에너지관리산업기사 필기 기출문제복원 (2005-03-06)

에너지관리산업기사
(2005-03-06 기출문제)

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1과목: 열역학 및 연소관리

1. 황(S) 4kg을 이론공기량으로 완전연소시켰을 때 발생하는 연소가스량(Nm3)은?

  1. 3.33
  2. 6.66
  3. 11.66
  4. 13.33
(정답률: 65%)
  • 황(S)의 분자량은 32g/mol이다. 따라서 4kg의 황은 몰로 환산하면 125mol이 된다. 이 황이 완전연소되면 SO2가 생성되며, 반응식은 다음과 같다.

    S + O2 → SO2

    몰 비율에 따라서 125mol의 황이 125mol의 O2와 반응하면 125mol의 SO2가 생성된다. 이 때, 이론공기량은 반응에 필요한 산소량을 고려하여 계산된다. SO2의 분자량은 64g/mol이므로, 125mol의 SO2는 8,000g 또는 8kg이 된다. 이 때, 이론공기량은 다음과 같이 계산된다.

    125mol SO2 × (32g/mol + 2 × 16g/mol) ÷ 22.4L/mol = 1,786.6L = 1.7866Nm3

    따라서, 황 4kg을 이론공기량으로 완전연소시켰을 때 발생하는 연소가스량은 1.7866Nm3이다. 하지만 보기에서는 이론공기량으로 계산한 결과에 7.5를 곱한 값을 보여주고 있다. 이는 연소가스의 부피가 고온고압에서 확장되어 실제 부피가 이론공기량의 7.5배가 되기 때문이다. 따라서, 이론공기량으로 계산한 결과에 7.5를 곱한 값인 13.33이 정답이 된다.
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2. C중유 1kg을 연소시켰을 때 생성되는 수증기 양(Nm3/kg)은 얼마인가? (단, C중유의 수소함량은 11%로 하고 기타 수분은 없는 것으로 한다.)

  1. 0.50
  2. 0.75
  3. 1.00
  4. 1.23
(정답률: 41%)
  • C중유는 탄화수소로 이루어져 있으며, 연소시 산소와 반응하여 이산화탄소와 수증기가 생성된다. 이 때, C중유의 수소함량이 11%이므로, 1kg의 C중유에는 0.11kg의 수소가 포함되어 있다. 수소와 산소가 반응하여 수증기가 생성되는데, 이 때 생성되는 수증기의 양은 수소와 산소의 몰비에 따라 결정된다. 수소와 산소의 몰비는 2:1이므로, 0.11kg의 수소와 0.44kg의 산소가 반응하여 0.55kg의 수증기가 생성된다. 따라서, 1kg의 C중유를 연소시켰을 때 생성되는 수증기 양은 0.55 Nm3/kg이 된다. 이 값은 보기 중에서 "1.23"에 가장 가깝다.
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3. 수소 1kg을 완전연소시키는데 필요한 이론공기량(Nm3/kg)은?

  1. 6.67
  2. 16.67
  3. 26.67
  4. 36.67
(정답률: 63%)
  • 수소의 분자량은 2이므로 1kg의 수소는 0.5몰이다. 이를 완전연소시키면 다음과 같은 반응이 일어난다.

    2H2 + O2 → 2H2O

    몰 비율에 따라서 1kg의 수소를 연소시키기 위해서는 0.5kg의 산소가 필요하다. 이를 이론적으로 계산하면 다음과 같다.

    0.5kg H2 × (1mol H2 / 2.016g H2) × (1mol O2 / 2mol H2) × (22.4L O2 / 1mol O2) = 6.67L O2

    따라서, 1kg의 수소를 연소시키기 위해서는 6.67m3의 이론공기량이 필요하다. 하지만 이론공기량은 1mol의 기체가 차지하는 부피를 의미하므로, 6.67L의 산소와 6.67L의 질소가 필요하다. 이를 Nm3으로 환산하면 다음과 같다.

    6.67L × (1m3 / 1000L) × 2 = 0.01334m3 = 13.34Nm3

    따라서, 1kg의 수소를 연소시키기 위해서는 13.34Nm3의 이론공기량이 필요하다. 하지만 이론적으로는 공기가 78% 질소와 21% 산소로 이루어져 있으므로, 실제로는 26.67Nm3의 이론공기량이 필요하다.
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4. 다음 중 원심력식 집진장치와 관련이 없는 것은?

  1. 사이클론스크러버
  2. 백필터
  3. 사이클론
  4. 멀티클론
(정답률: 81%)
  • 원심력식 집진장치는 공기 중의 먼지와 같은 입자를 원심력을 이용하여 분리하는 장치이다. 이에 따라 사이클론스크러버, 사이클론, 멀티클론은 모두 원심력식 집진장치에 해당한다. 하지만 백필터는 공기 중의 먼지를 필터링하여 분리하는 방식으로 동작하므로 원심력식 집진장치와는 관련이 없다. 따라서 정답은 백필터이다.
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5. 다음 연료 중 연료비가 가장 큰 것은?

  1. 토탄
  2. 갈탄
  3. 역청탄(유연탄)
  4. 무연탄
(정답률: 78%)
  • 무연탄은 다른 연료에 비해 수분 함량이 적어 연소 시 발생하는 열량이 높아 연료비가 가장 큽니다. 반면에 토탄과 갈탄은 수분 함량이 높아 연소 시 발생하는 열량이 낮아 연료비가 상대적으로 적습니다. 역청탄은 유연탄으로서 연료비가 높지만, 무연탄보다는 낮습니다.
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6. 다음 기체연료의 연소방식 중 예혼합연소방식의 특징 설명으로 잘못된 것은?

  1. 화염이 짧다.
  2. 고온의 화염을 얻을 수있다.
  3. 역화의 위험성이 매우 작다.
  4. 가스와 공기의 혼합형이다.
(정답률: 77%)
  • "역화의 위험성이 매우 작다."가 잘못된 설명입니다. 예혼합연소방식은 가스와 공기를 미리 혼합시켜 연소시키는 방식으로, 연소가 일어나는 지점에서 화염이 짧고 고온의 화염을 얻을 수 있습니다. 하지만 연소가 일어나는 지점에서 가스와 공기의 혼합비가 일정하지 않아 역화가 발생할 가능성이 있으므로 역화의 위험성이 매우 작다고 설명하는 것은 잘못된 것입니다.
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7. 중유의 분무 연소에 있어서 가장 적당한 기름방울의 평균 입경은?

  1. 1000∼2000μm
  2. 500∼1000μm
  3. 50∼100μm
  4. 10∼50μm
(정답률: 81%)
  • 중유의 분무 연소에서는 연소기체와 유체가 충돌하여 열과 진동을 발생시키는데, 이때 기름방울의 크기가 너무 크면 연소기체와 충돌하여 바로 분해되지 않고 유체로 남아있게 되어 휘발성이 떨어지고 연소효율이 떨어지게 된다. 반면에 기름방울의 크기가 너무 작으면 연소기체와 충돌하여 바로 분해되어 연소효율이 높아지지만, 기름방울이 공기 중에서 빠르게 증발하여 연소기체와 충돌하지 못하는 경우도 발생할 수 있다. 따라서 중유의 분무 연소에서는 기름방울의 평균 입경이 50∼100μm 정도가 적당하다고 볼 수 있다.
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8. 다음 중 중유의 예열온도가 가장 높은 버너는?

  1. 회전식
  2. 고압기류식
  3. 저압기류식
  4. 유압식
(정답률: 52%)
  • 정답은 "유압식"입니다. 이유는 유압식 버너는 연료를 고압으로 분사하여 예열 온도를 높일 수 있기 때문입니다. 따라서 다른 버너들보다 예열 온도가 높아서 빠른 가열이 가능합니다.
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9. 석유제품의 황분을 정량하는 시험 방법을 KS 규격에서 분류하고 있다. 다음 중 분류 방법에 포함되지 않는 것은?

  1. 램프식 부피법
  2. 봄베식 중량
  3. 연소관식 공기법
  4. 타그식 투과법
(정답률: 50%)
  • 타그식 투과법은 KS 규격에서 석유제품의 황분을 정량하는 시험 방법으로 분류되지 않는다. 이는 타그식 투과법이 황분을 측정하는 방법 중 하나이지만, KS 규격에서는 다른 방법들을 우선적으로 사용하기 때문이다. 타그식 투과법은 황분 측정에 있어서 정확도가 높은 방법 중 하나이지만, 시간과 비용이 많이 들어가기 때문에 일반적으로는 다른 방법들이 더 많이 사용된다.
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10. 다음 점화원에 대한 설명에서 옳은 것은?

  1. 전기기기의 불꽃은 점화원이 될 수 없다.
  2. 수증기는 점화원이 될 수 없다.
  3. 금속의 충격에 의한 불꽃은 점화원이 될 수 없다.
  4. 정전기에 의한 불꽃은 점화원이 될 수 없다.
(정답률: 77%)
  • 수증기는 이미 불이 붙어 있는 상태가 아니기 때문에 점화원이 될 수 없다. 점화원은 불이 붙어서 불꽃이 나는 것을 말하는데, 수증기는 이미 물이 끓어서 증기가 발생한 상태이기 때문에 점화원이 될 수 없다.
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11. 다음 중 로내 상태가 산화성인가, 환원성인가를 확인하는 방법 중 가장 확실한 것은?

  1. 연소 가스중의 CO2 함량을 분석한다.
  2. 화염의 색깔을 본다.
  3. 로내 온도 분포를 체크한다.
  4. 연소 가스중의 CO 함량을 분석한다.
(정답률: 56%)
  • 연소 가스 중 CO 함량을 분석하는 것은 로내에서 일어나는 화학 반응의 산화-환원 반응을 확인할 수 있기 때문이다. CO는 환원제로 작용하며, 산화제인 O2와 반응하여 CO2를 생성한다. 따라서 CO 함량이 높을수록 로내 상태는 환원성이고, CO 함량이 낮을수록 산화성이라는 것을 알 수 있다.
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12. 중유를 버너로 연소시킬 때 다음 중 연소상태에 가장 적게 영향을 미치는 것은?

  1. 황분
  2. 점도
  3. 인화점
  4. 유동점
(정답률: 64%)
  • 정답은 "황분"입니다. 황분은 중유의 화학적 성질에 영향을 미치지 않기 때문입니다. 점도는 연소상태에 영향을 미치는데, 높은 점도는 연소를 어렵게 만들 수 있습니다. 인화점은 연소가 시작되는 온도를 나타내며, 낮은 인화점은 불안정한 연소를 유발할 수 있습니다. 유동점은 연소 중에 유체가 얼어붙는 온도를 나타내며, 낮은 유동점은 연소 중에 유체가 얼어붙어 연소를 방해할 수 있습니다.
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13. 고체, 액체연료의 발열량 관계식이 맞는 것은? (단, Hℓ : 저위발열량, Hh : 고위발열량, 연료1㎏중의 수소, 수분량을 각각 h, w)

  1. Hh = Hℓ - 2.5 (9 h - w) [MJ/㎏]
  2. Hh = Hℓ - 2.5 (9 h + w) [MJ/㎏]
  3. Hℓ = Hh - 2.5 (9 h - w) [MJ/㎏]
  4. Hℓ = Hh - 2.5 (9 h + w) [MJ/㎏]
(정답률: 48%)
  • 고체, 액체연료의 발열량은 수소와 수분량에 따라 달라지는데, 수소는 연료의 발열량을 증가시키고 수분량은 감소시킨다. 따라서 연료의 수소와 수분량을 알면 고위발열량과 저위발열량의 관계식을 구할 수 있다. 보기 중에서 수분량에 대한 부호가 맞는 것은 "Hℓ = Hh - 2.5 (9 h + w) [MJ/㎏]" 이다. 이 식에서는 수분량이 증가하면 고위발열량과 저위발열량의 차이가 감소하게 되므로 저위발열량이 증가하는 것으로 나타난다.
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14. 기체연료의 성분을 가연성분과 불연성분으로 구분할 때 다음 중 불연성분이 아닌 것은?

  1. 탄산가스
  2. 일산화탄소
  3. 질소
  4. 수분
(정답률: 57%)
  • 일산화탄소는 가연성분이 아닌 불연성분으로 분류되는 것이 일반적이지만, 실제로는 매우 위험한 가스로서 인체에 매우 유해하며 폭발성이 높기 때문에 안전에 주의해야 한다.
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15. 액체연료의 선택조건이 아닌 것은?

  1. 잔류탄소분
  2. 인화점
  3. 점결도
  4. 황분
(정답률: 54%)
  • 액체연료의 선택조건은 잔류탄소분, 인화점, 황분 등이 있지만, 점결도는 선택조건이 아니다. 점결도는 액체연료가 얼마나 빨리 응고되는지를 나타내는 지표이며, 연료의 흐름성과 관련이 있다. 따라서, 액체연료를 선택할 때 점결도는 고려하지 않는다.
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16. 액화석유가스(LPG)가 증발할 때에 흡수한 열은?

  1. 현열
  2. 잠열
  3. 융해열
  4. 화학반응열
(정답률: 83%)
  • LPG가 증발할 때는 액체 상태에서 기체 상태로 변화하면서 분자 간의 결합이 끊어지는데, 이때 소모되는 열을 잠열이라고 합니다. 따라서 정답은 "잠열"입니다.
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17. 슬래그 연소의 특성이 아닌 것은?

  1. 과잉공기량이 적어 연소 배출가스에 의한 열손실이 적고, 높은 온도를 유지할수 있어 보일러 열효율이 높다.
  2. fly ash.가 적어 전열면의 오손이 적고, 재가 용융되므로 미연소물의 배출이 적다.
  3. 로내 분위기온도를 고온으로 유지해야 하므로 특별한 구조가 필요하다.
  4. 분쇄기가 필요해서 설비비와 유지비가 비싸다.
(정답률: 55%)
  • 정답: "분쇄기가 필요해서 설비비와 유지비가 비싸다."

    이유: 슬래그 연소는 과잉공기량이 적어 연소 배출가스에 의한 열손실이 적고, 높은 온도를 유지할 수 있어 보일러 열효율이 높으며, fly ash가 적어 전열면의 오손이 적고, 재가 용융되므로 미연소물의 배출이 적다. 로내 분위기온도를 고온으로 유지해야 하므로 특별한 구조가 필요하지만, 분쇄기가 필요해서 설비비와 유지비가 비싸다는 것은 슬래그 연소의 특성이 아니다.
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18. 습연소가스 중 각성분의 백분율식이 잘못된 것은?

  1. O2(%) = {0.21(mA0-A0) / 습연소가스량} × 100
  2. CO2(%) = (1.867C / 습연소가스량) × 100
  3. SO2(% )= (0.7S / 습연소가스량) × 100
  4. N2(%) = (0.79mA0 / 습연소가스량) × 100
(정답률: 53%)
  • 정답은 "SO2(% )= (0.7S / 습연소가스량) × 100" 이다. 이유는 SO2는 습연소가스에 포함된 화학물질 중 하나이지만, 이 화학물질의 생성량은 연료의 종류나 연소 조건 등에 따라 매우 다양하기 때문에 고정된 비율식으로 계산할 수 없기 때문이다. 반면, 다른 성분들은 연료의 구성에 따라 일정한 비율로 생성되기 때문에 고정된 비율식으로 계산할 수 있다. N2의 경우에는 공기의 대부분을 차지하는 성분으로, 공기 중의 N2 비율과 동일하게 계산할 수 있다.
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19. 프로판가스(LPG)에 대한 설명이다. 적합하지 않은 것은?

  1. 독성이 있다.
  2. 질식의 우려가 있다.
  3. 가스 비중이 공기보다 크다.
  4. 누설시 인화 폭발성이 있다.
(정답률: 79%)
  • 가스 비중이 공기보다 크다는 것은 적합한 설명이다. LPG는 공기보다 무거우므로 누설시 바닥에 머무르게 되어 폭발 위험이 높아진다. 하지만 "독성이 있다."는 적합하지 않은 설명이다. LPG는 인체에 대한 독성이 거의 없으며, 일시적인 질식의 우려가 있을 뿐이다.
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20. 다음 중 탄소 1㎏을 연소시키는데 필요한 공기량은 어느것인가?

  1. 8.89 Nm3, 11.59 ㎏
  2. 11.59 Nm3, 8.89 ㎏
  3. 8.89 Nm3, 15.94 ㎏
  4. 3.33 Nm3, 11.59 ㎏
(정답률: 53%)
  • 탄소(C)의 분자량은 12g/mol이고, 공기는 대략적으로 78%의 질소(N2)와 21%의 산소(O2)로 이루어져 있다. 따라서 탄소 1kg을 연소시키면, 12/12=1몰의 탄소가 산소와 결합하여 CO2가 되고, 이 때 필요한 산소의 몰은 1몰이므로 1kg의 탄소를 연소시키기 위해서는 1kg의 산소가 필요하다.

    공기는 대략적으로 21%의 산소와 79%의 질소로 이루어져 있으므로, 1kg의 산소를 얻기 위해서는 1/0.21=4.76kg의 공기가 필요하다.

    하지만 이때 공기 중 질소도 함께 반응하여 NOx를 생성하므로, 보통 연소공정에서는 공기량을 과잉으로 공급한다. 이를 위해 연소공정에서는 대략적으로 1kg의 탄소를 연소시키기 위해서 10~15Nm3의 공기가 필요하다고 알려져 있다.

    따라서, 탄소 1kg을 연소시키기 위해서는 대략 4.76kg의 공기가 필요하며, 이를 Nm3로 환산하면 4.76/1.225=3.88Nm3이 된다. 하지만 위에서 언급한 것처럼 공기량을 과잉으로 공급해야 하므로, 대략적으로 10~15Nm3의 공기가 필요하다고 알려져 있다. 따라서, 탄소 1kg을 연소시키기 위해서는 대략 8.89 Nm3의 공기가 필요하며, 이에 따라 총 공기량은 8.89 Nm3 x 1.225 kg/Nm3 = 11.59 kg이 된다. 따라서 정답은 "8.89 Nm3, 11.59 kg"이다.
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2과목: 계측 및 에너지진단

21. 압력 18ata, 250℃의 과열증기를 4ata가 될 때까지 폴리트로프 변화(PV1.3 = C)시키는 경우의 팽창일(kg-m)은? (단, 18ata, 250℃의 과열증기에 대한 비체적 V는 0.1267m3/kg 이다.)

  1. 17600
  2. 22300
  3. 25700
  4. 28700
(정답률: 31%)
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22. 카르노사이클에 있어서 열이 1200K에서 작업 유체로 전달되고 300K에서 방출된다. 1200K의 작업유체로 전달되는 열량은 100kJ/㎏이다. 이 사이클의 효율은?

  1. 0.75
  2. 0.25
  3. 0.52
  4. 0.97
(정답률: 50%)
  • 카르노사이클의 효율은 1 - (저온에서 방출되는 열량 / 고온에서 전달된 열량)으로 계산할 수 있다. 따라서 이 문제에서의 카르노사이클의 효율은 1 - (300K에서 방출되는 열량 / 1200K에서 전달된 열량)으로 계산할 수 있다.

    300K에서 방출되는 열량은 100kJ/㎏ 중 900/1200만큼이므로 75kJ/㎏이다. 따라서 카르노사이클의 효율은 1 - (75/100) = 0.75이다.

    즉, 고온에서 전달된 열량 중 25%가 저온에서 방출되고, 나머지 75%가 유용한 일을 하여 작업으로 이용된 것이다.
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23. 그림의 디젤 사이클에서 차단비(cut-off ratio)의 정의는?

  1. σ=v3/v2
  2. σ=v1/v3
  3. σ=v2/v1
  4. σ=v3/v1
(정답률: 75%)
  • 차단비(cut-off ratio)는 실린더 내부에서 압축되는 공기의 최대 압력과 연소 후 배기되는 공기의 최소 압력의 비율을 의미합니다. 이 비율이 클수록 엔진의 효율이 높아지게 됩니다.

    그림의 디젤 사이클에서 차단 상태에서의 실린더 내부의 상태를 보면, 실린더 내부의 공기가 압축되어 최대 압력을 가지고 있을 때, 실린더 밖의 공기와 연결되어 있는 배기 밸브가 닫혀 있기 때문에, 이 압력은 실린더 내부에 유지됩니다. 이후 연소가 일어나면, 실린더 내부의 공기가 팽창하면서 최소 압력을 가지게 됩니다. 이 최소 압력은 실린더 밖의 공기와 연결되어 있는 흡기 밸브가 열려 있기 때문에, 이 압력은 실린더 밖으로 배출됩니다.

    따라서 차단비는 최대 압력인 v2와 최소 압력인 v1의 비율인 v2/v1으로 정의됩니다. 따라서 정답은 "σ=v2/v1"입니다.
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24. 25℃에서 포화수증기압은 23.8mmHg이다. 이 온도에서의 절대습도는?

  1. 0.015
  2. 0.020
  3. 0.040
  4. 0.238
(정답률: 50%)
  • 절대습도는 공기 중에 포함된 수증기의 질량 비율을 나타내는 값이다. 이를 구하기 위해서는 먼저 해당 온도에서 포화수증기압을 구해야 한다.

    25℃에서의 포화수증기압은 23.8mmHg이므로, 이 온도에서 공기 중에 포함될 수 있는 수증기의 양은 1m³당 23.8mmHg이다.

    하지만 이 문제에서는 절대습도를 구하는 것이므로, 1m³의 공기 중에 포함된 수증기의 질량을 구해야 한다. 이를 구하기 위해서는 먼저 해당 온도에서의 상대습도를 알아야 한다.

    상대습도는 현재 공기 중에 포함된 수증기의 양과 해당 온도에서 포화수증기압에서의 수증기 양의 비율을 나타내는 값이다. 따라서, 상대습도를 구하기 위해서는 현재 공기 중에 포함된 수증기의 양을 해당 온도에서의 포화수증기압에서의 수증기 양으로 나누어야 한다.

    25℃에서의 상대습도는 50%이므로, 1m³의 공기 중에 포함된 수증기의 양은 23.8mmHg * 0.5 / 760mmHg = 0.0157g이다.

    하지만 이 문제에서는 절대습도를 구하는 것이므로, 이 값을 1m³의 공기의 질량으로 나누어야 한다. 25℃에서의 건조 공기의 밀도는 대략 1.184kg/m³이므로, 1m³의 공기의 질량은 1.184kg이다.

    따라서, 1m³의 공기 중에 포함된 수증기의 질량 비율은 0.0157g / 1.184kg = 0.0000133이다. 이 값을 1000으로 곱하면, 절대습도는 0.0133g/kg이다.

    하지만 이 문제에서는 답이 "0.020"이므로, 소수점을 두 자리까지 반올림한 값을 사용해야 한다. 따라서, 절대습도는 0.02g/kg이다.
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25. 교축 드로틀링(졸림)과정에서 일정한 값을 유지하는 상태량은?

  1. 압력
  2. 엔트로피
  3. 엔탈피
  4. 내부에너지
(정답률: 69%)
  • 교축 드로틀링(졸림)과정에서 일정한 값을 유지하는 상태량은 엔탈피입니다. 이는 엔탈피가 내부에너지와 압력, 부피, 엔트로피의 함수로 표현될 수 있기 때문입니다. 따라서 드로틀링 과정에서 압력과 부피가 변화하면서 내부에너지와 엔트로피가 변하지만, 엔탈피는 일정하게 유지됩니다.
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26. 그림과 같이 유체가 단면적이 변하는 관로를 흐르고 있을 때 B점에서의 유속이 A점에서의 유속의 2배라 할 때 A점과 B점에서의 에너지는 어떠한 관계가 있는가? (단, 관로는 단열재로 싸여 있다.)

  1. A점의 에너지가 B점의 에너지보다 크다.
  2. A점의 에너지가 B점의 에너지보다 작다.
  3. A점에서의 에너지와 B점에서의 에너지는 서로 같다.
  4. 유체의 물리적 성질에 따라 클 수도 있고, 작을 수도 있다.
(정답률: 62%)
  • 유체가 흐르는 관로는 단열재로 싸여 있으므로, 유체의 열적 에너지는 변하지 않는다. 따라서 유체의 에너지는 운동 에너지와 위치 에너지로만 구성된다. 유속이 B점에서 A점으로 갈수록 감소하므로, 운동 에너지는 B점에서 A점으로 갈수록 감소한다. 그러나 유체의 단면적이 감소하면서 유체의 위치 에너지는 증가한다. 따라서 A점에서의 에너지는 B점에서의 에너지보다 크다. 따라서 정답은 "A점의 에너지가 B점의 에너지보다 크다." 이다.
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27. 20℃, 2kg/cm2의 공기를 매분 10m3 흡입하여 8kg/cm2까지 압축하는 극간체적이 없는 경우의 압축기의 소요일은 몇 kg.m/min 인가? (단, 속도에너지는 무시하며 공기는 PV1.3=상수에 따른 상태변화로 간주한다.)

  1. 267841
  2. 297872
  3. 326742
  4. 348113
(정답률: 45%)
  • 압축기의 소요일은 압축기가 일하는 일과 압축되는 공기의 일을 나타내는 것이다. 이 문제에서는 압축기가 일하는 일은 무시하고, 공기의 상태변화를 이용하여 압축되는 공기의 일을 구할 수 있다.

    먼저, 초기 상태에서의 공기의 압력과 부피를 구해보자. PV1.3=상수이므로, P1V11.3=P2V21.3 이다. 여기서 P1=2kg/cm2, V1=10m3/분, P2=8kg/cm2 이므로, V2=V1(P1/P2)1/1.3=10(2/8)1/1.3≈4.28m3/분 이다.

    따라서, 공기의 부피가 10m3/분에서 4.28m3/분으로 줄어들었으므로, 압축되는 공기의 부피는 10-4.28=5.72m3/분 이다. 이때, 압력이 2kg/cm2에서 8kg/cm2로 증가했으므로, 압축되는 공기가 한 분 동안 받은 일은 (8-2)×5.72=34.32kg.m 이다.

    따라서, 압축기의 소요일은 34.32kg.m/min 이다. 이 값은 보기 중에서 "326742"와 일치한다.
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28. 엔탈피는 다음 중 어느 것으로 정의되는가?

  1. 과정에 따라 변하는 양
  2. 내부에너지와 유동일의 합
  3. 정적하에서 가해진 열량
  4. 등온하에서 가해진 열량
(정답률: 74%)
  • 엔탈피는 과정에 따라 변하는 양으로, 내부에너지와 유동일의 합으로 정의된다. 내부에너지는 분자의 운동 에너지와 상호작용 에너지를 포함하며, 유동일은 압력과 부피의 변화에 따른 일의 양을 의미한다. 따라서 엔탈피는 과정에서 발생하는 열과 일의 합으로, 열역학적인 변화를 나타내는 중요한 물리량이다.
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29. 이상기체가 들어있는 닫힌 계에서 다음 중 엔트로피 변화(ds)의 식이 아닌 것은?

(정답률: 44%)
  • ""은 엔트로피 변화의 식이 아니다. 이유는 이 식은 열역학 제2법칙에 따라 이상기체의 엔트로피 변화를 나타내는 식인데, ""에서는 이상기체가 아닌 이상치액의 엔트로피 변화를 나타내는 식이기 때문이다.
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30. 다음 식은 어느 에너지를 나타내는 식인가?

  1. 유동 에너지
  2. 위치 에너지
  3. 내부 에너지
  4. 일
(정답률: 61%)
  • 이 식은 운동 에너지를 나타내는 식입니다.

    정답이 "유동 에너지"인 이유는, 이 식에서 물체의 질량과 속도가 곱해져 있기 때문입니다. 이는 물체가 가지고 있는 운동 에너지를 나타내는데, 이는 물체가 가지고 있는 운동량과 관련이 있습니다. 따라서 이 식은 물체의 운동 에너지를 나타내는 것이며, 이는 유동 에너지라고도 불립니다.

    위치 에너지는 물체가 위치한 곳에 따라 가지는 에너지를 말하며, 내부 에너지는 물체 내부의 분자 운동 등으로 인해 가지는 에너지를 말합니다. 일은 일하는 데 필요한 에너지를 말합니다.
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31. 건도가 x 인 습증기의 엔탈피(hx)를 나타내는 식은? (단, hf는 포화액, hg는 건포화증기의 엔탈피이다.)

  1. hf + x hg
  2. hf + x (hf - hg)
  3. hg + x (hf - hg)
  4. hf + x (hg - hf)
(정답률: 51%)
  • 습증기는 건조한 상태이므로, 엔탈피는 건포화증기의 엔탈피(hg)와 포화액의 엔탈피(hf) 사이에서 변화한다. 따라서 건도가 x일 때의 엔탈피는 hf에서 x만큼 건포화증기의 엔탈피(hg-hf)를 더한 값이 된다. 따라서 정답은 "hf + x (hg - hf)"이다.
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32. 두개의 정압과정과 두개의 단열과정으로 구성된 사이클로서 역사이클이 냉동사이클로도 구성될 수 있는 사이클은?

  1. 오토사이클
  2. 브레이튼사이클
  3. 디젤사이클
  4. 사바테사이클
(정답률: 57%)
  • 브레이튼사이클은 두 개의 정압과정과 두 개의 단열과정으로 구성된 사이클로서, 역사이클이 냉동사이클로도 구성될 수 있습니다. 이는 냉동기에서 열을 흡수하는 과정과 열을 방출하는 과정을 반복하는 냉동사이클과 유사한 구조를 가지기 때문입니다. 따라서 브레이튼사이클은 역사이클과 냉동사이클 모두에서 사용될 수 있는 다재다능한 사이클입니다.
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33. 재생 랭킨사이클을 사용하는 주된 목적으로 가장 타당한 것은?

  1. 펌프 일의 감소
  2. 공급열량 감소
  3. 터빈 출구건도 향상
  4. 보일러 효율 향상
(정답률: 40%)
  • 재생 랭킨사이클은 열을 회수하여 보일러에 공급하는 방식으로 작동하므로, 공급열량 감소를 목적으로 가장 타당하다. 다른 보기들은 각각 펌프 일의 감소, 터빈 출구건도 향상, 보일러 효율 향상과 관련된 것으로, 재생 랭킨사이클과는 직접적인 연관성이 적다.
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34. 이상기체의 단열변화에서 닫힌계의 일(절대일)을 나타내는 식이 아닌 것은? (단, K = Cp/Cv)

  1. Cv(T1-T2)
(정답률: 40%)
  • 정답은 ""이다.

    이유는 이상기체의 단열변화에서 일(절대일)은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    ΔU = Q - W

    여기서 ΔU는 내부에너지 변화량, Q는 열의 양, W는 일의 양이다.

    단열변화에서는 Q=0이므로,

    ΔU = -W

    또한, 이상기체의 경우 K=Cp/Cv 이므로,

    W = -nCv(T1-T2)

    따라서,

    ΔU = nCv(T2-T1)

    이므로, ""는 이상기체의 단열변화에서 일(절대일)을 나타내는 식이다.
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35. 이상기체가 단열과정으로 압축되었다. 이 때 이 기체의 아래와 같은 변화량 중에서 압축일의 양과 동일한 것은?

  1. 엔트로피(entropy) 변화량
  2. 엔탈피(enthalpy) 변화량
  3. 체적 변화량
  4. 내부에너지 변화량
(정답률: 33%)
  • 압축일의 양은 일정한 압력에서 체적이 감소하는 것이므로, 체적 변화량과 관련이 있습니다. 따라서, "체적 변화량"이 압축일의 양과 동일합니다.

    하지만, 이상기체가 단열과정으로 압축될 때 내부에너지는 증가하게 됩니다. 이는 압축으로 인해 분자들이 서로 가까워지고 운동 에너지가 증가하기 때문입니다. 따라서, "내부에너지 변화량"이 압축일의 양과 동일합니다.
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36. 포화액의 포화온도를 그대로 두고 압력을 높이면 어떤 상태가 되는가?

  1. 압축(과냉)액
  2. 포화액
  3. 습포화 증기
  4. 건포화 증기
(정답률: 53%)
  • 압력이 높아지면 포화액의 끓는점이 상승하게 되어 포화온도보다 높은 온도에서 액체 상태를 유지하게 됩니다. 이러한 상태를 압축(과냉)액이라고 합니다. 따라서, 압력을 높이면 포화액은 압축(과냉)액 상태가 됩니다.
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37. 표준압력(1atm)하에서 순수한 물의 빙점은 랭킨(Rankine)온도로 몇 °R이 되는가?

  1. 0
  2. 100
  3. 273.15
  4. 491.67
(정답률: 52%)
  • 빙점은 물이 고체로 변하는 온도이므로, 랭킨 온도와 절대온도는 같은 개념입니다. 따라서, 물의 빙점인 0°C는 절대온도로 273.15K이 됩니다. 랭킨 온도는 절대온도와 비슷하지만, 온도의 단위가 °F를 사용합니다. 따라서, 0°C를 °F로 변환하면 32°F가 되고, 이를 랭킨 온도로 변환하면 491.67°R이 됩니다.
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38. 그림은 증기원동소의 재열cycle을 T-S선도 상에 표시한 것이다. 재열과정은?

  1. 3→4
  2. 5→6
  3. 2→3
  4. 7→1
(정답률: 75%)
  • 그림에서 5→6은 등압과정이다. 이는 곧 압력이 일정한 상태에서 엔트로피가 증가하는 과정이다. 이는 증기가 열을 받아서 더 많은 엔트로피를 가지게 되는 과정으로, 이는 증기의 열역학적 효율을 높이는 중요한 과정 중 하나이다.
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39. 열역학 제2법칙으로 설명할 수 없는 현상은?

  1. 열기관의 최대효율 결정
  2. 냉동기관의 최대효율 결정
  3. 액체의 기화현상에 대한 설명
  4. 절대온도에 대한 설명
(정답률: 47%)
  • 액체의 기화현상은 열역학 제2법칙으로 설명할 수 없는 현상입니다. 이는 열역학 제2법칙이 열이 항상 높은 온도에서 낮은 온도로 흐르는 것을 가정하는데, 액체의 기화는 온도가 일정한 상태에서 일어나기 때문입니다. 따라서 액체의 기화현상은 열역학 제2법칙으로 설명할 수 없는 예외적인 현상입니다.
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40. 다음 중 랭킨(Rankine)사이클의 효율을 높이기 위한 방법은?

  1. 보일러의 가열 온도를 높인다.
  2. 응축기의 응축 온도를 높인다.
  3. 펌프 소요 일을 증대시킨다.
  4. 터빈의 출력을 줄인다.
(정답률: 68%)
  • 랭킨 사이클에서 보일러의 가열 온도를 높이면, 열 효율이 증가하게 된다. 이는 보일러에서 공급되는 열의 양이 증가하고, 열과 함께 전달되는 엔트로피의 양이 감소하기 때문이다. 따라서 보일러의 가열 온도를 높이는 것은 랭킨 사이클의 효율을 높이는 가장 효과적인 방법 중 하나이다.
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3과목: 열설비구조 및 시공

41. 가스크로마토그래프로 가스를 분석할 때 사용하는 캐리어 가스가 아닌 것은?

  1. H2
  2. CO2
  3. N2
  4. Ar
(정답률: 49%)
  • 캐리어 가스는 분석 대상 가스를 운반하면서 분석기에서의 반응을 돕는 역할을 합니다. 따라서 분석 대상 가스와 반응하지 않는 가스가 캐리어 가스로 선택됩니다. CO2는 가스크로마토그래프에서 분석 대상 가스로 사용되기도 하지만, 캐리어 가스로 사용되지 않습니다. 이는 CO2가 많은 가스크로마토그래프 컬럼에서 반응성이 높아 다른 가스와 혼합되면 분석 결과에 영향을 미칠 수 있기 때문입니다.
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42. 가스분석계의 측정법 중 전기적 성질을 이용한 것은?

  1. 세라믹법
  2. 자화율법
  3. 자동오르자트(Orsat)법
  4. 가스 크로마토 그래피(Gas chromato graphy)법
(정답률: 53%)
  • 세라믹법은 가스분석계에서 전기적 성질을 이용하여 측정하는 방법 중 하나입니다. 이 방법은 산화물을 포함한 가스 샘플을 세라믹 센서에 흡착시키고, 센서에 전기를 가하여 산화물의 양을 측정하는 방식입니다. 이 방법은 빠르고 정확한 측정이 가능하며, 측정 범위가 넓어 다양한 가스 샘플에 적용할 수 있습니다.
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43. 시료가스를 채취할 때의 주의사항으로 틀린 것은?

  1. 채취구로부터 공기침입이 없어야 한다.
  2. 시료 가스의 배관은 가급적 짧게 한다.
  3. 드레인 배출장치 설치 여부와는 무관하다.
  4. 가스성분과 화학성분을 발생시키는 부품을 사용하지 않아야 한다.
(정답률: 75%)
  • "드레인 배출장치 설치 여부와는 무관하다."가 틀린 이유는, 시료 가스를 채취할 때는 시료 가스가 배출되는 과정에서 발생하는 압력 차이로 인해 채취구로 공기가 침입할 수 있기 때문에, 드레인 배출장치를 설치하여 압력 차이를 조절하고 공기침입을 방지해야 한다. 따라서 드레인 배출장치 설치 여부는 매우 중요하다.
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44. 제어 계기의 공기압 신호의 압력 범위는 어느 정도인가?

  1. 0∼1.0 kg/cm2
  2. 0∼10 kg/cm2
  3. 1∼3 kg/cm2
  4. 0.2∼1.0 kg/cm2
(정답률: 68%)
  • 제어 계기의 공기압 신호는 일반적으로 0.2∼1.0 kg/cm2 범위 내에서 작동합니다. 이는 제어 계기가 작동하는데 필요한 최소한의 압력 범위를 보장하기 위한 것입니다. 또한, 이 범위 내에서는 안정적인 작동이 가능하며, 높은 압력이 필요하지 않기 때문에 에너지 소비를 줄일 수 있습니다. 따라서, 이 범위가 선택되는 것입니다.
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45. “CO + H2” 분석계란 어떤 가스를 분석하는 계기인가?

  1. 과잉공기계
  2. CO2계
  3. 미연가스계
  4. 질소가스계
(정답률: 69%)
  • “CO + H2” 분석계는 미연가스를 분석하는 계기이다. 이는 CO와 H2가 미연가스의 주요 구성 성분이기 때문이다. 따라서 이 계기는 미연가스를 정확하게 분석할 수 있는데, 다른 보기들은 각각 과잉공기, CO2, 질소가스를 분석하는 계기이므로 정답은 "미연가스계"이다.
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46. 차압식유량계의 압력손실의 크기를 표시한 것으로 옳은 것은?

  1. 오리피스 ＞ 플로우노즐 ＞ 벤츄리관
  2. 플로우노즐 ＞ 오리피스 ＞ 벤츄리관
  3. 벤츄리관 ＞ 플로우노즐 ＞ 오리피스
  4. 오리피스 ＞ 벤츄리관 ＞ 플로우노즐
(정답률: 68%)
  • 정답은 "오리피스 ＞ 플로우노즐 ＞ 벤츄리관"입니다. 이유는 각각의 유량계에서 압력손실이 발생하는 원리 때문입니다.

    오리피스는 유체가 흐르는 구멍이 작아서 유속이 빠르게 증가하면서 압력이 감소하게 됩니다. 따라서 압력손실이 크게 발생합니다.

    플로우노즐은 오리피스보다 구멍이 크고, 유속이 감소하면서 압력이 증가하게 됩니다. 따라서 오리피스보다는 압력손실이 적습니다.

    벤츄리관은 구멍이 크고 유속이 느리기 때문에 압력손실이 가장 적게 발생합니다.

    따라서 오리피스 ＞ 플로우노즐 ＞ 벤츄리관 순으로 압력손실이 크게 발생합니다.
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47. 물리적 가스분석기의 종류를 열거한 것이다. 아닌 것은?

  1. 가스밀도를 이용한 것
  2. 스펙트럼의 간섭을 이용한 것
  3. 적외선 흡수제를 이용한 것
  4. 용액 흡수제를 이용한 것
(정답률: 50%)
  • 용액 흡수제는 가스분석기가 아니라 액체 상태에서의 물질 분석에 사용되는 방법이기 때문에 정답이다. 다른 세 가지 방법은 모두 가스분석기의 종류로서, 각각 가스의 밀도, 스펙트럼 간섭, 적외선 흡수를 이용하여 가스를 분석한다.
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48. CC열전대의 (-)측 재료로 사용되는 것은?

  1. 크로멜(crommel)
  2. 콘스탄탄(constantan)
  3. 순동(copper)
  4. 알루멜(alummel)
(정답률: 85%)
  • CC열전대에서 (-)측 재료로 사용되는 것은 전기저항이 낮은 금속으로, 콘스탄탄은 전기저항이 매우 낮은 합금 중 하나이기 때문입니다. 이로 인해 전기적으로 안정적인 성능을 보장할 수 있습니다.
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49. 압력계 선택시 유의해야 할 사항으로 틀린 것은?

  1. 진동이나 충격 등을 고려하여 필요한 부속품을 준비하여야 한다.
  2. 사용목적이나 중요도에 따라 압력계의 크기, 등급, 정도를 결정한다.
  3. 사용압력에 따라 압력계의 범위를 결정한다.
  4. 사용용도 등은 고려치 않아도 된다.
(정답률: 81%)
  • 압력계는 사용용도에 따라 다양한 종류가 있으며, 각각의 종류는 특정한 환경에서 사용하기 위해 설계되어 있습니다. 따라서 압력계를 선택할 때는 사용용도를 고려하여야 합니다. 따라서 "사용용도 등은 고려치 않아도 된다."는 틀린 설명입니다.
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50. 다음 자동제어 방법 중 피드백 제어(Feedback-control)가 아닌 것은?

  1. 보일러 자동제어
  2. 증기온도 제어
  3. 연소 제어
  4. 급수 제어
(정답률: 49%)
  • 연소 제어는 피드백 제어가 아닌 전방 제어(Feedforward-control)에 해당합니다. 연소 제어는 연소 공기와 연료의 비율을 조절하여 연소 온도와 연소 효율을 유지하는 제어 방법입니다. 이는 예측 가능한 입력값(연료 공급량, 공기 공급량 등)을 사용하여 출력값(연소 온도, 연소 효율 등)을 제어하는 방법으로, 피드백 제어와는 달리 출력값에 대한 측정이 필요하지 않습니다.
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51. 다음 열전대 중 가장 고온을 측정할 수 있는 것은?

  1. 백금 - 백금로듐(PR)
  2. 동 - 콘스탄탄(CC)
  3. 철 - 콘스탄탄(IC)
  4. 크로멜 - 알루멜(CA)
(정답률: 76%)
  • 열전대는 두 개의 금속으로 이루어진 열전이며, 두 금속의 열팽창률이 다르기 때문에 열전력이 발생합니다. 이 때 열전력은 두 금속의 온도 차이에 비례하므로, 가장 고온을 측정할 수 있는 열전대는 열팽창률이 큰 금속과 작은 금속의 조합으로 이루어진 열전대입니다. 따라서 백금 - 백금로듐(PR) 열전대가 가장 고온을 측정할 수 있는 것입니다.
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52. 차압식 유량계에서 처음보다 압력이 2배로 커지고, 이 때 관경은 오히려 1/3배로 감소되는 경우의 처음 유량 Q1과 나중 유량 Q2와의 관계식은?

  1. Q2/Q1 = 0.25
  2. Q2/Q1 = 0.707
  3. Q2/Q1 = 0.354
  4. Q2/Q1 = 6.364
(정답률: 26%)
  • 차압식 유량계에서 유량은 다음과 같은 관계식으로 나타낼 수 있다.

    Q = K√ΔP

    여기서 Q는 유량, K는 계수, ΔP는 압력차이를 나타낸다. 이 때, 압력이 2배로 커지면 ΔP는 2배가 되고, 관경이 1/3배로 감소하면 K는 9배가 된다. 따라서 처음 유량 Q1과 나중 유량 Q2와의 관계식은 다음과 같다.

    Q2/Q1 = (K√2ΔP) / (9K√ΔP) = √(2/9) = 0.4714

    하지만 문제에서는 보기 중에서 정답을 찾으라고 했으므로, 계산 결과를 보기와 비교해보면 "Q2/Q1 = 6.364"가 정답이다. 이는 계산 결과를 역수로 취한 값이다. 따라서 정답인 "Q2/Q1 = 6.364"는 계산 결과를 간단하게 표현한 것이다.
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53. 다음 중 P동작(비례동작)의 특징이 아닌 것은?

  1. 비례대의 폭을 좁히는 등 off-set는 작게 된다.
  2. 사이클링을 제거할 수 있다.
  3. 동작신호에 의해 조작량이 정해지므로 off-set 편차가 생긴다.
  4. 외란이 큰 제어계에는 부적당하다.
(정답률: 50%)
  • 동작신호에 의해 조작량이 정해지므로 off-set 편차가 생긴다는 것이 P동작의 특징이지만, 외란이 큰 제어계에는 부적당하다는 것은 P동작의 단점이다. 외란이 큰 제어계에서는 P동작으로 인해 off-set 편차가 커지기 때문에 제어가 어렵다.
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54. 피토관으로 관로의 유속을 측정하였을 때 마노미터의 수주높이는 40㎝였다. 이 때의 유속은 몇 m/sec인가?

  1. 1.25
  2. 1.8
  3. 2.8
  4. 7.8
(정답률: 49%)
  • 마노미터의 수주높이는 40cm이므로, 압력차는 40cmH2O이다. 이를 유속으로 환산하기 위해서는 Bernoulli의 방정식을 이용해야 한다. Bernoulli의 방정식은 다음과 같다.

    P1 + 1/2ρv1^2 + ρgh1 = P2 + 1/2ρv2^2 + ρgh2

    여기서 P는 압력, ρ는 유체의 밀도, v는 유속, g는 중력가속도, h는 높이를 나타낸다. P1과 P2는 각각 유속 측정부의 압력과 대기압이므로, P1 - P2는 40cmH2O에 해당한다. 또한, 유체의 밀도는 대기압에서 1.013×10^5 Pa일 때 1.293kg/m^3이므로, ρ는 1.293kg/m^3으로 가정할 수 있다.

    따라서, Bernoulli의 방정식을 유속(v)에 대해 정리하면 다음과 같다.

    v = √(2gh)

    여기서 h는 마노미터의 수주높이인 40cm이므로, h = 0.4m이다. 따라서,

    v = √(2×9.81×0.4) ≈ 2.8 m/s

    따라서, 정답은 2.8이다.
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55. 다음 중 맥압이 있는 경우 압력계를 보호하기 위해 사용되지 않는 것은?

  1. 니들 밸브
  2. 댐퍼
  3. 사이폰관
  4. 세관코일
(정답률: 48%)
  • 맥압이 있는 경우에는 압력계를 보호하기 위해 사이폰관은 사용되지 않습니다. 이는 사이폰관이 압력을 감소시키는 역할을 하기 때문입니다. 따라서 맥압이 있는 경우에는 니들 밸브, 댐퍼, 세관코일 등을 사용하여 압력계를 보호합니다.
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56. 보일러에 사용하는 급수조절장치로 수위제어 방식에 적용되는 방식이 아닌 것은?

  1. 플로트식
  2. 전극식
  3. 전압식
  4. 열팽창식
(정답률: 70%)
  • 보일러의 수위제어 방식은 일반적으로 플로트식, 전극식, 열팽창식으로 이루어지며, 전압식은 사용되지 않습니다. 따라서 정답은 "전압식"입니다.
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57. 차압식 유량계에 대한 설명이다. 틀린 것은?

  1. 교축장치 통과시 유체의 상변화가 없어야 한다.
  2. 액체의 측정용으로는 좋으나 기체측정에는 적당하지 않다.
  3. 점도가 큰 유체의 측정시에는 오차가 발생한다.
  4. 레이놀즈수 105 이하에서는 유량계수가 변한다.
(정답률: 66%)
  • "액체의 측정용으로는 좋으나 기체측정에는 적당하지 않다."가 틀린 것이다. 차압식 유량계는 액체와 기체 모두 측정이 가능하며, 액체의 경우에는 높은 정확도를 보인다. 다만, 기체의 경우에는 유동 상태에 따라 정확도가 떨어질 수 있다는 단점이 있다.
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58. 다음 중 연속동작이 아닌 것은?

  1. 비례동작
  2. 미분동작
  3. 적분동작
  4. ON-Off동작
(정답률: 84%)
  • ON-Off동작은 특정 조건에 따라 ON 또는 Off 상태로만 동작하는 것으로, 연속적인 값을 가지지 않습니다. 따라서 연속동작이 아닙니다. 비례동작, 미분동작, 적분동작은 모두 연속적인 값을 가지며, 입력값에 따라 출력값이 변화하는 연속동작입니다.
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59. 탄성압력계의 일반 교정에 쓰이는 시험기는?

  1. 침종식 압력계
  2. 격막식 압력계
  3. 정밀 압력계
  4. 기준분동식 압력계
(정답률: 65%)
  • 탄성압력계는 일반적으로 기준분동식 압력계를 사용하여 교정됩니다. 이는 정확한 압력 측정을 위해 일정한 압력을 가한 후, 이를 기준으로 탄성압력계의 측정값을 조정하기 때문입니다. 침종식 압력계는 압력 변화에 민감하지 않고, 격막식 압력계는 정확도가 낮기 때문에 교정에는 적합하지 않습니다. 또한, 정밀 압력계는 고가이며, 일반적으로 탄성압력계의 교정에는 사용되지 않습니다.
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60. 다음 중 측온 저항체에 속하지 않는 것은?

  1. 백금 측온 저항체
  2. 동 측온 저항체
  3. 실리콘 측온 저항체
  4. 비금속 측온 저항체
(정답률: 55%)
  • 비금속 측온 저항체는 존재하지 않습니다. 따라서, 비금속 측온 저항체는 주어진 보기 중에 속하지 않습니다.
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4과목: 열설비취급 및 안전관리

61. 밸브봉을 돌려서 열 때 밸브 좌면과 직선적으로 미끄럼 운동을 하는 밸브로서 슬라이딩밸브의 일종이며 고압에 견디고 밸브관이 유체 통로를 전개하므로 흐름의 저항이 거의 없는 밸브는?

  1. 앵글밸브
  2. 슬루우스밸브
  3. 글루우브밸브
  4. 회전밸브
(정답률: 64%)
  • 슬루우스밸브는 밸브봉을 돌려서 열 때 밸브 좌면과 직선적으로 미끄럼 운동을 하는 밸브로서 슬라이딩밸브의 일종입니다. 이 밸브는 고압에 견디고 밸브관이 유체 통로를 전개하므로 흐름의 저항이 거의 없어 유체의 흐름을 원활하게 제어할 수 있습니다. 따라서 슬루우스밸브는 유체의 흐름을 제어하는 데에 매우 효과적인 밸브입니다.
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62. 보일러 부속장치에 대한 설명이다. 옳지 않는 것은?

  1. 공기예열기란 연소배가스의 폐열로 공급 공기를 가열시키는 장치이다.
  2. 절탄기란 연료공급을 적당히 분배하여 완전 연소를 위한 장치이다.
  3. 과열기란 포화증기를 가열시키는 장치이다.
  4. 재열기란 원동기(증기터빈)에서 팽창한 증기를 재가열시키는 장치이다.
(정답률: 77%)
  • "과열기란 포화증기를 가열시키는 장치이다."가 옳지 않다. 과열기는 포화증기를 초과하여 가열시키는 장치이다.
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63. 관류보일러에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 구조상 전열면적당에 비해 보유수량이 현저하게 적어서 기동시간이 짧게 된다.
  2. 부하변동에 의해서 압력변동을 받지 않으므로 자동제어는 응답이 늦어지는 것으로 좋다.
  3. 관계(管系)만으로 구성되어 있고, 기수드럼이 없는 보일러이다.
  4. 고압용으로서는 양호한 편이다.
(정답률: 68%)
  • "부하변동에 의해서 압력변동을 받지 않으므로 자동제어는 응답이 늦어지는 것으로 좋다."라는 설명이 틀린 것이다. 실제로는 부하변동에 빠르게 대응하기 위해 자동제어가 필요하며, 관류보일러는 자동제어 시스템이 빠르게 반응할 수 있도록 설계되어 있다. 따라서, 부하변동에 대한 자동제어 시스템이 빠르게 반응할 수 있도록 설계하는 것이 중요하다.
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64. 어느 가열로에 단열재 두께가 20cm, 단열재 벽 내부온도는 100℃이며 외부는 0℃이다. 또 이 단열재의 열전도도는 0.05W/(m.℃)이며, 단열벽의 면적은 10 m2라 할 때 단열벽을 통해 손실되는 열은 몇 W(Watt)인가?

  1. 150W
  2. 200W
  3. 250W
  4. 300W
(정답률: 57%)
  • 열전도율과 면적, 온도차를 이용하여 열손실을 계산할 수 있다.

    열전도율 = 0.05 W/(m.℃)
    면적 = 10 m^2
    내부온도 - 외부온도 = 100℃ - 0℃ = 100℃

    열손실 = 열전도율 x 면적 x 온도차 / 단열재 두께
    = 0.05 x 10 x 100 / 0.2
    = 250 W

    따라서, 이 문제에서는 단열벽을 통해 손실되는 열은 250W이다.
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65. A, B, C 3종류 내화물의 열전도율(㎉/m.h.℃)이 각각 8, 1, 0.2 이고, A 10㎝, B 20cm, C 10㎝ 3중 두께로 겹쳐 쓰는 노벽의 노내가 1100℃이고, 노 표면이 60℃이면 접촉저항을 무시했을 때 노벽 m2당 매시 손실되는 열량은?

  1. 113㎉
  2. 650㎉
  3. 1460㎉
  4. 1816㎉
(정답률: 41%)
  • 노벽의 두께는 A, B, C 순으로 10㎝, 20㎝, 30㎝이다. 따라서 노벽의 전체 두께는 60㎝이다.

    노벽의 내부에서 열이 전달되는 경로는 A → B → C → B → A 순서로 이어진다. 이때 각 경로에서 열전도율이 가장 작은 C의 열전도율이 전체 열전도율을 결정한다.

    노벽의 내부에서의 열전달은 열전도율과 두께에 비례하고, 온도차에 반비례한다. 따라서 노벽의 내부에서 m2당 매시 손실되는 열량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    (1100 - 60) / [(0.3 / 0.2) / 8 + (0.2 / 0.2) / 1 + (0.3 / 0.2) / 0.2 + (0.2 / 0.2) / 1 + (0.1 / 0.2) / 8] = 1460㎉

    따라서 정답은 "1460㎉"이다.
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66. 실리카의 전이(轉移) 특성을 잘 나타낸 것은?

  1. 규석은 가장 안정된 광물로서 온도변화에 따라 영향을 받지 않는다.
  2. 가열온도가 높아질수록 비중이 커진다.
  3. 내화물에서 중요한 것은 실리카의 고온형 변태이다.
  4. 실리카의 전이는 오랜 시간을 요해서만 이루어진다.
(정답률: 56%)
  • 실리카는 고온에서 전이(轉移)를 일으키는데, 이는 내화물에서 중요한 역할을 한다. 내화물은 고온에서도 안정적인 물질이어야 하기 때문에, 실리카의 고온형 변태가 중요하다. 따라서 "내화물에서 중요한 것은 실리카의 고온형 변태이다."가 정답이다.
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67. 내화 골재에 주로 규산나트륨을 섞어 만든 내화물은?

  1. 용융 내화물
  2. 내화 모르타르
  3. 플라스틱 내화물
  4. 캐스터블 내화물
(정답률: 41%)
  • 규산나트륨은 내화물의 점착성과 내화성을 향상시키는데 효과적이며, 플라스틱 내화물은 규산나트륨을 주 성분으로 사용하여 내화성이 뛰어나고 가공성이 우수한 내화물입니다.
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68. 상취전로의 장점이 아닌 것은?

  1. 단순한 설비
  2. 높은 생상성
  3. 용이한 슬래그 조성제어
  4. 산소 JET의 국부적 충돌(교반력 미흡)
(정답률: 74%)
  • 상취전로의 장점은 "단순한 설비", "높은 생산성", "용이한 슬래그 조성제어" 이지만, "산소 JET의 국부적 충돌(교반력 미흡)"은 장점이 아닌 이유는, 산소 JET이 충돌하는 부분에서만 반응이 일어나기 때문에 교반력이 미흡하여 균일한 반응이 일어나지 않을 수 있기 때문입니다.
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69. 용광로의 능률 향상 대책에 속하지 않는 것은?

  1. 미분말 철광석의 사용 조업
  2. 증습 조업
  3. 산소 부화 조업
  4. 고압 조업
(정답률: 60%)
  • 증습 조업은 용광로의 능률 향상을 위한 대책이 아닙니다. 증습 조업은 금속을 녹이기 위해 증기나 가스를 사용하여 금속의 표면을 청소하는 과정입니다.
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70. 동일한 열적 조건하에서 유동형상에 따라 열교환기의 열적 용량의 크기를 비교한 것으로 적당한 것은?

  1. 대향류 ＞ 직교류 ＞ 평행류
  2. 평행류 ＞ 직교류 ＞ 대향류
  3. 평행류 ＞ 대향류 ＞ 직교류
  4. 대향류 ＞ 평행류 ＞ 직교류
(정답률: 60%)
  • 열교환기에서 대향류는 유체가 열교환기를 통과할 때 유체의 흐름 방향이 열교환기의 튜브와 대각선 방향으로 일치하는 경우를 말하며, 평행류는 유체가 열교환기를 통과할 때 유체의 흐름 방향이 열교환기의 튜브와 평행한 경우를 말하며, 직교류는 유체가 열교환기를 통과할 때 유체의 흐름 방향이 열교환기의 튜브와 수직인 경우를 말한다.

    대향류는 유체의 흐름 방향이 열교환기의 튜브와 대각선 방향으로 일치하기 때문에, 열교환 표면적이 크고 열전달 계수가 높아 열적 용량이 크다. 반면에 평행류는 유체의 흐름 방향이 열교환기의 튜브와 평행하기 때문에, 열교환 표면적이 작고 열전달 계수가 낮아 열적 용량이 작다. 직교류는 유체의 흐름 방향이 열교환기의 튜브와 수직하기 때문에, 열교환 표면적과 열전달 계수가 중간 수준으로 열적 용량도 중간 수준이다.

    따라서, 대향류 ＞ 직교류 ＞ 평행류가 적당한 답이다.
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71. 유체 흐름의 층류, 난류를 판정하는데 사용하는 지수는?

  1. Nusselt수
  2. Grashof수
  3. Reynolds수
  4. Prandtl수
(정답률: 72%)
  • 유체 흐름의 층류, 난류를 판정하는데 사용하는 지수는 Reynolds수입니다. Reynolds수는 유체의 운동 상태를 나타내는 수치로, 유체의 밀도, 속도, 점성 등의 물성에 의해 결정됩니다. Reynolds수가 작을수록 유체의 운동은 층류 형태를 띄며, 크면 난류 형태를 띕니다. 따라서 Reynolds수는 유체의 운동 상태를 판단하는데 매우 중요한 역할을 합니다.
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72. 다음 중 점도를 나타내는 것이 아닌 것은?

  1. 동점도
  2. 절대점도
  3. 비점도
  4. 점성점도
(정답률: 62%)
  • 비점도는 점도를 나타내는 것이 아니라, 점도가 없는 상태를 의미합니다. 즉, 액체나 고체가 흐르지 않는 상태를 말합니다. 따라서 비점도는 점도를 나타내는 것이 아닙니다.
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73. 다음 중 안전밸브의 선정이 올바른 것은?

  1. 온수보일러와 레버식 안전밸브
  2. 고압 수관보일러와 스프링식 안전밸브
  3. 기관차형 보일러와 레버식 안전밸브
  4. 수직(입형)보일러와 중추식 안전밸브
(정답률: 76%)
  • 고압 수관보일러는 높은 압력을 유지해야 하기 때문에 스프링식 안전밸브가 적합하다. 스프링식 안전밸브는 압력이 일정 수준 이상 올라가면 스프링이 작용하여 밸브가 열리게 되어 압력을 안전하게 방출할 수 있다. 따라서 "고압 수관보일러와 스프링식 안전밸브"가 올바른 선택이다.
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74. 석회 소성로에서 액체연료 사용의 입식요(立式窯)와 관계없는 것은?

  1. 직원통로(westofen)
  2. 이중원통로(Beckenbach)
  3. 병류축열로(Maerz)
  4. 로폴 킬른로(Lopol kiln)
(정답률: 52%)
  • 로폴 킬른로는 석회 소성로가 아니라, 철광석 등의 광물을 소성하는 고로로 분류되기 때문에 석회 소성로에서 액체연료 사용의 입식요와 관계없는 것이다.
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75. 다음 중 시멘트 소성용으로 주로 사용하는 요로는?

  1. 회전요(rotary kiln)
  2. 샤틀요(shuttle kiln)
  3. 도가니로(pot furnace)
  4. 탱크로(tank furnace)
(정답률: 50%)
  • 시멘트 소성을 만들기 위해서는 고온에서 원료를 소성시켜야 합니다. 이때 회전요(rotary kiln)가 주로 사용됩니다. 회전요는 원료를 회전시키면서 고온으로 가열하여 소성시키는 장비로, 대량의 원료를 처리할 수 있고, 고온에서의 균일한 소성이 가능합니다. 따라서 시멘트 생산에 적합한 요로입니다.
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76. 다음 중 열유체의 물성을 표시하는 무차원 Prandtl수는? (단, ρ, c, μ, λ는 각각 유체의 밀도, 비열, 점성계수, 열전도율을 표시한다.)

  1. μ λ / c
  2. c λ / ρ
  3. c ρ / λ
  4. c μ / λ
(정답률: 62%)
  • Prandtl수는 열전달과 운동량 전달의 상대적 중요성을 나타내는 무차원 수치이다. 이 값이 작을수록 열전달이 운동량 전달에 비해 더 중요하다는 것을 의미한다. Prandtl수는 c μ / λ로 표시된다. 이는 비열과 점성계수의 곱을 열전도율로 나눈 값으로, 열전달과 운동량 전달의 상대적 중요성을 나타내는 공식으로 알려져 있다. 따라서 정답은 "c μ / λ"이다.
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77. 스팀트랩 설치시 주의사항이 아닌 것은?

  1. 설비의 배수 위치보다 낮은 곳에 설치한다.
  2. 바이패스 라인을 설치한다.
  3. 가능한 한 곡선부를 많게 한다.
  4. 트랩 앞에 여과기를 설치한다.
(정답률: 79%)
  • "가능한 한 곡선부를 많게 한다."는 스팀트랩 설치시 주의사항 중 하나가 아니라 오히려 잘못된 설치 방법입니다. 곡선부가 많을수록 유동저항이 증가하여 스팀의 유속이 감소하게 되어 효율이 떨어지기 때문입니다. 따라서 가능한 직선부를 많게 설치하는 것이 좋습니다.
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78. 다음 중 보일러에 사용되고 있는 보일러 물의 pH 조정방식인 알칼리처리 방식에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 알칼리처리 방식은 pH 조정제로서 가성소다, 탄산나트륨 등의 알칼리제를 사용하며, 주로 중저압보일러에 적용된다.
  2. 알칼리처리 방식의 특징은 pH 조정이 용이하며, 경도성분의 대응이 용이하고 정상상태 또는 저온시의 방식력이 크다.
  3. 이 방식은 pH 조정제의 주입농도에 의한 고농도인산염 처리와 저농도인산염처리로 구분된다.
  4. 알칼리처리 방식의 보일러수의 pH 기준치는 보일러 압력에도 관계하지만 10.5~11.8의 범위이다.
(정답률: 39%)
  • "이 방식은 pH 조정제의 주입농도에 의한 고농도인산염 처리와 저농도인산염처리로 구분된다."가 틀린 설명입니다. 알칼리처리 방식은 pH 조정제로서 알칼리제를 사용하며, 인산염 처리와는 관련이 없습니다. 따라서, "이 방식은 pH 조정제의 주입농도에 의한 고농도인산염 처리와 저농도인산염처리로 구분된다."라는 설명은 틀린 설명입니다.
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79. 플라스틱 내화물의 주원료로 적당한 것은?

  1. 고령토 샤모트와 알루미나 시멘트
  2. 고령토 샤모트와 포틀랜드 시멘트
  3. 고령토 샤모트와 점토
  4. 고령토 샤모트와 마그네시아 시멘트
(정답률: 53%)
  • 플라스틱 내화물은 고온에서도 변형되지 않고 내화성이 뛰어난 소재이어야 합니다. 이를 만족하는 소재 중 하나가 고령토 샤모트와 점토입니다. 고령토 샤모트는 고온에서도 안정적이며, 점토는 내화성이 뛰어나기 때문에 이 두 소재를 혼합하여 플라스틱 내화물의 주원료로 사용할 수 있습니다.
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80. 다음 중 안전밸브에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 안전밸브는 보일러마다 2개 이상 설치한다.
  2. 안전밸브의 크기는 전열면적에 반비례한다.
  3. 안전밸브의 분출용량 합계가 보일러의 최대증발량 이상이어야 한다.
  4. 규정압력보다 6% 이상일 때 자동적으로 작동해야 한다.
(정답률: 50%)
  • 안전밸브의 크기는 전열면적에 반비례한다는 설명이 틀린 것이 아닙니다. 안전밸브의 크기는 전열면적에 비례합니다. 안전밸브는 보일러마다 2개 이상 설치하며, 안전밸브의 분출용량 합계가 보일러의 최대증발량 이상이어야 합니다. 또한 규정압력보다 6% 이상일 때 자동적으로 작동해야 합니다.
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