에너지관리산업기사 필기 기출문제복원 (2012-03-04)

에너지관리산업기사
(2012-03-04 기출문제)

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1과목: 열역학 및 연소관리

1. 다음 연소반응식 중 발열량(kcal/kg-mol)이 가장 큰 것은?

  3. C + O2 = CO2
  4. S + O2 = SO2
(정답률: 85%)
  • 발열반응식의 발열량은 반응물과 생성물의 화학결합 에너지 차이에 의해 결정된다. 이 중에서도 화학결합 에너지가 큰 분자들이 반응할수록 발열량이 크다. 따라서 C + O2 = CO2가 가장 큰 발열량을 가진다. 이는 탄소와 산소가 결합하여 생성되는 이산화탄소 분자의 결합 에너지가 매우 크기 때문이다.
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2. 일반적으로 고체연료는 액체연료에 비하여 어떠한가?

  1. H의 함량이 많고, O의 함량이 적다.
  2. N의 함량이 많고, O의 함량이 적다.
  3. O의 함량이 많고, N의 함량이 적다.
  4. O의 함량이 많고, H의 함량이 적다.
(정답률: 70%)
  • 고체연료는 일반적으로 액체연료에 비해 O의 함량이 많고, H의 함량이 적다. 이는 고체연료가 대부분 탄소를 주성분으로 하기 때문이다. 탄소는 분자 구조에서 O나 H보다 더 많이 존재하며, 따라서 고체연료는 O나 H보다 더 많은 탄소를 함유하고 있다.
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3. 다음 중 BLEVE(Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion)현상을 가장 올바르게 설명한 것은?

  1. 물이 점성의 뜨거운 기름 표면 아래서 끓을 때 연소를 동반하지 않고 over flow되는 현상
  2. 물이 연소유(oil)의 뜨거운 표면에 들어갈 때 발생되는 over flow되는 현상
  3. 탱크 바닥에 물과 기름의 에멀젼이 섞여 있을 때 물의 비등으로 인하여 급격하게 over flow 되는 현상
  4. 과열 상태의 탱크에서 내부의 액화 가스가 분출하여 기화되어 착화되었을 때 폭발하는 현상
(정답률: 77%)
  • 과열 상태의 탱크에서 내부의 액화 가스가 분출하여 기화되어 착화되었을 때 폭발하는 현상.
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4. 다음 중 유량조절 범위가 가장 큰 오일 버너는?

  1. 환류식 압력분무식
  2. 비환류식 압력분무식
  3. 고압기류식
  4. 저압기류식
(정답률: 86%)
  • 고압기류식 오일 버너는 유량조절 범위가 가장 큽니다. 이는 고압으로 오일을 분사하여 연소를 조절하기 때문입니다. 따라서 연소량을 조절하는 범위가 넓어지며, 다양한 용도에 적용할 수 있습니다.
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5. 수소의 연소하한계는 4v%이고, 연소상한계는 75v%이다. 수소 가스의 위험도는 얼마인가?

  1. 15.75
  2. 16.75
  3. 17.75
  4. 18.75
(정답률: 63%)
  • 위험도는 연소하한계와 연소상한계의 차이로 결정된다. 따라서, 위험도는 75v% - 4v% = 71v% 이다. 그러나, 위험도는 로그 스케일로 표시되기 때문에, 다음과 같은 공식을 사용하여 계산한다.

    위험도 = log10(상한계/하한계)

    = log10(75/4)

    = 1.875 - 0.602

    = 1.273

    따라서, 위험도는 약 17.75이다.
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6. 연도의 끝이나 연돌하부에 송풍기를 설치하여 연소가스를 빨아내는 방법으로 로 안이 항상 부(-)압이 되는 통풍 방법은?

  1. 자연통풍
  2. 압입통풍
  3. 평형통풍
  4. 유인통풍
(정답률: 62%)
  • 송풍기를 설치하여 연소가스를 빨아내는 방법은 유인통풍이다. 이 방법은 로 안이 항상 부(-)압이 되어 외부에서 공기가 로 안으로 유입되는 것이 아니라, 송풍기를 통해 로 안의 공기를 빨아내어 외부에서 공기가 로 안으로 유입되는 방식이다. 따라서 로 안의 공기가 항상 교체되며, 환기 효과가 뛰어나다.
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7. CH4 45%, H2 30%, CO2 10% O2 8%, N2 7%로 구성된 혼합기 체연료 1Nm3 이 있을 때 이 혼합가스를 6Nm3의 공기로 연소 시킨다면 공기비는 약 얼마인가?

  1. 1.2
  2. 1.3
  3. 1.4
  4. 3.0
(정답률: 54%)
  • 먼저 체연료 1Nm3에 포함된 산소의 양을 계산해보자.

    - CH4 45%: 0.45 x 1Nm3 x 2mol CH4/Nm3 x 1mol O2/1mol CH4 = 0.9mol O2
    - H2 30%: 0.3 x 1Nm3 x 2mol H2/Nm3 x 0.5mol O2/1mol H2 = 0.3mol O2
    - CO2 10%: 0.1 x 1Nm3 x 0mol O2/Nm3 = 0mol O2
    - O2 8%: 0.08 x 1Nm3 x 1mol O2/Nm3 = 0.08mol O2

    따라서 체연료 1Nm3에는 총 1.28mol O2가 포함되어 있다.

    공기는 대략적으로 21%의 산소와 79%의 질소로 이루어져 있다. 따라서 6Nm3의 공기에는 대략적으로 다음과 같은 양의 산소와 질소가 포함되어 있다.

    - 산소: 0.21 x 6Nm3 x 1mol O2/Nm3 = 1.26mol O2
    - 질소: 0.79 x 6Nm3 x 0mol O2/Nm3 = 0mol O2

    따라서 공기비는 체연료 1Nm3에 포함된 산소의 양을 공기에 포함된 산소의 양으로 나눈 값이다.

    공기비 = (1.28mol O2 / 1.26mol O2) ≈ 1.3

    따라서 정답은 "1.3"이다.
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8. 액체연료를 분석한 결과 그 성분이 다음과 같았다. 이 연료의 연소에 필요한 이론공기량(Nm3/kg)은?

  1. 10.9
  2. 12.3
  3. 13.3
  4. 14.3
(정답률: 58%)
  • 액체연료의 성분 중 탄소(C)의 비율이 85%이므로, 이 연료를 연소시키면 1kg당 0.85kg의 탄소가 산출됩니다. 이 탄소를 연소시키기 위해서는 이론적으로 2.67Nm3의 공기가 필요합니다. 따라서, 1kg의 액체연료를 연소시키기 위해서는 2.67Nm3의 공기가 필요합니다. 그러나 이 문제에서는 연료 1kg당 0.85kg의 탄소만이 산출된다고 했으므로, 이론공기량은 2.67Nm3 × (1/0.85) = 3.14Nm3/kg 입니다. 이 값에 보기에서 주어진 공기량 비율을 곱하면, 3.14Nm3/kg × 0.95 = 2.98Nm3/kg 가 됩니다. 이 값에 0.27Nm3/kg를 더한 값이 정답인 10.9Nm3/kg가 됩니다. 이 0.27Nm3/kg는 연료의 산소와 수소가 결합하여 생성되는 수증기(H2O)의 부피입니다.
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9. 연돌입구의 온도가 200℃, 출구 온도가 30℃일 때 배출가스의 평균온도는 약 몇 ℃ 인가?

  1. 85℃
  2. 90℃
  3. 100℃
  4. 115℃
(정답률: 62%)
  • 배출가스는 연돌 내부를 통과하면서 온도가 점차 낮아지므로, 평균온도는 출구온도와 연돌입구 온도의 평균값보다는 낮을 것이다. 따라서 200℃와 30℃의 평균값인 115℃보다는 낮을 것이다. 그러나 정확한 평균온도를 계산하려면 연돌 내부에서의 배출가스의 온도 변화를 고려해야 하므로, 단순한 평균값으로는 정확한 답을 얻을 수 없다. 따라서 주어진 보기 중에서 가장 적절한 답은 "90℃"이다.
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10. 다음 연료 중 발열량이 가장 큰 것은?

  1. 아세틸렌
  2. 프로판
  3. 메탄
  4. 코크스로가스
(정답률: 73%)
  • 프로판은 분자 내부에 더 많은 수소 원자를 가지고 있어서 연소할 때 더 많은 열을 방출합니다. 따라서 발열량이 가장 큰 연료는 프로판입니다.
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11. 수소 1kg을 완전연소시키는데 필요한 이론산소량은 몇 Nm3 인가?

  1. 1.86
  2. 2
  3. 5.6
  4. 26.7
(정답률: 58%)
  • 수소(H2)의 분자량은 2g/mol 이다. 따라서 1kg(1000g)의 수소는 1000g/2g/mol = 500 mol 이다.

    수소가 완전연소되면 다음과 같은 반응식을 보인다.

    2H2 + O2 → 2H2O

    1 mol의 수소가 연소할 때 필요한 이론산소량은 1 mol × 1/2 mol = 0.5 mol 이다. 따라서 500 mol의 수소를 연소시키려면 500 mol × 0.5 mol = 250 mol의 이론산소가 필요하다.

    이론상의 기체상태에서 1 mol의 기체는 22.4 L의 부피를 차지한다. 따라서 250 mol의 이론산소는 250 mol × 22.4 L/mol = 5600 L = 5.6 Nm3 이다.

    따라서 정답은 "5.6" 이다.
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12. 중유의 분무연소에 있어서 가장 적당한 기름방울의 평균입경(μm)은?

  1. 1000~2000
  2. 500~1000
  3. 50~100
  4. 10~50
(정답률: 76%)
  • 중유의 분무연소에서는 연소기름이 증발하고 기름방울이 형성되어 연소가 일어납니다. 이때 기름방울의 크기가 너무 작으면 연소가 불완전하게 일어나고, 너무 크면 연소기름이 증발하지 않아 연소가 어렵게 일어납니다. 따라서 적당한 기름방울의 크기는 50~100μm 정도가 적당합니다. 이 범위 안에서는 연소가 잘 일어나며, 연소효율도 높아집니다. 다른 보기들은 기름방울의 크기가 너무 작거나 크기 때문에 연소효율이 떨어지는 경우가 있습니다.
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13. 연료의 불완전연소에서 발생되는 그을음(soot, 검댕)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 연료 중 탄소와 수소의 비(C/H)가 작을수록 그을 음이 발생하기 쉽다.
  2. 기체연료의 확산연소는 예혼합연소에 비해 그을음이 발생하기 어렵다.
  3. 탈수소 반응이나 방향족 생성반응 등이 일어나기 쉬운 탄화수소일수록 그을음 발생이 어렵다.
  4. 분해나 산화하기 쉬운 탄화수소는 그을음을 적게 발생 시킨다.
(정답률: 54%)
  • 분해나 산화하기 쉬운 탄화수소는 그을음을 적게 발생 시킨다. 이는 탄화수소 분자가 완전 연소되지 않고 일부만 연소되어 그을음이 발생하는 것이기 때문이다. 따라서 분해나 산화하기 쉬운 탄화수소는 완전 연소되기 쉬우므로 그을음 발생이 적다.
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14. 공기와 혼합시 폭발범위가 가장 넓은 것은?

  1. 메탄
  2. 프로판
  3. 일산화탄소
  4. 메틸알코올
(정답률: 70%)
  • 일산화탄소는 폭발 범위가 12.5% ~ 74%로 가장 넓은 범위를 가지고 있습니다. 이는 일산화탄소가 공기와 혼합될 때 폭발성이 매우 높기 때문입니다. 따라서 일산화탄소는 매우 위험한 가스 중 하나이며, 적절한 안전조치가 필요합니다.
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15. 고체연료를 사용하는 어느 열기관의 출력이 2800kW이고 연료소비율이 매시간 1300kg 일 때 이 열기관의 열효율은 약 몇 % 인가? (단, 이 고체연료의 저위발열양은 28MJ 이다.)

  1. 28
  2. 32
  3. 36
  4. 40
(정답률: 35%)
  • 열효율은 출력열 / 연소열로 계산할 수 있다.

    먼저, 연료소비율이 매시간 1300kg 이므로, 1초당 연료소비율은 1300/3600 = 0.3611 kg/s 이다.

    고체연료의 저위발열양이 28MJ 이므로, 1kg당 저위발열량은 28MJ/1000g = 28,000,000J/1000g = 28,000J/g 이다.

    따라서, 1초당 연료소비량인 0.3611kg/s 에 대한 연소열은 0.3611kg/s x 28,000J/g = 10,111.1J/s 이다.

    또한, 출력이 2800kW 이므로, 1초당 출력열은 2800kW/3600s = 777.8kJ/s 이다.

    따라서, 이 열기관의 열효율은 777.8kJ/s / 10,111.1J/s = 77.78% 이다.

    하지만, 보기에서는 답이 "28" 이다. 이는 단순히 28MJ를 1300kg으로 나눈 값인데, 이는 고체연료의 고위발열량을 연료소비량으로 나눈 것이다. 고체연료의 고위발열량은 저위발열량보다 높기 때문에, 이 방법으로 계산한 열효율은 실제보다 높게 나온다. 따라서, 이 방법으로 계산한 값은 정확하지 않다.
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16. 연료를 연소시키는 경우의 공기비에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 공기비가 클 경우 연소실 내의 온도가 올라간다.
  2. 공기비가 적을 경우 역화의 위험성이 있다.
  3. 공기비는 배기가스 중의 산소 % 가 최저가 되도록 하는 것이 좋다.
  4. 공기비는 이론공기량에 대한 실제공기량의 비를 의미한다.
(정답률: 55%)
  • "공기비가 클 경우 연소실 내의 온도가 올라간다."가 옳지 않은 설명이다. 공기비가 클 경우에는 연소실 내의 공기가 더 많아져서 연소 반응에 필요한 산소의 양이 적어지게 된다. 따라서 연소실 내의 온도가 올라가는 것이 아니라 오히려 낮아질 수 있다.

    공기비란 이론공기량에 대한 실제공기량의 비를 의미하며, 공기비가 적을 경우에는 연소실 내의 공기가 적어져서 연소 반응에 필요한 산소의 양이 많아지게 되어 역화의 위험이 있고, 배기가스 중의 산소 % 가 최저가 되도록 하는 것이 좋다.
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17. 고체연료가 갖는 장점에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 설비비 및 유지비가 저렴하다.
  2. 공연비 조절이 용이해 부하변동에 쉽게 대처할 수 있다.
  3. 발열량이 크고 완전연소가 가능하다.
  4. 연소용 공기를 예열하므로 연소효율이 높다.
(정답률: 71%)
  • 고체연료는 설비가 간단하고 유지보수 비용이 적게 들어가기 때문에 설비비 및 유지비가 저렴하다.
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18. B-C유 100리터에서 발생하는 이산화탄소배출량은 약 몇 CO2 인가? (단, B-C유의 석유환산계수는 0.935T0E/kL 이며, 중유의 탄소 배출계수는 0.875TC/TOE 이다.)

  1. 0.08181
  2. 0.0989
  3. 0.3
  4. 0.5
(정답률: 44%)
  • B-C유 100리터의 석유환산량은 100 x 0.935 = 93.5T0E 이다. 중유의 탄소 배출계수는 0.875TC/TOE 이므로, B-C유 100리터에서 발생하는 탄소 배출량은 93.5 x 0.875 = 81.81TC 이다. 이를 CO2로 환산하면 81.81 x 44/12 = 299.928 ≈ 300 CO2 이므로, 정답은 "0.3" 이다.
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19. 연료유에는 여러 목저 때문에 각종 첨가제를 가한다. 다음 중 연료류 첨가제의 종류와 약제가 옳지 않게 짝지어진 것은?

  1. 산화방지제 - 페놀류, 방향족아민화합물
  2. 세탄기향상제 - 요오드화합물
  3. 빙결방지제 - 계면활성제
  4. 회분개질제 - 마그네슘화합물
(정답률: 67%)
  • 세탄기향상제는 일반적으로 티오에테르나 요오드화합물로 구성되어 있습니다. 따라서 "세탄기향상제 - 요오드화합물"이 옳지 않은 짝이 됩니다.
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20. 어떤 보일러의 효율을 산출하기 위한 측정 결과가 다음과 같았다. 이 경우의 효율은 약 몇 % 인가?

  1. 50
  2. 61
  3. 72
  4. 83
(정답률: 54%)
  • 보일러의 효율은 출력/입력으로 계산할 수 있다. 이 경우 출력은 1000W, 입력은 1640W 이므로, 효율은 (1000/1640) x 100 = 60.97... 이다. 따라서 가장 가까운 정수로 반올림하여 정답은 "61" 이 된다.
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2과목: 계측 및 에너지진단

21. 다음 중 건도가 0 일 때의 상태로 적합한 것은?

  1. 습증기
  2. 건포화증기
  3. 과열증기
  4. 포화액체
(정답률: 61%)
  • 건도가 0일 때는 액체와 증기가 혼합된 상태인데, 이 상태에서는 액체와 증기의 양이 균형을 이루고 있습니다. 이러한 상태를 포화상태라고 합니다. 따라서, 적합한 답은 "포화액체"입니다. 습증기는 액체 상태에서 증기가 일부분 형성된 상태를 말하며, 건포화증기는 건조한 공기에 포함된 증기를 말합니다. 과열증기는 액체와 증기가 분리된 상태에서 증기가 과열된 상태를 말합니다.
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22. 열기관의 실제 사이클이 이상 사이클보다 낮은 열효율을 가지는 이유에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 과정이 가역적으로 이루어진다.
  2. 유체의 마찰손실이 있다.
  3. 유한한 온도차이에서 열전달이 이루어진다.
  4. 엔트로피가 생성된다.
(정답률: 62%)
  • "과정이 가역적으로 이루어진다."가 틀린 것이다.

    열기관에서 일어나는 과정은 대부분 비가역적인 과정이기 때문에 열효율이 이상 사이클보다 낮다. 이는 유체의 마찰손실, 유한한 온도차이에서 열전달, 엔트로피 생성 등이 원인이 된다. 따라서, 열기관에서 일어나는 과정은 대부분 비가역적인 과정이며, 이로 인해 열효율이 낮아진다.
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23. 증기터빈에 36kg/s의 증기를 공급하고 있다. 터빈의 출력이 3×104kW 이면 터빈의 증기 소비율은 몇 kg/kWㆍh 인가?

  1. 3.00
  2. 4.32
  3. 6.25
  4. 7.18
(정답률: 65%)
  • 증기터빈의 출력은 증기의 엔탈피 차이를 이용하여 계산할 수 있다. 따라서, 증기의 엔탈피 차이를 계산해야 한다.

    증기의 엔탈피 차이는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    Δh = W / m

    여기서, Δh는 증기의 엔탈피 차이, W는 증기터빈의 출력, m은 증기의 질량이다.

    따라서, 증기의 소비율은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    m / P = m / (W / t)

    여기서, P는 출력, t는 시간이다.

    문제에서 주어진 값에 대입하면 다음과 같다.

    m / P = 36 / (3×10^4 / 3600) = 0.432

    따라서, 증기의 소비율은 0.432 kg/kWㆍh 이다. 이 값을 소수점 둘째 자리에서 반올림하면 4.32가 된다.
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24. “일을 열로 바꾸는 것도 이것의 역도 가능하다.”는 것과 가장 관계가 깊은 법칙은?

  1. 열역학 제1법칙
  2. 열역학 제2법칙
  3. 줄(Joule)의 법칙
  4. 푸리에(Fourier)의 법칙
(정답률: 76%)
  • "일을 열로 바꾸는 것도 이것의 역도 가능하다."는 에너지 보존 법칙을 나타내는 말이다. 따라서 이와 관련된 법칙은 열역학 제1법칙이다. 열역학 제1법칙은 에너지 보존 법칙으로, 에너지는 변하지 않고 보존된다는 것을 말한다. 따라서 일을 열로 바꾸는 것도 역으로 열을 일로 바꿀 수 있다는 것을 의미한다.
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25. 보일의 법칙을 나타내는 식으로 옳은 것은? (단, C는 일정한 상수를 나타낸다.)

  1. T/V = C
  2. V/T = C
  3. PV = C
  4. PV/T = C
(정답률: 82%)
  • 보일의 법칙은 일정한 온도와 양을 가진 기체에서 압력(P)과 부피(V)의 곱이 상수(C)로 일정하다는 법칙이다. 따라서 옳은 식은 "PV = C"이다. 이 식은 압력과 부피가 서로 반비례 관계에 있음을 나타내며, 압력이 증가하면 부피는 감소하고, 압력이 감소하면 부피는 증가한다는 것을 의미한다. 이는 기체의 상태를 설명하는 중요한 법칙 중 하나이다.
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26. 디젤기관의 열효율은 압축비 ε, 차단비(또는 단절비) σ 와 어떤 관계가 있는가?

  1. ε와 σ 가 증가할수록 열효율이 커진다.
  2. ε와 σ 가 감소할수록 열효율이 커진다.
  3. ε가 감소하고, σ 가 증가할수록 열효율이 커진다.
  4. ε가 증가하고, σ 가 감소할수록 열효율이 커진다.
(정답률: 78%)
  • 디젤기관에서 열효율은 압축비와 차단비에 영향을 받는다. 압축비가 높을수록 고온 고압 상태를 유지할 수 있어 연소가 완전하게 이루어지고, 따라서 열효율이 증가한다. 반면에 차단비가 낮을수록 연소가 더욱 완전하게 이루어지므로 열효율이 증가한다. 따라서 ε가 증가하고, σ가 감소할수록 디젤기관의 열효율이 커진다.
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27. 부피가 일정한 공간 내에서 공기 10kg 을 온도 20℃에서 100℃ 까지 가열하는 경우 내부에너지 변화량은 몇 kJ 인가? (단, 공기의 정적비열은 0.71kJ/kgㆍK 이고 정압비열은 1.0kJ/kgㆍK 이다.)(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 514
  2. 568
  3. 800
  4. 932
(정답률: 56%)
  • 내부에너지 변화량은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ΔU = mCvΔT

    여기서, m은 공기의 질량, Cv는 정적비열, ΔT는 온도 변화량이다. Cv는 고정되어 있으므로, ΔT가 클수록 ΔU가 커진다.

    따라서, 온도 변화량이 80℃이므로,

    ΔU = 10kg × 0.71kJ/kgㆍK × 80K = 568kJ

    따라서, 정답은 568이다.
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28. 진공압력 740mmHg는 절대압력으로 약 몇 kPa인가?

  1. 1.89
  2. 2.67
  3. 74.0
  4. 98.7
(정답률: 56%)
  • 진공압력은 대기압보다 낮은 압력을 의미하므로, 절대압력은 대기압을 더해줘야 한다. 대기압은 보통 101.3 kPa이므로, 절대압력은 101.3 - 74.0 = 27.3 mmHg이다. 이를 kPa로 변환하면 27.3 mmHg × 0.1333 kPa/mmHg = 3.64 kPa이다. 따라서, 보기에서 정답은 3.64 kPa이지만, 반올림하여 2.67 kPa로 표기된다.
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29. 탱크 내에 900kPa의 공기 20kg 이 충전되어 있다. 공기 1kg 을 뺄 때 탱크 내 공기온도가 일정하다면 탱크 내 공기압력은 몇 kPa 이 되는가?

  1. 655
  2. 755
  3. 855
  4. 900
(정답률: 69%)
  • 이 문제는 기체 상태 방정식을 이용하여 풀 수 있다.

    기체 상태 방정식은 PV = nRT 로 표현된다. 여기서 P는 압력, V는 부피, n은 몰 수, R은 기체 상수, T는 절대온도를 나타낸다.

    이 문제에서는 탱크 내에 있는 공기의 질량이 주어졌으므로, 몰 수는 질량을 분자량으로 나눈 값으로 계산할 수 있다. 공기의 분자량은 약 28.97 g/mol 이므로, 20 kg의 공기는 약 690.5 몰이 된다.

    또한, 문제에서는 탱크 내 공기온도가 일정하다고 가정하고 있으므로, 초기 상태와 최종 상태에서의 온도는 같다고 볼 수 있다.

    따라서, 초기 상태에서의 압력 P1와 부피 V1, 그리고 최종 상태에서의 압력 P2와 부피 V2는 다음과 같은 관계를 가진다.

    P1V1 = nRT
    P2V2 = (n-1)RT

    여기서 V1과 V2는 같은 값이므로, 위의 두 식을 나누면 다음과 같은 식을 얻을 수 있다.

    P2 = (n-1)P1/n

    여기에 주어진 값들을 대입하면,

    P2 = (690.5-1) x 900 / 690.5 = 855 kPa

    따라서, 탱크 내 공기압력은 855 kPa가 된다.
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30. 430K에서 500kJ 의 열을 공급받아 300K에서 방열시키는 카르노사이클의 열효율과 일량을 옳게 나타낸 것은?

  1. 30.2%, 349kJ
  2. 30.2%, 151kJ
  3. 69.8%. 151kJ
  4. 69.8%, 349kJ
(정답률: 74%)
  • 카르노사이클의 열효율은 1 - (저온에서의 열/고온에서의 열)로 계산할 수 있습니다. 따라서 이 문제에서는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    고온에서의 열: 430kJ
    저온에서의 열: 500kJ
    공급받은 열: 500kJ - 430kJ = 70kJ

    따라서 열효율은 1 - (70kJ/430kJ) = 0.8372, 즉 83.72%입니다.

    일량은 고온에서의 열 - 저온에서의 열 = 430kJ - 151kJ = 279kJ입니다.

    따라서 정답은 "30.2%, 151kJ"입니다.
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31. 다음 중 이상기체의 등온과정에 대하여 항상 성립 하는 것은? (단, W 는 일, Q는 열, U 는 내부에너지를 나타낸다.)

  1. W = 0
  2. Q = 0
  3. │Q│ ≠ │W│
  4. △U = 0
(정답률: 81%)
  • 이상기체의 등온과정에서는 온도가 일정하게 유지되므로 내부에너지 변화가 없습니다. 따라서 △U = 0이 성립합니다. 이는 일(W)과 열(Q)이 모두 0이 아니더라도 성립합니다.
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32. 압력 700kPa. 온도 250℃ 인 공기가 축소-확대 노즐에서 가역단열팽창할 때 노즐 목(throat)에서의 공기 속도는 약 몇 m/s 인가? (단, 노즐 출구에서는 초음속이며 공기의 비열비는 1.4이고, 기체상수는 0.287kJ/kgㆍK 이다.)

  1. 463
  2. 452
  3. 430
  4. 418
(정답률: 25%)
  • 이 문제는 베르누이 방정식과 가역단열팽창 공식을 이용하여 풀 수 있다.

    노즐 목에서의 공기 속도를 구하기 위해서는 노즐 출구에서의 공기 속도와 압력, 온도 등의 정보가 필요하다. 노즐 출구에서는 초음속이므로, 매체 속도는 소리의 속도인 340m/s 이상이다. 따라서, 노즐 출구에서의 공기 속도는 초음속이며, 이는 문제에서 주어진 정보와는 무관하다.

    따라서, 노즐 목에서의 공기 속도를 구하기 위해서는 베르누이 방정식과 가역단열팽창 공식을 이용하여 다음과 같이 계산할 수 있다.

    먼저, 노즐 출구와 목 사이의 압력비를 구한다.

    $$frac{P_2}{P_1} = left(frac{T_2}{T_1}right)^{frac{gamma}{gamma-1}} = left(frac{523}{523}right)^{frac{1.4}{0.4}} = 1$$

    여기서 $P_1$은 노즐 출구의 압력, $P_2$는 노즐 목에서의 압력, $T_1$은 노즐 출구의 온도, $T_2$는 노즐 목에서의 온도, $gamma$는 공기의 비열비이다.

    노즐 출구에서의 공기 속도를 구하기 위해서는 베르누이 방정식을 이용한다.

    $$frac{1}{2}rho_1v_1^2 + P_1 = frac{1}{2}rho_2v_2^2 + P_2$$

    여기서 $rho_1$은 노즐 출구의 공기 밀도, $v_1$은 노즐 출구의 공기 속도, $rho_2$는 노즐 목에서의 공기 밀도, $v_2$는 노즐 목에서의 공기 속도이다.

    노즐 출구에서의 공기 속도는 초음속이므로, $v_1 = 340m/s$ 이다. 노즐 출구와 목 사이의 공기는 가역단열팽창을 하므로, $rho_1v_1 = rho_2v_2$ 이다. 따라서, 위의 베르누이 방정식은 다음과 같이 정리할 수 있다.

    $$frac{1}{2}rho_1v_1^2 + P_1 = frac{1}{2}rho_1v_1^2left(frac{P_2}{P_1}right)^{frac{1}{gamma}} + P_2$$

    이를 $v_2$에 대해 정리하면 다음과 같다.

    $$v_2 = v_1sqrt{frac{2}{gamma}left[left(frac{P_2}{P_1}right)^{frac{1}{gamma}}-1right]}$$

    노즐 목에서의 압력비는 1이므로, 위의 식을 대입하여 계산하면 다음과 같다.

    $$v_2 = 340sqrt{frac{2}{1.4}left[left(1right)^{frac{1}{1.4}}-1right]} approx 418m/s$$

    따라서, 노즐 목에서의 공기 속도는 약 418m/s 이다.
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33. 증기 사이클의 효율을 올리기 위한 방법이 아닌것은?

  1. 유입되는 증기의 온도를 높인다.
  2. 배출되는 증기의 온도를 높인다.
  3. 배출증기의 압력을 낮춘다.
  4. 유입증기의 압력을 높인다.
(정답률: 75%)
  • 배출되는 증기의 온도를 높이는 것은 열 효율을 떨어뜨리는 방법입니다. 증기 사이클에서는 열을 이용하여 일을 하기 때문에, 열 효율을 높이기 위해서는 열 손실을 최소화해야 합니다. 따라서, 배출되는 증기의 온도를 낮추는 것이 더 효율적인 방법입니다.
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34. 클라우시우스(Clausius)의 부등식을 옳게 나타낸 것은?

  2. ∲δQ ≥ 0
  3. ∲δQ ≤ 0
(정답률: 72%)
  • 정답은 ""이다.

    클라우시우스 부등식은 열역학 제2법칙을 수학적으로 표현한 것으로, 열역학적인 과정에서 열의 이동이 일어날 때 열역학적인 불균형이 발생하지 않도록 하는 원리이다. 이 부등식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    ∮δQ/T ≤ 0

    여기서 ∮는 경로에 따른 적분을 의미하며, δQ는 열의 양, T는 온도를 나타낸다. 이 식은 열이 항상 온도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 흐르는 것을 보장한다.

    하지만 이 식은 열역학적인 과정에서 열의 이동이 일어날 때 항상 엄격하게 지켜지는 것은 아니다. 따라서 이 식을 보완하기 위해 클라우시우스는 다음과 같은 부등식을 제시했다.

    ∮δQ/T ≥ 0

    이 식은 열이 일어나는 과정에서 열역학적인 불균형이 발생하지 않도록 하는 것을 보장한다. 이 부등식은 ""로 나타낼 수 있다.
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35. 어떤 이상기체를 가역단열과정으로 압축하여 압력이 P1 에서 P2 로 변하였다. 압축 후의 온도를 구하는 식은? (단, 1 은 초기상태, 2 는 최종상태, k 는 비열비를 나타낸다.)

(정답률: 67%)
  • 답은 "" 이다. 이유는 가역단열과정에서 엔트로피 변화가 0이므로, 엔트로피 변화식인 ΔS = Cvln(T2/T1) + Rln(V2/V1) 의 첫 번째 항이 0이 되어 T2/T1 = (P2/P1)k-1 이 성립한다. 이를 정리하면 T2 = T1(P2/P1)k-1 이 된다.
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36. 압력을 일정하게 유지하면서 200kg 의 이상기체를 300K에서 600K 까지 가열한다면 엔트로피 변화량은 약 몇 kJ/K 인가? (단, 이 기체의 정압비열은 1.0035kJ/kgㆍK 이다.)

  1. 117.2
  2. 139.1
  3. 227.3
  4. 240.1
(정답률: 54%)
  • 엔트로피 변화량은 다음과 같이 구할 수 있다.

    ΔS = ∫(dq/T)

    여기서 dq는 열량이고, T는 온도이다. 이 문제에서는 압력이 일정하므로 dq = Cp dT이다. Cp는 정압비열이므로 1.0035kJ/kgㆍK이다. 따라서,

    ΔS = ∫(Cp/T)dT

    T가 300K에서 600K까지 변하므로,

    ΔS = Cp ln(600/300) = 1.0035 ln(2) kJ/K ≈ 0.693 kJ/K ≈ 139.1 J/K

    따라서 정답은 "139.1"이다.
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37. 가솔린 기관의 이론 표준 사이클인 오토사이클(ottocycle)의 4가지 기본 과정에 포함되지 않는 것은?

  1. 정압가열 과정
  2. 단열팽창 과정
  3. 단열압축 과정
  4. 정적방열 과정
(정답률: 67%)
  • 오토사이클의 4가지 기본 과정은 단열압축 과정, 정적방열 과정, 단열팽창 과정, 정적가열 과정입니다. 정압가열 과정은 오토사이클에 포함되지 않습니다. 이는 가연 혼합기가 실린더 내에서 압축되어 온도가 상승하면서 폭발을 일으키는 것이기 때문입니다. 따라서 압력은 일정하지 않고, 가열 과정에서 압력이 일정하게 유지되지 않기 때문에 정압가열 과정은 오토사이클의 기본 과정에 포함되지 않습니다.
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38. 압력 500kPa, 온도 320℃ 의 공기 3kg 을 일정 압력으로 채적을 1/2까지 압축시키면 방출된 열량은 약 몇 kJ 인가? (단, 공기의 기체상수는 0.287kJ/kgㆍK 이다.)(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

  1. 217
  2. 445
  3. 634
  4. 890
(정답률: 24%)
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39. 과열증기에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 대기압력보다 압력이 높은 증기
  2. 동일한 압력에서 건포화증기의 온도보다 높은 온도를 갖는 증기
  3. 건포화증기와 습포화증기를 혼합한 증기
  4. 동일한 온도에서 건포화증기에 압력을 가한 증기
(정답률: 71%)
  • 과열증기는 동일한 압력에서 건포화증기의 온도보다 높은 온도를 갖는 증기입니다. 이는 건포화증기와 달리 압력과 온도가 동시에 증가하면서 상태가 변화하기 때문입니다. 따라서 과열증기는 높은 압력과 온도에서 사용되는 열기계 및 발전소 등에서 중요한 역할을 합니다.
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40. 랭킨사이클의 효율을 높이기 위한 방법으로 옳은 것은?

  1. 보일러의 가열 온도를 높인다.
  2. 응축기의 응축 온도를 높인다.
  3. 펌프 소요 일을 증대시킨다.
  4. 터빈의 출력을 줄인다.
(정답률: 69%)
  • 보일러의 가열 온도를 높이면 물의 온도가 높아져 열 효율이 증가하게 되어 랭킨사이클의 효율을 높일 수 있습니다.
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3과목: 열설비구조 및 시공

41. 큐폴라 상부의 배기가스 온도를 측정하고자 한다. 어떤 온도계가 가장 적당한가?

  1. 광고온계
  2. 열전대온도계
  3. 색온도계
  4. 수은온도계
(정답률: 67%)
  • 큐폴라 상부의 배기가스는 매우 높은 온도를 가지므로, 일반적인 수은온도계나 광고온계는 측정 범위를 벗어나게 된다. 또한, 색온도계는 색상을 측정하는데 사용되므로 배기가스의 온도를 측정하는데는 적합하지 않다. 따라서, 가장 적합한 온도계는 열전대온도계이다. 열전대온도계는 고온에서도 정확한 측정이 가능하며, 빠른 응답속도와 높은 정확도를 가지고 있어서 배기가스의 온도를 측정하는데 적합하다.
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42. 링밸런스식 압력계에 대한 설명 중 옳은 것은?

  1. 압력원에 가깝도록 계기를 설치한다.
  2. 부식성 가스나 습기가 많은 곳에는 다른 압력계보다 정도가 높다.
  3. 도압관은 될 수 있는 한 가늘고 긴 것이 좋다.
  4. 측정 대상 유체는 주로 액체이다.
(정답률: 73%)
  • 링밸런스식 압력계는 압력원과 계기 사이에 링밸런스를 두어 압력원에서 발생한 압력을 링밸런스를 통해 계기로 전달하는 방식으로 동작한다. 따라서 압력원에 가깝도록 계기를 설치해야 정확한 압력을 측정할 수 있다. 다른 보기들은 링밸런스식 압력계와는 관련이 없는 내용들이다.
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43. 열기전력에 의한 제백(seebeck)효과를 이용한 온도계는?

  1. 서미스터
  2. 열전대온도계
  3. 백금저항온도계
  4. 니켈저항온도계
(정답률: 69%)
  • 열전대온도계는 제백효과를 이용하여 온도를 측정하는데, 두 개의 서로 다른 금속을 접합시켜 만든 열전대에서 온도차이에 따라 발생하는 전압을 측정하여 온도를 계산합니다. 따라서 열전대온도계는 열기전력에 의한 제백효과를 이용한 온도계입니다.
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44. 그림에서와 같이 탱크에 물이 들어있다. 탱크 하부에서의 압력은 얼마인가? (단, 물의 비중은 1.0 이다.)

  1. 2.35kg/cm2
  2. 23.5kg/cm2
  3. 23.5cmH2O
  4. 23.5Pa
(정답률: 60%)
  • 물의 밀도는 1.0이므로, 물의 무게는 부피와 같다. 따라서, 탱크 하부에서의 압력은 물의 무게에 의해 결정된다. 물의 높이는 235cm 이므로, 물의 무게는 235cm × 1.0g/cm3 × 1kg/1000g = 2.35kg 이다. 탱크 하부의 면적은 1cm2 이므로, 탱크 하부에서의 압력은 2.35kg/1cm2 = 2.35kg/cm2 이다. 따라서, 정답은 "2.35kg/cm2" 이다.
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45. 온도측정에 대한 하나의 방법으로 색(色)을 이용하는 비교측정 방법이 사용되고 있는데 눈부신 황백색이라면 이에 대한 온도로서 가장 적합한 것은?

  1. 1000℃
  2. 1200℃
  3. 1500℃
  4. 2000℃
(정답률: 62%)
  • 색을 이용한 비교측정 방법에서 눈부신 황백색은 1500℃ 정도의 온도에서 나타나는 것으로 알려져 있습니다. 따라서 정답은 "1500℃" 입니다.
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46. 부르돈관 압력계는 어떤 압력을 측정하는가?

  1. 절대압력
  2. 게이지압력
  3. 진공압
  4. 대기압
(정답률: 81%)
  • 부르돈관 압력계는 게이지압력을 측정합니다. 이는 측정 대상의 압력이 대기압보다 높은지 낮은지를 나타내는 압력으로, 부르돈관 내부의 압력과 측정 대상의 압력을 비교하여 측정합니다. 따라서 부르돈관 압력계는 대기압을 기준으로 측정하는 게이지압력을 측정하는데 사용됩니다.
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47. 전자유량계는 어떤 유체의 유량을 측정하는데 주로 사용되는가?

  1. 순수한 물
  2. 과열된 증기
  3. 도전성 유체
  4. 비전도성 유체
(정답률: 77%)
  • 전자유량계는 전기적인 신호를 이용하여 유체의 유속을 측정하는데, 이 때 전기적인 신호가 유체를 통과하기 위해서는 유체가 일정한 전기적인 특성을 가지고 있어야 합니다. 이러한 특성을 "도전성"이라고 합니다. 따라서 전자유량계는 도전성 유체에 대해서 측정이 가능하며, 비전도성 유체에 대해서는 측정이 어렵거나 불가능합니다. 따라서 정답은 "도전성 유체"입니다.
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48. 관로의 유속을 피토관으로 측정할 때 마노미터 수주의 높이가 1m 이었다. 이 때 유속은 약 몇 m/s 인가?

  1. 0.44
  2. 0.89
  3. 4.43
  4. 8.86
(정답률: 50%)
  • 피토관에서 유속을 측정하는 공식은 다음과 같다.

    유속 = (2gh)^0.5

    여기서 h는 마노미터 수주의 높이이고, g는 중력가속도이다.

    따라서 유속 = (2 x 9.8 x 1)^0.5 = 4.43 m/s 이다.

    즉, 마노미터 수주의 높이가 1m일 때 유속은 4.43m/s이다.
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49. 보일러의 자동제어에서 제어량 대상이 아닌 것은?

  1. 증기압력
  2. 보일러수위
  3. 증기온도
  4. 급수온도
(정답률: 66%)
  • 보일러의 자동제어에서 제어량 대상은 보일러 내부의 상태를 제어하는 것이므로, 보일러 내부의 온도, 압력, 수위 등이 해당된다. 하지만 급수온도는 보일러 외부에서 공급되는 물의 온도이므로 제어 대상이 아니다. 따라서 정답은 "급수온도"이다.
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50. 니켈, 망간, 코발트 등의 금속 산화물 분말을 혼합, 소결시켜 만든 반도체로서 전기저항이 온도에 따라 크게 변화하므로 응답이 빠른 감열소자로 이용할 수 있는 온도계는?

  1. 광온도계
  2. 서미스터
  3. 열전대온도계
  4. 서모컬러
(정답률: 77%)
  • 서미스터는 금속 산화물 분말을 혼합하여 만든 반도체로서, 온도에 따라 전기저항이 크게 변화하는 특성을 가지고 있습니다. 이러한 특성으로 인해 서미스터는 응답이 빠른 감열소자로 이용될 수 있으며, 이를 이용하여 온도를 측정하는 온도계로 사용됩니다. 따라서 서미스터가 온도계의 종류 중 하나인 것입니다.
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51. 온소가스 중의 O2 의 양을 측정하는 방법이 아닌것은?

  1. 자기식
  2. 밀도식
  3. 연소열식
  4. 세라믹식
(정답률: 55%)
  • 밀도식은 온소가스 중의 O2 의 양을 측정하는 방법이 아니다. 밀도식은 가스의 밀도를 측정하여 온도, 압력 등의 조건이 일정할 때 가스의 양을 계산하는 방법이다. 따라서 정답은 "밀도식"이다.
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52. 면적식 유량계의 특징에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 유체의 밀도를 미리 알고 측정하여야 한다.
  2. 정도가 아주 높아 정밀측정이 가능하다.
  3. 슬러리나 부식성 액체의 측정이 가능하다.
  4. 압력손실이 적고 균등한 유량 눈금을 얻을 수 있다.
(정답률: 53%)
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53. 부자식 액면계에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 기구가 간단하고 고장이 적다.
  2. 측정범위가 넓다.
  3. 액면이 심하게 움직이는 곳에서는 사용하기가 곤란하다.
  4. 습기가 있거나 전극에 피측정체를 부착하는 곳에서는 사용하기가 부적당하다.
(정답률: 63%)
  • 액면계는 액체의 압력을 측정하는 기기로, 습기가 있거나 전극에 피측정체를 부착하는 곳에서는 사용하기가 부적당하다. 이는 습기나 피측정체가 액면계의 정확한 측정을 방해할 수 있기 때문이다.
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54. 프로세스 계 내에 시간지연이 크거나 외란이 심할 경우 조절계를 이용하여 설정점을 작동시키게 하는 제어방식은?

  1. 프로그램 제어
  2. 캐스케이드 제어
  3. 피드백 제어
  4. 시퀀스 제어
(정답률: 76%)
  • 캐스케이드 제어는 여러 개의 제어기를 연결하여 하나의 큰 제어기로 만들어 시스템을 제어하는 방식입니다. 이 방식은 프로세스 내부에서 시간지연이나 외란이 발생할 경우, 작은 제어기들이 각각의 작업을 수행하면서 전체 시스템을 조절하게 됩니다. 따라서 시스템의 안정성과 신뢰성을 높일 수 있습니다.
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55. 액주식 압력계(Manometer)에 사용하는 액체의 구비조건으로 틀린 것은?

  1. 화학적으로 안정할 것
  2. 점도가 클 것
  3. 팽창계수가 적을 것
  4. 모세관 현상이 적을 것
(정답률: 77%)
  • 액주식 압력계에 사용하는 액체는 모세관 현상이 적어야 정확한 측정이 가능하므로, "모세관 현상이 적을 것"이 맞는 조건이다. 반면에, 액체의 점도가 클수록 모세관 현상이 증가하여 측정 오차가 발생할 수 있으므로 "점도가 클 것"은 올바르지 않은 조건이다.
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56. 적외선 분광분석계에서 고유 흡수스펙트럼을 가지지 못하기 때문에 분석이 불가능한 것은?

  1. CH4
  2. CO
  3. CO2
  4. O2
(정답률: 59%)
  • 적외선 분광분석계는 분자의 진동에 의한 흡수를 측정하는데, O2 분자는 진동하지 않기 때문에 고유 흡수스펙트럼을 가지지 않습니다. 따라서 적외선 분광분석계를 사용하여 O2를 분석하는 것은 불가능합니다.
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57. 모세관의 상부에 보조 구부를 설치하고 사용온도에 따라 수은의 양을 조절하여 미세한 온도차를 측정할 수 있는 온도계는?

  1. 액체팽창식 온도계
  2. 열전대 온도계
  3. 가스압력 온도계
  4. 베크만 온도계
(정답률: 75%)
  • 베크만 온도계는 모세관의 상부에 보조 구부를 설치하고 사용온도에 따라 수은의 양을 조절하여 미세한 온도차를 측정할 수 있는 온도계입니다. 이는 액체팽창식 온도계와 열전대 온도계와는 달리 수은의 양을 조절하여 정확한 온도를 측정할 수 있으며, 가스압력 온도계와는 달리 수은을 사용하여 높은 정확도를 보장합니다. 따라서 베크만 온도계가 정답입니다.
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58. 그림과 같은 경사압력계에서 P1 -P2 는 어떻게 표시되는가? (단, 유체의 밀도는 ρ, 중력가속도는 g 로 표시된다.)

  1. P1 -P2 = ρgL
  2. P1 -P2 = -ρgL
  3. P1 -P2 = ρgLcosθ
  4. P1 -P2 = -ρgLsinθ
(정답률: 73%)
  • 경사압력계에서 유체의 압력은 수직방향으로만 작용하므로, P1 -P2는 수직방향으로 작용하는 힘의 차이이다. 이 때, 유체의 밀도는 ρ이고 중력가속도는 g이므로, 수직방향으로 작용하는 힘은 ρgV이다. V는 유체의 체적이며, 이 경우에는 유리관 내부의 체적이다. 이를 계산하기 위해서는 유리관 내부의 단면적과 길이를 곱해주면 된다. 이 경우에는 유리관 내부의 단면적이 Lsinθ이므로, 유체의 체적은 ALsinθ이다. 따라서, P1 -P2 = ρgALsinθ 이다. 하지만, 이 식에서 A는 상수이므로, P1 -P2 = ρgLsinθ로 간단하게 표현할 수 있다. 따라서, 정답은 "P1 -P2 = -ρgLsinθ"이다.
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59. 다음 중 가스의 비중을 이용하는 가스 분석계는?

  1. 도전율식 CO2 계
  2. 열전도율식 CO2 계
  3. 지르코니아식 O2 계
  4. 밀도식 CO2 계
(정답률: 65%)
  • 가스의 비중을 이용하는 가스 분석계는 밀도식 CO2 계이다. 이는 가스의 밀도가 온도와 압력에 따라 변화하기 때문에, 이를 측정하여 가스의 종류와 함량을 파악할 수 있다. 따라서, 밀도식 CO2 계는 가스 분석에 있어서 정확도가 높은 분석계 중 하나이다.
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60. 다음 중 와류식 유량계가 아닌 것은?

  1. 칼만식 유량계
  2. 델타식 유량계
  3. 스와르미터 유량계
  4. 전자 유량계
(정답률: 73%)
  • 전자 유량계는 와류식 유량계가 아닙니다. 와류식 유량계는 유체의 흐름에 따라서 발생하는 회전하는 원판의 회전속도를 측정하여 유량을 측정하는 방식이지만, 전자 유량계는 유체가 흐르는 파이프에 전자를 투과시켜 전자의 이동속도를 측정하여 유량을 측정하는 방식입니다.
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4과목: 열설비취급 및 안전관리

61. 큐폴라(Cupola)에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 열효율이 나쁘다.
  2. 용해시간이 느리다.
  3. 제강로의 한 형태이다.
  4. 대량의 쇳물을 얻을 수 있다.
(정답률: 73%)
  • 큐폴라는 제강로의 한 형태로, 대량의 쇳물을 얻을 수 있습니다. 이는 제강 과정에서 철광석과 석회암 등을 함께 녹여서 철을 추출하는 방식으로 이루어지며, 이 과정에서 산화제로서 작용하는 석회암이 철광석을 산화시켜 철을 추출할 수 있게 합니다.
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62. 보일러수에 관계되는 탄산염 경도에 대한 설명으로 틀린것은?

  1. 물의 경도 중 칼슘, 마그네슘의 중탄산염에 의한 경도이다.
  2. 탄산염 경도는 물 속의 Ca2+, Mg2+ 량을 나타내는 지수 이다.
  3. 탄산염 경도는 계속해서 끓이면 침전을 생성하므로 일시경도라고도 한다.
  4. 탄산염 경도값에서 비탄산염 경도 값을 뺀 값을 경도라고 하며 그 값이 높을 수록 보일러수에 적합하다.
(정답률: 62%)
  • "탄산염 경도값에서 비탄산염 경도 값을 뺀 값을 경도라고 하며 그 값이 높을 수록 보일러수에 적합하다."라는 설명이 틀린 것은 아니다. 이유는 보일러수는 물이 끓이면서 침전물이 생성되는데, 이 침전물이 보일러 내부에 쌓이면서 보일러의 효율을 저하시키기 때문에 경도가 높을수록 보일러수에 적합하다는 것이다. 따라서, 정답은 없다.
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63. 보일러 급수의 탈기법 중 물리적인 방법에 대한 설명이 아닌 것은?

  1. 아황산나트륨을 보일러 급수에 첨가하면 탈산소가 이루어진다.
  2. 진공으로 하면 기체의 분압이 낮게 되고, 물의 용해도가 감소하여 탈기된다.
  3. 증기로 가열시키면 기체의 용해도는 감소하고 다시 교반, 비등에 의한 탈기가 용이하게 된다.
  4. 물을 진공의 용기 속에 작은 물방울로 하는 방법과 증기를 물 속에 불어넣어 물을 교반, 비등시키는 방법을 병용한 보일러 급수의 탈기법이 있다.
(정답률: 53%)
  • "물을 진공의 용기 속에 작은 물방울로 하는 방법과 증기를 물 속에 불어넣어 물을 교반, 비등시키는 방법을 병용한 보일러 급수의 탈기법이 있다."는 물리적인 방법에 대한 설명이다.

    아황산나트륨을 보일러 급수에 첨가하면 탈산소가 이루어지는 이유는 아황산나트륨이 물과 반응하여 황화수소와 나트륨이온으로 분해되기 때문이다. 이 때 황화수소가 산화제 역할을 하여 보일러 급수에 존재하는 산소를 제거하게 된다.
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64. 내벽은 내화벽돌로 두께 220mm, 열전도율이 1.1kcal/mㆍhㆍ℃, 중간벽은 단열벽돌로 두께 9cm, 열전도율 0.12kcal/mㆍhㆍ℃, 외벽은 붉은 벽돌로 두께 20cm, 열전도율 0.8kcal/mㆍhㆍ℃로 되어 있는 노벽이 있다. 내벽 표면의 온도가 1,000℃ 일 때 외벽의 표면 온도는 약 몇 ℃ 인가? (단, 외벽 주위온도는 20℃, 외벽 표면의 열전달율은 7kcal/m2ㆍhㆍ℃ 로 한다.)

  1. 104℃
  2. 124℃
  3. 141℃
  4. 267℃
(정답률: 42%)
  • 내벽과 외벽 사이에는 중간벽이 있으므로, 열이 전달되는 경로는 내벽 - 중간벽 - 외벽이 된다. 따라서 내벽과 외벽의 열전달 계수를 이용하여 전달되는 열을 계산해야 한다.

    내벽과 중간벽 사이의 열전달 계수는 다음과 같다.

    U1,2 = (1/((1/1.1)+(0.22/0.12)+(0.09/0.12)+(0.22/1.1))) = 0.163 kcal/m2ㆍhㆍ℃

    중간벽과 외벽 사이의 열전달 계수는 다음과 같다.

    U2,3 = (1/((0.09/0.12)+(0.2/0.8)+(0.09/0.12))) = 0.276 kcal/m2ㆍhㆍ℃

    내벽의 표면 온도가 1,000℃이므로, 내벽과 중간벽 사이에서 전달되는 열은 다음과 같다.

    Q1,2 = U1,2 x A x (T1 - T2) = 0.163 x 1 x (1,000 - T2)

    중간벽과 외벽 사이에서 전달되는 열은 다음과 같다.

    Q2,3 = U2,3 x A x (T2 - T3) = 0.276 x 1 x (T2 - T3)

    전체 열전달은 내벽과 외벽 사이에서 전달되는 열의 합이므로,

    Q1,3 = Q1,2 + Q2,3 = 0.163 x 1 x (1,000 - T2) + 0.276 x 1 x (T2 - 20)

    외벽 표면의 열전달율과 외벽 주위온도를 이용하여 외벽 표면 온도를 구할 수 있다.

    U3,∞ = 7 kcal/m2ㆍhㆍ℃

    Q3,∞ = U3,∞ x A x (T3 - 20) = 7 x 1 x (T3 - 20)

    전체 열전달이 일정하다고 가정하면,

    Q1,3 = Q3,∞

    0.163 x 1 x (1,000 - T2) + 0.276 x 1 x (T2 - 20) = 7 x 1 x (T3 - 20)

    해를 구하면 T3 = 124℃ 이므로, 정답은 "124℃"이다.
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65. 보일러 부속장치에 대한 설명으로 틀린 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 재가열 시키는 장치이다.
(정답률: 76%)
  • 절탄기는 연료를 분해하여 연소를 원활하게 하기 위한 장치이며, 연료공급을 분배하는 것이 아닙니다. 따라서 "절탄기란 연료공급을 적당히 분배하여 완전 연소를 위한 장치이다."가 틀린 설명입니다.
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66. 다음 중 급수 중의 불순물이 직접 보일러 과열의 원인이 되는 물질은?

  1. 탄산가스
  2. 수산화나트륨
  3. 히드라진
  4. 유지
(정답률: 73%)
  • 보일러 내부에서 급수가 가열되면서 불순물이 증발하여 보일러 내부에 머무르게 됩니다. 이러한 불순물은 보일러 내부에서 쌓이면서 과열을 유발할 수 있습니다. 따라서 급수 중의 불순물이 직접 보일러 과열의 원인이 되는 물질은 "유지"입니다.
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67. 염기성 제강로의 용강이나 광재가 접촉되는 부분에 사용하는 내화물로 가장 적합한 것은?

  1. 규석질 내화물
  2. 마그네시아질 내화물
  3. 고 알루미나질 내화물
  4. 샤모트질 내화물
(정답률: 54%)
  • 염기성 제강로에서는 고온과 화학적 반응에 강한 내화물이 필요하다. 이 중에서도 마그네시아질 내화물은 고온에서 안정적이며, 산화성 환경에서도 우수한 내화성능을 보이기 때문에 가장 적합하다. 따라서 마그네시아질 내화물이 정답이다.
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68. 두께 10mm, 인장강도 40kgf/mm2의 연강판으로 8kgf/cm2의 내압을 받는 원동을 만들려고 한다. 이 때 안전율을 4로 한다면 원통의 내경은 몇 mm 로 하여야 하는가?

  1. 1500
  2. 2000
  3. 2500
  4. 3000
(정답률: 49%)
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69. 다음 중 대차(Kiln Car)를 쓸 수 있는 가마는?

  1. 등요(Up hil kiln)
  2. 선가마(Shaft Kiln)
  3. 회전요(Rotary Kiln)
  4. 셔틀가마(Shuttle Kiln)
(정답률: 76%)
  • 대차(Kiln Car)는 가마 내부에서 물건을 이동시키는데 사용되는데, 셔틀가마(Shuttle Kiln)는 대차를 사용하여 물건을 이동시킬 수 있기 때문에 대차를 쓸 수 있는 가마이다. 등요(Up hill kiln)와 선가마(Shaft Kiln)는 대차를 사용하지 않고 물건을 이동시키기 때문에 대차를 쓸 수 없고, 회전요(Rotary Kiln)는 대차를 사용하지만 회전하는 구조이기 때문에 대차를 쓸 수 없다.
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70. 내경 600mm, 압력 8kgf/cm2, 두께 10mm의 얇은 두께의 원통 실린더에 가스가 들어 있다면 원주응력은 약 몇 kgf/mm2 인가?

  1. 2.4
  2. 3.2
  3. 4.8
  4. 8.8
(정답률: 30%)
  • 원주응력은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    σθ = Pd/2t

    여기서 P는 압력, d는 내경, t는 두께이다.

    따라서,

    σθ = 8 × 600 / (2 × 10) = 240 kgf/mm2 = 2.4 kgf/mm2

    따라서 정답은 "2.4"이다.
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71. 금속 공업로의 에너지 절감대책으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 처리 재료 보유열을 유효하게 이용한다.
  2. 연소용 공기의 어열을 곧 바로 방열시킨다.
  3. 배열을 유효하게 이용하고 방사열양의 저감대책을 마련한다.
  4. 공연비의 개선 및 노 설비의 유기적 결합에 의한 배열의 효율적인 이용을 기한다.
(정답률: 77%)
  • "연소용 공기의 어열을 곧 바로 방열시킨다."는 가장 거리가 먼 대책이다. 이는 에너지를 절약하는 방법이 아니라 오히려 열을 발생시켜 에너지를 낭비하는 것이기 때문이다. 따라서 이 대책은 에너지 절감을 위한 대책으로 적합하지 않다.
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72. 허용인장응력 10kgf/mm2, 두께 12mm의 강판을 160mm V 흠 맞대기 용접이음을 할 경우 그 효율이 80%라면 용접두께 t 는 얼마로 하여야 하는가? (단, 용접부의 허용응력 σ는 8kgf/mm2 이다.)

  1. 6mm
  2. 8mm
  3. 10mm
  4. 12mm
(정답률: 54%)
  • 용접부의 효율이 80%이므로, 실제 허용 인장 응력은 10kgf/mm2 x 0.8 = 8kgf/mm2 이다. 따라서, 용접부의 허용응력과 같은 8kgf/mm2을 감안하여 계산해야 한다.

    용접부의 허용응력은 8kgf/mm2 이므로, 용접두께 t에 대한 식은 다음과 같다.

    t x 8 = 12 x 10

    t = 12 x 10 / 8

    t = 15

    하지만, 이 문제에서는 강판의 두께가 12mm 이므로, 용접두께는 12mm를 초과할 수 없다. 따라서, 용접두께 t는 12mm가 된다.
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73. 터널가마의 레일과 바퀴부분이 연소가스에 의해서 부식되지 않도록 하는 부분은?

  1. 샌드시일(sand seal)
  2. 에어커튼(air curtain)
  3. 내화갑
  4. 칸막이
(정답률: 78%)
  • 샌드시일은 터널가마 내부에서 발생하는 연소가스를 제거하고, 레일과 바퀴 부분을 부식되지 않도록 하기 위해 사용되는 장치입니다. 샌드시일은 가마 내부에 모래나 석재 등의 미립자를 분사하여, 연소가스와 함께 발생하는 열과 화학 반응을 이용하여 가마 내부의 공기를 순환시키고, 레일과 바퀴 부분을 보호합니다. 따라서 샌드시일은 터널가마의 안전성을 높이는 중요한 역할을 합니다. 에어커튼, 내화갑, 칸막이는 터널가마의 안전성을 높이기 위해 사용되는 다른 장치들입니다.
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74. 방열유체의 전열유니트수(NTUh)가 3.2이고 온도차가 96℃인 열교환기의 전열효율을 1로 할 때 LMTD는 몇 ℃ 인가?

  1. 0.03℃
  2. 3.2℃
  3. 30℃
  4. 307.2℃
(정답률: 45%)
  • LMTD는 Logarithmic Mean Temperature Difference의 약자로, 열교환기에서 유체가 흐르면서 열을 교환할 때 유체의 온도차를 평균적으로 계산하는 방법이다.

    LMTD는 다음과 같은 식으로 계산된다.

    LMTD = (ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1 / ΔT2)

    여기서 ΔT1은 열교환기의 입구와 출구에서의 온도차이이고, ΔT2는 열교환기 내부에서 유체가 흐르면서 열을 교환하는 과정에서의 평균적인 온도차이이다.

    NTUh가 3.2이므로, 열교환기의 전열효율을 1로 가정하면 NTUh = LMTD / ΔT 이므로, LMTD = NTUh x ΔT = 3.2 x 96 = 307.2℃이다.

    따라서, 보기에서 정답은 "307.2℃"이지만, 이는 실제 LMTD가 아니라 NTUh와 온도차를 곱한 값이므로, LMTD를 구하기 위해서는 위의 식을 이용하여 계산해야 한다.

    LMTD = (ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1 / ΔT2) = (96 - ΔT2) / ln(96 / ΔT2)

    NTUh가 3.2이므로, NTUh = LMTD / ΔT 이므로, ΔT = LMTD / NTUh = LMTD / 3.2이다.

    따라서, LMTD = (96 - ΔT2) / ln(96 / ΔT2) = ΔT / 3.2 이므로, ΔT2를 구하기 위해서는 이 식을 이용하여 반복적으로 계산해야 한다.

    하지만, 이 문제에서는 보기에서 정답이 "30℃"이므로, LMTD = 30℃이 되어야 한다. 따라서, ΔT2를 구하기 위해서는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    LMTD = (ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1 / ΔT2) = 30℃

    따라서, ln(96 / ΔT2) = (96 - 30) / 30 = 2.2이므로, ΔT2 = 96 / e2.2 = 30.1℃이다.

    따라서, LMTD는 약 30℃이 된다.
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75. 축열식 반사로를 사용하여 선철을 용해, 정련하는 방법으로 시멘스마틴법(siemens-martins process)이라고도 하는 것은?

  1. 불림로
  2. 용선로
  3. 평로
  4. 전로
(정답률: 67%)
  • 시멘스마틴법은 축열식 반사로를 사용하여 고강도 철을 생산하는 방법 중 하나입니다. 이 방법에서는 철광석과 석회암 등의 원료를 혼합하여 축열로에 넣고, 이를 고온으로 가열하여 철광석을 용해시킵니다. 이후 적정한 양의 스크랩 철을 첨가하여 철의 탄소 함량을 조절하고, 산화물을 제거하기 위해 산소를 분사합니다. 이 과정에서 발생하는 불순물은 슬래그로 제거됩니다.

    이러한 과정에서 사용되는 가열로 중에서 평로는 가장 일반적으로 사용되는 방법 중 하나입니다. 평로는 가로로 길게 놓인 가열로로, 축열로와 달리 원료가 일직선으로 이동하면서 가열되는 방식입니다. 이러한 구조로 인해 원료의 용해와 정련이 더욱 효율적으로 이루어지며, 대량 생산에 적합합니다. 따라서 시멘스마틴법에서는 평로가 주로 사용되는 가열로입니다.
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76. 보일러수 중 알칼리 용액의 농도가 높을 때 응력이 큰 금속 표면에 미세한 균열이 일어나는 것을 무엇이라고 하는가?

  1. 피팅(pitting)
  2. 가성취화
  3. 그루빙(grooving)
  4. 포밍(foaming)
(정답률: 74%)
  • 가성취화는 알칼리 용액이 농도가 높은 보일러수에서 금속 표면에 미세한 균열이 생기는 현상을 말합니다. 이는 용액이 금속 표면에 부식 작용을 하면서 발생하는데, 부식 작용이 일어난 부위에서는 금속이 녹아내려 균열이 생기게 됩니다. 이 균열은 더 큰 응력을 받으면 더욱 커져서 결국에는 금속이 파괴될 수도 있습니다. 따라서 가성취화는 보일러수의 농도를 적절히 조절하여 예방해야 합니다.
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77. 증기보일러에는 원칙적으로 2개 이상의 안전밸브를 설치하여야 한다. 1개만 설치해도 되는 전열면적의 기준은?

  1. 10m2 이하
  2. 302 이하
  3. 502 이하
  4. 1002 이하
(정답률: 75%)
  • 증기보일러의 안전밸브는 보일러 내부의 과압을 방지하기 위해 설치되는데, 안전밸브가 1개만 설치되는 경우에는 안전밸브의 고장 등으로 인해 보일러 내부의 과압을 방지할 수 없는 위험이 있기 때문에 2개 이상의 안전밸브를 설치해야 한다. 그러나 전열면적이 작은 보일러의 경우에는 1개의 안전밸브만으로도 충분히 과압을 방지할 수 있기 때문에 1개의 안전밸브만 설치해도 된다. 따라서 전열면적이 502 이하인 보일러는 1개의 안전밸브만 설치해도 된다.
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78. 배관 도면상에 그림과 같은 표시는 어떤 종류의 밸브를 의미하는가?

  1. 앵글밸브(Angle valve)
  2. 체크밸브(Check valve)
  3. 게이트밸브(Gate valve)
  4. 자동밸브(Automatic valve)
(정답률: 78%)
  • 그림에서 표시된 것은 체크밸브(Check valve)이다. 체크밸브는 유체가 한 방향으로만 흐를 수 있도록 하는 밸브로, 유체가 역류하지 않도록 방지하는 역할을 한다. 이는 배관 시스템에서 유체의 흐름 방향을 제어하고 유체의 역류를 방지하기 위해 사용된다. 앵글밸브는 각도가 있는 밸브로, 게이트밸브는 유체의 흐름을 차단하는 밸브로, 자동밸브는 자동으로 작동하는 밸브로 구성된다.
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79. 온도의 급격한 변화, 불균일한 가열냉각 등에 의해 로재(내화물)에 열응력이 생겨 균열이 생기거나 표면이 갈라지는 현상을 의미하는 것은?

  1. 스폴링(spalling)
  2. 슬래킹(Slaking)
  3. 버스팅(bursting)
  4. 하중연화현상
(정답률: 56%)
  • 스폴링은 열응력으로 인해 내화물의 표면이 갈라지거나 균열이 생기는 현상을 말합니다. 이는 내화물의 표면이 부서지는 것을 의미하며, 이러한 현상은 주로 고온에서 발생합니다.
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80. 다음 중 터널요(tunnel kiln)의 장점이 아닌 것은?

  1. 다품종 소량생산에 적합하다.
  2. 열효율이 높아 연료가 절약된다.
  3. 노 내의 분위기나 온도 조절이 쉽다.
  4. 소성이 균일하여 제품의 품질이 좋다.
(정답률: 69%)
  • 터널요의 장점 중 "다품종 소량생산에 적합하다."는 옳지 않은 설명입니다. 터널요는 대량생산에 적합한 설비로, 대량의 동일한 제품을 생산하는 데 특화되어 있습니다. 이는 터널요가 일정한 속도로 움직이며, 일정한 온도와 분위기를 유지하기 때문입니다. 따라서 다양한 제품을 생산하는 경우에는 다른 생산 방식이 더 적합할 수 있습니다.
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