다. 개정된 내용은 해설을 참고하세요.)

  1. 15일
  2. 30일
  3. 60일
  4. 90일
(정답률: 58%)
  • 에너지관리법 시행령 제23조(효율기자재의 성능평가 및 표시) 제2항에 따르면, 효율기자재의 제조업자는 효율관리시험기관으로부터 측정 결과를 통보받은 날로부터 60일 이내에 그 측정결과를 에너지관리공단에 신고하여야 합니다. 따라서 정답은 "60일"입니다.
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74. 에너지 총조사는 몇 년을 주기로 실시하는가?

  1. 2년
  2. 3년
  3. 5년
  4. 7년
(정답률: 76%)
  • 에너지 총조사는 국가 에너지 계획 수립 및 에너지 정책 결정에 필요한 기초자료를 제공하기 위해 실시됩니다. 이를 위해 국가에서는 에너지 사용 현황과 추세를 파악하기 위해 일정한 주기로 에너지 총조사를 실시합니다. 국내에서는 보통 3년 주기로 에너지 총조사를 실시하고 있습니다. 이는 에너지 사용 현황이나 추세가 급격하게 변화하지 않는 한 충분한 시간 간격으로 보여지기 때문입니다. 따라서 정답은 "3년"입니다.
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75. 설치 후 3년이 지난 보일러로서 설치장소 변경검사를 받은 보일러는 검사 후 얼마 이내에 운전성능검사를 받아야 하는가?

  1. 7일 이내
  2. 15일 이내
  3. 1개월 이내
  4. 3개월 이내
(정답률: 60%)
  • 설치 후 3년이 지난 보일러는 설치장소 변경검사를 받은 후 1개월 이내에 운전성능검사를 받아야 합니다. 이는 보일러의 안전성과 운전성능을 확인하기 위한 것으로, 보일러의 안전성과 운전성능은 시간이 지남에 따라 변화할 수 있기 때문입니다. 따라서 보일러의 안전성과 운전성능을 유지하기 위해서는 정기적인 검사가 필요하며, 설치장소 변경검사 이후 1개월 이내에 운전성능검사를 받아야 합니다.
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76. 내화물이 가져야 할 물리, 화학적 특성을 설명한 것이다. 거리가 가장 먼 것은?

  1. 사용온도에 충분히 견디는 강도가 있을 것
  2. 급격한 온도 변화에 견딜 것
  3. 팽창, 수축이 적을 것
  4. 열전도율이 단열재 이하로 작을 것
(정답률: 77%)
  • 열전도율이 단열재 이하로 작을 것은 내화물이 열을 잘 전달하지 않아서 내부 온도가 안정적으로 유지될 수 있기 때문입니다. 따라서 내화물은 고온에서 사용되는 환경에서도 안정적으로 작동할 수 있습니다.
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77. 버터플라이 밸브(Butterfly Valve)의 특징에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 90° 회전으로 개폐가 가능하다.
  2. 유량조절이 가능하다.
  3. 완전 열림 시 유체저항이 크다.
  4. 개구경의 관로에 적용되며 조름밸브(Throttle Valve)로 사용된다.
(정답률: 72%)
  • 완전 열림 시 유체저항이 크다는 설명은 옳지 않습니다. 버터플라이 밸브는 개구경의 관로에 적용되며, 90° 회전으로 개폐가 가능하고 유량조절이 가능합니다. 또한 조름밸브(Throttle Valve)로 사용될 수 있습니다. 버터플라이 밸브는 구조가 단순하고 경제적이며, 개방 상태에서 유체저항이 적습니다. 따라서 완전 열림 시 유체저항이 크다는 설명은 옳지 않습니다.
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78. 에너지저장시설의 보유 또는 저장의무의 부과시 정당한 사유 없이 이를 거부하거나 이행하지 아니한 자에 대한 벌칙 기준은?

  1. 500만원 이하로 벌금
  2. 1천만원 이하의 벌금
  3. 1년 이하의 징역 또는 1천만원 이하의 벌금
  4. 2년 이하의 징역 또는 2천만원 이하의 벌금
(정답률: 41%)
  • 에너지저장시설은 대규모 재해 발생 시 인명과 재산에 심각한 피해를 줄 수 있는 위험한 시설로 분류되기 때문에, 보유 또는 저장의무를 이행하지 않는 경우에는 엄격한 벌칙이 부과됩니다. 이에 따라, 2년 이하의 징역 또는 2천만원 이하의 벌금이 부과되는 것입니다. 이는 벌금과 징역이 병행 가능하며, 벌금의 경우 최대 2천만원까지 부과될 수 있습니다. 이러한 벌칙은 위험한 시설의 안전성을 확보하고, 사회적 안전을 보장하기 위한 것입니다.
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79. 최고안전사용온도가 600 ℃ 이상의 고온용 무기질 보온재는?

  1. 펄라이트(Pearlite)
  2. 폼 유리(Foam Glass)
  3. 석연보온재
  4. 규조토
(정답률: 80%)
  • 펄라이트는 철강 제조 과정에서 발생하는 철-탄소 합금으로, 고온에서도 안정적인 구조를 가지고 있어 최고안전사용온도가 600 ℃ 이상인 고온용 보온재로 사용됩니다. 반면 폼 유리는 유리를 기반으로 한 보온재로, 최고안전사용온도는 400 ℃ 이하입니다. 석연보온재는 암석을 기반으로 한 보온재로, 최고안전사용온도는 800 ℃ 이하입니다. 규조토는 점토를 기반으로 한 보온재로, 최고안전사용온도는 500 ℃ 이하입니다. 따라서, 펄라이트가 최고안전사용온도가 600 ℃ 이상인 고온용 보온재로 사용되는 이유는 안정적인 구조를 가지고 있기 때문입니다.
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80. 배관의 경제적 보온 두께 산정 시 고려대상으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 열량가격
  2. 배관공사비
  3. 감가상각년수
  4. 연간사용시간
(정답률: 70%)
  • 배관의 경제적 보온 두께 산정 시에는 열손실과 보온재료 비용 간의 균형을 고려해야 합니다. 이 때, 배관공사비는 보온재료 비용에 포함되며, 보온재료 비용은 보온 두께와 직접적으로 관련이 있습니다. 따라서 배관의 경제적 보온 두께 산정 시에는 배관공사비를 고려하는 것이 가장 중요합니다.
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5과목: 열설비설계

81. 보일러를 옥내에 설치하는 경우에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 불연성 물질의 격벽으로 구분된 장소에 설치한다.
  2. 보일러 동체 최상부로부터 천정, 배관 등 보일러상부에 있는 구조물까지의 거리는 0.3 m 이상으로 한다.
  3. 연도의 외측으로부터 0.3 m 이내에 있는 가연성 물체에 대하여는 금속 이외의 불연성 재료로 피복한다.
  4. 연료를 저장할 때에는 소형보일러의 경우 보일러 외측으로부터 1 m 이상 거리를 두거나 반격벽으로 할 수 있다.
(정답률: 77%)
  • "보일러 동체 최상부로부터 천정, 배관 등 보일러상부에 있는 구조물까지의 거리는 0.3 m 이상으로 한다."가 틀린 것은 아닙니다. 이유는 보일러가 작동 중에는 열이 발생하고, 이 열이 구조물에 영향을 미칠 수 있기 때문입니다. 따라서 구조물과의 거리를 충분히 확보하여 열에 의한 손상을 방지해야 합니다.
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82. 내, 외경이 각각 0.16 m, 0.166 m, 길이가 30 m인 강관으로 포화증기(170℃)를 이송하고자 한다. 강관 둘레에 두께 5 cm의 마그네시아(k＝0.06 kcal/mㆍㆍhㆍ℃) 피복을 하였더니 피복 면온도는 40℃가 되었다. 이때 피복을 통한 열 손실은 약 몇 kcal/h 인가? (단, 강관의 외경 온도는 증기 온도와 동일하다고 가정한다.)

  1. 1,620.3
  2. 1,830.7
  3. 3,118.2
  4. 3,971.7
(정답률: 33%)
  • 열전달식 Q = kAΔT/Δx 를 이용하여 계산할 수 있다. 여기서 Q는 열 손실, k는 마그네시아의 열전도율, A는 강관의 표면적, ΔT는 피복 면온도와 증기 온도의 차이, Δx는 피복의 두께이다.

    먼저 A를 계산해보자. 강관의 길이가 30m 이므로, 둘레를 이용하여 내경과 외경을 더한 후 이를 길이로 곱해주면 된다.

    A = π(D+d)×L = π(0.16+0.166)×30 = 29.982 m²

    다음으로 ΔT를 계산해보자. 피복 면온도는 40℃이고, 증기 온도는 170℃이므로, ΔT = 170 - 40 = 130℃이다.

    마지막으로 Δx를 계산해보자. 피복의 두께는 5cm 이므로, Δx = 0.05m 이다.

    이제 열전달식에 값을 대입하여 Q를 계산하면 다음과 같다.

    Q = (0.06 kcal/mㆍㆍhㆍ℃)×(29.982 m²)×(130℃)/(0.05m) = 3,118.2 kcal/h

    따라서, 정답은 3,118.2 이다.
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83. 연소가스량이 1,500 m3/min이고, 송풍기에 의한 압력수두가 10 mmH2O, 송풍기 효율이 0.6인 경우 송풍기 소요동력은 약 몇 PS 인가?

  1. 2.23
  2. 5.56
  3. 8.56
  4. 10.23
(정답률: 50%)
  • 송풍기 소요동력은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    송풍기 소요동력 = (연소가스량 × 압력수두) ÷ (효율 × 102 × 중력가속도)

    여기서 중력가속도는 9.81 m/s2 입니다.

    따라서, 계산해보면

    (1,500 × 10) ÷ (0.6 × 102 × 9.81) ≈ 5.56 PS

    따라서, 정답은 "5.56" 입니다.
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84. 다음 그림과 같이 길이가 L인 원통 벽을 전도에 의한 전열량(q)은 아래 식으로 나타낼 수 있다. q＝k Ac(단, k＝원통벽의 열전도도이다.) 위 식 중의 Ac를 그림에 주어진 r0, r1, L 값으로 표시하면?

(정답률: 60%)
  • Ac는 원통 벽의 단면적을 의미한다. 그림에서 보면, 원통 벽의 단면이 원형이므로, Ac는 원의 넓이인 πr12에서 πr02를 뺀 값이다. 따라서, ""이 정답이다.
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85. 관 스테이를 용접으로 부착하는 경우에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 용접의 다리길이는 10 mm 이상으로 한다.
  2. 스테이의 끝은 판의 외면보다 안쪽에 있어야 한다.
  3. 관 스테이의 두께는 4 mm 이상으로 한다.
  4. 스테이의 끝은 화염에 접촉하는 판의 바깥으로 5 mm를 초과하여 돌출해서는 안된다.
(정답률: 61%)
  • 관 스테이는 파이프를 고정하는 부품으로, 파이프의 무게를 지탱하고 파이프가 움직이지 않도록 고정하는 역할을 합니다. 이러한 역할을 수행하기 위해서는 스테이의 강도가 충분해야 하며, 따라서 스테이의 두께는 4 mm 이상으로 하는 것이 적절합니다. 이는 스테이가 파이프의 무게를 지탱하면서도 변형 없이 유지될 수 있도록 하기 위함입니다.
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86. 노통연관 보일러의 노통 바깥면과 이것에 가장 가까운 연관의 면과는 몇 mm 이상의 틈새를 두어야 하는가?

  1. 30
  2. 50
  3. 60
  4. 100
(정답률: 65%)
  • 노통연관 보일러의 노통 바깥면과 가장 가까운 연관의 면 사이에는 충분한 공기 순환을 위해 일정한 간격을 두어야 합니다. 이 간격은 일반적으로 50mm 정도로 설정됩니다. 따라서 정답은 "50"입니다.
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87. 원통 보일러의 노통은 주로 어떤 열응력을 받는가?

  1. 압축 응력
  2. 인장 응력
  3. 굽힘 응력
  4. 전단 응력
(정답률: 68%)
  • 원통 보일러의 노통은 내부 압력으로 인해 압축 응력을 받게 됩니다. 이는 원통의 벽이 내부 압력에 의해 수직 방향으로 압축되기 때문입니다. 따라서 원통 보일러의 노통은 압축 응력에 가장 민감하며, 이에 대한 강도와 내구성이 중요합니다.
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88. 다음 중 연질스케일을 생성시킬 수 있는 성분이 아닌 것은?

  1. 탄산마그네슘
  2. 규산칼슘
  3. 산화철
  4. 탄산칼슘
(정답률: 46%)
  • 연질스케일은 탄산칼슘과 탄산마그네슘이 결합하여 생성됩니다. 따라서 규산칼슘은 연질스케일을 생성시킬 수 없는 성분입니다.
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89. 다음 무차원수에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. Nusselt수는 열전달계수와 관계가 있다.
  2. Prandtl수는 동점성계수와 관계가 있다.
  3. Reynolds수는 층류 및 난류와 관계가 있다.
  4. Stanton수는 확산계수와 관계가 있다.
(정답률: 62%)
  • "Stanton수는 확산계수와 관계가 있다."라는 설명이 틀린 것은 아닙니다. Stanton수는 열전달과 질량전달의 비율을 나타내는 무차원수로, 확산계수와 열전달계수의 비율로 계산됩니다. 따라서 Stanton수는 확산계수와 관계가 있습니다.
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90. 보일러의 형식에 따른 보일러의 명칭이 바르지 않게 짝지어진 것은?

  1. 노통식 원통보일러 - 코니시(Cornish) 보일러
  2. 노통연관식 원통보일러 - 라몬트(Lamont) 보일러
  3. 자연순환식 수관보일러 - 다꾸마(Takuma) 보일러
  4. 관류식 수관보일러 - 슐저(Sulzer) 보일러
(정답률: 63%)
  • 노통식 원통보일러와 노통연관식 원통보일러는 모두 원통형 보일러이지만, 노통식과 노통연관식은 연소 가스가 통과하는 방식이 다릅니다. 노통식은 연소 가스가 보일러 내부를 통과하지 않고 바로 배기되는 반면, 노통연관식은 연소 가스가 보일러 내부를 통과하여 열을 전달하는 방식입니다. 따라서 "노통식 원통보일러"와 "노통연관식 원통보일러"는 서로 다른 형식의 보일러이므로, 명칭이 바르지 않게 짝지어진 것입니다.
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91. 증발량 2 ton/h, 최고 사용압력 10 kg/cm2, 급수온도 20℃, 최대 증발율 25 kg/m2ㆍh인 원통 보일러에서 평균 증발율을 최대 증발율의 90%로 할 때 평균 증발량(kg/h)은?

  1. 1,200
  2. 1,500
  3. 1,800
  4. 2,100
(정답률: 55%)
  • 평균 증발율은 최대 증발율의 90%이므로 25 kg/m2ㆍh x 0.9 = 22.5 kg/m2ㆍh이다. 이를 ton/h로 변환하면 22.5 kg/m2ㆍh x 24 h/1 day x 1 ton/1000 kg = 0.54 ton/day이다. 따라서, 평균 증발량은 2 ton/h x 0.54 ton/day ÷ 24 h/day = 0.045 ton/h = 45 kg/h이다. 이를 가장 가까운 보기로 반올림하면 "1,800"이 된다.
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92. 다음 중 열전도율이 가장 낮은 것은?

  1. 니켈
  2. 탄소강
  3. 스케일
  4. 그을음
(정답률: 84%)
  • 열전도율이 가장 낮은 것은 "그을음"입니다. 그을음은 열을 잘 전달하지 않는 물질로, 열전도율이 매우 낮습니다. 이는 그을음이 열을 흡수하면서 자신의 온도가 높아지는 현상 때문입니다. 따라서 그을음은 열을 잘 전달하지 않으며, 열을 흡수하면서 자신의 온도가 높아지므로 열전도율이 매우 낮습니다.
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93. 나사식 파이프 조인트에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 소구경(小口徑)이고 저압의 파이프에 사용한다.
  2. 관로의 방향을 일정하게 할 때 사용한다.
  3. 저압, 대구경(大口徑)의 파이프에 사용한다.
  4. 파이프의 분기점에는 사용해서는 안된다.
(정답률: 63%)
  • 나사식 파이프 조인트는 소구경(小口徑)이고 저압의 파이프에 사용됩니다. 이는 나사식 파이프 조인트가 작은 파이프와 저압의 유체에 적합하게 설계되어 있기 때문입니다. 대구경(大口徑)의 파이프나 고압의 유체에는 사용할 수 없습니다. 또한 파이프의 분기점에는 사용해서는 안됩니다. 나사식 파이프 조인트는 주로 관로의 방향을 일정하게 유지하기 위해 사용됩니다.
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94. 보일러에는 내부의 청소와 검사에 필요한 맨홀을 설치하여야 한다. 맨홀의 크기는 안지름 몇 mm 이상의 원형으로 하여야 하는가?

  1. 275
  2. 300
  3. 375
  4. 400
(정답률: 53%)
  • 보일러 내부에 설치되는 맨홀은 인간이 들어갈 수 있어야 하므로 충분한 크기가 필요하다. 따라서 안지름이 375mm 이상인 원형 맨홀을 설치하여야 한다. 다른 보기들은 이 기준에 미달하거나 초과하기 때문에 정답이 될 수 없다.
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95. 물을 사용하는 설비에서 부식을 초래하는 인자가 아닌 것은?

  1. 용존산소
  2. 용존 탄산가스
  3. pH
  4. 실리카(SiO2)
(정답률: 86%)
  • 실리카(SiO2)는 물을 사용하는 설비에서 부식을 초래하는 인자입니다. 이유는 실리카가 물과 반응하여 굉장히 안정적인 화합물인 규산으로 변화하기 때문입니다. 이 규산은 물에 용해되어 pH를 낮추고, 또한 부식을 초래합니다. 따라서, 실리카는 물을 사용하는 설비에서 부식을 초래하는 인자 중 하나입니다.
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96. 성적계수(COP)R가 5.2인 증기압축 냉동기의 1냉동톤당 이론압축기 구동마력(PS)은 약 얼마인가?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 41%)
  • 정답은 "1"입니다.

    COPR = 5.2은 냉동기의 냉동효율을 나타내는 값으로, 1냉동톤당 압축기 입력전력과 냉동량의 비율을 나타냅니다. COPR이 클수록 냉동기의 냉동효율이 높아지므로, 입력전력 대비 냉동량이 많아집니다.

    이에 따라, 이론압축기 구동마력(PS)은 COPR과 냉동량에 비례하므로, COPR이 5.2일 때 이론압축기 구동마력(PS)은 상대적으로 작아집니다. 따라서, 보기에서는 "1"이 정답으로 주어졌습니다.
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97. 최고사용압력이 0.1 MPa 이하인 주철제 압력용기의 수압시험은 몇 MPa으로 실시하여야 하는가?

  1. 0.12
  2. 0.15
  3. 0.2
  4. 0.25
(정답률: 60%)
  • 압력용기의 수압시험은 최고사용압력의 1.5배 이상으로 실시해야 합니다. 따라서 최고사용압력이 0.1 MPa 이하인 압력용기의 수압시험은 0.1 MPa x 1.5 = 0.15 MPa 이상으로 실시해야 합니다. 따라서 보기에서 정답은 "0.2"입니다.
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98. 수증기관에 만곡관을 설치하는 주된 목적은?

  1. 증기관 속의 응결수를 배제하기 위하여
  2. 열팽창에 의한 관의 팽창작용을 허용하기 위하여
  3. 증기의 통과를 원활히 하고 급수의 양을 조절하기 위하여
  4. 강수량의 순환을 좋게 하고 급수량의 조절을 쉽게 하기 위하여
(정답률: 59%)
  • 수증기관 내부에서는 높은 온도와 압력으로 인해 관의 길이가 변화할 수 있습니다. 이러한 열팽창에 의한 관의 팽창작용을 허용하기 위해 만곡관을 설치합니다. 만곡관은 관의 길이 변화에 따라 구부러지거나 펴지며, 이를 통해 관의 변형을 방지하고 안정적인 운전을 유지할 수 있습니다. 따라서 "열팽창에 의한 관의 팽창작용을 허용하기 위하여"가 주된 목적입니다.
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99. 두께가 3 mm인 탄소 강판으로 제조된 노벽에서 내측으로부터 외측으로 전열현상이 발생될 때의 열확산계수는 약 몇 m2/s인가? (단, K＝43 W/mㆍ℃, Cp＝0.473 kgㆍ℃, ρ＝7,800 kg/m3이다.)

  1. 1.17×10－5
  2. 1.17×10－2
  3. 2.23×10－5
  4. 2.23×10－2
(정답률: 32%)
  • 열확산계수(Diffusivity)는 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    D = k / (ρ * Cp)

    여기서 k는 열전도도(Thermal conductivity), ρ는 밀도(Density), Cp는 비열(Specific heat capacity)입니다.

    주어진 값으로 계산하면,

    D = 43 / (7,800 * 0.473) = 1.17×10－5 m2/s

    따라서 정답은 "1.17×10－5"입니다.
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100. 가스용 보일러의 배기가스 중 일산화탄소의 이산화탄소에 대한 비는 얼마 이하이어야 하는가?

  1. 0.001
  2. 0.002
  3. 0.003
  4. 0.005
(정답률: 65%)
  • 일산화탄소는 인체에 매우 유해한 가스이며, 가스보일러의 배기가스 중 일산화탄소 농도가 높으면 건강에 매우 해로울 뿐만 아니라 화재 발생 가능성도 높아집니다. 이에 따라 국내에서는 가스보일러의 배기가스 중 일산화탄소 농도의 이산화탄소에 대한 비율이 0.002 이하이어야 합니다. 이 비율을 준수하지 않으면 보일러의 사용이 금지될 수 있습니다.
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