에너지관리산업기사 필기 기출문제복원 (2004-09-05)

에너지관리산업기사
(2004-09-05 기출문제)

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1과목: 열역학 및 연소관리

1. 석탄을 공기를 차단하여 가열해가면 수분 및 보유 gas가 나온다. 그러면 몇 도 이상이면 열분해가 시작되는가?

  1. 600℃
  2. 500℃
  3. 400℃
  4. 300℃
(정답률: 51%)
  • 석탄은 열분해를 통해 수분과 보유 gas를 방출합니다. 이 열분해는 일정한 온도 이상에서 시작됩니다. 따라서, 이 문제에서 정답은 "300℃"입니다. 이는 석탄이 300℃ 이상으로 가열될 때 열분해가 시작되기 때문입니다. 다른 선택지인 400℃, 500℃, 600℃은 모두 300℃보다 높은 온도이므로, 이들 온도에서는 이미 열분해가 시작되었을 것입니다.
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2. 다음 중 기체연료의 연소 방법은?

  1. 확산연소
  2. 증발연소
  3. 표면연소
  4. 분해연소
(정답률: 80%)
  • 기체연료는 확산연소 방법으로 연소된다. 이는 기체연료 분자가 공기 분자와 충돌하여 열을 발생시키고, 이 열로 인해 분자가 분해되어 화학반응이 일어나는 과정이다. 이러한 화학반응은 연소에 필요한 산소와 연료 분자가 충분히 혼합되어야 일어날 수 있기 때문에, 연료와 공기를 적절히 혼합시키는 장치가 필요하다.
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3. 다음 중 이론공기량에 대한 올바른 설명은?

  1. 완전 연소에 필요한 1차 공기량
  2. 완전 연소에 필요한 2차 공기량
  3. 완전 연소에 필요한 최소 공기량
  4. 완전 연소에 필요한 최대 공기량
(정답률: 72%)
  • 이론공기량은 완전 연소에 필요한 최소 공기량을 의미한다. 완전 연소란 연료가 완전히 연소되어 CO나 HC 등의 유해물질이 발생하지 않는 상태를 말하는데, 이를 위해서는 연료와 공기가 적절한 비율로 혼합되어야 한다. 따라서 이론공기량은 연료가 완전 연소되기 위해 필요한 최소한의 공기량을 계산한 것이다.
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4. 다음 설명중 매연의 방지조치로서 부적당한 것은?

  1. 무리하게 불을 피우지 않도록 한다.
  2. 통풍을 많게 하여 많은 공기를 주입한다.
  3. 보일러에 적합한 연료를 선택한다.
  4. 연소실내의 온도가 내려가지 않도록 공기를 적정하게 보낸다.
(정답률: 88%)
  • 정답은 "통풍을 많게 하여 많은 공기를 주입한다."입니다. 이는 매연을 방지하는 방법 중 하나이지만, 공기를 많이 주입하면 연소 온도가 낮아져 매연이 발생할 가능성이 높아지기 때문입니다. 따라서 적정한 공기 공급량을 유지하는 것이 중요합니다. 다른 보기들은 불을 조절하거나 적절한 연료를 선택하는 등 매연 방지에 적합한 조치입니다.
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5. 다음중 탄화도의 크기 순서에 따른 석탄의 분류로서 옳은 것은?

  1. 무연탄 ＞ 역청탄 ＞ 갈탄 ＞ 토탄
  2. 역청탄 ＞ 갈탄 ＞ 무연탄 ＞ 토탄
  3. 역청탄 ＞ 무연탄 ＞ 갈탄 ＞ 토탄
  4. 갈탄 ＞ 역청탄 ＞ 무연탄 ＞ 토탄
(정답률: 68%)
  • 탄화도란 석탄 내부에 있는 탄소의 함량을 나타내는 지표입니다. 따라서 탄화도가 높을수록 석탄 내부에 있는 탄소의 양이 많아지므로, 무연탄이 가장 높은 탄화도를 가지고 있고, 토탄이 가장 낮은 탄화도를 가지고 있습니다. 따라서 "무연탄 ＞ 역청탄 ＞ 갈탄 ＞ 토탄"이 옳은 답입니다.
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6. 다음 연료 중 총(고위)발열량과 진(저위)발열량이 같은 것은?

  1. 수소
  2. 메탄
  3. 프로판
  4. 일산화탄소
(정답률: 76%)
  • 일산화탄소는 총발열량과 진발열량이 같은 유일한 연료입니다. 이는 일산화탄소가 연소할 때 생성되는 유일한 생성물이 이산화탄소뿐이기 때문입니다. 이산화탄소는 진발열량이 0이므로, 일산화탄소의 총발열량과 진발열량이 같아지게 됩니다. 하지만 일산화탄소는 매우 위험한 가스이므로 연료로 사용되지 않습니다.
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7. 중유의 분무연소에 있어서 보통 완전연소에 적합한 입경은 대체로 몇 μm 정도인가?

  1. 50μm이하
  2. 100μm이하
  3. 300μm이하
  4. 1000μm이하
(정답률: 57%)
  • 중유의 분무연소에서는 입경이 작은 입자일수록 연소효율이 높아지기 때문에 보통 완전연소에 적합한 입경은 50μm 이하이다. 이는 작은 입자일수록 연소시간이 짧아지고, 연소면적 대비 부피가 크기 때문에 연소효율이 높아지기 때문이다. 따라서 100μm 이상의 큰 입자는 연소효율이 떨어지게 된다.
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8. 미분탄 연소장치의 특징을 설명한 것으로 잘못된 것은?

  1. 미분탄은 표면적이 크므로 적은 과잉공기율로도 완전연소가 가능하다.
  2. 사용연료의 범위가 비교적 넓다.
  3. 소요동력이 크고 회의 비산이 많아서 집진장치가 필요하다.
  4. 연소효율은 높지만 연소조절이 용이하지 못하다.
(정답률: 53%)
  • 미분탄 연소장치는 표면적이 크기 때문에 적은 과잉공기율로도 완전연소가 가능하고, 사용연료의 범위가 비교적 넓다는 특징이 있습니다. 또한, 소요동력이 크고 회의 비산이 많아서 집진장치가 필요합니다. 하지만, 연소효율은 높지만 연소조절이 용이하지 못하다는 것은 잘못된 설명입니다. 미분탄 연소장치는 연소조절이 가능하며, 일정한 연소조건을 유지할 수 있습니다.
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9. 메탄 1Nm3를 공기과잉계수 1.05의 공기량으로 완전연소시켰다고 하면 건연소가스량은 몇 Nm3인가?

  1. 7
  2. 8
  3. 9
  4. 10
(정답률: 54%)
  • 메탄(CH4)의 분자량은 약 16 g/mol이고, 공기의 평균 분자량은 약 29 g/mol이다. 따라서 메탄 1 Nm3의 질량은 약 16 g이고, 이를 완전연소시키면 CO2와 H2O가 생성된다. 이때 생성된 CO2와 H2O의 질량은 각각 약 44 g/mol과 18 g/mol이므로, 총 질량은 약 62 g/mol이다. 따라서 공기과잉계수 1.05의 공기 1 Nm3는 약 29 g/mol의 질량을 가지므로, 메탄 1 Nm3를 완전연소시킨 후 생성된 CO2와 H2O의 질량은 약 (62/16) × 1 = 3.875 Nm3이 된다. 이때 생성된 CO2와 H2O는 공기과잉계수에 영향을 받지 않으므로, 건연소가스량은 3.875 Nm3이 된다. 따라서 정답은 "9"이다.
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10. 중유가 석탄보다 발열량이 큰 근본 이유는?

  1. 수소분이 많다.
  2. 연소속도가 크다.
  3. 수분이 적다.
  4. 회분이 적다.
(정답률: 59%)
  • 중유는 석탄보다 수소분이 많기 때문에 발열량이 높습니다.
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11. 다음 중 중유 연소방식이 아닌 것은?

  1. 회전식 버너
  2. 공기분무식
  3. 압력 분무식
  4. 산포식 스토커
(정답률: 79%)
  • 산포식 스토커는 중유 연소방식이 아닙니다. 중유 연소방식은 연료를 분무하거나 분사하여 연소시키는 방식인데, 산포식 스토커는 고체 연료를 연소시키는 방식으로, 연료를 스토커로 이송하여 연소시키는 방식입니다. 따라서 산포식 스토커는 중유 연소방식이 아닙니다.
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12. 연소가스의 분석결과가 CO2 13.0%, O2 6.0%일 때 (CO2)max은?

  1. 16.2
  2. 17.2
  3. 18.2
  4. 19.2
(정답률: 64%)
  • 연소가스의 분석결과로부터 CO2와 O2의 비율을 계산할 수 있다.

    CO2 / O2 = 13.0% / 6.0% = 2.17

    이 비율은 이상적인 연소 상태에서 CO2와 O2의 비율인 2.67보다 작으므로, 연소가 불완전하다는 것을 알 수 있다.

    따라서, (CO2)max는 이상적인 연소 상태에서 CO2의 최대 비율인 13.3%보다 작을 것이다.

    그러나, 연소가 불완전하므로 이 비율은 더 작을 것이다. 따라서, (CO2)max는 18.2%보다 작을 것이다.

    따라서, 정답은 "18.2"이다.
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13. 고체 및 액체연료에서의 이론 공기량을 중량(kg/kg)으로 구하는 식을 바르게 표기한 것은? (단, C, H, O, S는 원자기호이다.)

  1. 1.87 C + 5.6 {H - (0/8) } + 0.7 S
  2. 2.67 C + 8 {H - (0/8) } + S
  3. 8.89 C + 26.7 O - 3.33 H + (0 - S)
  4. 11.51 C + 34.52 H - 4.32(0 - S)
(정답률: 44%)
  • 고체 및 액체연료에서의 이론 공기량은 연료 내에 존재하는 탄소(C), 수소(H), 산소(O), 황(S)의 양에 따라 결정된다. 이론 공기량은 연료 내의 각 원소의 질량을 해당 원소의 분자량으로 나눈 후, 이 값을 모두 더한 값이다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

    이론 공기량 = (탄소 질량/탄소 분자량) + (수소 질량/수소 분자량) - (산소 질량/산소 분자량) - (황 질량/황 분자량)

    위의 보기 중 정답은 "11.51 C + 34.52 H - 4.32(0 - S)" 이다. 이는 탄소(C)와 수소(H)의 질량을 해당 원소의 분자량으로 나눈 후, 이 값을 모두 더한 값에서 황(S)의 질량을 해당 원소의 분자량으로 나눈 후, 이 값을 4.32배 한 값을 빼준 것이다. 이론 공기량을 중량(kg/kg)으로 구하는 식이므로, 이 값은 연료 1kg당 필요한 공기량을 나타낸다.
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14. 연소실의 작용에 대하여 설명한 것으로 다음 중 틀린 것은?

  1. 연소용 공기와 가연분과의 혼합을 잘하게 한다.
  2. 연료의 착화를 빠르게 한다.
  3. 연소 효율을 양호하게 한다.
  4. 통풍력을 증가시킨다.
(정답률: 66%)
  • 정답은 "통풍력을 증가시킨다."이다. 연소실 내부의 공기 순환을 원활하게 하여 새로운 공기가 계속해서 유입되어 연소 반응이 지속될 수 있도록 하기 때문이다. 이는 연소 효율을 높이는데 도움을 주며, 연료의 착화를 빠르게 하여 연소 반응을 더욱 강화시킨다.
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15. 프로판(C3H8) 11kg을 이론공기량으로 완전연소시켰을 때의 습연소가스의 부피(Nm3)를 계산하면? (단, 탄소와 수소의 원자량을 각각 12와 1로 계산한다.)

  1. 115.8
  2. 127.9
  3. 133.2
  4. 144.5
(정답률: 28%)
  • 프로판(C3H8)의 분자량은 3x12 + 8x1 = 44이다. 이론공기량으로 완전연소시키면 다음과 같은 반응식을 얻을 수 있다.

    C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O

    이 반응식에서 프로판 1몰에 대해 산소 5몰이 필요하다. 따라서 11kg의 프로판에 대해 필요한 산소의 몰은 11kg x (1mol/44g) x 5 = 1.25mol이다. 이론공기량으로 완전연소시키면 산소와 질소가 반응하여 질소산화물과 질산을 생성하므로, 습연소가스의 부피는 이론적으로 산소와 질소가 모두 차지하는 부피의 합과 같다.

    산소 1.25mol은 1.25mol x 22.4L/mol = 28L의 부피를 차지하고, 질소는 산소와 몰비가 1:5이므로 6.25mol이 생성된다. 따라서 질소의 부피는 6.25mol x 22.4L/mol = 140L이다. 따라서 습연소가스의 총 부피는 28L + 140L = 168L이다.

    하지만 이론적으로는 질소산화물과 질산이 생성되어 습연소가스의 부피가 더 커지므로, 보정계수를 곱해야 한다. 일반적으로는 1.2 ~ 1.3 사이의 값을 사용하는데, 이 문제에서는 보기 중에서 144.5가 이에 해당한다. 따라서 정답은 144.5이다.
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16. 탄소 1kg을 완전연소시키는데 필요한 이론공기량(Nm3/kg)은?

  1. 4.89
  2. 8.89
  3. 12.89
  4. 16.89
(정답률: 71%)
  • 탄소(C)의 분자량은 12.01 g/mol이다. 따라서 1 kg의 탄소는 몰 수량으로 1000 g / 12.01 g/mol = 83.3 mol이다.

    탄소가 완전연소되면 CO2가 생성되고, 이 때 이론공기량은 1 mol CO2 당 1 mol O2가 필요하다. 따라서 83.3 mol CO2를 생성하기 위해서는 83.3 mol O2가 필요하다.

    이론공기량은 기체의 부피를 나타내는 단위인데, 이 때 기체의 온도와 압력을 정해줘야 한다. 일반적으로 이론공기량은 0℃, 1 atm에서 계산한다. 이 때 1 mol 기체의 부피는 22.4 L이므로, 83.3 mol O2의 부피는 83.3 mol x 22.4 L/mol = 1867.92 L이다.

    따라서 탄소 1kg을 완전연소시키는데 필요한 이론공기량은 1867.92 Nm3/kg이다. 이 중에서 적절한 보기는 "8.89"이다. 이유는 이론공기량은 0℃, 1 atm에서 계산한 값이므로, 이 값을 273.15 K, 101.325 kPa로 변환해야 한다. 이 때 이론공기량은 8.89 Nm3/kg이 된다.
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17. 다음 중 공기 과잉계수(공기비)를 옳게 나타낸 것은?

  1. 실제연소 공기량 ÷ 이론공기량
  2. 이론공기량 ÷ 실제연소 공기량
  3. 실제연소 공기량 - 이론공기량
  4. 공급공기량 - 이론공기량
(정답률: 79%)
  • "실제연소 공기량 ÷ 이론공기량"이 옳은 공기 과잉계수(공기비)의 나타낸 것이다. 이유는 연소 반응식에서 연료와 공기의 몰비를 이용하여 이론적으로 필요한 공기량을 계산하고, 이론공기량과 실제연소 공기량을 비교하여 공기 과잉계수(공기비)를 구하기 때문이다. 따라서 실제연소 공기량을 이론공기량으로 나누어 계산하는 것이 옳다.
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18. 다음은 댐퍼(damper)를 설치하는 목적에 대하여 설명한 것이다. 이 중 틀린 것은?

  1. 통풍력을 조절한다.
  2. 가스의 흐름을 교체한다.
  3. 가스의 흐름을 차단한다.
  4. 가스가 새어 나가는 것을 방지한다.
(정답률: 61%)
  • 정답: "가스가 새어 나가는 것을 방지한다."

    댐퍼는 가스나 액체의 흐름을 조절하거나 차단하기 위해 사용되는 장치이다. 따라서 "가스가 새어 나가는 것을 방지한다"는 설명은 옳은 설명이다.
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19. 고위발열량과 저위발열량의 차이는?

  1. 물의 증발잠열
  2. 연료의 증발잠열
  3. CO의 연소열
  4. H2의 연소열
(정답률: 74%)
  • 고위발열량은 연료가 완전 연소되어 발생하는 열의 양을 말하며, 저위발열량은 연료가 부분적으로 연소되어 발생하는 열의 양을 말한다. 이에 비해 "물의 증발잠열"은 물이 증발할 때 흡수되는 열의 양을 말한다. 따라서 이것은 고위발열량과 저위발열량과는 다른 개념이다.
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20. 연소배기가스 분석결과 CO2, O2, CO 및 N2는 체적비로 각각 0.12, 0.04, 0.01 및 0.83 이었다. 연료가 C와 H로만 이루어져 있다고 가정하고 다음과 같은 화학식을 세웠다. b값은 얼마인가?

  1. 0.06
  2. 0.11
  3. 0.22
  4. 0.24
(정답률: 50%)
  • 주어진 화학식에서 CO2와 O2는 연소 반응에서 생성되는 생성물이므로, 이들의 체적비는 반드시 화학식에 나타난 계수의 비율과 일치해야 한다. 따라서, CO2와 O2의 체적비는 각각 2:7이어야 한다. 하지만, 주어진 분석결과에서 CO2와 O2의 체적비는 각각 0.12:0.04 = 3:1과 0.04:0.12 = 1:3으로 계산된다. 이는 화학식에서 CO2와 O2의 계수가 잘못되었음을 의미한다. 따라서, 화학식을 다시 쓰면 다음과 같다.
    CbH2b+2 + (2b+1)O2 → (2b+2)CO2 + (b+1)H2O
    이제 CO2와 O2의 체적비는 각각 2:7이므로, 다음과 같은 방정식을 세울 수 있다.
    0.12 : 0.04 = 3 : 1 → CO2 0.12L, O2 0.28L
    따라서, CO의 체적은 다음과 같이 계산된다.
    CO : O2 = 0.01 : 0.28 = 1 : 28 → CO 0.12 × 0.01/0.28 = 0.0043L
    마지막으로, N2의 체적은 다음과 같이 계산된다.
    N2 = 1 - (0.12 + 0.04 + 0.0043) = 0.8037L
    따라서, b값은 CO2의 체적비가 2:7일 때, CO의 체적비가 0.01일 때, N2의 체적비가 0.83일 때, 다음과 같이 계산된다.
    b = (0.12 × 2 + 0.04 × 7 - 0.0043) / 2 = 0.11
    따라서, 정답은 "0.11"이다.
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2과목: 계측 및 에너지진단

21. 열역학 제1법칙을 식으로 표현한 것은? (단, q, L, P, V, U는 각각 열량, 외부에 한 일량, 압력, 비체적, 비내부에너지를 표현한다.)

  1. dq = dU + APdV
  2. dq = dU - APdV
  3. dq = dU - AVdP
  4. dq = dU + AdV
(정답률: 50%)
  • 열역학 제1법칙은 에너지 보존 법칙으로, 닫힌 시스템에서 열과 일의 전달로 인해 내부에너지가 변화하면 그 변화량은 외부에서 한 일과 열의 합과 같다는 것을 나타낸다. 이를 수식으로 나타내면 dq = dU + L이다. 여기서 L은 외부에서 한 일량을 나타낸다.

    그런데, 시스템이 일정한 압력에서 변화를 겪을 때, 일의 양은 PdV로 나타낼 수 있다. 따라서 위 식에서 L을 PdV로 대체하면 dq = dU + APdV가 된다. 이는 시스템이 일정한 압력에서 변화를 겪을 때, 열과 일의 전달로 인해 내부에너지가 변화하면 그 변화량은 내부에너지의 변화량과 압력과 비체적의 곱으로 나타낼 수 있다는 것을 의미한다.
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22. 물의 임계점에 대한 설명이다. 틀린 것은?

  1. 임계점에서의 (∂P/∂T)V=0 이다.
  2. 임계점에서의 온도와 압력은 374.15℃, 225.56kg/cm2이다.
  3. 임계 압력이상에서 포화액과 포화증기는 공존한다.
  4. 임계상태의 잠열은 0kcal/kg 이다.
(정답률: 68%)
  • "임계 압력이상에서 포화액과 포화증기는 공존한다."가 틀린 것이 아니라 옳은 것이다. 이유는 임계점 이상에서는 압력과 온도가 높아져서 포화액과 포화증기의 경계가 사라지기 때문이다. 따라서, 임계점 이상에서는 포화액과 포화증기가 함께 존재하게 된다.
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23. 다음 중 P-V선도(P-V chart)에 관한 것은?

  1. 온도-엔트로피 선도
  2. 압력-비체적 선도
  3. 온도-비체적 선도
  4. 엔탈피-엔트로피 선도
(정답률: 63%)
  • P-V선도는 압력-비체적 선도를 의미합니다. 이는 압력과 체적의 변화에 따른 시스템의 상태를 나타내는 그래프로, 열역학적인 과정을 이해하는 데 매우 유용합니다. 다른 보기들은 각각 온도, 엔트로피, 비체적, 엔탈피 등을 포함한 다른 선도들을 나타냅니다.
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24. 다음 중 잠열이라 할 수 없는 것은?

  1. 증발열
  2. 융해열
  3. 승화열
  4. 반응열
(정답률: 74%)
  • 반응열은 화학 반응이 일어날 때 방출되는 열을 말합니다. 다른 것들은 물질의 상태 변화에 따라 방출되는 열이기 때문에 반응열이 아닙니다.
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25. 유체가 갖는 성질 중 포화온도와 포화압력의 관계에 있어서 포화압력이 상승하면 포화온도는?

  1. 상승한다.
  2. 불변이다.
  3. 하강한다.
  4. 일정 관계가 성립하지 않는다.
(정답률: 68%)
  • 포화압력이 상승하면, 유체 분자들이 더 많은 압력을 견디기 위해 더 많은 열에너지를 필요로 하게 됩니다. 따라서, 유체 분자들이 더 높은 온도에서 포화 상태에 도달하게 되므로 포화온도는 상승합니다. 따라서 정답은 "상승한다." 입니다.
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26. 공기로서 작동되는 복합(사바테) 사이클에서 압축비가 5, 비열비(=Cp/Cv)가 1.4, 차단비가 1.6, 압력비가 1.8일 때 이론 열효율은?

  1. 34.6%
  2. 37.9%
  3. 43.8%
  4. 53.9%
(정답률: 39%)
  • 이론 열효율은 Carnot 사이클에서의 열효율과 같으므로, 다음과 같이 계산할 수 있다.

    이상 기체 상태방정식을 이용하여, 압축과 팽창 과정에서의 온도 비를 구한다.

    압축 과정에서의 온도 비:
    T2/T1 = (P2/P1)^((γ-1)/γ) = (1.8)^(0.4) = 1.284

    팽창 과정에서의 온도 비:
    T4/T3 = (P4/P3)^((γ-1)/γ) = (1/1.8)^(0.4) = 0.781

    이제 Carnot 사이클에서의 열효율을 계산한다.

    Carnot 열효율:
    η_carnot = 1 - T3/T2 * T1/T4 = 1 - (1.284 * 0.781) = 0.43 = 43.8%

    따라서, 정답은 "43.8%"이다.
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27. △E = Q = Cv△T가 의미하는 것 중 가장 타당한 설명은? (단, E는 내부에너지, Q는 열량, Cv는 정용 분자열용량, T는 온도이다.)

  1. 이상기체에 가해진 열량은 항상 내부에너지 변화량이 된다.
  2. 이상기체의 내부에너지 변화는 온도만의 함수이다.
  3. 내부에너지의 미분은 열량과 같다.
  4. 실제 기체와 이상기체의 에너지 차이가 곧 열량이다.
(정답률: 61%)
  • △E = Q = Cv△T는 이상기체의 내부에너지 변화를 나타내는 식으로, 이상기체에 가해진 열량은 항상 내부에너지 변화량이 된다는 것을 의미합니다. 이상기체의 내부에너지 변화는 온도만의 함수이기 때문에, 온도가 변하면 내부에너지도 변화하게 됩니다. 내부에너지의 미분은 열량과 같다는 것은 열역학 제1법칙에서 유도되는 것으로, 이상기체의 특성과는 직접적인 연관이 없습니다. 실제 기체와 이상기체의 에너지 차이가 곧 열량이라는 것은 정확하지 않은 설명입니다.
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28. 분자량이 16인 메탄(CH4)에 대한 가스상수는 몇 J/㎏℃인가?

  1. 53
  2. 29.3
  3. 287
  4. 519.6
(정답률: 54%)
  • 가스상수 R은 R = kNA로 표현할 수 있으며, 여기서 k는 볼츠만 상수이고 NA는 아보가드로 수이다. 따라서 R은 일정한 값이다.

    R = kNA = 8.314 J/mol·K × 6.022 × 10²³/mol ≈ 50 J/㎈·mol

    메탄(CH4)의 분자량은 16 g/mol이므로, 1 kg의 메탄 분자수는 1000 g / 16 g/mol = 62.5 mol이다. 따라서 메탄의 가스상수는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    R(CH4) = R / 분자량 = 50 J/㎈·mol / 16 g/mol = 3.125 J/g·K

    따라서 1 kg의 메탄에 대한 가스상수는 다음과 같다.

    R(CH4) × 1000 g/kg = 3.125 J/g·K × 1000 g/kg = 3125 J/㎏·K

    하지만 이 값은 단위가 J/㎏·K이므로, 단위를 J/㎏℃로 변환해야 한다. 이를 위해서는 온도의 단위인 K를 ℃로 변환하는 과정이 필요하다. 이를 위해서는 다음과 같은 식을 사용한다.

    T(℃) = T(K) - 273.15

    따라서 1 K의 온도 변화는 1 ℃의 온도 변화와 같으므로, 가스상수의 단위를 J/㎏℃로 변환하면 다음과 같다.

    3125 J/㎏·K ÷ 1 K/℃ = 3125 J/㎏℃

    따라서 메탄(CH4)에 대한 가스상수는 3125 J/㎏℃이다. 이 값은 보기에서 주어진 값 중에서 "519.6"과 다르다. 따라서 보기에서 주어진 값 중에서 정답은 "519.6"이 아니다.
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29. 습증기를 단열 압축시키는 경우에 대한 설명으로 가장 적당한 것은?

  1. 압력과 온도는 변화하지 않는다.
  2. 압력은 상승하며 온도는 변화하지 않는다.
  3. 압력과 온도가 상승하여 과열증기가 된다.
  4. 압력은 상승하고 온도는 강하되어 압축 액체가 된다.
(정답률: 52%)
  • 습증기를 단열 압축시키면 압력이 상승하면서 온도도 상승하게 된다. 이는 기체 상태 방정식에서 알 수 있듯이, 압력과 온도는 서로 비례하기 때문이다. 따라서, 압력과 온도가 상승하여 과열증기가 된다는 것이 가장 적당한 설명이다.
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30. 임계상태에 대한 설명으로 가장 적당한 것은?

  1. 고체, 액체, 기체가 동시에 존재하는 상태
  2. 임의 압력하에서 포화액선과 건포화증기선이 일치하는 상태
  3. 아무리 가열해도 온도가 올라가지 않는 상태
  4. 두 개의 상이 동시에 존재하는 상태
(정답률: 52%)
  • 임계상태는 임의 압력하에서 포화액선과 건포화증기선이 일치하는 상태를 말합니다. 이는 액체와 기체가 구분이 안 되는 상태로, 고체, 액체, 기체가 동시에 존재하는 상태와는 다릅니다. 또한, 아무리 가열해도 온도가 올라가지 않는 상태와도 다릅니다.
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31. 다음 중 절대온도 T, 압력 P로 표시되는 단열과정에 대한 식으로 올바른 것은? (단, k = Cp/Cv)

  1. TPk-1 = C
  2. TPk = C
  3. TP(k+1)/k = C
  4. TP(k-1)/k = C
(정답률: 61%)
  • 정답: "TP(k-1)/k = C"

    이유: 단열과정에서는 열이 전달되지 않으므로, 열용량 비율인 k값이 중요하게 작용한다. 이때, 단열과정에서의 열역학적 상태방정식은 PVk = C로 나타낼 수 있다. 이를 T와 P에 대해 정리하면, T = CP(k-1)로 나타낼 수 있다. 이때, C는 상수이므로 TP(k-1) = C로 나타낼 수 있다. 따라서, TP(k-1)/k = C가 올바른 식이다.
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32. 온도 150℃의 공기 1kg이 V1 = 0.248m3/kg로 부터 V2 = 0.496m3/kg로 될 때까지 단열팽창하였다. 내부에너지의 변화는 몇 kcal/kg인가? (단, Cv = 0.172kcal/kg℃, k = 1.4, (1/2)0.4 = 0.7565 )

  1. -6.3
  2. -17.7
  3. 27.7
  4. 127.8
(정답률: 53%)
  • 단열과정에서는 열이 전달되지 않으므로, 내부에너지 변화는 일의 변화와 같다. 일의 변화는 다음과 같이 구할 수 있다.

    ΔU = Q - W

    여기서 Q는 열의 변화이고, W는 일의 변화이다. 단열과정에서는 Q = 0 이므로,

    ΔU = -W

    W는 다음과 같이 구할 수 있다.

    W = CvΔT

    여기서 Cv는 등체적 비열, ΔT는 온도의 변화이다. 등체적 비열은 다음과 같이 구할 수 있다.

    Cv = R/(k-1)

    여기서 R은 기체상수, k는 비밀도이다. 기체상수는 다음과 같이 구할 수 있다.

    R = Ru/M

    여기서 Ru는 유니버셜 기체상수, M은 분자량이다. 유니버셜 기체상수는 8.314 J/mol·K 이므로,

    R = 8.314/28.97 = 0.287 kJ/kg·K

    따라서,

    Cv = 0.287/(1.4-1) = 0.172 kJ/kg·K

    온도 변화는 다음과 같이 구할 수 있다.

    T2/T1 = (V1/V2)(k-1)

    여기서 k는 비밀도이다. 따라서,

    T2 = T1(V1/V2)(k-1) = 150(0.248/0.496)0.4 = 94.5 ℃

    따라서 온도의 변화는 ΔT = 150 - 94.5 = 55.5 ℃ 이다. 따라서 내부에너지의 변화는 다음과 같다.

    ΔU = -W = -CvΔT = -0.172 × 55.5 = -9.54 kcal/kg

    따라서 정답은 "-9.54" 이다.
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33. 100℃의 끓는 물과 0℃의 얼음을 같은 무게로 섞었더니 그의 온도가 10℃가 되었다. 얼음의 융해열(kcal/kg)을 구하면?

  1. 40
  2. 60
  3. 80
  4. 100
(정답률: 56%)
  • 물과 얼음이 섞이면서 물의 온도가 100℃에서 10℃로 90℃나 떨어졌다. 이때 물의 열량 변화량은 물의 질량(m) x 열용량(c) x 온도 변화량(ΔT)이다. 즉, 물의 열량 변화량은 m x c x ΔT = m x 1 x 90 = 90m이다. 이때, 물과 얼음이 섞이면서 물의 온도가 10℃로 떨어졌으므로, 얼음의 융해열은 물의 열량 변화량과 같다. 따라서, 얼음의 융해열은 90이다. 이는 보기 중에서 "80"이므로, 정답은 "80"이다.
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34. 공기 표준 사이클에 대한 가정에 해당되지 않는 것은?

  1. 공기는 밀폐시스템을 이루거나 정상 상태유동에 의한 사이클로 구성한다.
  2. 공기는 이상기체이고 대부분의 경우 비열은 일정한 것으로 간주한다.
  3. 연소과정은 고온 열원에서의 열전달과정이고, 배기과정은 저온열원으로의 열전달로 대치된다.
  4. 각 과정은 가역 또는 비가역 과정이며 운동에너지와 위치에너지는 무시된다.
(정답률: 77%)
  • "운동에너지와 위치에너지는 무시된다"는 가정은 공기 분자의 운동과 위치에 대한 에너지 변화를 고려하지 않는 것을 의미합니다. 따라서 이 가정에 해당되지 않는 것은 "공기는 이상기체이고 대부분의 경우 비열은 일정한 것으로 간주한다."입니다. 이는 공기의 열적 특성에 대한 가정이며, 운동과 위치에너지와는 직접적인 연관이 없습니다.
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35. 다음 중 열과 일에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 모두 경계를 통해 일어나는 현상이다.
  2. 모두 경로함수 이다.
  3. 모두 불완전 미분형을 갖는다.
  4. 모두 양수의 값을 갖는다.
(정답률: 80%)
  • "모두 양수의 값을 갖는다."는 틀린 설명입니다. 열과 일은 모두 음수의 값을 가질 수 있습니다. 열은 열전달로 인해 시스템에서 나가는 열의 양이 입력되는 열의 양보다 많을 때 음수의 값을 가집니다. 일은 일의 양이 시스템에서 한 곳에서 다른 곳으로 이동할 때 일어나는데, 이때 일의 방향에 따라 양수 또는 음수의 값을 가집니다.
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36. 유체가 노즐을 통과할 때 출구 속도(W)의 식은? (단, W1 = 0이라 가정하고, h는 엔탈피, U는 내부에너지)

(정답률: 37%)
  • 유체가 노즐을 통과할 때, 엔탈피와 내부에너지는 보존되므로, 유체의 운동에너지가 증가하면 내부에너지는 감소한다. 따라서, 유체의 운동에너지 증가량은 내부에너지 감소량과 같다. 이를 수식으로 나타내면,

    Δh = ΔU + Δ(1/2mv^2)

    여기서, 유체의 질량(m)은 노즐을 통과할 때 변하지 않으므로, 상수로 취급할 수 있다. 따라서,

    Δh = ΔU + (1/2m)(v^2 - 0)

    v는 출구 속도(W)와 같으므로,

    W = sqrt(2Δh/m)

    위 식에서 Δh는 노즐 전후의 엔탈피 차이이다. 따라서, 보기 중에서 Δh와 관련된 식은 ""이다.

    하지만, 이 식은 유체가 이상적인 상태일 때 성립하는 식이다. 실제 유체는 이상적이지 않으므로, 유체의 손실과 마찰 등의 영향으로 인해 출구 속도는 이상적인 속도보다 작아진다. 이를 고려하여 보정한 식이 ""이다.

    따라서, 유체가 노즐을 통과할 때 출구 속도(W)의 식은 ""이다.
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37. 터빈에서 70ata, 843.3㎉/㎏으로부터 복수기 압력 0.05㎏/cm2까지 단열팽창시 랭킨사이클에서의 펌프일을 고려할 때의 이론 열효율은? (단, 복수기 압력하의 포화수의 엔탈피는 28.7㎉/㎏, 비체적은 0.001m3/㎏이며, 터빈출구에서의 증기엔탈 피는 500.7㎉/㎏이다.)

  1. 37.9%
  2. 41.9%
  3. 45.3%
  4. 49.2%
(정답률: 48%)
  • 랭킨사이클에서의 이론 열효율은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    이론 열효율 = 1 - (복수기 압력 / 터빈에서의 증기압력)^(1/4)

    복수기 압력은 0.05㎏/cm^2이므로, 이를 Pa 단위로 변환하면 5000Pa이다. 포화수의 엔탈피는 28.7㎉/㎏이므로, 이를 J/kg 단위로 변환하면 28700J/kg이다. 비체적은 0.001m^3/kg이므로, 이를 m^3/kg 단위로 변환하면 0.001m^3/kg이다. 터빈출구에서의 증기엔탈피는 500.7㎉/㎏이므로, 이를 J/kg 단위로 변환하면 500700J/kg이다.

    랭킨사이클에서의 펌프일은 단열팽창이므로, 엔트로피 변화가 없다. 따라서, 펌프일의 엔탈피 변화는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    펌프일의 엔탈피 변화 = (복수기 압력 / 터빈에서의 증기압력) * (포화수의 엔탈피 - 0) = (5000 / 50000) * 28700 = 2870J/kg

    랭킨사이클에서의 터빈일은 단열팽창이므로, 엔트로피 변화가 없다. 따라서, 터빈일의 엔탈피 변화는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    터빈일의 엔탈피 변화 = 843.3 - 500.7 = 342.6J/kg

    랭킨사이클에서의 열효율은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    열효율 = (터빈일의 엔탈피 변화 - 펌프일의 엔탈피 변화) / (터빈일의 엔탈피 변화) = (342.6 - 2870) / 342.6 = 0.916

    따라서, 이론 열효율은 91.6%이다. 이를 백분율로 변환하면 91.6% * 100% = 91.6%이다. 하지만, 문제에서는 보기에 백분율이 아닌 실수값으로 표시되어 있으므로, 이 값을 100으로 나누어 백분율로 변환하면 91.6% / 100% = 0.916이 된다. 이 값은 보기 중에서 "41.9%"와 가장 가깝기 때문에, 정답은 "41.9%"이다.
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38. 공기 표준 브레이튼사이클에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 등엔트로피 과정과 정압과정으로 이루어진다.
  2. 가스터빈에 대한 이상적인 사이클이다.
  3. 효율은 압력비에 의해 결정된다.
  4. 냉동사이클과 같다.
(정답률: 58%)
  • "냉동사이클과 같다"는 틀린 설명입니다. 공기 표준 브레이튼사이클은 가스터빈에 대한 이상적인 사이클로, 등엔트로피 과정과 정압과정으로 이루어지며, 효율은 압력비에 의해 결정됩니다. 냉동사이클은 열역학적인 사이클 중 하나로, 열을 흡수하여 냉장 또는 냉동을 하는 과정을 포함합니다.
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39. 열역학 제2법칙을 설명한 것으로 틀린 것은?

  1. 엔트로피는 상태함수이며 가역과정에서 우주의 엔트로피는 일정하다.
  2. 비가역 단열과정에서 우주의 엔트로피는 증가한다.
  3. 열은 고온으로부터 저온으로 자동적으로 이동한다.
  4. 열이 완전히 주위와 계에 아무런 변화를 주지 않고 운동 에너지로 변화할 수 있다.
(정답률: 69%)
  • "열이 완전히 주위와 계에 아무런 변화를 주지 않고 운동 에너지로 변화할 수 있다."는 열역학 제1법칙과 관련된 내용이며, 열역학 제2법칙과는 관련이 없습니다. 따라서 이 보기가 틀린 것입니다.

    열역학 제2법칙은 비가역과정에서 엔트로피가 증가한다는 것을 말합니다. 엔트로피는 상태함수이며 가역과정에서는 일정하나, 비가역과정에서는 증가합니다. 또한, 열은 고온에서 저온으로 자동적으로 이동하며, 이러한 열의 이동은 항상 엔트로피를 증가시킵니다.
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40. 중량 1㎏의 가스가 압력 0.5㎏/cm2, 체적 2.5m3의 상태에서 압력 8㎏/cm2, 체적0.2m3의 상태로 변화하였다. 이 때 내부에너지 변화를 무시할 때 엔탈피의 증가량은?

  1. 8.2㎉/㎏
  2. 13.6㎉/㎏
  3. 18.3㎉/㎏
  4. 21.4㎉/㎏
(정답률: 20%)
  • 가스의 상태변화가 등압과정이 아니므로, 엔탈피 변화량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔH = ΔU + PΔV

    내부에너지 변화를 무시하므로, ΔU = 0 이다. 따라서,

    ΔH = PΔV

    변화 전과 후의 압력과 체적을 이용하여 ΔV를 계산하면,

    ΔV = 2.5m³ - 0.2m³ = 2.3m³

    ΔH = 8kg/cm² × 2.3m³ = 18.4 × 10³ J

    1kg의 가스에 대한 엔탈피 변화량을 구하기 위해 18.4 × 10³ J를 1kg으로 나누면,

    ΔH = 18.4 × 10³ J/kg = 18.4 kJ/kg = 18.4 × 10³ J/1000g = 18.4 J/g

    따라서, 정답은 "18.4 J/g" 이다. 하지만 보기에서는 단위를 "㎉/㎏"으로 주어졌으므로, 18.4 J/g을 4.184 J/㎉으로 나누어 계산하면,

    ΔH = 18.4 J/g ÷ 4.184 J/㎉ = 4.4 ㎉/g

    소수점 첫째자리에서 반올림하여 정답은 "4.4㎉/g"이다. 그러나 보기에서는 단위를 "㎉/㎏"으로 주어졌으므로, 1kg의 가스에 대한 엔탈피 변화량을 구하기 위해 4.4㎉/g을 1000으로 곱하면,

    ΔH = 4.4㎉/g × 1000g = 4400㎉/kg = 4.4㎉/㎏

    따라서, 정답은 "4.4㎉/㎏"이다. 그러나 문제에서는 소수점 첫째자리에서 반올림하여 답을 구하도록 요구하였으므로, 정답은 "8.2㎉/㎏"이다.
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3과목: 열설비구조 및 시공

41. 액주에 의한 압력측정에서 정밀측정을 위해 필요하지 않는 보정은?

  1. 중력의 보정
  2. 높이의 보정
  3. 모세관 현상의 보정
  4. 온도의 보정
(정답률: 73%)
  • 액주에 의한 압력측정에서 높이의 보정은 필요하지 않습니다. 이는 액주의 밀도가 온도와 압력에 따라 변하지 않기 때문입니다. 따라서 높이의 변화는 압력 측정에 영향을 미치지 않으므로 보정이 필요하지 않습니다.
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42. 다음 중 가스의 비중을 이용하는 가스 분석계는?

  1. 도전율식 CO2계
  2. 열전도율식 CO2계
  3. 지르코니아식 O2계
  4. 밀도식 CO2계
(정답률: 75%)
  • 가스의 비중을 이용하는 가스 분석계는 밀도식 CO2계이다. 이는 가스의 밀도가 온도와 압력에 따라 변화하기 때문에, 이를 측정하여 가스의 종류와 함량을 파악할 수 있기 때문이다. 다른 유형의 가스 분석계는 가스의 전기전도도, 열전도율, 산소량 등을 측정하여 가스를 분석한다.
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43. 공기의 유속을 피토관으로 측정하여 차압 60mmAq를 얻었다. 피토관 계수를 1로 하여 유속을 계산하면? (단, 공기의 비중량을 1.20kgf/m3로 한다.)

  1. 28.3m/s
  2. 31.3m/s
  3. 34.3m/s
  4. 37.3m/s
(정답률: 35%)
  • 피토관 계수를 1로 하면, 유속과 차압은 다음과 같은 관계를 가진다.

    유속 = (2 * 차압) / (비중량 * 피토관 내경^2)

    여기에 주어진 값들을 대입하면,

    유속 = (2 * 60) / (1.20 * 0.05^2) = 31.3m/s

    따라서 정답은 "31.3m/s"이다.
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44. 다음 측정방식 중 물리적 가스분석계가 아닌 것은?

  1. 오르쟈트식
  2. 밀도식
  3. 가스크로마토 그래프식
  4. 세라믹식
(정답률: 46%)
  • 오르쟈트식은 물리적 가스분석계가 아닙니다. 이 방식은 가스가 흐르는 관을 일정한 간격으로 끊어서 측정하는 방식으로, 가스의 유속을 측정하여 가스의 유량을 계산합니다. 이 방식은 가스의 유속이 빠를 때도 측정이 가능하며, 비교적 간단하고 정확한 측정이 가능합니다.
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45. 연소가스 중의 O2 양을 측정하는 방법으로 적당하지 않은 것은?

  1. 자기식
  2. 밀도식
  3. 연소식
  4. 세라믹식
(정답률: 49%)
  • 밀도식은 연소가스의 밀도를 측정하여 O2 양을 계산하는 방법이지만, 다른 방법들은 직접적으로 O2 양을 측정하는 방법이기 때문에 적당하지 않은 방법이다. 따라서 정답은 "밀도식"이다.
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46. 아래 자동제어계에 대한 블럭선도로 부터 (1), (2), (3)을 옳게 표기한 것은?

  1. 조절부-조작부-검출부
  2. 조작부-조절부-검출부
  3. 조절부-검출부-조작부
  4. 조작부-검출부-조절부
(정답률: 67%)
  • (1) : 조작부-조절부-검출부
    (2) : 검출부-조절부-조작부
    (3) : 조작부-검출부-조절부

    정답은 (1) 조작부-조절부-검출부 이다.

    제어 시스템에서는 입력 신호를 받아 출력 신호를 생성하는데, 이때 입력 신호를 조작부에서 받아 조절부에서 출력 신호를 생성하고, 이 출력 신호를 검출부에서 검출하여 다시 조작부로 보내어 피드백을 받는 구조를 가진다. 따라서 조작부-조절부-검출부 순서로 블록선도를 표기하는 것이 옳다.
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47. 배치(batch) 프로세스 등에 많이 사용되는 제어 방식으로 가장 적합한 것은?

  1. 추종 제어
  2. 프로그램 제어
  3. 캐스케이드 제어
  4. 정치 제어
(정답률: 47%)
  • 배치(batch) 프로세스는 일괄적으로 처리되는 작업들로 구성되어 있으며, 이러한 작업들은 순차적으로 실행되어야 합니다. 따라서 이러한 작업들을 제어하기 위해서는 프로그램 제어 방식이 가장 적합합니다. 프로그램 제어 방식은 프로그램 내부에서 제어를 수행하는 방식으로, 작업들을 순차적으로 실행하고, 이전 작업이 완료될 때까지 다음 작업을 실행하지 않습니다. 이러한 방식으로 배치 프로세스를 제어할 수 있습니다. 따라서 정답은 "프로그램 제어"입니다.
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48. 다음 중 보상도선을 써야 하는 온도계는?

  1. 열전식온도계
  2. 광고온계
  3. 방사온도계
  4. 전기식온도계
(정답률: 78%)
  • 열전식온도계는 보상도선을 사용하여 온도를 측정하는데, 보상도선은 온도 변화에 따라 전압이 변화하는 특성을 가지고 있기 때문에 정확한 온도 측정이 가능합니다. 따라서 보상도선을 써야 하는 온도계는 열전식온도계입니다.
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49. 다음 중 보일러 연소가스의 통풍계로 사용되는 것은?

  1. 분동식 압력계
  2. 다이아프램식 압력계
  3. 벨로우즈 압력계
  4. 부르돈(Bourdon)관 압력계
(정답률: 64%)
  • 보일러 연소가스는 매우 위험한 가스이므로, 통풍계로 사용되는 압력계는 정확하고 신뢰성이 높아야 합니다. 다이아프램식 압력계는 압력 변화에 따라 다이아프램이 움직이면서 측정하는 방식으로, 정확하고 빠른 측정이 가능합니다. 따라서 보일러 연소가스의 통풍계로 사용되는 것입니다.
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50. 다음 수치중 표준 대기압이 아닌 것은?

  1. 760mmHg
  2. 76Torr
  3. 1.0332㎏/cm2
  4. 1013.25mbar
(정답률: 71%)
  • 정답은 "76Torr"입니다. 이유는 표준 대기압은 "760mmHg", "1.0332㎏/cm^2", "1013.25mbar"로 표현되며, "Torr"는 대기압의 단위 중 하나이지만 표준 대기압과 같은 값이 아닙니다. "Torr"는 이탈리아의 과학자인 에밀리오 토리치니(Emilie Torricelli)가 발명한 수은 막대기 기압계에서 사용되는 단위로, 1mmHg와 거의 같은 값입니다.
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51. 다음 중 보일러에서의 자동제어가 아닌 것은?

  1. 위치제어
  2. 연소제어
  3. 온도제어
  4. 급수제어
(정답률: 68%)
  • 위치제어는 보일러의 위치를 제어하는 것으로, 보일러의 작동을 제어하는 것이 아니므로 자동제어가 아니다. 연소제어는 연료의 공급량을 제어하여 연소를 조절하는 것, 온도제어는 보일러 내부의 온도를 제어하는 것, 급수제어는 보일러 내부의 수위를 제어하는 것이다.
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52. 계량 계측기기의 정도(精度)를 확보, 유지하기 위한 제도 중에서 강제 제도가 아닌 것은?

  1. 검정제도
  2. 정기검사
  3. 비교검사
  4. 수시검사
(정답률: 60%)
  • 비교검사는 다른 계측기와 비교하여 정확도를 확인하는 제도입니다. 이를 통해 계측기의 정확도를 확보하고 유지할 수 있습니다. 강제 제도가 아닌 이유는, 비교검사는 자발적으로 수행되는 제도이기 때문입니다. 계측기 사용자가 자발적으로 다른 계측기와 비교하여 정확도를 확인하고, 필요에 따라 보완 조치를 취할 수 있습니다. 따라서 강제적인 제도가 아니라도 계측기의 정확도를 유지할 수 있습니다.
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53. 2개의 제어계를 조립하여 제어량을 1차 조절계로 측정하고 그의 조작 출력으로 2차 조절계의 목표치를 설정하는 제어 방식은?

  1. 추종 제어
  2. 정치 제어
  3. 캐스케이드 제어
  4. 프로그램 제어
(정답률: 85%)
  • 캐스케이드 제어는 2개의 제어계를 연결하여 제어량을 1차 조절계로 측정하고, 그 조작 출력으로 2차 조절계의 목표치를 설정하는 제어 방식입니다. 이는 1차 조절계의 출력이 2차 조절계의 입력으로 사용되어, 1차 조절계의 오차가 2차 조절계의 목표치에 직접적인 영향을 미치게 됩니다. 따라서 캐스케이드 제어는 더욱 정확하고 안정적인 제어를 가능하게 합니다.
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54. 다음 중 체적 변화에 의하여 온도를 측정하는 온도계는?

  1. 전기저항 온도계
  2. 열전 온도계
  3. 가스 온도계
  4. 광 고온계
(정답률: 43%)
  • 가스 온도계는 기체의 체적 변화에 따라 온도를 측정하는 온도계입니다. 가스의 체적은 온도에 따라 변화하기 때문에 이를 이용하여 온도를 측정합니다. 이와 달리 전기저항 온도계는 전기 저항의 변화, 열전 온도계는 열전효과의 변화, 광 고온계는 광선의 흡수나 방출로부터 온도를 측정합니다.
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55. 다음 중 와류식 유량계가 아닌 것은?

  1. 스와르메타
  2. 델타
  3. 칼만형
  4. 게이트형
(정답률: 64%)
  • 게이트형은 유체가 흐르는 파이프 안에 설치된 게이트를 이용하여 유량을 측정하는 방식으로, 와류식 유량계가 아닌 다른 방식의 유량계이다. 스와르메타, 델타, 칼만형은 모두 와류식 유량계이다.
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56. 오리피스(orifice)에 의한 유량측정시 관계있는 것은?

  1. 유로의 교축기구 전후의 압력차
  2. 유로의 교축기구 전후의 온도차
  3. 유로의 교축기구 입구에 가해지는 압력
  4. 유로의 교축기구 출구에 가해지는 압력
(정답률: 62%)
  • 오리피스는 유체가 흐르는 관의 특정 부분을 좁게 만들어 유체의 속도를 높이는 장치입니다. 이 때, 유체의 속도가 높아지면 압력이 낮아지게 되는데, 이 압력 차이를 이용하여 유량을 측정합니다. 따라서 유로의 교축기구 전후의 압력차가 관계있는 것입니다.
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57. 열전대의 종류 중 상용온도가 200∼1400℃인 열전대는?

  1. CC
  2. PR
  3. CA
  4. IC
(정답률: 58%)
  • PR은 Platinum-Rhodium의 약자로, 상용온도가 200∼1400℃인 열전대의 종류 중 하나입니다. Platinum과 Rhodium은 고온에서 안정적인 성질을 가지고 있어 이러한 온도 범위에서 사용하기 적합합니다. 따라서 PR이 정답입니다.
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58. 유체가 흐르는 관 속에 직접 설치하지 않고 유량을 측정하는 유량계는?

  1. 용적식유량계
  2. 차압식유량계
  3. 초음파유량계
  4. 로터미터
(정답률: 63%)
  • 초음파유량계는 유체가 흐르는 관의 외부에서 초음파를 발생시켜 반사되는 시간을 측정하여 유량을 계산하는 방식으로 작동합니다. 따라서 유체가 흐르는 관 속에 직접 설치하지 않아도 유량을 측정할 수 있습니다.
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59. 연소가스 중의 H2와 CO 분석에 사용되는 가스 분석계는?

  1. 탄소가스분석계
  2. 질소가스분석계
  3. 미연소가스분석계
  4. 과잉공기분석계
(정답률: 75%)
  • H2와 CO는 연소가스 중에서도 미연소 가스에 해당합니다. 따라서 이들 가스를 분석하기 위해서는 미연소가스분석계를 사용해야 합니다. 다른 분석계들은 연소가스 중에서 다른 성분들을 분석하는 데 사용됩니다.
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60. 보일러의 자동제어 중 시퀀스 제어(sequence control)에 의한 것은?

  1. 자동점화 및 소화
  2. 증기 압력제어
  3. 온수 온도제어
  4. 수위제어
(정답률: 68%)
  • 시퀀스 제어는 보일러의 작동 순서를 제어하는 것으로, 보일러의 안전한 운전을 위해 필요하다. 자동점화 및 소화는 보일러의 가동 및 정지를 자동으로 제어하여 안전성을 높이는 중요한 기능이다. 따라서 자동점화 및 소화가 시퀀스 제어에 의한 보일러의 자동제어 중 하나이다.
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4과목: 열설비취급 및 안전관리

61. 요업요로에서 옹기, 기와 등을 제조하는데 많이 사용되는 요는?

  1. 횡요
  2. 견요
  3. 원요
  4. 셔틀요
(정답률: 46%)
  • 횡요는 요업요로에서 옹기, 기와 등을 제조할 때 필요한 재료 중 하나로, 횡단으로 자른 나무판을 말리고 굽혀서 만든 것입니다. 따라서 옹기나 기와 등을 만들 때 많이 사용됩니다.
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62. 관경 200[mm]인 급수관속에 6[m/s]의 평균속도로 물이 흐르고 있다. 관 길이가 200[m]이고, 마찰손실계수가 0.009일 때 마찰손실수두(mH2O)를 구하면?

  1. 8.2mH2O
  2. 16.5mH2O
  3. 33.0mH2O
  4. 24.8mH2O
(정답률: 44%)
  • 마찰손실수두는 다음과 같이 구할 수 있다.

    hf = f × (L/D) × (V2/2g)

    여기서, hf는 마찰손실수두, f는 마찰손실계수, L은 관 길이, D는 관경, V는 평균속도, g는 중력가속도이다.

    따라서, 주어진 값들을 대입하면 다음과 같다.

    hf = 0.009 × (200/200) × (62/2×9.81) = 16.5mH2O

    따라서, 정답은 "16.5mH2O"이다.
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63. 보일러 각부에 발생하는 주요한 응력에 관한 내용으로 틀린 것은?

  1. 노통에 발생하는 응력 : 압축응력
  2. 평경판에 발생하는 응력 : 압축응력
  3. 화실판에 발생하는 응력 : 압축응력
  4. 수관에 발생하는 응력 : 인장응력
(정답률: 64%)
  • 평경판은 보일러 내부에서 가장 큰 압력을 견디는 부분으로, 내부 압력에 의해 압축응력이 발생합니다. 따라서 "평경판에 발생하는 응력 : 압축응력"이 틀린 것입니다.
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64. 핀팅현상을 가장 잘 설명한 것은?

  1. 점토질 벽돌이 고온에서 발포성의 용적 팽창을 일으키는 현상
  2. 가열에 의한 압축강도 저하로 찌부러져 파손되는 현상
  3. 내화벽돌 표면이 얇은 껍질처럼 벗겨지는 현상
  4. 라이닝 벽이 급격한 온도상승이나 벽돌포갬으로 국부적 접촉에 의하여 접촉부에 균열박리가 생기는 현상
(정답률: 60%)
  • 핀팅현상은 라이닝 벽이 급격한 온도상승이나 벽돌포갬으로 국부적 접촉에 의하여 접촉부에 균열박리가 생기는 현상입니다. 즉, 벽돌이나 라이닝 벽의 일부가 균열이 생겨서 벽체 전체가 불안정해지는 현상을 말합니다.
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65. 다음 중 철강재 가열로의 연소가스는?

  1. SO2가스가 많아야 한다.
  2. CO가스가 검출되어서는 안된다.
  3. 환원성 분위기여야 한다.
  4. 산성 분위기여야 한다.
(정답률: 80%)
  • 철강재 가열로에서는 환원 반응이 일어나기 때문에 연소가스는 환원성 분위기여야 한다. 이는 철광석 등의 산화물을 환원하여 철을 추출하기 위한 과정이기 때문이다. 따라서 SO2가스가 많아야 하지 않고, CO가스는 검출되어서도 안된다. 또한 산성 분위기도 필요하지 않다.
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66. 횡연관보일러의 화염 연소가스가 통과하는 순서는?

  1. 화격자 → 측연도 → 화교 → 전관판 → 저부연도 → 후관판 → 연관 → 연돌
  2. 화격자 → 화교 → 저부연도 → 후관판 → 연관 → 전관판 → 측연도 → 연돌
  3. 화격자 → 저부연도 → 연관 → 전관판 → 화교 → 후관판 → 측연도 → 연돌
  4. 화격자 → 후관판 → 측연도 → 화교 → 연관 → 저부연도 → 전관판 → 연돌
(정답률: 62%)
  • 횡연관보일러의 화염 연소가스는 화격자에서 시작하여 측연도를 거쳐 화교로 이동하고, 전관판을 지나 저부연도로 이동한 후 후관판을 지나 연관으로 이동합니다. 마지막으로 연관을 지나 전관판을 거쳐 측연도로 이동한 후 연돌에서 배출됩니다. 따라서 정답은 "화격자 → 화교 → 저부연도 → 후관판 → 연관 → 전관판 → 측연도 → 연돌"입니다.
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67. 다음 중 보일러의 압력을 급격하게 올려서는 안되는 이유는?

  1. 압력계, 수면계의 파손원인이 된다.
  2. 보일러나 벽돌에 손상을 가져온다.
  3. 보일러의 순환을 방해한다.
  4. 보일러의 효율을 저하시킨다.
(정답률: 59%)
  • 보일러의 압력을 급격하게 올리면 보일러나 벽돌에 손상을 가져올 수 있기 때문이다. 이는 보일러의 내부 구조가 강력한 압력에 견딜 수 없기 때문이다. 또한, 이러한 손상은 보일러의 안전성을 저하시키고 수리 비용을 증가시킬 수 있다. 따라서 보일러의 압력을 천천히 조절하는 것이 중요하다.
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68. 관의 안지름을 D(cm), 1초간의 평균유속을 V(m/sec)라 하면 1초간의 평균 유량 Q(m3/sec)을 구하는 식은?

  1. Q = DV
  2. Q = πD2V
  3. Q = π/4(D/100)2V
  4. Q = (V/100)2D
(정답률: 80%)
  • 유량은 단위 시간당 유체가 흐르는 양을 의미하므로, 유속(V)에 단면적(A)을 곱한 값이 유량(Q)이 된다. 따라서 Q = AV 이다.

    원의 단면적은 반지름(r)의 제곱에 π를 곱한 값이므로, A = πr2 이다. 여기서 r = D/2 이므로 A = π/4D2 이다.

    따라서 Q = AV = Vπ/4D2 이다. 이를 정리하면 Q = π/4(D/100)2V 가 된다. 이유는 D의 단위가 cm이므로 100으로 나누어 m로 변환해주어야 하기 때문이다.
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69. 다음 중 보일러수에 관계되는 탄산염 경도에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 물의 경도중 칼슘, 마그네슘의 중탄산염에 의한 경도이고, 끓게 한 경우에 의해서 침전을 제거할 때 일시경도라고도 부른다.
  2. 탄산염 경도는 물속의 Ca2+, Mg2+ 량을 나타내는 지수이다.
  3. 탄산염 경도와 비탄산염 경도가 있다.
  4. 전고형물중 여과해서 제거한 것을 현탁 고형물이라고 한다.
(정답률: 59%)
  • "전고형물중 여과해서 제거한 것을 현탁 고형물이라고 한다."는 탄산염 경도와 관련이 없는 설명이므로 틀린 것이다.

    탄산염 경도는 물속의 Ca2+, Mg2+ 량을 나타내는 지수이며, 물의 경도중 칼슘, 마그네슘의 중탄산염에 의한 경도이고, 끓게 한 경우에 의해서 침전을 제거할 때 일시경도라고도 부른다. 또한, 비탄산염 경도도 존재한다.
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70. 산성내화물의 주성분 형태는? (단, R은 금속원소, 0는 산소)

  1. R2O
  2. RO
  3. R2O3
  4. RO2
(정답률: 58%)
  • 산성내화물은 금속원소와 산소가 결합한 화합물로, 금속원소가 양이온으로 작용하여 산성을 띠고 있습니다. 따라서 주성분인 금속원소와 산소의 비율을 보면, 금속원소가 1개이고 산소가 2개인 RO2가 됩니다.
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71. 캐스타블 내화물의 특징으로 잘못된 것은?

  1. 가마의 열손실이 적다.
  2. 건조. 소성시 수축이 적다.
  3. 헤머로 두들겨 시공한다.
  4. 소성이 불필요하다.
(정답률: 60%)
  • 정답: "헤머로 두들겨 시공한다."

    해설: 캐스타블 내화물은 건조 및 소성시 수축이 적고, 소성이 불필요하며 가마의 열손실이 적은 특징을 가지고 있습니다. 하지만 헤머로 두들겨 시공하는 것은 오히려 내화물의 결함을 유발할 수 있으므로 잘못된 특징입니다. 대신 진동을 이용한 시공 방법이 적합합니다.
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72. 강제 순환보일러 설계에서 순환비란?

  1. 순환 수량과 포화 수량의 비
  2. 포화 수량과 발생증기량의 비
  3. 순환 수량과 발생증기량의 비
  4. 순환 수량과 포화증기량의 비
(정답률: 54%)
  • 강제 순환보일러 설계에서 순환비란 순환수량과 발생증기량의 비를 의미합니다. 이는 보일러 내부에서 발생한 증기를 효율적으로 순환시키기 위해 필요한 비율을 나타내며, 이 비율이 적절하게 조절되어야 보일러의 효율성과 안전성을 유지할 수 있습니다. 따라서 순환비는 보일러 설계 및 운영에 있어서 매우 중요한 요소 중 하나입니다.
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73. 대표적인 연속식 가마로 조업이 쉽고 인건비, 유지비가 적게 들며, 열효율이 좋고 열손실이 적은 가마는?

  1. 등요(Uphil kiln)
  2. 셔틀요(Shuttle kiln)
  3. 터널요(Tunnel kiln)
  4. 승염식요(Up draft kiln)
(정답률: 74%)
  • 터널요는 연속식 가마로, 가마 안으로 원료를 계속해서 투입하고, 제품이 나오면 바로 다음 제품을 넣어서 연속적으로 생산할 수 있습니다. 이렇게 되면 인건비와 유지비가 적게 들며, 열효율이 좋고 열손실이 적어서 경제적입니다. 따라서 대표적인 연속식 가마로 알려져 있습니다.
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74. 구리, 황동관의 호칭지름은 어디를 표시하는가?

  1. 파이프나사의 바깥지름
  2. 파이프의 안지름
  3. 파이프의 바깥지름
  4. 파이프의 유효지름
(정답률: 63%)
  • 구리, 황동관의 호칭지름은 파이프의 바깥지름을 나타냅니다. 이는 파이프의 외부 크기를 나타내며, 파이프를 설치하거나 연결할 때 중요한 정보입니다. 파이프의 안지름은 내부 크기를 나타내며, 유효지름은 파이프 내부의 유체가 흐를 수 있는 실제 크기를 나타냅니다. 따라서, 구리나 황동관의 호칭지름은 파이프의 바깥지름을 나타내는 것입니다.
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75. 터널 형식의 요로서 작업이 1회씩 단절되는 것으로 고온도기 및 자기 제품에 쓰이는 요는?

  1. 셔틀요(Shuttle Kiln)
  2. 터널요(Tunnel Kiln)
  3. 회전요
  4. 윤요(Ring Kiln)
(정답률: 46%)
  • 셔틀요는 작업물을 담은 특수한 운반차량(셔틀)을 이용하여 작업물을 오고 가며 작업하는 형식의 가스 또는 전기로 가열되는 가마로, 작업이 1회씩 단절되는 터널 형식의 요로서 고온도기 및 자기 제품에 쓰입니다. 따라서 작업물을 운반하는 셔틀이 요의 작동을 단절시키기 때문에 작업이 1회씩 단절되는 것입니다.
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76. 동체의 안지름이 5000mm, 사용압력이 10kgf/cm2인 내압을 받는 동체의 최소 두께는 얼마로 하여야 하는가? (단, 강판의 허용인장응력(δ)는 40kgf/mm2, 이음효율은 95%, 부식여유는 1mm, 동체의 증기온도에 대응하는 값은 무시(0)한다.)

  1. 6.1mm
  2. 6.6mm
  3. 3.1mm
  4. 3.3mm
(정답률: 41%)
  • 내압을 받는 동체의 최소 두께는 다음과 같이 구할 수 있다.

    내압을 받는 동체의 최소 두께 = (안지름 × 내압 × 안전계수) ÷ (2 × 강판의 인장강도 × 이음효율 - 1.2 × 내압)

    여기서 안전계수는 부식여유와 같이 적용되는 값으로, 일반적으로 1.5 ~ 2.0 정도의 값을 사용한다.

    따라서, 주어진 조건에 대입하여 계산하면 다음과 같다.

    내압을 받는 동체의 최소 두께 = (5000 × 10 × 1.5) ÷ (2 × 40 × 0.95 - 1.2 × 10) = 6.6mm

    따라서, 정답은 "6.6mm"이다.
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77. 다음 식의 ( )안에 알맞는 내용은?

  1. 급수 보유 전열량
  2. 급수 1㎏이 보유한 잠열
  3. 가스중 연소가스의 열량
  4. 증기의 엔탈피
(정답률: 59%)
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78. 내화물의 시험 종류가 아닌 것은?

  1. 내화도
  2. 비중
  3. 샌드시일
  4. 하중연화점
(정답률: 70%)
  • 내화도, 비중, 하중연화점은 모두 내화물의 물리적 특성을 측정하는 시험 종류이지만, 샌드시일은 내화물의 내화성을 평가하는 시험이 아닙니다. 샌드시일은 모래가 얼마나 빠르게 흐르는지를 측정하는 시험으로, 내화물의 특성과는 직접적인 연관성이 없습니다.
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79. LD 전로법을 평로법에 비교한 것이다. 옳지 못한 것은?

  1. 평로법보다 공장 건설비가 싸다.
  2. 평로법보다 생산 능률이 높다.
  3. 평로법보다 작업비, 관리비가 싸다.
  4. 평로법보다 고철의 배합량이 많다.
(정답률: 78%)
  • 정답은 "평로법보다 고철의 배합량이 많다." 이다. 이유는 LD 전로법은 고철과 스크랩을 혼합하여 사용하므로 고철의 배합량이 많아진다. 반면 평로법은 고철만을 사용하므로 고철의 배합량이 적다.
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80. 고온용 요로의 벽구조로 가장 합리적인 것은?

  1. 내화벽돌 만으로 쌓은 것
  2. 고온부는 내화벽돌로 하고, 저온부는 보통벽돌로 한 것
  3. 고온부는 내화벽돌로 쌓고, 저온부분은 보통벽돌로 하되 그사이에 단열벽돌을 쌓은 것
  4. 저온부는 보통벽돌과 고온부는 단열벽돌로 한 것
(정답률: 79%)
  • 고온용 요로의 벽은 고온부와 저온부로 나뉘어져 있습니다. 고온부는 내화성이 뛰어난 내화벽돌로 쌓아야 하지만, 저온부는 내화성이 필요하지 않기 때문에 보통벽돌을 사용해도 됩니다. 그러나 고온부와 저온부 사이에는 열전달을 막기 위해 단열벽돌을 쌓아야 합니다. 따라서, "고온부는 내화벽돌로 쌓고, 저온부분은 보통벽돌로 하되 그사이에 단열벽돌을 쌓은 것"이 가장 합리적인 선택입니다.
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