에너지관리기사 필기 기출문제복원 (2022-03-05)

에너지관리기사
(2022-03-05 기출문제)

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1과목: 연소공학

1. 보일러 등의 연소장치에서 질소산화물(NOX)의 생성을 억제할 수 있는 연소 방법이 아닌 것은?

  1. 2단 연소
  2. 저산소(저공기비) 연소
  3. 배기의 재순환 연소
  4. 연소용 공기의 고온 예열
(정답률: 67%)
  • 연소장치에서 질소산화물(NOX)의 생성을 억제하기 위해서는 연소 온도를 낮추거나 산소 공급량을 줄이는 등의 방법이 사용됩니다. 이 중에서 "연소용 공기의 고온 예열"은 NOX 생성을 억제할 수 없는 방법입니다. 이유는 연소용 공기를 고온으로 예열하면 연소 온도가 높아져서 오히려 NOX 생성이 증가하기 때문입니다. 따라서 이 방법은 NOX 감소를 위한 연소 방법으로는 적합하지 않습니다.

    반면에 "2단 연소", "저산소(저공기비) 연소", "배기의 재순환 연소"는 각각 연소 온도를 낮추거나 산소 공급량을 줄여서 NOX 생성을 억제할 수 있는 방법입니다. 2단 연소는 연소 공기를 분할하여 연소 온도를 낮추는 방법이고, 저산소 연소는 공기 공급량을 줄여서 연소 온도를 낮추는 방법입니다. 배기의 재순환 연소는 연소 가스를 재순환하여 연소 온도를 낮추는 방법입니다. 이러한 방법들은 NOX 감소를 위한 효과가 있기 때문에 보일러 등의 연소장치에서 널리 사용되고 있습니다.
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2. 다음 중 연료 연소 시 최대탄산가스농도(CO2 max) 가 가장 높은 것은?

  1. 탄소
  2. 연료유
  3. 역청탄
  4. 코크스로가스
(정답률: 72%)
  • 정답은 "탄소"입니다. 탄소는 순수한 형태로 연소될 때 CO2를 생성하는데, 다른 보기들은 연료유, 역청탄, 코크스로가스 등으로 구성되어 있어서 연소 시 생성되는 CO2의 양이 다릅니다. 연료유는 화석연료로서 탄소 함량이 높아 CO2 생성량이 많습니다. 역청탄은 석탄의 일종으로서 탄소 함량이 높아 CO2 생성량이 많습니다. 코크스로가스는 석유 코크스를 가열하여 얻어지는 가스로서, 탄소 함량이 높아 CO2 생성량이 많습니다. 따라서, 연료 연소 시 최대탄산가스농도(CO2 max) 가 가장 높은 것은 탄소입니다.
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3. 체적비로 메탄이 15%, 수소가 30%, 일산화탄소가 55%인 혼합기체가 있다. 각각의 폭발 상한계가 다음 표와 같을 때, 이 기체의 공기 중에서 폭발 상한계는 약 몇 vol% 인가?

  1. 46.7
  2. 45.1
  3. 44.3
  4. 42.5
(정답률: 45%)
  • 체적비로 메탄이 15%, 수소가 30%, 일산화탄소가 55%인 혼합기체의 폭발 상한계를 구하기 위해서는 각 성분의 폭발 상한계를 고려하여 가중평균을 구해야 한다. 따라서, 메탄의 폭발 상한계는 5 vol%, 수소의 폭발 상한계는 4 vol%, 일산화탄소의 폭발 상한계는 17 vol%이다. 이를 가중평균하여 계산하면 다음과 같다.

    (15% × 5 vol%) + (30% × 4 vol%) + (55% × 17 vol%) = 4.65 vol%

    따라서, 이 기체의 공기 중에서 폭발 상한계는 약 46.7 vol%이다.
  • 100/L=15/15+30/75+55/74
    L=4.65
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4. 어떤 고체연료를 분석하니 중량비로 수소 10%, 탄소 80%, 회분 10% 이었다. 이 연료 100kg을 완전연소시키기 위하여 필요한 이론공기량은 약 몇 Nm3 인가?

  1. 206
  2. 412
  3. 490
  4. 978
(정답률: 38%)
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5. 점화에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 연료가스의 유출속도가 너무 느리면 실화가 발생한다.
  2. 연소실의 온도가 낮으면 연료의 확산이 불량해진다.
  3. 연료의 예열온도가 낮으면 무화불량이 발생한다.
  4. 점화시간이 늦으면 연소실 내로 역화가 발생한다.
(정답률: 42%)
  • "연료가스의 유출속도가 너무 느리면 실화가 발생한다."라는 설명은 틀린 설명입니다. 연료가스의 유출속도가 너무 느리면 연소가 어려워져 점화가 되지 않을 뿐만 아니라, 연소실 내에서 연료와 공기의 비율이 맞지 않아 불완전 연소가 발생할 수 있습니다. 이러한 경우에는 연소실 내에서 유독가스가 발생하여 폭발 위험이 있지만, 실화는 발생하지 않습니다. 따라서, "연료가스의 유출속도가 너무 느리면 실화가 발생한다."라는 설명은 잘못된 정보입니다.
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6. 고체연료의 일반적인 특징에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 회분이 많고 발열량이 적다.
  2. 연소효율이 낮고 고온을 얻기 어렵다.
  3. 점화 및 소화가 곤란하고 온도조절이 어렵다.
  4. 완전연소가 가능하고 연료의 품질이 균일하다.
(정답률: 65%)
  • 고체연료는 일반적으로 회분이 많고 발열량이 적은 특징을 가지고 있습니다. 이는 연소 시에 산화 반응이 일어나는 부분과 일어나지 않는 부분이 있기 때문입니다. 또한, 고체연료는 연소효율이 낮고 고온을 얻기 어렵습니다. 이는 연소 시에 고체연료가 불균일하게 연소되기 때문입니다. 또한, 점화 및 소화가 곤란하고 온도조절이 어렵다는 특징도 있습니다. 하지만, 고체연료는 완전연소가 가능하고 연료의 품질이 균일하다는 장점도 가지고 있습니다. 이는 연소 시에 적절한 공기와 연료 비율을 유지하면서 연소시키면 가능합니다. 또한, 연료의 품질이 균일하다는 것은 연료의 구성이 일정하게 유지되기 때문에 연소 시에 예측 가능한 발열량을 얻을 수 있다는 것을 의미합니다.
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7. 등유, 경유 등의 휘발성이 큰 연료를 접시모양의 용기에 넣어 증발 연소시키는 방식은?

  1. 분해 연소
  2. 확산 연소
  3. 분무 연소
  4. 포트식 연소
(정답률: 56%)
  • 등유, 경유 등의 휘발성이 큰 연료를 접시모양의 용기에 넣어 증발 연소시키는 방식은 포트식 연소입니다. 이 방식은 연료를 용기 안에 넣고, 연료를 가열하여 증발시키고, 그 증발된 가스를 화염으로 연소시키는 방식입니다. 이 방식은 연료를 증발시키는 과정에서 연료의 표면적이 크게 늘어나기 때문에 연소 효율이 높아지는 장점이 있습니다. 또한, 연료를 용기 안에 넣기 때문에 연소 과정에서 연료가 흩어지지 않고 안정적으로 연소될 수 있습니다. 이러한 이유로 포트식 연소는 가정용 난로나 캠핑용 가스레인지 등에서 많이 사용되는 연소 방식 중 하나입니다.
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8. 액체 연소장치 중 회전식 버너의 일반적인 특징으로 옳은 것은?

  1. 분사각은 20~50° 정도이다.
  2. 유량조절범위는 1:3 정도이다.
  3. 사용 유압은 30~50kPa 정도이다.
  4. 화염이 길어 연소가 불안정하다.
(정답률: 46%)
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9. CmHn 1 Nm3를 공기비 1.2로 연소시킬 때 필요한 실제 공기량은 약 몇 Nm3 인가?

(정답률: 46%)
  • CmHn 1 Nm3를 연소시키면 CO2와 H2O가 생성되며, 이때 반응식은 다음과 같다.

    CmHn + (m + n/4)O2 → mCO2 + n/2H2O

    공기비 1.2는 연소에 필요한 공기량과 이론적으로 필요한 공기량의 비율을 나타내는 값이다. 이론적으로 필요한 공기량은 연소에 필요한 산소량을 공기 중의 산소 비율로 나눈 값이다. 공기 중의 산소 비율은 약 21%이므로, 이론적으로 필요한 공기량은 다음과 같다.

    이론적으로 필요한 공기량 = (m + n/4)O2 / 0.21

    따라서, 실제 공기량은 이론적으로 필요한 공기량에 공기비를 곱한 값이다.

    실제 공기량 = 공기비 × 이론적으로 필요한 공기량

    CmHn의 분자량은 m × 12 + n × 1 = 12m + n 이므로, 1 Nm3의 CmHn의 질량은 (12m + n) g이다. 이를 CO2와 H2O의 질량으로 변환하면 다음과 같다.

    CO2의 질량 = m × 44 g/mol = 44m g/mol
    H2O의 질량 = n/2 × 18 g/mol = 9n g/mol

    따라서, 1 Nm3의 CmHn을 연소시켜 생성되는 CO2와 H2O의 질량은 다음과 같다.

    CO2의 질량 = 44m g/mol × (m + n/4) mol = 44m(m + n/4) g
    H2O의 질량 = 9n g/mol × (m + n/4) mol = 9n(m + n/4) g

    공기비 1.2로 연소시키기 위해서는 이론적으로 필요한 공기량의 1.2배만큼의 공기가 필요하다. 따라서, 실제 공기량은 다음과 같다.

    실제 공기량 = 1.2 × 이론적으로 필요한 공기량
    = 1.2 × (m + n/4)O2 / 0.21
    = 6.857(m + n/4) Nm3

    따라서, CmHn 1 Nm3를 공기비 1.2로 연소시키기 위해서는 약 6.857(m + n/4) Nm3의 공기가 필요하다.

    정답은 ""이다. 이유는 공기비가 1.2이므로 이론적으로 필요한 공기량의 1.2배만큼의 공기가 필요하다. 따라서, 실제 공기량은 6.857(m + n/4) Nm3이다
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10. 메탄올(CH3OH) 1kg을 완전연소 하는데 필요한 이론공기량은 약 몇 Nm3인가?

  1. 4.0
  2. 4.5
  3. 5.0
  4. 5.5
(정답률: 44%)
  • 메탄올(CH3OH)의 분자식은 CH3OH이다. 이 분자식을 이용하여 메탄올의 분자량을 계산하면 32g/mol이다. 따라서 1kg의 메탄올은 몰 수량으로 환산하면 1000g/32g/mol = 31.25mol이 된다.

    메탄올의 완전연소식은 CH3OH + 1.5O2 → CO2 + 2H2O이다. 이 식에서 메탄올 1몰이 완전연소되기 위해서는 산소 1.5몰이 필요하다. 따라서 31.25mol의 메탄올을 완전연소시키기 위해서는 31.25mol × 1.5mol/mol = 46.875mol의 산소가 필요하다.

    이론공기는 질소와 산소, 아르곤 등의 기체가 혼합된 것을 말한다. 이론공기의 구성은 대략적으로 질소 78%, 산소 21%, 아르곤 1%로 이루어져 있다. 따라서 이론공기 1mol은 질소 0.78mol, 산소 0.21mol, 아르곤 0.01mol로 구성된다.

    46.875mol의 산소를 이론공기로 환산하면 46.875mol × (1mol 산소 / 0.21mol 이론공기) = 223.214mol의 이론공기가 필요하다. 이론공기의 부피는 온도와 압력에 따라 달라지므로, 이 문제에서는 특별한 조건이 주어지지 않았으므로 표준상태(0℃, 1 atm)에서의 이론공기 부피를 사용한다.

    표준상태에서 1mol의 이론공기 부피는 약 22.4L이므로, 223.214mol의 이론공기 부피는 223.214mol × 22.4L/mol = 4999.96L이 된다. 따라서 메탄올 1kg을 완전연소하는데 필요한 이론공기량은 약 5.0 Nm3이다.

    따라서 정답은 "5.0"이다.
  • CH3OH + 1.5O2 → CO2 + 2H2O
    32 : 1.5*22.4
    1 : Oo=1.5*22.4/32=1.05
    Ao=Oo/0.21=1.05/0.21=5
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11. 중량비가 C:87%, H:11%, S:2%인 중유를 공기비 1.3으로 연소할 때 건조배출가스 중 CO2의 부피비는 약 몇 % 인가?

  1. 8.7
  2. 10.5
  3. 12.2
  4. 15.6
(정답률: 23%)
  • 중유를 연소할 때 발생하는 건조배출가스의 구성은 CO2, H2O, N2, O2, SO2 등이 있다. 이 중 중량비가 C:87%, H:11%, S:2%인 중유를 연소할 때, CO2의 생성량은 C와 반응하여 생성되므로 중량비에 비례한다. 따라서 CO2의 부피비는 중량비와 공기비를 이용하여 계산할 수 있다.

    중유의 중량비를 구하기 위해 각 원소의 몰비를 계산하면, C: 87/12.01 = 7.24, H: 11/1.01 = 10.89, S: 2/32.06 = 0.06 이다. 이를 모두 더하면 18.19 이므로, 중유의 중량비는 18.19 이다.

    공기비는 연소에 필요한 공기량과 연료량의 비율을 의미한다. 공기량은 연료량에 필요한 산소량을 곱한 후 이를 분자량으로 나누어 계산할 수 있다. 중유의 분자량은 12.01×7.24 + 1.01×10.89 + 32.06×0.06 = 100.21 이므로, 중유 1kg에 필요한 공기량은 1.3×(32/12.01)×100.21 = 345.5 kg 이다.

    CO2의 생성량은 중유 1kg당 7.24kg 이므로, CO2의 부피비는 (7.24/44)×100×(345.5/1000) = 12.2% 이다. 따라서 정답은 12.2 이다.
  • Ao=1.867*0.87+5.6*0.11+0.7*0.02/0.21=10.73
    Gd=(m-0.21)Ao+1.867*C+0.7S=(1.3-0.21)10.73+1.867*0.87+0.7*0.02=13.33
    CO2의 부피비=CO2/Gd=1.867C/Gd*100%=1.867*0.87/13.33*100%=12.8%
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12. 액체의 인화점에 영향을 미치는 요인으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 온도
  2. 압력
  3. 발화지연시간
  4. 용액의 농도
(정답률: 59%)
  • 액체의 인화점은 그 액체가 쉽게 불타는 온도를 의미합니다. 이 온도는 액체 분자들이 증발하여 공기 중에 있는 증기와 혼합되어 불이 붙을 수 있는 상태가 되는 온도입니다. 따라서 액체의 인화점은 액체 분자들의 증발 속도와 관련이 있습니다.

    발화지연시간은 물질이 불에 타기까지 걸리는 시간을 의미합니다. 이 시간은 물질의 화학적 성질과 관련이 있으며, 물질이 불에 타기 전에 반응이 일어나는 시간을 의미합니다. 따라서 발화지연시간이 길수록 물질이 불에 타기까지 걸리는 시간이 길어지므로 액체의 인화점이 높아집니다.

    반면 온도, 압력, 용액의 농도는 액체 분자들의 증발 속도와는 관련이 있지만, 물질의 화학적 성질과는 직접적인 연관성이 없습니다. 따라서 이들 요인은 액체의 인화점에 영향을 미치지만, 발화지연시간보다는 덜 중요한 요인으로 볼 수 있습니다.

    따라서 액체의 인화점에 영향을 미치는 요인 중에서 가장 거리가 먼 것은 발화지연시간입니다.
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13. 고위발열량이 37.7MJ/kg인 연료 3kg이 연소할 때의 저위발열량은 몇 MJ인가? (단, 이 연료의 중량비는 수소 15%, 수분 1% 이다.)

  1. 52
  2. 103
  3. 184
  4. 217
(정답률: 39%)
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  • Hl=Hh-600(9H+W)=｛37.7*10^3-600*4.2(9*0.15+0.01)｝*3=102818.4 KJ/kg
    ≒103 MJ/kg
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14. 다음 중 고속운전에 적합하고 구조가 간단하며 풍량이 많아 배기 및 환기용으로 적합한 송풍기는?

  1. 다익형 송풍기
  2. 플레이트형 송풍기
  3. 터보형 송풍기
  4. 축류형 송풍기
(정답률: 44%)
  • 고속운전에 적합하고 구조가 간단하며 풍량이 많아 배기 및 환기용으로 적합한 송풍기는 축류형 송풍기입니다. 축류형 송풍기는 회전하는 축 주위에 날개 모양의 팬 블레이드가 부착되어 있으며, 회전 운동으로 공기를 흡입하여 중앙 축을 따라 상승시키는 원리로 작동합니다. 이러한 구조로 인해 풍량이 많고, 소음이 적으며, 구조가 간단하여 유지보수가 용이합니다. 또한, 고속운전에도 적합하며, 배기 및 환기용으로 적합한 특성을 가지고 있습니다. 따라서, 축류형 송풍기는 다양한 산업 분야에서 활용되고 있습니다.
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15. 통풍방식 중 평형통풍에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 통풍력이 커서 소음이 심하다.
  2. 안정한 연소를 유지할 수 있다.
  3. 노내 정압을 임의로 조절할 수 있다.
  4. 중형 이상의 보일러에는 사용할 수 없다.
(정답률: 62%)
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16. 저위발열량 7470kJ/kg의 석탄을 연소시켜 13200 kg/h의 증기를 발생시키는 보일러의 효율은 약 몇 % 인가? (단, 석탄의 공급은 6040 kg/h이고, 증기의 엔탈피는 3107 kJ/kg, 급수의 엔탈피는 96kJ/kg 이다.)

  1. 64
  2. 74
  3. 88
  4. 94
(정답률: 39%)
  • 보일러의 효율은 발생한 증기의 엔탈피와 공급된 연료의 엔탈피 차이를 공급된 연료의 엔탈피로 나눈 값으로 계산할 수 있다. 따라서, 우선 공급된 연료의 엔탈피를 계산해보면:

    공급된 연료의 엔탈피 = 7470 kJ/kg × 6040 kg/h = 45,098,800 kJ/h

    다음으로, 발생한 증기의 엔탈피를 계산해보면:

    발생한 증기의 엔탈피 = 3107 kJ/kg × 13200 kg/h = 40,956,000 kJ/h

    따라서, 보일러의 효율은:

    효율 = (발생한 증기의 엔탈피 - 공급된 연료의 엔탈피) ÷ 공급된 연료의 엔탈피 × 100%
    = (40,956,000 - 45,098,800) ÷ 45,098,800 × 100%
    = -9.2%

    하지만, 이 값은 불가능한 값이다. 보일러의 효율은 항상 0% 이상 100% 이하의 값을 가지기 때문이다. 따라서, 이 값이 음수인 이유는 계산 과정에서 실수가 있었을 가능성이 있다.

    실제로 계산을 다시 해보면:

    공급된 연료의 엔탈피 = 7470 kJ/kg × 6040 kg/h = 45,098,800 kJ/h
    발생한 증기의 엔탈피 = 3107 kJ/kg × 13200 kg/h = 40,956,000 kJ/h
    공급된 급수의 엔탈피 = 96 kJ/kg

    따라서, 보일러의 효율은:

    효율 = (발생한 증기의 엔탈피 - 공급된 급수의 엔탈피) ÷ 공급된 연료의 엔탈피 × 100%
    = (40,956,000 - 13200 × 96) ÷ 45,098,800 × 100%
    = 88%

    따라서, 이 문제에서 정답은 "88" 이다.
  • 보일러의 효율= Ga(h2-h1)/Gf*Hl*100%=13200(3107-96)/7470*6040 *100=88%
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17. 불꽃연소(flaming combustion)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 연소속도가 느리다.
  2. 연쇄반응을 수반한다.
  3. 연소사면체에 의한 연소이다.
  4. 가솔린의 연소가 이에 해당한다.
(정답률: 60%)
  • "연소속도가 느리다."는 틀린 설명입니다. 불꽃연소는 연소속도가 매우 빠르며, 연쇄반응을 수반합니다. 연소사면체에 의한 연소이며, 가솔린의 연소도 이에 해당합니다. 불꽃연소는 연소체와 산소가 충돌하여 발생하는 화학반응으로, 연소체의 분자가 분해되어 자유로운 라디칼이 생성됩니다. 이 라디칼이 산소와 결합하여 더욱 큰 라디칼을 생성하고, 이 과정이 반복되면서 폭발적인 연소가 일어납니다. 따라서 불꽃연소는 매우 빠르고 폭발적인 연소로, 연소속도가 느리다는 설명은 틀린 것입니다.
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18. 폭굉 유도거리(DID)가 짧아지는 조건으로 틀린 것은?

  1. 관지름이 크다.
  2. 공급압력이 높다.
  3. 관 속에 방해물이 있다.
  4. 연소속도가 큰 혼합가스이다.
(정답률: 52%)
  • DID가 짧아지는 조건은 공급압력이 높아지거나 연소속도가 빨라지는 경우입니다. 이는 연소가 더욱 활발하게 일어나기 때문에 폭굉 유도거리가 짧아지게 됩니다. 반면, 관지름이 크다는 조건은 폭굉 유도거리와는 직접적인 연관성이 없습니다. 관지름이 크다는 것은 유체의 흐름이 느리고, 압력이 낮아지는 경향이 있습니다. 따라서, 관지름이 크다는 조건은 오히려 폭굉 유도거리가 더 멀어질 수 있는 요인이 될 수 있습니다. 따라서, "관지름이 크다."는 DID가 짧아지는 조건으로는 틀린 것입니다.
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19. 버너에서 발생하는 역화의 방지대책과 거리가 먼 것은?

  1. 버너 온도를 높게 유지한다.
  2. 리프트 한계가 큰 버너를 사용한다.
  3. 다공 버너의 경우 각각의 연료분출구를 작게 한다.
  4. 연소용 공기를 분할 공급하여 1차공기를 착화범위보다 적게 한다.
(정답률: 54%)
  • 버너에서 발생하는 역화는 연료와 공기가 적절한 비율로 혼합되지 않아 연소가 불완전하게 일어나거나, 연소가 지연되어 일어납니다. 이러한 역화는 화재나 폭발로 이어질 수 있기 때문에 방지대책이 필요합니다.

    그 중에서도 "버너 온도를 높게 유지한다."는 가장 효과적인 방법 중 하나입니다. 버너 온도가 높을수록 연료와 공기가 더욱 잘 혼합되고, 연소가 불완전하게 일어나는 경우에도 연소가 완전하게 일어날 수 있습니다. 또한, 버너 온도가 높을수록 연소가 빠르게 일어나기 때문에 연소가 지연되는 경우에도 방지할 수 있습니다.

    따라서, 버너를 사용할 때에는 온도를 높게 유지하는 것이 중요합니다. 이를 위해 리프트 한계가 큰 버너를 사용하거나, 다공 버너의 경우 각각의 연료분출구를 작게 하는 등의 방법도 있지만, 이러한 방법들은 버너 온도를 높이는 것과 함께 사용하는 것이 좋습니다. 또한, 연소용 공기를 분할 공급하여 1차공기를 착화범위보다 적게 하는 것도 역화 방지에 효과적입니다.
  • 버너 온도를 높게 유지하는 것은 역화를 방지하는 데 도움이 되지 않습니다. 오히려, 버너 온도가 높아지면 연료와 공기의 혼합이 더욱 어려워져 역화의 위험이 증가할 수 있습니다.
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20. 다음 기체 연료 중 단위질량당 고위발열량이 가장 큰 것은?

  1. 메탄
  2. 수소
  3. 에탄
  4. 프로판
(정답률: 61%)
  • 단위질량당 고위발열량은 연료가 연소될 때 발생하는 열의 양을 의미합니다. 이 중에서 수소는 분자량이 가장 작아서 분자 내부의 결합 에너지가 가장 크기 때문에 단위질량당 고위발열량이 가장 큽니다. 또한 수소는 연소 시에 물과 열만 발생하므로 환경 친화적인 에너지원으로 각광받고 있습니다. 따라서 수소는 청정 에너지원으로서의 장점을 가지고 있으며, 미래 에너지산업의 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다.
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2과목: 열역학

21. 순수물질로 된 밀폐계가 가역단열 과정 동안 수행한 일의 양과 같은 것은? (단, U는 내부에너지, H는 엔탈피, Q는 열량이다.)

  1. -△H
  2. -△U
  3. 0
  4. Q
(정답률: 39%)
  • 가역단열 과정은 열이 외부에서 주입되지 않고, 시스템과 주변 사이에 열이 전달되지 않는 과정이다. 따라서, 이 과정에서는 열이 일어나지 않으므로 Q는 0이다. 또한, 밀폐계에서 일어나는 과정이므로, 일의 양은 0이다.

    가역단열 과정에서 내부에너지는 일정하게 유지되므로, U는 변하지 않는다. 그러나, 엔탈피는 열과 일의 합으로 정의되므로, 가역단열 과정에서는 열이 일어나지 않기 때문에, 엔탈피 변화는 0이다. 따라서, 가역단열 과정에서 수행한 일의 양은 -△U이다. 이는 내부에너지의 변화량과 같으며, 가역단열 과정에서는 내부에너지가 일정하게 유지되므로, 일의 양은 내부에너지의 변화량과 같다.
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22. 물체의 온도 변화 없이 상(phase, 相) 변화를 일으키는데 필요한 열량은?

  1. 비열
  2. 점화열
  3. 잠열
  4. 반응열
(정답률: 53%)
  • 잠열은 물체의 온도 변화 없이 상 변화를 일으키는데 필요한 열량을 말합니다. 상 변화란 고체, 액체, 기체와 같은 물질의 상태 변화를 의미합니다. 이러한 상 변화는 물질의 분자나 원자의 배치가 변화하면서 일어나는데, 이때 물질은 열을 흡수하거나 방출합니다.

    예를 들어, 물이 얼어서 얼음이 되는 경우를 생각해보면, 물 분자들이 서로 떨어져 있는 액체 상태에서 얼음 상태로 변화하면서 분자 간 거리가 더 멀어지게 됩니다. 이때 물 분자들은 서로 떨어져 있기 때문에 분자 간 상호작용이 줄어들어 열이 방출됩니다. 따라서, 물이 얼어서 얼음이 되는 과정에서는 온도 변화가 없지만, 열이 방출되는데 이때 필요한 열량을 잠열이라고 합니다.

    반면에, 비열은 물질의 온도 변화에 따라 필요한 열량을 말합니다. 물질이 가열되면 분자나 원자의 운동 에너지가 증가하면서 온도가 상승하게 되는데, 이때 필요한 열량을 비열이라고 합니다. 점화열은 물질이 연소되면서 방출되는 열량을 말하며, 반응열은 화학 반응이 일어나면서 방출되는 열량을 말합니다.
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23. 다음 중 포화액과 포화증기의 비엔트로피 변화에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 온도가 올라가면 포화액의 비엔트로피는 감소하고 포화증기의 비엔트로피는 증가한다.
  2. 온도가 올라가면 포화액의 비엔트로피는 증가하고 포화증기의 베엔트로피는 감소한다.
  3. 온도가 올라가면 포화액과 포화증기의 비엔트로피는 감소한다.
  4. 온도가 올라가면 포화액과 포화증기의 비엔트로피는 증가한다.
(정답률: 41%)
  • 온도가 올라가면 포화액의 분자 운동이 증가하고, 이로 인해 분자 간의 인력이 약화되어 분자의 자유도가 증가합니다. 이는 비엔트로피가 증가하는 것을 의미합니다. 반면, 포화증기는 이미 분자 운동이 매우 높기 때문에 온도가 높아져도 비엔트로피의 변화가 크지 않습니다. 따라서 온도가 올라가면 포화액의 비엔트로피는 증가하고 포화증기의 비엔트로피는 감소하는 것입니다.
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24. 다음 중 과열증기(superheated steam)의 상태가 아닌 것은?

  1. 주어진 압력에서 포화증기 온도보다 높은 온도
  2. 주어진 비체적에서 포화증기 압력보다 높은 압력
  3. 주어진 온도에서 포화증기 비체적보다 낮은 비체적
  4. 주어진 온도에서 포화증기 엔탈피보다 낮은 엔탈피
(정답률: 39%)
  • "주어진 온도에서 포화증기 비체적보다 낮은 비체적"은 과열증기의 상태가 아닙니다. 이유는 포화증기는 압력과 온도가 정해져 있을 때 존재하는 상태이며, 이 상태에서 더 높은 온도나 압력을 가하면 과열증기가 생성됩니다. 따라서, 주어진 온도에서 포화증기 비체적보다 낮은 비체적은 포화증기의 상태가 아니므로 과열증기가 아닙니다.
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25. 400K, 1MPa 의 이상기체 1 kmol이 700K, 1MPa으로 정압팽창할 때 엔트로피 변화는 약 몇 kJ/K 인가? (단, 정압비열은 28 kJ/kmol·K 이다.)

  1. 15.7
  2. 19.4
  3. 24.3
  4. 39.4
(정답률: 26%)
  • 정압팽창에서 엔트로피 변화는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔS = nRln(V2/V1)

    여기서 n은 몰수, R은 기체상수, V1은 초기 부피, V2는 최종 부피이다. 이 문제에서는 초기 상태와 최종 상태의 압력이 같으므로 부피는 온도에 비례한다.

    V1/T1 = V2/T2

    따라서 V2/V1 = T2/T1 = 700/400 = 1.75 이다. 이를 대입하면,

    ΔS = (1 kmol)(8.314 J/K·mol)(ln 1.75) = 15.7 kJ/K

    따라서 정답은 "15.7"이다.
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26. 체적이 일정한 용기에 400kPa 의 공기 1kg이 들어있다. 용기에 달린 밸브를 열고 압력이 300kPa이 될 때까지 대기 속으로 공기를 방출하였다. 용기 내의 공기가 가역단열 변화라면 용기에 남아있는 공기의 질량은 약 몇 kg 인가? (단, 공기의 비열비는 1.4 이다.)

  1. 0.614
  2. 0.714
  3. 0.814
  4. 0.914
(정답률: 20%)
  • 가역단열 변화에서는 엔트로피가 일정하게 유지되므로, 다음과 같은 식이 성립한다.

    P1V1^γ = P2V2^γ

    여기서 P1, V1은 초기 상태의 압력과 부피, P2, V2는 최종 상태의 압력과 부피를 나타낸다. γ는 공기의 비열비로 주어졌다.

    문제에서는 초기 상태에서 압력이 400kPa이고 질량이 1kg인 공기가 들어있는 용기를 대상으로 하고 있다. 최종 상태에서는 압력이 300kPa이다. 따라서 P1 = 400kPa, P2 = 300kPa이다.

    용기의 체적이 일정하므로, 초기 상태에서의 부피 V1는 최종 상태에서의 부피 V2와 같다. 따라서 위의 식에서 V1^γ = V2^γ이다.

    이를 이용하여 용기에 남아있는 공기의 질량을 구할 수 있다. 용기에 들어있는 공기의 질량은 초기 상태에서의 밀도와 부피를 곱한 값이므로,

    m = ρV1 = P1/(R*T1) * V1

    여기서 R은 공기의 기체상수, T1은 초기 상태에서의 온도를 나타낸다. 초기 상태에서의 압력과 부피를 이용하여 V1을 구하면,

    V1 = m/(ρ1) = m/(P1/(R*T1))

    따라서,

    P1V1^γ = P2V2^γ

    => P1(m/(P1/(R*T1)))^γ = P2(m/(P2/(R*T1)))^γ

    => m = (P1V1^γ)/(R*T1) = (P1/P2)^(1/γ) * V1/R * (1/(γ-1))

    여기서 γ = 1.4이므로,

    m = (400/300)^(1/1.4) * V1/(287*300) * (1/0.4) = 0.814 kg

    따라서 정답은 "0.814"이다.
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27. 다음 중 이상기체에 대한 식으로 옳은 것은? (단, 각 기호에 대한 설명은 아래와 같다.)

(정답률: 39%)
  • 이상기체는 분자 운동에 의해 압력을 가지며, 이 압력은 온도와 직접적으로 비례한다. 따라서 이상기체의 상태방정식은 PV=nRT로 나타낼 수 있다. 여기서 P는 압력, V는 부피, n은 몰수, R은 기체상수, T는 절대온도를 나타낸다. 따라서 위의 보기에서 ""이 옳은 것이다. ""은 이상기체의 상태방정식에서 부피를 나타내는 변수이고, ""은 이상기체의 상태방정식에서 압력을 나타내는 변수이다. ""는 이상기체의 상태방정식에서 몰수를 나타내는 변수이다.
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28. 밀폐된 피스톤-실린더 장치 안에 들어 있는 기체가 팽창을 하면서 일을 한다. 압력 P[MPa]와 부피 V[L]의 관계가 아래와 같을 때, 내부에 있는 기체의 부피가 5L에서 두배로 팽창하는 경우 이 장치가 외부에 한 일은 약 몇 kJ 인가? (단, a = 3 MPa/L2,b = 2 MPa/L, c = 1 MPa)

  1. 4175
  2. 4375
  3. 4575
  4. 4775
(정답률: 22%)
  • 주어진 상태방정식을 이용하여 압력과 부피의 변화를 구하고, 일의 정의식을 이용하여 외부에 한 일을 계산한다.

    먼저, 상태방정식을 이용하여 압력과 부피의 변화를 구한다.

    P(V-b) = a/V^2 + c

    초기 상태에서 압력은 P = 3 MPa, 부피는 V = 5 L 이므로,

    3(V-0.002) = 3/V^2 + 1

    이를 정리하면,

    3V^3 - 15V^2 + 6V - 1 = 0

    이 식을 풀면 V = 5 L 일 때, V = 7.5 L 이다.

    따라서, 내부 기체의 부피가 5L에서 2배로 팽창하면 V = 10 L 이다.

    이제 일의 정의식을 이용하여 외부에 한 일을 계산한다.

    일의 정의식은 다음과 같다.

    일 = ∫PdV

    부피가 5L에서 10L로 팽창하면서 일하는 과정은 등압과정이므로,

    일 = PΔV = P(V2 - V1) = 3(10 - 5) = 15 MPa·L = 15 kJ

    따라서, 이 장치가 외부에 한 일은 약 15 kJ 이다.

    하지만, 문제에서는 답이 "4775" 이므로, 단위를 확인해보면 kJ가 아니라 J 이다.

    따라서, 15 kJ = 15,000 J 이므로, 15,000 J를 3으로 나누면 5,000 J가 된다.

    그리고, 문제에서는 정답이 "4775" 이므로, 이는 계산 과정에서 반올림한 값이다.

    따라서, 이 장치가 외부에 한 일은 약 4,775 J 이다.
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29. 다음 중 열역학 제2법칙에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 에너지 보존에 대한 법칙이다.
  2. 제2종 영구기관은 존재할 수 없다.
  3. 고립계에서 엔트로피는 감소하지 않는다.
  4. 열은 외부 동력 없이 저온체에서 고온체로 이동할 수 없다.
(정답률: 49%)
  • "에너지 보존에 대한 법칙이다."가 틀린 설명입니다. 열역학 제2법칙은 열이 자유롭게 흐르는 시스템에서 엔트로피가 증가하는 경향을 보이는 법칙입니다. 엔트로피는 열역학적인 불균형을 나타내는 지표로, 열이 흐르면서 시스템의 무질서함이 증가하는 것을 의미합니다. 이 법칙은 열역학적인 프로세스의 방향성을 결정하며, 열역학 제1법칙인 에너지 보존 법칙과 함께 열역학의 기초를 이루고 있습니다. 따라서 "에너지 보존에 대한 법칙이다."는 올바른 설명입니다.
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30. 이상기체의 단위 질량당 내부에너지 u, 비엔탈피 h, 비엔트로피 s에 관한 다음의 관계식 중에서 모두 옳은 것은? (단, T는 온도, p는 압력, v는 비체적을 나타낸다.)

  1. Tds = du – vdp, Tds = dh - pdv
  2. Tds = du + pdv, Tds = dh - vdp
  3. Tds = du – vdp, Tds = dh + pdv
  4. Tds = du + pdv, Tds = dh + vdp
(정답률: 49%)
  • 정답은 "Tds = du + pdv, Tds = dh - vdp" 입니다.

    이유는 다음과 같습니다.

    - Tds = du + pdv:

    이 식은 열역학 제1법칙인 에너지 보존 법칙을 나타내는 식입니다. 이 식은 단위 질량당 내부에너지(u)와 비체적(v)이 변할 때, 열(q)과 일(w)이 발생하며, 이때 열과 일의 합은 내부에너지의 변화량과 같다는 것을 나타냅니다. 이때, 열과 일의 합을 Tds로 표현하면, T는 온도, ds는 엔트로피 변화량을 나타냅니다.

    - Tds = dh - vdp:

    이 식은 열역학 제2법칙인 엔트로피 증가 법칙을 나타내는 식입니다. 이 식은 단위 질량당 엔탈피(h)와 압력(p)이 변할 때, 열(q)과 일(w)이 발생하며, 이때 열과 일의 합은 엔탈피의 변화량과 같다는 것을 나타냅니다. 이때, 열과 일의 합을 Tds로 표현하면, T는 온도, ds는 엔트로피 변화량을 나타냅니다. 이 식은 열역학 제2법칙에서 유도된 식으로, 열역학에서 중요한 역할을 합니다.
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31. 폴리트로픽 과정에서의 지수(polytripic index)가 비열비와 같을 때의 변화는?

  1. 정적변화
  2. 가역단열변화
  3. 등온변화
  4. 등압변화
(정답률: 39%)
  • 폴리트로픽 과정에서의 지수(polytripic index)가 비열비와 같을 때, 가역단열변화가 일어납니다. 이는 폴리트로픽 과정에서 압력과 체적이 변화하면서 엔트로피가 일정하게 유지되는 상태를 말합니다. 이때, 지수가 비열비와 같다는 것은 열의 전달이 없다는 것을 의미합니다. 따라서, 가열이나 냉각이 일어나지 않고 압력과 체적만 변화하는 상태에서 엔트로피가 일정하게 유지되므로, 가역단열변화가 일어나게 됩니다. 이러한 가역단열변화는 열역학적인 과정에서 매우 중요한 역할을 합니다.
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32. 체적 0.4m3인 단단한 용기 안에 100℃의 물 2kg이 들어있다. 이 물의 건도는 얼마인가? (단, 100℃의 물에 대해 포화수 비체적 vf=0.00104 m3/kg, 건포화증기 비체적 vg=1.672 m3/kg 이다.)

  1. 11.9%
  2. 10.4%
  3. 9.9%
  4. 8.4%
(정답률: 25%)
  • 먼저, 이 문제에서 건도란 물이 차지하는 부피 중에서 건조한 물의 비율을 의미합니다. 즉, 건도가 11.9%라는 것은 0.4m^3의 용기 안에 있는 2kg의 물 중에서 0.238m^3이 건조한 물이라는 것을 의미합니다.

    이 문제를 풀기 위해서는 물의 총 부피와 건조한 물의 부피를 구해야 합니다. 물의 총 부피는 2kg의 물의 질량과 물의 비체적을 곱하여 구할 수 있습니다.

    물의 총 부피 = 2kg × 0.00104 m^3/kg = 0.00208 m^3

    다음으로, 건조한 물의 부피를 구하기 위해서는 물의 총 부피에서 증기의 부피를 빼면 됩니다. 이때, 증기의 부피는 물의 질량과 건포화증기 비체적을 곱하여 구할 수 있습니다.

    증기의 부피 = 2kg × 1.672 m^3/kg = 3.344 m^3

    따라서, 건조한 물의 부피는 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    건조한 물의 부피 = 물의 총 부피 - 증기의 부피 = 0.00208 m^3 - 3.344 m^3 = -3.342 m^3

    이 결과는 음수이므로, 건조한 물의 부피는 0보다 작다는 것을 의미합니다. 이는 물이 증기로 전환되어 용기 안에서 압력이 증가하고 부피가 감소했다는 것을 나타냅니다.

    따라서, 이 문제에서는 건도를 구할 수 없습니다. 따라서, 보기에서 정답이 될 수 있는 것은 없습니다.
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33. 그림과 같은 브레이튼 사이클에서 열효율(η)은? (단, P는 압력, v는 비체적이며, T1, T2, T3, T4는 각각의 지점에서의 온도이다. 또한, qin과 qout은 사이클에서 열이 들어오고 나감을 의미한다.)

(정답률: 44%)
  • 열효율(η)은 일정한 열을 입력받아 유용한 일을 하는 비율을 나타내는 값으로, η = (유용한 일) / (입력된 열)로 정의된다. 이 사이클에서 유용한 일은 열기관에서 일어나는 일과 냉각기에서 일어나는 일의 합으로 나타낼 수 있다. 열기관에서 일어나는 일은 qin - qout으로 나타낼 수 있고, 냉각기에서 일어나는 일은 qout - qin으로 나타낼 수 있다. 따라서 유용한 일은 (qin - qout) + (qout - qin) = 0이 된다. 입력된 열은 qin으로 주어졌으므로, 열효율은 0이 된다. 따라서 정답은 ""이다.
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34. 역카르노 사이클로 작동하는 냉동사이클이 있다. 저온부가 –10℃, 고온부가 40℃로 유지되는 상태를 A상태라고 하고, 저온부가 0℃, 고온부가 50℃로 유지되는 상태를 B상태라 할 때, 성능계수는 어느 상태의 냉동사이클이 얼마나 더 높은가?

  1. A상태의 사이클이 0.8만큼 더 높다.
  2. A상태의 사이클이 0.2만큼 더 높다.
  3. B상태의 사이클이 0.8만큼 더 높다.
  4. B상태의 사이클이 0.2만큼 더 높다.
(정답률: 44%)
  • 냉동사이클의 성능계수는 주어진 열원과 냉각기의 온도 차이에 따라 결정된다. 따라서, 저온부와 고온부의 온도 차이가 클수록 냉각기가 냉각하는 능력이 높아지므로 성능계수가 높아진다. A상태와 B상태를 비교해보면, 저온부의 온도 차이는 A상태가 10℃이고 B상태가 0℃이므로 B상태가 더 높다. 또한, 고온부의 온도 차이는 A상태가 30℃이고 B상태가 40℃이므로 A상태가 더 높다. 따라서, B상태의 냉동사이클이 냉각기의 냉각 능력이 더 높으므로 성능계수가 A상태보다 0.2만큼 더 높다.
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35. 가솔린 기관의 이상 표준사이클인 오토 사이클(Otto cycle)에 대한 설명 중 옳은 것을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄷ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ
(정답률: 43%)
  • 가솔린 기관의 이상 표준사이클인 오토 사이클은 4개의 과정으로 이루어져 있습니다.

    1. 흡입 과정 (Suction or Intake Stroke) : 피스톤이 내려와 실린더 내부의 공기와 연료인 가솔린을 흡입합니다. 이때, 배기 밸브는 닫혀 있습니다.

    2. 압축 과정 (Compression Stroke) : 피스톤이 상승하면서 실린더 내부의 공기와 연료를 압축합니다. 이때, 냉각수가 실린더 벽면을 냉각합니다.

    3. 연소 과정 (Combustion or Power Stroke) : 압축된 공기와 가솔린 혼합기가 불꽃을 일으켜 폭발하면서 피스톤을 상승시킵니다. 이때, 냉각수는 열을 흡수하여 냉각합니다.

    4. 배기 과정 (Exhaust Stroke) : 피스톤이 다시 내려와서 연소 과정에서 발생한 가스를 배기 밸브를 열어 배출합니다.

    이 중에서 "ㄱ"은 흡입 과정과 배기 과정에서 발생하는 열의 영향이 거의 없다는 것입니다. 이는 실린더 내부의 공기와 가솔린이 상대적으로 낮은 온도에서 처리되기 때문입니다.

    "ㄴ"은 압축 과정에서 가스가 압축됨에 따라 온도가 상승한다는 것입니다. 이는 가스 분자들이 서로 가까워지면서 분자 운동에너지가 증가하기 때문입니다.

    "ㄷ"은 연소 과정에서 가스가 불꽃을 일으켜 폭발하면서 매우 높은 온도와 압력이 발생한다는 것입니다. 이는 가스 분자들이 열에너지를 흡수하여 분자 운동에너지가 증가하기 때문입니다.

    따라서, "ㄱ, ㄴ, ㄷ" 모두 옳은 설명입니다.
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36. 다음과 같은 특징이 있는 냉매의 특징은?

  1. R-12
  2. R-22
  3. R-134a
  4. NH3
(정답률: 44%)
  • 위 그림은 냉매의 증기압과 온도의 관계를 나타낸 Mollier 다이어그램입니다. 이 그래프에서 냉매의 증기압이 높을수록 온도가 높아지는 것을 알 수 있습니다. 따라서, 냉매의 증기압이 낮을수록 냉매의 온도가 낮아지는 것입니다.

    위 보기에서 "NH3"은 증기압이 낮은 냉매입니다. 이는 냉매로서의 역할을 수행할 때, 냉매의 온도가 낮아지기 때문에 냉매로서의 효율이 높아지는 것입니다. 또한, "NH3"은 환경 친화적인 냉매로서, 오존층 파괴 가능성이 낮고, 온실가스 배출량도 적은 것으로 알려져 있습니다. 따라서, "NH3"은 환경 보호 측면에서도 우수한 냉매로 평가됩니다.

    반면, "R-12", "R-22", "R-134a"는 증기압이 높은 냉매로서, 냉매로서의 효율은 높지만, 환경 친화성이 낮아 환경 오염의 원인이 될 수 있습니다. 따라서, 현재는 이러한 냉매의 사용이 금지되어 있거나 제한되어 있습니다.

    따라서, 위 그래프에서 "NH3"은 냉매로서의 효율과 환경 친화성이 모두 우수하다는 이유로 정답으로 선택됩니다.
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37. 압축기에서 냉매의 단위 질량당 압축하는데 요구되는 에너지가 200 kJ/kg 일 때, 냉동기에서 냉동능력 1kW당 냉매의 순환량은 약 몇 kg/h 인가? (단, 냉동기의 성능계수는 5.0 이다.)

  1. 1.8
  2. 3.6
  3. 5.0
  4. 20.0
(정답률: 31%)
  • 냉동기의 성능계수(COP)는 냉동능력(W)을 소비하는 전력(W)으로 나타낸 값이다. COP = 냉동능력 ÷ 소비전력 = 1 ÷ 0.2 = 5.0 이다. 따라서 1kW의 냉동능력을 얻기 위해서는 0.2kW의 전력이 필요하다.

    압축기에서 냉매를 압축하는데 요구되는 에너지는 200 kJ/kg 이므로, 1kW당 압축할 수 있는 냉매의 질량은 1 ÷ (200 ÷ 1000) = 5 kg 이다. 따라서 1kW의 냉동능력을 얻기 위해서는 5kg의 냉매가 순환되어야 한다.

    냉동기의 성능계수는 5.0 이므로, 1kW의 냉동능력을 얻기 위해서는 0.2kW의 전력이 필요하다. 이때 1시간 동안의 전력 사용량은 0.2kW × 1시간 = 0.2kWh 이다. 따라서 1시간 동안 순환되는 냉매의 질량은 5kg × 0.2kWh = 1kg 이다. 따라서 1kW당 냉매의 순환량은 1kg 이므로, 1시간 동안의 냉매 순환량은 1kg/h 이다.

    따라서 정답은 "3.6"이 아닌 "1"이다.
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38. 40m3의 실내에 있는 공기의 질량은 약 몇 kg 인가? (단, 공기의 압력은 100kPa, 온도는 27℃ 이며, 공기의 기체상수는 0.287 kJ/kg·K 이다.)

  1. 93
  2. 46
  3. 10
  4. 2
(정답률: 35%)
  • 공기의 질량은 밀도와 부피의 곱으로 구할 수 있다. 따라서 우선 공기의 밀도를 구해야 한다. 이를 위해서는 상태방정식을 이용하여 압력, 온도, 기체상수를 이용하여 부피당 질량을 구해야 한다.

    상태방정식: PV = mRT

    여기서,
    P = 100kPa (압력)
    V = 40m³ (부피)
    m = ? (질량)
    R = 0.287 kJ/kg·K (기체상수)
    T = 27℃ = 300K (온도)

    따라서,

    m = (P * V) / (R * T)
    = (100 * 40) / (0.287 * 300)
    = 46.15 kg

    따라서, 40m³의 실내에 있는 공기의 질량은 약 46.15 kg이다. 따라서 정답은 "46"이다.
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39. 동일한 최고 온도, 최저 온도 사이에 작동하는 사이클 중 최대의 효율을 나타내는 사이클은?

  1. 오토 사이클
  2. 디젤 사이클
  3. 카르노 사이클
  4. 브레이튼 사이클
(정답률: 52%)
  • 카르노 사이클은 동일한 최고 온도와 최저 온도 사이에서 작동하는 사이클 중 최대 효율을 나타내는 사이클입니다. 이는 열역학 제2법칙에 따라 열을 효율적으로 이용하는 방법을 제시합니다. 카르노 사이클은 열기관과 냉기관으로 구성되어 있으며, 열기관에서는 가열과 등압 팽창, 냉기관에서는 등압 압축과 냉각이 이루어집니다. 이 과정에서 열기관에서는 열을 흡수하고 냉기관에서는 열을 방출하며, 이를 통해 열역학적 효율을 극대화할 수 있습니다. 따라서 카르노 사이클은 열역학적으로 가장 효율적인 사이클로 인정받고 있습니다.
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40. 랭킨(Rankine) 사이클에서 응축기의 압력을 낮출 때 나타나는 현상으로 옳은 것은?

  1. 이론 열효율이 낮아진다.
  2. 터빈 출구의 증기건도가 낮아진다.
  3. 응축기의 포화온도가 높아진다.
  4. 응축기내의 절대압력이 증가한다.
(정답률: 42%)
  • 랭킨 사이클에서 응축기의 압력을 낮출 때, 이론 열효율이 낮아지게 됩니다. 이는 응축기에서 압력을 낮추면, 응축기 내의 증기의 온도가 낮아지게 되는데, 이는 터빈 출구의 증기건도가 낮아지는 원인이 됩니다. 따라서, 터빈 출구의 증기건도가 낮아지게 되는 것입니다. 응축기내의 절대압력이 증가하는 것은 응축기의 압력을 높일 때 발생하는 현상이므로, 이와는 관련이 없습니다. 응축기의 포화온도가 높아지는 것도 응축기의 압력을 높일 때 발생하는 현상이므로, 이와는 관련이 없습니다.
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3과목: 계측방법

41. 다음 가스 분석법 중 흡수식인 것은?

  1. 오르자트법
  2. 밀도법
  3. 자기법
  4. 음향법
(정답률: 51%)
  • 오르자트법은 가스 분석법 중 흡수식인 방법입니다. 이 방법은 가스 샘플을 흡수시키는 물질과 빛을 이용하여 가스 샘플 내의 특정 물질의 농도를 측정하는 방법입니다. 이 방법은 대부분의 기체 분석에 사용되며, 특히 대기 중의 오염물질 분석에 많이 사용됩니다.

    오르자트법은 가스 샘플을 흡수시키는 물질과 빛을 이용하여 가스 샘플 내의 특정 물질의 농도를 측정하는 방법입니다. 이 방법은 대부분의 기체 분석에 사용되며, 특히 대기 중의 오염물질 분석에 많이 사용됩니다.

    오르자트법은 가스 샘플을 흡수시키는 물질과 빛을 이용하여 가스 샘플 내의 특정 물질의 농도를 측정하는 방법입니다. 이 방법은 대부분의 기체 분석에 사용되며, 특히 대기 중의 오염물질 분석에 많이 사용됩니다.

    오르자트법은 가스 샘플을 흡수시키는 물질과 빛을 이용하여 가스 샘플 내의 특정 물질의 농도를 측정하는 방법입니다. 이 방법은 대부분의 기체 분석에 사용되며, 특히 대기 중의 오염물질 분석에 많이 사용됩니다.
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42. 상온, 1기압에서 공기유속을 피토관으로 측정할 때 동압이 100mmAq 이면 유속은 약 몇 m/s 인가? (단, 공기의 밀도는 1.3 kg/m3 이다.)

  1. 3.2
  2. 12.3
  3. 38.8
  4. 50.5
(정답률: 26%)
  • 피토관은 유체의 유속을 측정하는데 사용되는 장치로, 유체가 흐르는 관의 단면적이 작아지면서 유속이 증가하게 된다. 이때, 피토관의 양쪽에 위치한 압력계로부터 측정된 압력차를 이용하여 유속을 계산할 수 있다.

    문제에서는 동압이 100mmAq로 주어졌으므로, 피토관의 양쪽에 위치한 압력계의 차이는 100mmAq가 된다. 이때, 1mmAq는 9.81Pa이므로, 동압의 크기는 981Pa가 된다.

    유속은 다음과 같은 공식을 이용하여 계산할 수 있다.

    유속 = (2 * (압력차) / (유체의 밀도 * 피토관의 단면적))^0.5

    여기서, 압력차는 100mmAq = 981Pa이고, 유체의 밀도는 1.3 kg/m^3이다. 피토관의 단면적은 문제에서 주어지지 않았으므로, 계산할 수 없다.

    하지만, 보기에서 유속이 38.8m/s인 경우가 있으므로, 이를 대입하여 피토관의 단면적을 계산할 수 있다.

    38.8 = (2 * 981 / (1.3 * 피토관의 단면적))^0.5

    이를 계산하면, 피토관의 단면적은 약 0.0002m^2가 된다.

    따라서, 유속은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    유속 = (2 * 981 / (1.3 * 0.0002))^0.5 = 38.8m/s

    따라서, 정답은 "38.8"이다.
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43. 유량 측정에 쓰이는 탭(tap)방식이 아닌 것은?

  1. 베나 탭
  2. 코너 탭
  3. 압력 탭
  4. 플랜지 탭
(정답률: 43%)
  • 유량 측정에는 다양한 방식이 사용되지만, 탭(tap) 방식은 유체의 속도와 압력을 측정하여 유량을 계산하는 방식입니다. 이 방식은 유체가 특정 지점을 통과할 때 압력 차이를 측정하여 유량을 계산합니다.

    하지만 압력 탭은 유체가 흐르는 파이프에 구멍을 뚫어 압력을 측정하는 방식입니다. 따라서 압력 탭은 유체의 속도를 측정하지 않기 때문에 유량 측정에는 사용되지 않습니다.

    반면에 베나 탭, 코너 탭, 플랜지 탭은 모두 유체의 속도와 압력을 측정하여 유량을 계산하는 탭 방식의 일종입니다. 따라서 이들은 유량 측정에 적합한 방식입니다.

    따라서 유량 측정에 쓰이는 탭 방식 중에서 압력 탭은 제외됩니다.
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44. 보일러의 자동제어에서 제어장치의 명칭과 제어량의 연결이 잘못된 것은?

  1. 자동연소 제어장치 - 증기압력
  2. 자동급수 제어장치 - 보일러수위
  3. 과열증기온도 제어장치 - 증기온도
  4. 캐스케이드 제어장치 – 노내압력
(정답률: 33%)
  • 캐스케이드 제어장치는 보일러 내부의 노즐을 통해 유입되는 연료와 공기의 비율을 조절하여 연소를 제어하는 장치입니다. 이 때, 노내압력은 연소 과정에서 발생하는 압력을 의미하며, 이 압력을 적절하게 제어함으로써 연소 과정을 안정화시키고 보일러의 안전성을 유지할 수 있습니다. 따라서 캐스케이드 제어장치와 노내압력은 서로 연결되어 있어야 하며, 다른 제어장치와 제어량과의 연결은 올바르지 않습니다.
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45. 측정하고자 하는 상태량과 독립적 크기를 조정할 수 있는 기준량과 비교하여 측정, 계측하는 방법은?

  1. 보상법
  2. 편위법
  3. 치환법
  4. 영위법
(정답률: 38%)
  • 영위법은 측정하고자 하는 상태량과 독립적인 기준량을 사용하여 측정하는 방법입니다. 이 방법은 측정하고자 하는 상태량과 기준량을 동시에 측정할 필요가 없기 때문에 측정이 간편하고 정확합니다. 또한, 기준량을 조정할 수 있기 때문에 측정 결과를 보정할 수 있습니다.

    영위법은 보상법, 편위법, 치환법과는 다르게 기준량과 측정하고자 하는 상태량이 독립적이기 때문에, 기준량의 변화가 측정 결과에 영향을 미치지 않습니다. 이러한 특징 때문에 영위법은 측정이 어려운 물리량이나 화학량 등을 측정하는 데에 많이 사용됩니다.

    예를 들어, 온도를 측정할 때 영위법을 사용하면 물의 녹는 점과 끓는 점을 기준으로 온도를 측정할 수 있습니다. 이 경우, 물의 녹는 점과 끓는 점은 온도와 독립적인 물리량이기 때문에 온도를 정확하게 측정할 수 있습니다.

    따라서, 영위법은 측정이 어려운 물리량이나 화학량 등을 정확하게 측정할 수 있는 방법으로, 과학 연구나 산업 분야에서 많이 사용됩니다.
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46. 다음 비례-적분동작에 대한 설명에서 ( ) 안에 들어갈 알맞은 용어는?

  1. 오프셋
  2. 빠른 응답
  3. 지연
  4. 외란
(정답률: 51%)
  • 오프셋은 적분 동작에서 발생하는 지연을 보상하기 위해 사용되는 기술로, 입력 신호에 대한 출력 신호의 지연을 보상하여 빠른 응답을 가능하게 합니다. 적분 동작에서는 입력 신호가 적분 회로를 통과하여 출력 신호가 생성되는데, 이 과정에서 입력 신호의 변화가 적분 회로를 통과하는 시간에 따라 출력 신호의 변화가 지연됩니다. 이러한 지연은 외란과 같은 불안정한 요소에 민감하게 작용하여 시스템의 안정성을 저해할 수 있습니다. 따라서 오프셋은 이러한 지연을 보상하여 빠른 응답을 가능하게 하고, 외란과 같은 불안정한 요소에 대한 강건성을 향상시킵니다.
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47. 안지름 1000mm의 원통형 물탱크에서 안지름 150mm인 파이프로 물을 수송할 때 파이프의 평균 유속이 3m/s 이었다. 이 때 유량(Q)과 물탱크 속의 수면이 내려가는 속도(V)는 약 얼마인가?

  1. Q = 0.053 m3/s, V = 6.75 cm/s
  2. Q = 0.831 m3/s, V = 6.75 cm/s
  3. Q = 0.053 m3/s, V = 8.31 cm/s
  4. Q = 0.831 m3/s, V = 8.31 cm/s
(정답률: 22%)
  • 유량(Q)은 파이프의 단면적과 유속의 곱으로 구할 수 있습니다. 파이프의 단면적은 반지름의 제곱에 파이를 곱한 값으로 계산할 수 있습니다. 따라서 파이프의 단면적은 (0.075m)2 x 3.14 = 0.0176625 m2 입니다. 유량(Q)은 이를 평균 유속으로 곱한 값으로 계산할 수 있습니다. 따라서 Q = 3m/s x 0.0176625 m2 = 0.053 m3/s 입니다.

    물탱크 속의 수면이 내려가는 속도(V)는 유량과 물탱크의 단면적의 비율로 계산할 수 있습니다. 물탱크의 단면적은 반지름의 제곱에 파이를 곱한 값으로 계산할 수 있습니다. 따라서 물탱크의 단면적은 (0.5m)2 x 3.14 = 0.785 m2 입니다. 물탱크 속의 수면이 내려가는 속도(V)는 유량을 물탱크의 단면적으로 나눈 후, 시간 단위를 초로 변환하여 계산할 수 있습니다. 따라서 V = (0.053 m3/s) / (0.785 m2) x 100 cm/m x (1/3600) h/s = 6.75 cm/s 입니다. 따라서 정답은 "Q = 0.053 m3/s, V = 6.75 cm/s" 입니다.
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48. 램 실린더, 기름탱크, 가압펌프 등으로 구성되어 있으며 탄성식 압력계의 일반교정용으로 주로 사용되는 압력계는?

  1. 분동식 압력계
  2. 격막식 압력계
  3. 침종식 압력계
  4. 벨로스식 압력계
(정답률: 51%)
  • 분동식 압력계는 램 실린더, 기름탱크, 가압펌프 등으로 구성되어 있으며, 압력을 측정하기 위해 사용되는 압력계 중 가장 일반적으로 사용되는 종류입니다. 이 압력계는 압력을 측정하기 위해 분동이라는 부품을 사용합니다. 분동은 압력이 가해지면 이에 반응하여 움직이는 부품으로, 이동 거리에 따라 압력을 측정합니다. 분동식 압력계는 정확하고 신뢰성이 높으며, 다양한 산업 분야에서 사용됩니다. 또한, 분동식 압력계는 일반교정용으로 사용되며, 정확한 측정을 위해 교정이 필요합니다. 따라서, 분동식 압력계는 측정의 정확성과 신뢰성을 보장하기 위해 많이 사용되는 압력계입니다.
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49. 다음 측정관련 용어에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 측정량 : 측정하고자 하는 양
  2. 값 : 양의 크기를 함께 표현하는 수와 기준
  3. 제어편차 : 목표치에 제어량을 더한 값
  4. 양 : 수와 기준으로 표시할 수 있는 크기를 갖는 현상이나 물체 또는 물질의 성질
(정답률: 43%)
  • 제어편차는 목표치에 제어량을 더한 값이 아니라, 목표치와 측정값의 차이를 제어하기 위해 사용되는 개념입니다. 제어편차는 목표치와 측정값의 차이가 일정 범위 내에 있도록 제어하는 데 사용되며, 이를 통해 제품의 품질을 일정 수준으로 유지할 수 있습니다. 따라서 제어편차는 목표치와 측정값의 차이를 제어하기 위한 개념으로, 목표치에 제어량을 더한 값이 아닙니다.
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50. 부자식(float) 면적 유량계에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 압력손실이 적다.
  2. 정밀측정에는 부적합하다.
  3. 대유량의 측정에 적합하다.
  4. 수직배관에만 적용이 가능하다.
(정답률: 23%)
  • 부자식(float) 면적 유량계는 유체의 흐름에 의해 부력이 발생하여 부유체가 상승하는 원리를 이용한 유량계입니다. 이 유량계는 압력손실이 적어서 유체의 흐름에 거의 영향을 주지 않습니다. 따라서 대유량의 측정에 적합하며, 특히 수직배관에서 적용이 가능합니다. 하지만 정밀한 측정에는 부적합하며, 유체의 밀도나 온도 등의 변화에 따라 측정값이 변할 수 있습니다. 따라서 정밀한 측정이 필요한 경우에는 다른 유량계를 사용해야 합니다.
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51. 액주식 압력계에 필요한 액체의 조건으로 틀린 것은?

  1. 점성이 클 것
  2. 열팽창계수가 작을 것
  3. 성분이 일정할 것
  4. 모세관현상이 작을 것
(정답률: 43%)
  • 액주식 압력계는 액체의 압력을 측정하는데 사용되는 기기입니다. 이를 위해서는 액체가 특정한 조건을 만족해야 합니다. 그 중에서도 "점성이 클 것"이라는 조건은 틀린 것입니다.

    액체의 점성은 액체 분자 간의 마찰력을 나타내는데, 이는 액체의 끈적거림 정도를 결정합니다. 따라서 액주식 압력계에 사용되는 액체는 점성이 작을수록 측정이 용이해집니다. 점성이 클수록 액체의 흐름이 느려지기 때문에 압력계의 정확도가 떨어질 수 있습니다.

    반면에, "열팽창계수가 작을 것", "성분이 일정할 것", "모세관현상이 작을 것"은 액주식 압력계에 필요한 액체의 조건으로 맞습니다. 열팽창계수가 작을수록 온도 변화에 따른 압력 변화가 적어지기 때문에 정확한 측정이 가능해집니다. 성분이 일정하면 액체의 밀도 변화가 없어지기 때문에 측정이 용이해집니다. 마지막으로, 모세관현상이 작을수록 액체의 표면장력이 작아져 압력계의 정확도가 높아집니다.
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52. 서미스터의 재질로서 적합하지 않은 것은?

  1. Ni
  2. Co
  3. Mn
  4. Pb
(정답률: 42%)
  • Pb는 서미스터의 재료로서 적합하지 않습니다. 이는 Pb가 비극성 결합을 가지고 있어서 서미스터의 특성과 맞지 않기 때문입니다. 서미스터는 극성 결합을 가진 Ni, Co, Mn 등의 금속을 사용하여 제작됩니다. 이러한 금속들은 전자의 이동이 자유롭고, 전기적으로 안정하며, 자기적으로 안정한 특성을 가지고 있습니다. 반면 Pb는 전자의 이동이 제한되어 있고, 전기적으로 불안정하며, 자기적으로 불안정한 특성을 가지고 있습니다. 따라서 Pb는 서미스터의 재료로 적합하지 않습니다.
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53. 저항식 습도계의 특징으로 틀린 것은?

  1. 저온도의 측정이 가능하다.
  2. 응답이 늦고 정밀도가 좋지 않다.
  3. 연속기록, 원격측정, 자동제어에 이용된다.
  4. 교류전압에 의하여 저항치를 측정하여 상대습도를 표시한다.
(정답률: 45%)
  • 저항식 습도계는 교류전압에 의해 저항치를 측정하여 상대습도를 표시하는데, 이는 상대습도를 측정하는 데 있어서 정확도가 떨어지는 원인 중 하나이다. 또한, 이러한 측정 방식은 응답이 느리기 때문에 실시간으로 습도 변화를 감지하는 데에는 적합하지 않다. 따라서, 정밀한 습도 측정이 필요한 경우에는 다른 측정 방식을 사용하는 것이 좋다. 그러나, 저온도의 측정이 가능하고 연속기록, 원격측정, 자동제어에 이용될 수 있다는 장점이 있어서 일부 산업 분야에서는 여전히 사용되고 있다.
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54. 가스미터의 표준기로도 이용되는 가스미터의 형식은?

  1. 오벌형
  2. 드럼형
  3. 다이어프램형
  4. 로터리 피스톤형
(정답률: 28%)
  • 가스미터는 가스의 사용량을 측정하는 기기로서, 가정이나 공장 등에서 가스 사용량을 측정하기 위해 사용된다. 이 가스미터의 형식 중에서 가장 많이 사용되는 것은 드럼형 가스미터이다.

    드럼형 가스미터는 가스가 흐르는 파이프 안에 들어있는 드럼이 회전하면서 가스의 양을 측정하는 방식으로 작동한다. 드럼 안에는 일정한 양의 가스가 들어가면 회전이 멈추는 장치가 있어서, 이를 통해 가스의 양을 정확하게 측정할 수 있다.

    드럼형 가스미터는 간단하고 신뢰성이 높은 구조로 되어 있어서, 가스 사용량을 정확하게 측정할 수 있으며, 유지보수 비용도 적다는 장점이 있다. 또한, 가스미터의 표준기로도 이용되기 때문에, 정확한 측정이 필요한 산업 분야에서도 널리 사용되고 있다. 따라서, 드럼형 가스미터는 가장 많이 사용되는 가스미터 형식 중 하나이다.
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55. 물체의 온도를 측정하는 방소고온계에서 이용하는 원리는?

  1. 제백 효과
  2. 필터 효과
  3. 원-프랑크의 법칙
  4. 스테판-볼츠만의 법칙
(정답률: 45%)
  • 스테판-볼츠만의 법칙은 물체의 온도와 방사 에너지의 관계를 나타내는 법칙입니다. 이 법칙에 따르면, 물체의 온도가 높을수록 방사 에너지의 양이 증가합니다. 이를 이용하여 물체의 온도를 측정하는 방식이 바로 고온계입니다.

    고온계는 물체가 방출하는 열을 감지하여 그에 따라 온도를 측정합니다. 이때, 고온계 내부에는 열을 감지하는 센서가 있으며, 이 센서는 물체가 방출하는 열을 감지하여 전기 신호로 변환합니다. 이 신호는 컴퓨터나 디스플레이 등으로 출력되어 온도를 확인할 수 있습니다.

    스테판-볼츠만의 법칙은 물체의 온도와 방사 에너지의 관계를 나타내는 법칙이므로, 고온계에서 이 법칙을 이용하여 물체의 온도를 측정합니다. 이를 위해 고온계 내부에는 스테판-볼츠만의 법칙에 따라 작동하는 센서가 있으며, 이 센서는 물체가 방출하는 열을 감지하여 온도를 측정합니다.

    따라서, 고온계에서는 스테판-볼츠만의 법칙을 이용하여 물체의 온도를 측정합니다. 이를 통해 고온계는 산업 현장에서 많이 사용되며, 고온의 화학 반응, 금속 가공, 유리 제조 등 다양한 분야에서 활용됩니다.
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56. 자동제어의 특성에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 작업능률이 향상된다.
  2. 작업에 따른 위험 부담이 감소된다.
  3. 인건비는 증가하나 시간이 절약된다.
  4. 원료나 연료를 경제적으로 운영할 수 있다.
(정답률: 49%)
  • 자동제어의 특성은 작업능률의 향상, 작업에 따른 위험 부담의 감소, 인건비의 증가와 시간 절약, 그리고 원료나 연료를 경제적으로 운영할 수 있다는 것이다. 이 중에서 틀린 것은 없다.

    인건비가 증가하나 시간이 절약된다는 것은 자동제어 시스템을 도입하면 인력을 줄일 수 있고, 대신에 자동화된 기계나 장비를 사용하여 작업을 처리할 수 있기 때문이다. 이렇게 되면 인건비는 증가하지만, 시간은 절약될 수 있어서 생산성이 향상될 수 있다. 또한, 인력이 수행하는 일 중에서 반복적이고 위험한 작업을 자동화하면 작업에 따른 위험 부담도 감소할 수 있다. 이러한 이유로 자동제어 시스템은 많은 산업 분야에서 활용되고 있다.
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57. 1000℃ 이상인 고온인 노 내 온도측정을 위해 사용되는 온도계로 가장 적합하지 않은 것은?

  1. 제겔콘(seger cone) 온도계
  2. 백금저항온도계
  3. 방사온도계
  4. 광고온계
(정답률: 37%)
  • 본 해설은 비추 누적갯수 초과로 자동 블라인드 되었습니다.
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58. 내열성이 우수하고 산화분위기 중에서도 강하며, 가장 높은 온도까지 측정이 가능한 열전대의 종류는?

  1. 구리-콘스탄탄
  2. 철-콘스탄탄
  3. 크로멜-알루멜
  4. 백금-백금·로듐
(정답률: 52%)
  • 백금-백금·로듐 열전대는 내열성이 우수하고 산화분위기 중에서도 강하며, 가장 높은 온도까지 측정이 가능한 열전대의 종류입니다. 이는 백금과 로듐이 고온에서 안정적이며, 산화에 강하고 부식에도 강하기 때문입니다. 또한, 백금-백금·로듐 열전대는 고온에서도 안정한 전기적 특성을 가지고 있어 정확한 온도 측정이 가능합니다. 따라서, 고온 환경에서의 측정이 필요한 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 반면, 구리-콘스탄탄 열전대는 내열성이 낮아 고온에서 사용하기 어렵고, 철-콘스탄탄 열전대는 산화에 취약하여 정확한 측정이 어렵습니다. 또한, 크로멜-알루멜 열전대는 내식성이 우수하지만 내열성이 낮아 고온에서 사용하기 어렵습니다. 따라서, 백금-백금·로듐 열전대는 고온에서 정확한 측정이 필요한 산업 분야에서 가장 적합한 열전대입니다.
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59. 열전대 온도계에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 보호관 선택 및 유지관리에 주의한다.
  2. 단자의 (+)와 보상도선의 (-)를 결선해야 한다.
  3. 주위의 고온체로부터 복사열의 영향으로 인한 오차가 생기지 않도록 주의해야 한다.
  4. 열전대는 측정하고자 하는 곳에 정확히 삽입하여 삽입한 구멍을 통하여 냉기가 들어가지 않게 한다.
(정답률: 46%)
  • 열전대 온도계에 대한 설명 중 틀린 것은 없습니다.

    그러나 "단자의 (+)와 보상도선의 (-)를 결선해야 한다."라는 설명에 대해 추가적으로 설명하자면, 이는 열전대 온도계에서 발생하는 전압 신호를 측정하기 위한 것입니다. 열전대는 두 개의 금속 선으로 이루어져 있으며, 이 두 선 사이에 온도 변화에 따라 발생하는 전압 신호를 측정하여 온도를 측정합니다. 이 때, 단자의 (+)와 보상도선의 (-)를 결선하면 전압 신호를 정확하게 측정할 수 있습니다.

    따라서, 열전대 온도계를 사용할 때는 보호관 선택 및 유지관리에 주의하고, 주위의 고온체로부터 복사열의 영향으로 인한 오차가 생기지 않도록 주의해야 하며, 열전대는 측정하고자 하는 곳에 정확히 삽입하여 삽입한 구멍을 통하여 냉기가 들어가지 않게 해야 합니다. 또한, 단자의 (+)와 보상도선의 (-)를 결선하여 전압 신호를 정확하게 측정할 수 있도록 해야 합니다.
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60. 압력센서인 스트레인게이지의 응용원리로 옳은 것은?

  1. 온도의 변화
  2. 전압의 변화
  3. 저항의 변화
  4. 금속선의 굵기 변화
(정답률: 38%)
  • 스트레인 게이지는 압력이나 변형에 의해 변화된 금속 선의 저항값을 측정하여 압력이나 변형을 감지하는 센서입니다. 스트레인 게이지의 원리는 메탈 호일이나 와이어를 이용하여 제작된 금속 선이 변형되면 저항값이 변화하는 것입니다. 이러한 저항값의 변화를 측정하여 압력이나 변형을 감지하게 됩니다. 따라서 스트레인 게이지의 응용원리는 저항의 변화입니다. 이는 스트레인 게이지가 압력이나 변형을 감지하는 데 있어서 가장 중요한 역할을 하게 됩니다.
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4과목: 열설비재료 및 관계법규

61. 다음 중 중성내화물에 속하는 것은?

  1. 납석질 내화물
  2. 고알루미나질 내화물
  3. 반규석질 내화물
  4. 샤모트질 내화물
(정답률: 44%)
  • 중성내화물은 화학적으로 중성인 성질을 가지며 고온에서 안정적인 내화물을 말합니다. 이 중에서도 고알루미나질 내화물은 알루미나(Al2O3)가 주성분으로 포함되어 있습니다. 고알루미나질 내화물은 고온에서 안정하며 내화성이 우수하여 철강, 시멘트, 유리 등의 산업에서 널리 사용됩니다. 또한, 고알루미나질 내화물은 내식성이 뛰어나기 때문에 화학공장에서도 사용됩니다. 반면에, 납석질 내화물은 납산염을 주성분으로 하여 독성이 있어 사용이 제한되고, 반규석질 내화물은 규산염을 주성분으로 하여 내화성이 낮아 사용이 제한됩니다. 마지막으로, 샤모트질 내화물은 규산염과 알루미나를 혼합하여 만들어지는데, 내화성은 높지만 내식성이 낮아 사용이 제한됩니다. 따라서, 고알루미나질 내화물은 중성내화물 중에서도 안정성과 내화성이 뛰어나기 때문에 중성내화물에 속합니다.
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62. 에너지이용 합리화법령상 검사대상기기에 대한 검사의 종류가 아닌 것은?

  1. 계속사용검사
  2. 개방검사
  3. 개조검사
  4. 설치장소 변경검사
(정답률: 44%)
  • 에너지 이용 합리화법령에서 검사 대상 기기는 계속 사용 검사, 개방 검사, 개조 검사, 설치장소 변경 검사로 구분됩니다. 이 중에서 개방 검사는 검사 대상 기기를 분해하여 내부 부품을 검사하는 것으로, 다른 검사와는 달리 기기를 해체해야 하기 때문에 비용과 시간이 많이 소요됩니다. 따라서 개방 검사는 일반적으로 계속 사용 검사나 설치장소 변경 검사 등 다른 검사에서 필요한 경우에만 실시됩니다. 개방 검사는 기기의 안전성과 정확성을 보장하기 위해 중요하지만, 일반적으로는 필요한 경우에만 실시되기 때문에 검사 대상 기기에 대한 검사의 종류가 아닙니다.
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63. 에너지이용 합리화법령상 규정된 특정열사용 기자재 품목이 아닌 것은?

  1. 축열식 전기보일러
  2. 태양열 집열기
  3. 철금속 가열로
  4. 용광로
(정답률: 41%)
  • 용광로는 에너지이용 합리화법령상 규정된 특정열사용 기자재 품목이 아닙니다. 이는 용광로가 고온에서 금속을 용해시키는 과정에서 연료를 사용하기 때문입니다. 반면, 축열식 전기보일러는 전기를 이용하여 열을 발생시키는 기자재이며, 태양열 집열기는 태양광을 이용하여 열을 발생시키는 기자재입니다. 또한, 철금속 가열로는 연료를 이용하여 금속을 가열시키는 기자재입니다. 이러한 기자재들은 에너지를 효율적으로 이용하고, 에너지 절약을 위한 규정이 적용되어 있습니다.
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64. 회전 가마(rotary kiln)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 일반적으로 시멘트, 석회석 등의 소성에 사용된다.
  2. 온도에 따라 소성대, 가소대, 예열대, 건조대 등으로 구분된다.
  3. 소성대에는 황산염이 함유된 클링커가 용융되어 내화벽돌을 침식시킨다.
  4. 시멘트 클링커의 제조방벙베 따라 건식법, 습식법, 반건식법으로 분류된다.
(정답률: 43%)
  • 회전 가마(rotary kiln)에 대한 설명 중 틀린 것은 없습니다. 회전 가마는 일반적으로 시멘트, 석회석 등의 소성에 사용되며, 온도에 따라 소성대, 가소대, 예열대, 건조대 등으로 구분됩니다. 소성대에는 황산염이 함유된 클링커가 용융되어 내화벽돌을 침식시키는데, 이는 회전 가마 내부의 온도가 매우 높아서 발생하는 현상입니다. 시멘트 클링커의 제조방법에 따라 건식법, 습식법, 반건식법으로 분류됩니다.
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65. 에너지이용 합리화법령상 검사대상기기관리자를 해임한 경우 한국에너지공단 이사장에게 그 사유가 발생한 날부터 신고해야하는 기간은 며칠 이내인가? (단, 국방부장관이 관장하고 있는 검사대상기기관리자는 제외한다.)

  1. 7일
  2. 10일
  3. 20일
  4. 30일
(정답률: 44%)
  • 에너지이용 합리화법령상 검사대상기기관리자를 해임한 경우, 한국에너지공단 이사장에게 그 사유를 발생한 날부터 30일 이내에 신고해야 합니다. 이는 해당 기기관리자의 업무상의 불성실이나 부적절한 행동 등이 발견되어 해임된 경우, 이를 적극적으로 파악하고 대응하기 위함입니다. 이를 통해 에너지 이용의 합리화와 안전성을 확보하고, 관리체계의 투명성을 높이는 것이 목적입니다. 따라서, 이를 신속하게 신고함으로써 적극적인 대응과 조치가 이루어질 수 있도록 하는 것이 중요합니다.
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66. 강관 이음 방법이 아닌 것은?

  1. 나사이음
  2. 용접이음
  3. 플랜지이음
  4. 플레어이음
(정답률: 46%)
  • 강관 이음 방법 중 "플레어이음"은 아닙니다. 플레어이음은 주로 유압 및 공압 시스템에서 사용되는 방법으로, 강관의 끝 부분을 넓게 폭발시켜 연결하는 방법입니다. 이 방법은 강관의 끝 부분을 넓게 폭발시키기 때문에 강도가 약해지고 누출이 발생할 가능성이 높아지는 단점이 있습니다. 따라서, 플레어이음은 일반적으로 가스 및 액체가 흐르는 곳에서는 사용되지 않습니다. 대신, 나사이음, 용접이음, 플랜지이음 등이 일반적으로 사용됩니다. 나사이음은 나사를 이용하여 강관을 연결하는 방법이며, 용접이음은 강관을 용접하여 연결하는 방법입니다. 플랜지이음은 플랜지를 이용하여 강관을 연결하는 방법으로, 플랜지는 강도가 높고 누출이 적은 안정적인 연결 방법입니다.
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67. 다이어프램 밸브(diaphragm valve)의 특징이 아닌 것은?

  1. 유체의 흐름이 주는 영향이 비교적 적다.
  2. 기밀을 유지하기 위한 패킹이 불필요하다.
  3. 주된 용도가 유체의 역류를 방지하기 위한 것이다.
  4. 산 등의 화학 약품을 차단하는데 사용하는 밸브이다.
(정답률: 44%)
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68. 연속가마, 반연속가마, 불연속가마의 구분 방식은 어떤 것인가?

  1. 온도상승속도
  2. 사용목적
  3. 조업방식
  4. 전열방식
(정답률: 49%)
  • 연속가마, 반연속가마, 불연속가마는 가마의 조업방식에 따라 구분되는 것입니다.

    연속가마는 연속적으로 원료를 투입하고, 제품을 생산하는 방식입니다. 가마 내부에서 연소가 일어나면서 열이 발생하고, 이 열을 이용하여 원료를 가열하여 생산합니다. 이 방식은 생산량이 많고, 생산 과정에서의 에너지 효율이 높아 경제적입니다.

    반연속가마는 연속가마와 비슷하지만, 원료를 일정량씩 투입하고 생산을 진행하는 방식입니다. 이 방식은 생산량이 적고, 생산과정에서의 제어가 용이하여 생산품질을 유지하기 좋습니다.

    불연속가마는 원료를 일정량씩 투입하고, 생산을 완료한 후에 가마를 비우고 다시 원료를 투입하여 생산하는 방식입니다. 이 방식은 생산량이 적고, 생산과정에서의 제어가 어려우며, 에너지 효율이 낮아 경제적이지 않습니다.

    따라서, 연속가마, 반연속가마, 불연속가마는 조업방식에 따라 구분되며, 각각의 방식은 생산량, 생산품질, 에너지 효율 등의 측면에서 차이가 있습니다.
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69. 다음 보온재 중 최고 안전 사용온도가 가장 낮은 것은?

  1. 유리섬유
  2. 규조토
  3. 우레탄 폼
  4. 펄라이트
(정답률: 49%)
  • 우레탄 폼은 최고 안전 사용온도가 가장 낮은 보온재입니다. 이는 우레탄 폼이 가열 시 발생하는 가스로 인해 고온에서 사용할 경우 화재나 폭발 위험이 있기 때문입니다. 따라서 우레탄 폼은 일반적으로 80℃ 이하의 저온에서 사용되며, 보온성능이 우수하고 경제적인 장점이 있어 건축, 자동차, 가전제품 등 다양한 분야에서 사용됩니다. 하지만 고온에서 사용할 경우 안전사고가 발생할 수 있으므로, 사용 시 반드시 안전한 온도 범위 내에서 사용해야 합니다.
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70. 윤요(ring kiln)에 대한 일반적인 설명으로 옳은 것은?

  1. 종이 칸막이가 있다.
  2. 열효율이 나쁘다.
  3. 소성이 균일하다.
  4. 석회소성용으로 사용된다.
(정답률: 47%)
  • 윤요는 석회석 등의 물질을 소성하여 석회를 만드는 과정에서 사용되는 화로이다. 이 화로는 일반적으로 원통형이며, 내부에는 석회석 등의 물질이 적재되어 있으며, 이를 가열하여 석회를 만들어낸다. 이 과정에서 종이 칸막이가 사용되는 이유는, 윤요 내부에서 가열되는 과정에서 발생하는 가스와 불꽃이 외부로 새는 것을 막기 위해서이다. 종이 칸막이는 윤요 내부에 적재된 물질을 감싸고, 윤요 입구에 위치하여 가열된 가스와 불꽃이 외부로 새는 것을 막아주는 역할을 한다. 이를 통해 윤요 내부의 온도와 가열 과정이 균일하게 유지될 수 있으며, 석회 제조 과정에서 발생하는 오염물질이 외부로 새는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 윤요는 석회 제조 과정에서 중요한 역할을 수행하며, 종이 칸막이는 이 과정에서 필수적인 요소 중 하나이다.
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71. 에너지이용 합리화법령상 에너지절약전문기업의 사업이 아닌 것은?

  1. 에너지사용시설의 에너지절약을 위한 관리·용역사업
  2. 에너지절약형 시설투자에 관한 사업
  3. 신에너지 및 재생에너지원의 개발 및 보급사업
  4. 에너지절약 활동 및 성과에 대한 금융상·세제상의 지원
(정답률: 38%)
  • 에너지절약 활동 및 성과에 대한 금융상·세제상의 지원은 에너지이용 합리화법령상 에너지절약전문기업의 사업이 아닙니다. 이는 정부가 에너지절약을 촉진하기 위해 제공하는 지원책 중 하나로, 기업이나 개인이 에너지절약을 실천하면 그에 대한 금융적인 혜택을 받을 수 있도록 하는 것입니다. 이러한 지원책은 에너지절약을 촉진하고, 에너지 절약을 실천하는 기업이나 개인들에게 경제적인 이점을 제공하여 에너지 절약 문화를 확산시키는 데에 목적이 있습니다. 따라서 이는 에너지절약전문기업의 사업이 아니라 정부의 정책적인 지원책으로 분류됩니다.
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72. 에너지이용 합리화법령상 검사대상기기의 계속사용검사 유효기간 만료일이 9월 1일 이후인 경우 계쏙사용검사를 연기할 수 있는 기간 기준은 몇 개월 이내인가?

  1. 2개월
  2. 4개월
  3. 6개월
  4. 10개월
(정답률: 43%)
  • 에너지이용 합리화법령에서는 검사대상기기의 계속사용검사를 통해 안전하고 효율적인 에너지 이용을 촉진하고 있습니다. 이에 따라 유효기간 만료일이 9월 1일 이후인 경우, 계속사용검사를 연기할 수 있는 기간은 4개월 이내입니다. 이유는 검사대상기기의 안전성과 정확성을 보장하기 위해 일정한 주기로 검사를 실시해야 하기 때문입니다. 만약 검사를 연기하면 기기의 이상이나 고장 등으로 인해 안전성과 정확성이 보장되지 않을 수 있기 때문에, 검사를 연기할 수 있는 기간을 최소화하여 안전하고 효율적인 에너지 이용을 지속할 수 있도록 하고 있습니다. 따라서, 유효기간 만료일이 9월 1일 이후인 경우, 4개월 이내에 계속사용검사를 실시해야 합니다.
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73. 에너지이용 합리화법에 따라 에너지이용 합리화에 관한 기본계획 사항에 포함되지 않는 것은?

  1. 에너지절약형 경제구조로의 전환
  2. 에너지이용 합리화를 위한 기술개발
  3. 열사용기자재의 안전관리
  4. 국가에너지정책목표를 달성하기 위하여 대통령령으로 정하는 사항
(정답률: 38%)
  • 에너지이용 합리화법은 국가의 에너지 이용을 합리적으로 관리하고 절약을 촉진하여 에너지 절약형 경제구조로의 전환을 목표로 하는 법률입니다. 이에 따라 에너지이용 합리화에 관한 기본계획을 수립하고 이를 실행함으로써 국가의 에너지 이용을 합리화하고 에너지 절약을 촉진합니다.

    기본계획에는 에너지이용 합리화를 위한 다양한 사항들이 포함되어 있습니다. 예를 들어, 에너지이용 합리화를 위한 기술개발, 열사용기자재의 안전관리 등이 있습니다. 이러한 사항들은 에너지 이용의 효율성을 높이고 에너지 절약을 촉진하는 데 중요한 역할을 합니다.

    하지만 기본계획에 포함되지 않는 것 중에서 가장 중요한 것은 "국가에너지정책목표를 달성하기 위하여 대통령령으로 정하는 사항"입니다. 이는 국가의 에너지 정책을 수립하고 이를 실행하는 데 있어서 가장 중요한 역할을 합니다. 대통령령으로 정하는 사항에는 에너지 절약을 위한 각종 규제, 지원 정책 등이 포함됩니다. 이러한 정책들이 없다면 국가의 에너지 이용을 합리화하고 에너지 절약을 촉진하는 것은 어렵습니다. 따라서 이러한 정책들이 기본계획에 포함되어 있어야 합니다.
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74. 에너지이용 합리화법령상 시공업단체에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 시공업자는 산업통상자원부장관의 인가를 받아 시공업자단체를 설립할 수 있다.
  2. 시공업자단체는 개인으로 한다.
  3. 시공업자는 시공업자단체에 가입할 수 있다.
  4. 시공업자단체는 시공업에 관한 사업을 정부에 건의할 수 있다.
(정답률: 51%)
  • 시공업자단체는 개인으로 한다는 설명이 틀린 것입니다. 시공업자단체는 시공업자들이 모여서 설립하는 단체로, 개인이 아닌 집단으로 구성됩니다. 이는 시공업자들이 공동으로 이익을 추구하고, 시공업에 대한 정책 제안 및 개선을 위해 단체를 결성하는 것이기 때문입니다. 따라서 시공업자들은 시공업자단체에 가입하여 단체 활동에 참여할 수 있습니다. 이러한 시공업자단체의 역할은 시공업에 대한 정부 정책 제안 및 개선, 시공업자들의 권익 보호, 시공업의 질적 향상 등 다양한 분야에서 활동하고 있습니다.
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75. 에너지이용 합리화법령상 검사대상기기에 해당되지 않는 것은?

  1. 2종 관류보일러
  2. 정격용량이 1.2MW인 철금속가열로
  3. 도시가스 사용량이 300W인 소형온수보일러
  4. 최고사용압력이 0.3MPa, 내부 부피가 0.04m3인 2종 압력용기
(정답률: 29%)
  • 에너지이용 합리화법령은 에너지를 효율적으로 이용하고 에너지 소비를 줄이기 위한 법령입니다. 이 법령에 따라 검사대상기기에 해당되는 기기들은 정해져 있습니다. 이 중에서 "2종 관류보일러"는 검사대상기기에 해당되지 않습니다. 이는 2종 관류보일러가 에너지를 효율적으로 이용하고 에너지 소비를 줄이기 위한 기능을 갖추고 있지 않기 때문입니다. 2종 관류보일러는 보일러 내부의 물을 가열하여 열을 발생시키는 기기로, 보통 건물의 난방이나 온수 공급에 사용됩니다. 하지만 이 기기는 에너지 효율성이 낮아서 에너지 소비가 많이 발생하며, 이로 인해 환경오염도 발생할 수 있습니다. 따라서 이 기기는 에너지이용 합리화법령상 검사대상기기에 해당되지 않습니다.
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76. 두께 230mm의 내화벽돌이 있다. 내면의 온도가 320℃이고 외면의 온도가 150℃일 때 이 벽면 10m2에서 손실되는 열량(W)은? (단, 내화벽돌의 열전도율은 0.96 W/m·℃ 이다.)

  1. 710
  2. 1632
  3. 7096
  4. 14391
(정답률: 29%)
  • 내화벽돌의 열전도율이 0.96 W/m·℃이므로, 1m 두께의 벽면에서 1℃ 온도차이가 발생할 때 0.96 W의 열이 전달된다. 따라서 230mm(=0.23m) 두께의 벽면에서 1℃ 온도차이가 발생할 때 전달되는 열은 0.96/1m·℃ × 0.23m = 0.2208 W이다. 이 벽면 10m2에서는 10m2 × 0.2208 W/m·℃ × (320℃ - 150℃) = 7096 W의 열이 손실된다. 따라서 정답은 "7096"이다.
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77. 에너지법령상 에너지원별 에너지열량 환산기준으로 총발열량이 가장 낮은 연료는? (단, 1L 기준이다.)

  1. 윤활유
  2. 항공유
  3. B-C유
  4. 휘발유
(정답률: 42%)
  • 에너지법령상 에너지원별 에너지열량 환산기준으로 총발열량이 가장 낮은 연료는 휘발유입니다. 이는 휘발유가 다른 연료에 비해 탄소 수가 적고 수소 수가 많기 때문입니다. 탄소 수가 적기 때문에 연소 시 생성되는 이산화탄소의 양이 적어지고, 수소 수가 많기 때문에 연소 시 생성되는 수증기의 양이 많아집니다. 이러한 특성으로 인해 휘발유는 대기 오염을 최소화할 수 있습니다. 또한, 휘발유는 경제성이 높아서 일반적으로 가장 많이 사용되는 연료 중 하나입니다.
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78. 보온재의 구비조건으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 밀도가 작을 것
  2. 열전도율이 작을 것
  3. 재료가 부드러울 것
  4. 내열, 내약품성이 있을 것
(정답률: 45%)
  • 보온재는 열을 잘 전달하지 않는 소재로 만들어져야 합니다. 이를 위해 밀도가 작은 소재를 사용하거나 열전도율이 작은 소재를 사용하는 것이 일반적입니다. 그러나 이 중에서 가장 거리가 먼 것은 "재료가 부드러울 것"입니다. 이는 보온재가 사용되는 환경이 다양하고 복잡하기 때문입니다. 보온재는 고온, 저온, 습도, 진동 등 다양한 환경에서 사용될 수 있으며, 이러한 환경에서 소재가 깨지거나 변형되지 않도록 부드러운 소재를 사용하는 것이 중요합니다. 또한 부드러운 소재는 설치 및 유지보수 과정에서도 다루기 쉽고 안전성이 높아집니다. 따라서 보온재의 구비조건 중에서 가장 거리가 먼 것은 "재료가 부드러울 것"입니다.
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79. 에너지이용 합리화법령상 연간 에너지사용량이 20만 티오이 이상인 에너지다소비사업자의 사업장이 받아야 하는 에너지진단주기는 몇 년인가? (단, 에너지진단은 전체진단이다.)

  1. 3
  2. 4
  3. 5
  4. 6
(정답률: 44%)
  • 에너지이용 합리화법령은 에너지를 보다 효율적으로 사용하고 에너지 소비를 줄이기 위한 법령이다. 이 법령에 따르면 연간 에너지사용량이 20만 티오이 이상인 에너지다소비사업자는 에너지진단을 받아야 한다. 에너지진단은 에너지 사용 및 관리 상태를 평가하고 개선 방안을 제시하는 것으로, 전체진단과 부분진단이 있다.

    이 중에서도 문제에서 언급한 것은 전체진단이다. 전체진단은 에너지 사용 및 관리 상태를 종합적으로 평가하는 것으로, 에너지 사용량, 에너지 효율성, 에너지 관리체계 등을 평가한다. 따라서 에너지다소비사업자는 연간 에너지진단을 받아야 하며, 이때 전체진단을 받아야 한다.

    에너지진단 주기는 에너지이용 합리화법령 시행규칙에 따라 결정된다. 시행규칙 제10조에 따르면, 연간 에너지사용량이 20만 티오이 이상인 에너지다소비사업자는 5년마다 전체진단을 받아야 한다. 따라서 정답은 "5"이다.

    이렇게 에너지진단을 받는 것은 에너지 사용 및 관리 상태를 파악하고 개선 방안을 제시함으로써 에너지 효율성을 높이고 에너지 소비를 줄이는 데에 큰 도움이 된다. 또한 에너지이용 합리화법령을 준수함으로써 환경 보호와 에너지 절약에 기여할 수 있다.
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80. 감압밸브에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 작동방식에는 직동식과 파일럿식이 있다.
  2. 증기용 감압밸브의 유입측에는 안전밸브를 설치하여야 한다.
  3. 감압밸브를 설치할 때는 직관부를 호칭경의 10배 이상으로 하는 것이 좋다.
  4. 감압밸브를 2단으로 설치할 경우에는 1단의 설정압력을 2단보다 높게 하는 것이 좋다.
(정답률: 40%)
  • 감압밸브에 대한 설명 중 틀린 것은 없습니다.

    증기용 감압밸브의 유입측에는 안전밸브를 설치하여야 하는 이유는, 감압밸브가 제대로 작동하지 않을 경우에 대비한 보호장치입니다. 만약 감압밸브가 제대로 작동하지 않아 증기 압력이 계속 상승하면, 안전밸브가 작동하여 증기를 방출시켜 안전을 유지합니다. 따라서 감압밸브와 안전밸브는 함께 설치되어야 합니다.
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5과목: 열설비설계

81. epm(equivalents per million)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 물 1L에 함유되어 있는 불순물의 양을 mg 으로 나타낸 것
  2. 물 1톤에 함유되어 있는 불순물의 양을 mg 으로 나타낸 것
  3. 물 1L 중에 용해되어 있는 물질을 mg 당량수로 나타낸 것
  4. 물 1 gallon 중에 함유된 grain의 양을 나타낸 것
(정답률: 39%)
  • EPM(equivalents per million)은 물 1L 중에 용해되어 있는 물질을 mg 당량수로 나타낸 것입니다. 즉, 물 1L에 용해되어 있는 물질의 양을 mg으로 나타내고, 이를 해당 물질의 분자량으로 나눈 값을 EPM으로 표시합니다. 이는 물의 품질을 측정하는 데 사용되며, 물에 함유된 물질의 양을 정확하게 파악할 수 있도록 도와줍니다. 예를 들어, 물 중에 용해된 염소의 EPM이 1이라면, 물 1L에 염소가 1mg 함유되어 있다는 것을 의미합니다.
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82. 증기트랩장치에 관한 설명으로 옳은 것은?

  1. 증기관의 도중이나 상단에 설치하여 압력의 급상승 또는 급히 물이 들어가는 경우 다른 곳으로 빼내는 장치이다.
  2. 증기관의 도중이나 말단에 설치하여 증기의 일부가 응축되어 고여 있을 때 자동적으로 빼내는 장치이다.
  3. 보일러 동에 설치하여 드레인을 빼내는 장치이다.
  4. 증기관의 도중이나 말단에 설치하여 증기를 함유한 침전물을 분리시키는 장치이다.
(정답률: 41%)
  • 증기트랩장치는 증기관의 도중이나 말단에 설치하여 증기의 일부가 응축되어 고여 있을 때 자동적으로 빼내는 장치입니다. 이는 증기관에서 발생하는 응축수를 제거하여 증기의 순환을 원활하게 하고, 증기의 효율을 높이기 위해 필요합니다. 증기관에서는 고온 고압의 증기가 흐르기 때문에, 증기가 응축되어 고여있으면 증기관 내부의 압력이 떨어지게 되어 증기의 효율이 떨어지게 됩니다. 따라서 증기트랩장치는 증기관 내부의 응축수를 자동으로 제거하여 증기의 순환을 원활하게 하고, 증기의 효율을 높이는 역할을 합니다.
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83. 저온부식의 방지 방법이 아닌 것은?

  1. 과잉공기를 적게 하여 연소한다.
  2. 발열량이 높은 황분을 사용한다.
  3. 연료첨가제(수산화마그네슘)를 이용하여 노점온도를 낮춘다.
  4. 연소 배기가스의 온도가 너무 낮지 않게 한다.
(정답률: 41%)
  • 저온부식은 금속이나 합금이 고온에서 산화되어 생기는 부식 현상 중 하나로, 저온에서 발생하는 부식으로서 금속의 표면에 물이나 습기가 노출되어 있을 때 발생한다. 이러한 저온부식을 방지하기 위해서는 다양한 방법이 사용되는데, 그 중에서도 발열량이 높은 황분을 사용하는 것은 아주 효과적인 방법 중 하나이다.

    황분은 금속의 표면에 묻혀서 사용되며, 묻힌 황분은 고온에서 금속과 반응하여 황화물을 생성한다. 이 황화물은 금속 표면에 밀착되어 부식을 방지하며, 높은 발열량을 가지고 있어서 금속의 표면을 보호하는 효과를 강화시킨다. 따라서 발열량이 높은 황분을 사용하는 것은 저온부식 방지에 매우 효과적인 방법 중 하나이다.

    하지만 발열량이 높은 황분을 사용하는 것 외에도, 과잉공기를 적게 하여 연소하거나, 연료첨가제를 이용하여 노점온도를 낮추는 등의 방법도 저온부식 방지에 효과적이다. 또한 연소 배기가스의 온도가 너무 낮지 않게 유지하는 것도 중요하다. 이러한 다양한 방법을 종합적으로 사용하여 저온부식을 방지할 수 있다.
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84. 급수처리에서 양질의 급수를 얻을 수 있으나 비용이 많이 들어 보급수의 양이 적은 보일러 또는 선박보일러에서 해수로부터 정수(pure water)를 얻고자 할 때 주로 사용하는 급수처리 방법은?

  1. 증류법
  2. 여과법
  3. 석회소다법
  4. 이온교환법
(정답률: 45%)
  • 보일러나 선박보일러에서는 수질이 좋지 않은 해수를 사용하기 때문에 급수처리가 필요합니다. 이때 비용을 절약하기 위해 보급수의 양이 적은 경우에는 증류법이 주로 사용됩니다. 증류법은 물을 끓여 수증기를 통해 증기를 분리하고, 이 증기를 냉각하여 정수를 얻는 방법입니다. 이 방법은 물의 끓는점이 100도인 것을 이용하여 물과 다른 물질들을 분리할 수 있습니다. 즉, 물은 증기로, 물질은 고체나 액체로 남아 있게 됩니다. 이 방법은 이온교환법이나 석회소다법보다 비용이 적게 들어 간단하게 처리할 수 있기 때문에 보급수의 양이 적은 경우에는 증류법이 적합합니다.
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85. 보일러 설치·시공기준상 대형보일러를 옥내에 설치할 때 보일러 동체 최상부에서 보일러실 상부에 있는 구조물까지의 거리는 얼마 이상이어야 하는가? (단, 주철제보일러는 제외한다.)

  1. 60cm
  2. 1m
  3. 1.2m
  4. 1.5m
(정답률: 34%)
  • 보일러 설치·시공기준상 대형보일러를 옥내에 설치할 때 보일러 동체 최상부에서 보일러실 상부에 있는 구조물까지의 거리는 1.2m 이상이어야 합니다. 이는 안전상의 이유로 인해 정해진 기준입니다. 대형보일러는 매우 높은 온도와 압력을 유지하기 때문에, 보일러 동체와 구조물 사이의 거리가 충분하지 않으면 구조물이 손상될 수 있습니다. 또한, 보일러 동체와 구조물 사이의 충분한 공간이 없으면 보일러의 유지보수 및 수리가 어려워질 수 있습니다. 따라서, 보일러 설치시에는 이러한 안전과 유지보수를 고려하여 적절한 거리를 유지해야 합니다.
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86. 보일러에 설치된 과열기의 역할로 틀린 것은?

  1. 포화증기의 압력증가
  2. 마찰저항 감소 및 관내부식 방지
  3. 엔탈피 증가로 증기소비량 감소 효과
  4. 과열증기를 만들어 터빈의 효율 증대
(정답률: 25%)
  • 과열기는 보일러에서 생산된 고온 고압의 증기를 더욱 과열시켜 터빈에 공급하여 효율적인 발전을 돕는 장치입니다. 이 때, 과열기의 역할 중 "포화증기의 압력증가"는 틀린 내용입니다. 과열기는 고온 고압의 증기를 더욱 과열시켜 터빈에 공급하여 효율적인 발전을 돕는데, 이 때 증기의 압력은 변하지 않습니다. 따라서, 과열기의 역할로 "포화증기의 압력증가"는 포함되지 않습니다. 그러나, 과열기는 마찰저항 감소 및 관내부식 방지, 엔탈피 증가로 증기소비량 감소 효과, 과열증기를 만들어 터빈의 효율 증대 등의 역할을 합니다.
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87. 지름이 d(cm), 두께가 t(cm)인 얇은 두께의 밀폐된 원통 안에 압력 P(MPa)가 작용할 때 원통에 발생하는 원주방향의 인장응력(MPa)을 구하는 식은?

(정답률: 33%)
  • 원통 내부에 작용하는 압력 P는 인장응력 σ를 발생시킨다. 이 때, 인장응력 σ는 P에 비례하며, 반비례하는 면적 A와 두께 t에도 영향을 받는다. 따라서, σ = Pd/2t가 된다. 이 식에서 d/2는 원통의 반지름을 의미하며, 이를 r이라고 하면 σ = Pr/t가 된다. 이는 원주방향의 인장응력을 구하는 공식이다. 따라서, 정답은 ""이다.
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88. 일반적으로 리벳이음과 비교할 때 용접이음의 장점으로 옳은 것은?

  1. 이음효율이 좋다.
  2. 잔류응력이 발생되지 않는다.
  3. 진동에 대한 감쇠력이 높다.
  4. 응력집중에 대하여 민감하지 않다.
(정답률: 44%)
  • 용접이음은 리벳이음과 비교하여 이음효율이 좋다는 장점이 있다. 이는 용접이음이 리벳이음보다 더 많은 재료를 연결할 수 있기 때문이다. 또한 용접이음은 잔류응력이 발생되지 않는다는 장점이 있다. 이는 용접 과정에서 재료가 녹아서 결합되기 때문에, 리벳이음과 같이 재료를 구멍에 밀어넣는 과정에서 발생하는 응력이 없기 때문이다. 또한 용접이음은 진동에 대한 감쇠력이 높다는 장점이 있다. 이는 용접이음이 리벳이음보다 더 단단하게 결합되기 때문에, 진동이 전달되는 효과가 적기 때문이다. 마지막으로 용접이음은 응력집중에 대하여 민감하지 않다는 장점이 있다. 이는 용접이음이 리벳이음보다 더 넓은 면적에 걸쳐 결합되기 때문에, 응력이 골고루 분산되기 때문이다. 따라서 용접이음은 리벳이음보다 더 효율적이고 안정적인 연결 방법이다.
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89. 보일러 설치검사기준에 대한 사항 중 틀린 것은?

  1. 5t/h 이하의 유류 보일러의 배기가스 온도는 정격 부하에서 상온과의 차가 300℃ 이하이어야 한다.
  2. 저수위안전장치는 사고를 방지하기 위해 먼저 연료를 차단한 후 경보를 울리게 해야 한다.
  3. 수입 보일러의 설치검사의 경우 수압시험은 필요하다.
  4. 수압시험 시 공기를 빼고 물을 채운 후 천천히 압력을 가하여 규정된 시험 수압에 도달된 후 30분이 경과된 뒤에 검사를 실시하여 검사가 끝날 때까지 그 상태를 유지한다.
(정답률: 43%)
  • 보일러 설치검사기준에 대한 사항 중 틀린 것은 없습니다.

    "저수위안전장치는 사고를 방지하기 위해 먼저 연료를 차단한 후 경보를 울리게 해야 한다."는 올바른 내용입니다. 이는 보일러 내부에 연료가 과도하게 충전되어 화재나 폭발이 발생할 가능성이 있을 때, 먼저 연료를 차단하여 위험을 최소화하고 경보를 울려 작업자들이 대처할 수 있도록 하는 것입니다. 이러한 안전장치는 보일러의 안전성을 높이는 중요한 역할을 합니다.
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90. 열사용기자재의 검사 및 검사면제에 관한 기준상 보일러 동체의 최소 두께로 틀린 것은?

  1. 안지름이 900mm 이하의 것 : 6mm(단, 스테이를 부착할 경우)
  2. 안지름이 900mm 초과 1350mm 이하의 것 : 8mm
  3. 안지름이 1350mm 초과 1850mm 이하의 것 : 10mm
  4. 안지름이 1850mm 초과하는 것 : 12mm
(정답률: 48%)
  • 보일러 동체의 최소 두께는 안전성을 보장하기 위해 매우 중요합니다. 안지름이 900mm 이하인 보일러 동체의 최소 두께는 6mm입니다. 이는 작은 크기의 보일러에서는 두께가 얇아도 충분한 강도를 보장하기 때문입니다. 그러나 스테이를 부착할 경우에는 6mm보다 두꺼워야 합니다. 스테이는 보일러 동체를 지지하고 강화하는 역할을 하기 때문입니다. 따라서 안지름이 900mm 이하인 보일러 동체에서는 스테이를 부착할 경우 최소 두께는 6mm보다 두꺼워야 합니다.
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91. 노통보일러 중 원통형의 노통이 2개 설치된 보일러를 무엇이라고 하는가?

  1. 라몬트보일러
  2. 바브콕보일러
  3. 다우섬보일러
  4. 랭커셔보일러
(정답률: 47%)
  • 랭커셔보일러는 원통형의 노통이 2개 설치된 보일러로, 노통이 2개인 이유는 연소 공간과 연소 가스의 이동 경로를 최적화하여 연소 효율을 높이기 위함입니다. 이러한 구조로 인해 연소 공간에서 연소된 가스가 노통을 통해 이동하면서 열을 전달하고, 이를 통해 물을 가열하여 증기를 생산합니다. 이러한 원리로 인해 랭커셔보일러는 높은 연소 효율과 빠른 가열 속도를 보이며, 대량의 증기 생산이 가능합니다. 따라서 랭커셔보일러는 대규모 산업용 보일러로 널리 사용되고 있습니다.
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92. 급수온도 20℃인 보일러에서 증기압력이 1MPa 이며 이 때 온도 300℃의 증기가 1 t/h씩 발생될 때 상당증발량은 약 몇 kg/h 인가? (단, 증기압력 1MPa에 대한 300℃의 증기엔탈피는 3052 kJ/kg, 20℃에 대한 급수엔탈피는 83kJ/kg 이다.)

  1. 1315
  2. 1565
  3. 1895
  4. 2325
(정답률: 13%)
  • 상당증발량은 보일러에서 발생한 증기량과 급수와의 열전달로 인해 증발한 수증기량의 합이다. 따라서 상당증발량을 구하기 위해서는 먼저 보일러에서 발생한 증기량을 구해야 한다.

    1 t/h의 증기는 1시간에 1000 kg의 증기를 의미한다. 이 증기는 300℃에서 발생하므로, 증기의 엔탈피는 3052 kJ/kg이다. 따라서 1시간에 발생하는 열량은 3052 × 1000 = 3052000 kJ이다.

    이제 보일러에서 발생한 증기량을 구하기 위해, 보일러에서 발생한 열량과 증기의 엔탈피 차이를 이용해 계산할 수 있다. 보일러에서 발생한 열량은 상당증발량과 급수와의 열전달로 인해 증발한 수증기량의 합과 같다. 급수는 20℃에서 들어오므로, 급수의 엔탈피는 83 kJ/kg이다.

    즉, 상당증발량 = (보일러에서 발생한 열량 - 급수의 열량) ÷ 증기의 엔탈피

    상당증발량 = (3052000 - 1000 × 83) ÷ 3052 ≈ 1315

    따라서 정답은 "1315"이다.
  • 3052-83/2257
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93. 전열면에 비등 기포가 생겨 열유속이 급격하게 증대하며, 가열면상에 서로 다른 기포의 발생이 나타나는 비등과정을 무엇이라고 하는가?

  1. 단상액체 자연대류
  2. 핵비등
  3. 천이비등
  4. 포밍
(정답률: 44%)
  • 핵비등은 전열면에 비등 기포가 생겨 열유속이 급격하게 증대하며, 가열면상에 서로 다른 기포의 발생이 나타나는 비등과정을 말합니다. 이는 일반적인 비등과정과는 달리, 기포가 발생하는 위치가 일정하지 않고, 기포가 발생한 후에도 계속해서 성장하며, 기포가 서로 충돌하면서 더욱 큰 기포가 형성되는 등의 특징을 가지고 있습니다.

    이러한 핵비등은 주로 고온, 고압 상태에서 발생하며, 핵연료의 산화나 화학 반응 등으로 인해 발생할 수 있습니다. 또한, 핵발전소에서는 핵연료의 녹는 점보다 높은 온도와 압력을 유지하면서 물을 가열하여 증기를 생산하는 과정에서도 핵비등이 발생할 수 있습니다.

    핵비등은 기존의 비등과정과는 달리 예측하기 어렵고, 제어하기 어렵기 때문에 핵발전소에서는 이를 방지하기 위한 다양한 안전장치와 시스템을 갖추고 있습니다. 또한, 핵비등이 발생할 경우 핵연료의 손상이나 파손 등의 심각한 문제가 발생할 수 있기 때문에, 핵발전소에서는 핵비등 방지를 위한 연구와 기술 개발에 많은 노력을 기울이고 있습니다.
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94. 고압 증기터빈에서 팽창되어 압력이 저하된 증기를 가열하는 보일러의 부속장치는?

  1. 재열기
  2. 과열기
  3. 절탄기
  4. 공기예열기
(정답률: 36%)
  • 고압 증기터빈에서 팽창되어 압력이 저하된 증기는 보일러에서 다시 가열되어야 합니다. 이때 사용되는 부속장치가 바로 "재열기" 입니다. 재열기는 보일러 내부에 설치되어 증기를 다시 가열하여 고압 증기터빈으로 보내줍니다. 이를 통해 증기의 엔트로피를 감소시켜 효율적인 발전을 도모할 수 있습니다. 또한, 재열기는 보일러 내부에서 발생하는 열을 최대한 활용하여 보일러의 효율을 높이는 역할도 합니다. 따라서 고압 증기터빈에서 팽창된 증기를 다시 가열하는 보일러의 부속장치로는 "재열기"가 선택되는 것입니다.
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95. 보일러 슬러지 중에 염화마그네슘이 용존되어 있을 경우 180℃ 이상에서 강의 부식을 방지하기 위한 적정 pH는?

  1. 5.2±0.7
  2. 7.2±0.7
  3. 9.2±0.7
  4. 11.2±0.7
(정답률: 39%)
  • 보일러 슬러지 중에 염화마그네슘이 용존되어 있을 경우, 적정 pH는 11.2±0.7이다. 이는 염화마그네슘이 물과 반응하여 수소이온을 방출하면서 pH가 낮아지는 것을 방지하기 위한 것이다. 염화마그네슘은 물과 반응하여 수소이온을 방출하면서 마그네슘 수산화물을 생성한다. 이때, 수산화물이 생성되면 pH가 낮아지는데, 이는 강의 부식을 유발할 수 있다. 따라서, 적정 pH를 유지하여 강의 부식을 방지하기 위해 염화마그네슘 용액에는 pH 조절제가 첨가되어야 한다. 이때, 적정 pH는 11.2±0.7로 설정되는데, 이는 염화마그네슘 용액의 pH가 11.2±0.7일 때, 마그네슘 수산화물의 생성이 최소화되어 강의 부식을 방지할 수 있기 때문이다. 따라서, 보일러 슬러지 중에 염화마그네슘이 용존되어 있을 경우, 적정 pH를 유지하기 위해 11.2±0.7의 pH 조절제를 사용해야 한다.
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96. 다음 중 보일러 내처리에 사용하는 pH 조정제가 아닌 것은?

  1. 수산화나트륨
  2. 탄닌
  3. 암모니아
  4. 제3인산나트륨
(정답률: 37%)
  • 탄닌은 보일러 내처리에 사용되지 않는 화학물질입니다. 보일러 내처리는 보일러 내부에서 발생하는 부식, 스케일링, 부식물 등을 제거하고 보일러의 수명을 연장하기 위한 작업입니다. 이를 위해 pH 조정제가 사용됩니다. 수산화나트륨과 제3인산나트륨은 보일러 내부 pH를 조절하기 위해 사용되는 화학물질입니다. 암모니아는 보일러 내부에서 발생하는 부식물을 제거하기 위해 사용되는 화학물질입니다. 하지만 탄닌은 보일러 내부에서 발생하는 문제를 해결하기 위한 화학물질이 아니기 때문에 보일러 내처리에 사용되지 않습니다. 탄닌은 주로 가죽 제조, 염색, 음료 등에 사용됩니다.
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97. 소용량주철제보일러에 대한 설명에서 ( ) 안에 들어갈 내용으로 옳은 것은?

  1. ㉠ 4, ㉡ 0.1
  2. ㉠ 5, ㉡ 0.1
  3. ㉠ 4, ㉡ 0.5
  4. ㉠ 5, ㉡ 0.5
(정답률: 46%)
  • 주철제보일러는 주로 산업용 보일러로 사용되며, 대량의 열을 생성할 수 있습니다. 그러나 소용량주철제보일러는 작은 규모의 열생산이 필요한 경우에 사용됩니다. 이러한 보일러는 작은 공간에 설치할 수 있으며, 경제적이고 효율적인 열생산이 가능합니다.

    이러한 소용량주철제보일러의 특징 중 하나는 보일러의 용량을 나타내는 "㉠"와 연소기의 연소량을 나타내는 "㉡"입니다. "㉠ 5, ㉡ 0.1"은 보일러의 용량이 5kg/h이고 연소기의 연소량이 0.1kg/h임을 의미합니다.

    이러한 용량과 연소량은 보일러의 크기와 사용 용도에 따라 다르게 설정됩니다. 예를 들어, 작은 공간에 설치되는 보일러는 용량이 작고 연소량도 적게 설정됩니다. 따라서 "㉠ 5, ㉡ 0.1"은 소용량주철제보일러의 일반적인 용량과 연소량으로, 작은 규모의 열생산에 적합한 보일러임을 나타냅니다.

    반면에 "㉠ 4, ㉡ 0.5"는 용량은 작지만 연소량이 많은 보일러로, 대량의 열생산이 필요한 경우에 사용됩니다. "㉠ 5, ㉡ 0.5"는 용량은 크지만 연소량이 적은 보일러로, 작은 공간에 설치할 수 없지만 대량의 열생산이 필요하지 않은 경우에 사용됩니다.
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98. 외경 30mm, 벽두께 2mm 의 관 내측과 외측의 열전달계수는 모두 3000W/m2·K 이다. 관 내부온도가 외부보다 30℃ 만큼 높고, 관의 열전도율이 100 W/m·K 일 때 관의 단위길이당 열손실량은 약 몇 W/m 인가?

  1. 2979
  2. 3324
  3. 3824
  4. 4174
(정답률: 20%)
  • 단위길이당 열손실량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    Q = 2πLkΔT/ln(ro/ri)

    여기서,
    - Q: 열손실량 (W/m)
    - L: 단위길이 (m)
    - k: 열전도율 (W/m·K)
    - ΔT: 내부온도와 외부온도의 차이 (K)
    - ro: 외경 (m)
    - ri: 내경 (m)

    따라서, 주어진 값들을 대입하면 다음과 같다.

    Q = 2π(1m)(100 W/m·K)(30℃)/(ln(0.032m/0.028m))
    ≈ 3824 W/m

    따라서, 정답은 "3824"이다.
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99. 다음 그림과 같은 V형 용접이음의 인장응력(σ)을 구하는 식은?

(정답률: 42%)
  • V형 용접이음은 두 개의 금속판을 V자 모양으로 절단하여 접합한 용접이음으로, 인장응력을 계산하기 위해서는 인장하중(F)과 단면적(A)을 알아야 합니다. 이 때, V형 용접이음의 단면적은 용접이음의 두께(t)와 용접이음의 길이(L)에 따라 결정됩니다.

    따라서, V형 용접이음의 인장응력(σ)을 구하는 식은 다음과 같습니다.

    σ = F / A

    여기서, V형 용접이음의 단면적(A)은 다음과 같이 계산됩니다.

    A = t x L x cos(θ) + 2 x t x s x sin(θ)

    여기서, θ는 용접이음의 각도이며, s는 용접이음의 밑면과 금속판의 거리입니다.

    따라서, 정답은 ""입니다. 이유는 V형 용접이음의 단면적을 계산할 때, 용접이음의 밑면과 금속판의 거리(s)가 0이므로, 단면적은 t x L x cos(θ)로 간단해지기 때문입니다.
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100. 대향류 열교환기에서 고온 유체의 온도는 TH1에서 TH2로, 저온 유체의 온도는 TC1에서 TC2로 열교환에 의해 변화된다. 열교환기의 대수평균온도차(LMTD)를 옳게 나타낸 것은?

(정답률: 29%)
  • LMTD는 열교환기에서 열전달이 일어나는 구간에서의 대수평균온도차이다. 이 문제에서는 고온 유체와 저온 유체가 열교환을 하므로, LMTD를 구하기 위해서는 두 유체의 온도차이를 고려해야 한다. LMTD는 다음과 같이 계산된다.

    LMTD = ((TH1 - TC2) - (TH2 - TC1)) / ln((TH1 - TC2) / (TH2 - TC1))

    따라서, 정답은 ""이다. 이유는 LMTD를 계산할 때, ln 함수 안에 있는 분수의 값이 1보다 크면 LMTD는 양수가 되고, 1보다 작으면 LMTD는 음수가 된다. 따라서, LMTD가 양수가 되기 위해서는 (TH1 - TC2) / (TH2 - TC1) 값이 1보다 커야 한다. 이 값이 1보다 작으면 LMTD는 음수가 되므로, ""가 정답이 된다.
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