에너지관리기사 필기 기출문제복원 (2015-09-19)

에너지관리기사
(2015-09-19 기출문제)

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1과목: 연소공학

1. 다음과 같은 조성의 석탄가스를 연소시켰을 때의 이론습연소가스량(Nm3/Nm3)은?

  1. 5.61
  2. 4.61
  3. 3.94
  4. 2.94
(정답률: 47%)
  • 이 문제는 기체 연료의 이론 습연소가스량을 구하는 문제입니다.
    각 성분의 연소 반응식을 통해 생성되는 CO2, H2O, 그리고 이론 공기 중 N2량을 계산하여 합산합니다.
    $$G_{0w} = V_{CO_2,F} + V_{CO_2,P} + V_{H_2O,P} + V_{N_2,F} + V_{N_2,A}$$

    (단, $$V_{CO_2,F}$$$$: 연료 중 CO2 부피, V_{CO_2,P}$$$$: 연소 생성 CO2 부피, V_{H_2O,P}$$$$: 연소 생성 H2O 부피, V_{N_2,F}$$$$: 연료 중 N2 부피, V_{N_2,A}$$$$: 이론 공기 중 N2 부피) 여기서 각 성분은 다음과 같이 계산됩니다.
    V_{CO_2,P} = CO + CH_4$$
    $$V_{H_2O,P} = H_2 + 2CH_4$$

    $$V_{N_2,A} = \frac{0.79}{0.21} \times (0.5CO + 0.5H_2 + 2CH_4)$$

    $$G_{0w} = 0.01 + (0.08 + 0.37) + (0.50 + 2 \times 0.37) + 0.04 + \frac{0.79}{0.21} \times (0.5 \times 0.08 + 0.5 \times 0.50 + 2 \times 0.37)$$

    $$G_{0w} = 0.01 + 0.45 + (0.50 + 0.74) + 0.04 + \frac{0.79}{0.21} \times (0.04 + 0.25 + 0.74)$$

    $$G_{0w} = 0.01 + 0.45 + 1.24 + 0.04 + \frac{0.79}{0.21} \times 1.03$$

    $$G_{0w} = 5.61476...$$

    $$G_{0w} = 5.61$$
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2. 화염이 공급 공기에 의해 꺼지지 않게 보호하며 선회기 방식과 보염판 방식으로 대별되는 장치는?

  1. 윈드박스
  2. 스테빌라이저
  3. 버너타일
  4. 콤버스터
(정답률: 78%)
  • 스테빌라이저는 버너에서 화염이 공급 공기에 의해 꺼지지 않도록 보호하고 안정화시키는 장치이다.
    오답 노트:
    - 윈드박스: 연소용 공기를 모아 버너로 공급하는 공간이므로 오답.
    - 버너타일: 화염의 형상을 유지하고 연소실을 보호하는 내화물이므로 오답.
    - 콤버스터: 연료와 공기가 혼합되어 연소하는 전체 장치이므로 오답.
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3. 저위발열량이 1784kcal/kg의 석탄을 연소시켜 13200kg/h의 증기를 발생시키는 보일러의 효율은? (단, 석탄의 발열량은 6040kcal/kg이고, 증기의 엔탈피는 742kcal/kg, 급수의 엔탈피는 23kcal/kg이다.)

  1. 64%
  2. 74%
  3. 88%
  4. 94%
(정답률: 62%)
  • 이 문제는 보일러 효율을 계산하는 문제입니다.
    보일러 효율은 증기가 흡수한 유효 열량을 연료가 공급한 총 열량으로 나누어 구합니다.
    에서 '저위발열량이 1784kcal/kg의 석탄을 연소시켜' 부분은 연료 소비량(1784 kg/h)으로 해석하여 계산합니다.
    $$\eta = \frac{M_s \cdot (h_s - h_f)}{M_f \cdot Q_f} \times 100$$

    $$\eta = \frac{13200 kg/h \cdot (742 kcal/kg - 23 kcal/kg)}{1784 kg/h \cdot 6040 kcal/kg} \times 100$$

    $$\eta = 88\%$$
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4. 유압분무식 버너의 특징에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 기름의 점도가 너무 높으면 무화가 나빠진다.
  2. 유지 및 보수가 간단하다.
  3. 대용량의 버너제작이 용이하다.
  4. 분무 유량조절의 범위가 넓다.
(정답률: 70%)
  • 유압분무식 버너는 유량 조절 범위가 좁아 저부하 운전 시 무화가 불량해진다.
    오답 노트
    * 기름의 점도가 너무 높으면 무화가 나빠진다: 점도가 높으면 분무가 어려워 무화가 불량해진다.
    * 유지 및 보수가 간단하다: 구조가 비교적 간단하여 유지 보수가 용이하다.
    * 대용량의 버너제작이 용이하다: 대용량 버너 제작에 적합하다.
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5. 기체 연료의 장점이 아닌 것은?

  1. 연소조절이 용이하다.
  2. 운반과 저장이 용이하다.
  3. 회분이나 매연이 없어 청결하다.
  4. 적은 공기로 완전연소가 가능하다.
(정답률: 85%)
  • 기체 연료는 부피가 크고 압축 또는 액화 저장이 필요하여 운반과 저장이 어렵습니다.
    오답 노트
    연소조절이 용이하다: 기체 연료는 공기와 혼합이 잘 되어 연소 조절이 쉽습니다.
    회분이나 매연이 없어 청결하다: 기체 연료는 연소 시 고형 잔재물이나 그을음이 거의 발생하지 않습니다.
    적은 공기로 완전연소가 가능하다: 기체 연료는 공기와 균일하게 혼합되어 효율적인 완전 연소가 가능합니다.
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6. 연도가스를 분석한 결과 CO2 10.6%, O2 4.4%, CO가 0.0% 이었다. (CO2)max는?

  1. 13.4%
  2. 19.5%
  3. 22.6%
  4. 35.0%
(정답률: 66%)
  • 이 문제는 연소가스 분석 결과를 이용하여 최대 이산화탄소량($$(CO_2)_{max}$$)을 계산하는 문제입니다. 최대 이산화탄소량은 실제 이산화탄소량과 산소량을 이용하여 계산합니다.
    최대 이산화탄소량($$(CO_2)_{max}$$) 공식:
    $$ (CO_2)_{max} = \frac{21}{21 - O_2} × CO_2 $$
    주어진 값을 공식에 대입합니다:
    $$ (CO_2)_{max} = \frac{21}{21 - 4.4} × 10.6 $$
    $$ (CO_2)_{max} = \frac{21}{16.6} × 10.6 $$
    최종 결과는 다음과 같습니다:
    $$ (CO_2)_{max} \approx 13.4 $$
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7. 다음 중 건식집진장치가 아닌 것은?

  1. 사이클론(Cyclone)
  2. 백필터(Bag filter)
  3. 멀티클로(Multiclone)
  4. 사이클론 스크러버(Cyclone scrubber)
(정답률: 68%)
  • 사이클론 스크러버는 물을 사용하여 분진을 포집하는 습식 집진장치입니다.
    오답 노트:
    - 사이클론: 원심력을 이용하여 건조한 상태로 분진을 포집하는 건식 집진장치입니다.
    - 백필터: 여과포를 이용하여 건조한 상태로 분진을 포집하는 건식 집진장치입니다.
    - 멀티클로: 여러 개의 소형 사이클론을 병렬로 연결하여 건조한 상태로 분진을 포집하는 건식 집진장치입니다.
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8. 중유연소에 있어서 화염이 불안정하게 되는 원인이 아닌 것은?

  1. 유압의 변동
  2. 노내 온도가 높을 때
  3. 연소용 공기의 과다(過多)
  4. 물 및 기타 협잡물에 의한 분부의 단속(斷續)
(정답률: 81%)
  • 노내 온도가 높을 때는 연소를 촉진하여 화염을 안정화시키므로 불안정의 원인이 아니다.
    오답 노트
    - 유압의 변동: 연료 공급량과 분무 상태를 불규칙하게 하여 화염을 불안정하게 한다.
    - 연소용 공기의 과다(過多): 화염 온도를 낮추고 연소 반응을 지연시켜 화염을 불안정하게 한다.
    - 물 및 기타 협잡물에 의한 분부의 단속(斷續): 연료 분사를 방해하여 불규칙한 연소를 유발하고 화염을 불안정하게 한다.
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9. 중유에 대한 일반적인 설명으로 틀린 것은?

  1. A 중유는 C 중유보다 점성이 작다.
  2. A 중유는 C 중유보다 수분 함유량이 적다.
  3. 중유는 점도에 따라 A급, B급, C급으로 나뉜다.
  4. C 중유는 소형디젤기관 및 소형보일러에 사용된다.
(정답률: 81%)
  • C 중유는 점성이 높아 소형기관보다는 대형기관이나 산업용 보일러에 주로 사용됩니다.
    오답 노트
    * A 중유는 C 중유보다 점성이 작다: A급 중유는 C급 중유보다 점도가 낮다.
    * A 중유는 C 중유보다 수분 함유량이 적다: A급 중유는 C급 중유보다 불순물 함량이 적다.
    * 중유는 점도에 따라 A급, B급, C급으로 나뉜다: 중유의 일반적인 분류 기준이다.
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10. 순수한 CH4를 건조공기로 연소시키고 난 기체 화합물을 응축기로 보내 수증기를 제거시킨 다음, 나머지 기체를 Orsat법으로 분석한 결과, 부피비로 CO2가 8.21%, CO가 0.41%, O2가 5.02%, N2가 86.36% 이었다. CH4 1kg-mol 당 약 몇 kg-mol의 건조공기가 필요한가?

  1. 7.2kg-mol
  2. 8.5kg-mol
  3. 10.3kg-mol
  4. 12.1kg-mol
(정답률: 44%)
  • CH4를 연소시키면 다음과 같은 반응식이 일어납니다.

    CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

    이 반응식에서 CH4 1mol이 소모되면 2mol의 O2가 필요합니다. 따라서 CH4 1kg-mol을 연소시키기 위해서는 2kg-mol의 O2가 필요합니다.

    분석 결과, 건조공기 100부피당 O2가 5.02%이므로, 건조공기 1부피당 O2는 0.0502부피%입니다. 따라서 2kg-mol의 O2를 공급하기 위해서는 다음과 같은 계산이 필요합니다.

    2kg-mol × (32g/mol) ÷ (22.4L/mol) × (100/0.0502) = 22,684L

    즉, CH4 1kg-mol을 연소시키기 위해서는 22,684L의 건조공기가 필요합니다. 이때, 건조공기와 CH4의 부피비는 다음과 같습니다.

    (22,684L ÷ 1000L) : 1 = x : 1kg-mol

    x = 22.684kg-mol

    따라서, CH4 1kg-mol을 연소시키기 위해서는 약 12.1kg-mol의 건조공기가 필요합니다.
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11. 여과 집진장치의 여과제중 내산성, 내알칼리성 모두 좋은 성질을 지닌 것은?

  1. 테트론
  2. 사란
  3. 비닐론
  4. 글라스
(정답률: 84%)
  • 비닐론은 내산성 및 내알칼리성이 모두 우수하여 화학적 부식에 강한 여과제입니다.
    오답 노트:
    - 테트론: 내알칼리성이 약하여 오답.
    - 사란: 내열성이 낮아 오답.
    - 글라스: 내알칼리성이 약하여 오답.
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12. 이론 공기량의 정의로 옳은 것은?

  1. 연소장치의 공급 가능한 최대의 공기량
  2. 단위량의 연료를 완전 연소시키는 데 필요한 최대의 공기량
  3. 단위량의 연료를 완전 연소시키는 데 필요한 최소의 공기량
  4. 단위량의 연료를 지속적으로 연소시키는 데 필요한 최대의 공기량
(정답률: 81%)
  • 이론 공기량은 단위량의 연료를 완전 연소시키는 데 필요한 최소한의 공기량을 의미합니다.
    오답 노트
    * 연소장치의 공급 가능한 최대의 공기량: 장치 공급량은 이론 공기량과 무관.
    * 단위량의 연료를 완전 연소시키는 데 필요한 최대의 공기량: 최대가 아닌 최소.
    * 단위량의 연료를 지속적으로 연소시키는 데 필요한 최대의 공기량: 최대가 아닌 최소.
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13. 다음 중 매연 측정을 위해 사용하는 것은?

  1. 보염장치
  2. 링겔만 농도표
  3. 레드우드 점도계
  4. 사이클론 장치
(정답률: 87%)
  • 링겔만 농도표는 매연의 농도를 육안으로 비교하여 측정하는 데 사용됩니다.
    오답 노트
    - 보염장치: 불꽃이 꺼지지 않도록 유지하는 장치이므로 오답.
    - 레드우드 점도계: 액체의 점도를 측정하는 장치이므로 오답.
    - 사이클론 장치: 원심력을 이용하여 분진을 제거하는 집진 장치이므로 오답.
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14. 예혼합 연소방식의 특징으로 틀린 것은?

  1. 내부 혼합형이다.
  2. 불꽅의 길이가 확산 연소방식보다 짧다.
  3. 가스와 공기의 사전 혼합형이다.
  4. 역화 위험이 없다.
(정답률: 76%)
  • 예혼합 연소는 연료와 공기가 미리 혼합된 상태에서 연소되므로, 화염 전파 속도와 가스 유속의 불균형으로 인해 역화(flashback) 위험이 매우 높습니다. 따라서 역화 위험이 없다는 설명은 틀린 특징입니다.
    오답 노트
    * 내부 혼합형이다: 연료와 공기가 연소기 내부에서 미리 혼합되는 방식이므로 맞는 설명.
    * 불꽃의 길이가 확산 연소방식보다 짧다: 확산 연소보다 화염이 안정적이고 짧게 형성되므로 맞는 설명.
    * 가스와 공기의 사전 혼합형이다: 예혼합 연소의 정의이므로 맞는 설명.
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15. 어떤 중유 연소보일러의 연소배기가스의 조성이 CO2(SO2포함)=11.6%, CO=0%, O2=6.0%m N2=82.4%이었다. 중유의 분석 결과는 중량단위로 탄소 84.6%, 수소 12.9%, 황 1.6%, 산소 0.9%로서 비중은 0.924이었다. 연소할 때 사용된 공기의 공기비는?

  1. 1.08
  2. 1.18
  3. 1.28
  4. 1.38
(정답률: 33%)
  • 이 문제는 연소 배기가스 분석 결과를 이용하여 공기비를 계산하는 문제입니다. 배기가스 중 질소(N₂)와 과잉 산소(O₂)의 비율을 통해 공기비를 구할 수 있습니다.
    공기비 = 질소(N₂) / (질소(N₂) - 3.76 × 과잉산소(O₂))
    $$ m = \frac{N_2}{N_2 - 3.76 × O_2} $$
    $$ m = \frac{82.4}{82.4 - 3.76 × 6.0} $$
    $$ m = 1.38 $$
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16. 고체연료의 연료비(fuel ratio)를 옳게 나타낸 것은?

  1. 휘발분/고정탄소
  2. 고정탄소/휘발분
  3. 탄소/수소
  4. 수소/탄소
(정답률: 84%)
  • 고체연료의 연료비는 고정탄소 함량을 휘발분 함량으로 나눈 값으로, 연소 특성을 나타내는 중요한 지표입니다.
    오답 노트
    * 휘발분/고정탄소: 연료비는 고정탄소/휘발분이므로 오답.
    * 탄소/수소: 연료비와 무관한 성분 비율이므로 오답.
    * 수소/탄소: 연료비와 무관한 성분 비율이므로 오답.
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17. 탄소 1kg을 연소시키는 데 필요한 공기량은?

  1. 1.87 Nm3/kg
  2. 3.93 Nm3/kg
  3. 8.89 Nm3/kg
  4. 13.51 Nm3/kg
(정답률: 75%)
  • 이 문제는 탄소의 완전 연소 반응식을 통해 필요한 산소의 부피를 구하고, 이를 공기 중 산소의 부피비로 나누어 이론적인 공기량을 계산합니다.
    $$ 탄소 1kg 연소에 필요한 이론 공기량 (Nm³/kg) = (산소의 몰 부피) / (탄소의 몰 질량 × 공기 중 산소의 부피비) $$
    $$ V_{공기} = \frac{V_{O_2, 몰}}{M_C × X_{O_2, 공기}} $$
    $$ V_{공기} = \frac{22.4 \text{ Nm}^3/\text{kmol}}{12 \text{ kg/kmol} × 0.21} $$
    $$ V_{공기} = 8.89 \text{ Nm}^3/\text{kg} $$
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18. 통풍방식 중 평형통풍에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 통풍력이 커서 소음이 심하다.
  2. 안정한 연소를 유지할 수 있다.
  3. 노내 정압을 임의로 조절할 수 있다.
  4. 중형 이상의 보일러에는 사용할 수 없다.
(정답률: 83%)
  • 평형통풍은 대용량 보일러에서 안정적인 연소를 위해 주로 사용되는 방식입니다.
    오답 노트
    * 통풍력이 커서 소음이 심하다: 평형통풍은 강제통풍팬과 유인통풍팬을 모두 사용하여 통풍력이 크고, 이로 인해 소음이 발생할 수 있습니다.
    * 안정한 연소를 유지할 수 있다: 노내 압력을 대기압에 가깝게 유지하여 외부 공기 유입이나 연소가스 누출을 최소화하여 안정적인 연소를 가능하게 합니다.
    * 노내 정압을 임의로 조절할 수 있다: 강제통풍팬과 유인통풍팬의 독립적인 제어를 통해 노내 압력을 정밀하게 조절할 수 있습니다.
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19. 분젠 버너의 가스유속을 빠르게 했을 때 불꽃이 짧아지는 이유는?

  1. 층류 현상이 생기기 때문에
  2. 난류 현상으로 연소가 빨라지기 때문에
  3. 가스와 공기의 혼합이 잘 안되기 때문에
  4. 유속이 빨라서 미처 연소를 못하기 때문에
(정답률: 70%)
  • 가스 유속이 빨라지면 층류에서 난류로 전환되어 가스와 공기의 혼합이 촉진되고 연소 속도가 증가하여 불꽃이 짧아집니다.
    오답 노트
    * 층류 현상이 생기기 때문에: 유속이 빨라지면 층류가 아닌 난류 현상이 발생하여 혼합이 촉진됩니다.
    * 가스와 공기의 혼합이 잘 안되기 때문에: 난류 현상은 가스와 공기의 혼합을 오히려 촉진하여 연소 효율을 높입니다.
    * 유속이 빨라서 미처 연소를 못하기 때문에: 유속이 빨라지면 연소 속도도 빨라져 불꽃이 짧아지는 것이며, 미처 연소하지 못하는 것은 아닙니다.
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20. 배기가스 출구 연도에 댐퍼를 부착하는 주된 이유가 아닌 것은?

  1. 통풍력을 조절한다.
  2. 과잉공기를 조절한다.
  3. 배기가스의 흐름을 차단한다.
  4. 주연도, 부연도가 있는 경우에는 가스의 흐름을 바꾼다.
(정답률: 79%)
  • 댐퍼는 주로 연도 내 배기가스의 흐름과 통풍력을 조절하는 장치이며, 과잉공기 조절은 주로 연소용 공기 공급 측에서 이루어진다.
    오답 노트
    * 통풍력을 조절한다: 댐퍼의 주된 기능 중 하나이므로 오답.
    * 배기가스의 흐름을 차단한다: 댐퍼는 배기가스 흐름을 완전히 막을 수 있으므로 오답.
    * 주연도, 부연도가 있는 경우에는 가스의 흐름을 바꾼다: 댐퍼는 가스 흐름을 전환하는 데 사용되므로 오답.
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2과목: 열역학

21. 이상기체 1몰이 온다가 23℃로 일정하게 유지되는 등온과정으로 부피가 23L에서 45L로 가역 팽창하였을 때 엔트로피 변화는 몇 J/K 인가? (단, -R=8.314kJ/kmolㆍK이다.)

  1. -5.58
  2. 5.58
  3. -1.67
  4. 1.67
(정답률: 53%)
  • 이 문제는 이상기체의 가역 등온 팽창 과정에서의 엔트로피 변화를 계산하는 문제입니다. 이상기체의 가역 등온 과정에서 엔트로피 변화는 몰수, 기체 상수, 그리고 부피 변화의 자연로그 값을 이용하여 계산합니다.
    엔트로피 변화 (ΔS)는 다음과 같습니다.
    $$ ΔS = nR \ln\left(\frac{V_2}{V_1}\right) $$
    여기에 주어진 값을 대입합니다. (단, R은 8.314 J/mol·K로 변환하여 사용합니다.)
    $$ ΔS = (1 \text{ mol}) × (8.314 \text{ J/mol} · \text{K}) × \ln\left(\frac{45 \text{ L}}{23 \text{ L}}\right) $$
    $$ ΔS = 5.58 \text{ J/K} $$
  • 8.314*ln(45/23)=5.58
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22. 출력이 100kW인 디젤 발전기에서 시간당 25kg의 연료를 소모한다. 연료의 발열량이 42000kJ/kg일 때 이 발전기의 전환효율은 얼마인가?

  1. 34%
  2. 40%
  3. 60%
  4. 66%
(정답률: 50%)
  • 이 문제는 디젤 발전기의 전환효율을 구하는 것으로, 발전기의 전기적 출력과 연료가 공급하는 열에너지의 비율을 계산합니다.
    전환효율 = (출력) / (시간당 연료 공급 에너지) × 100%
    $$ \text{전환효율} = \frac{\text{출력 (kW)}}{\frac{\text{시간당 연료 소모량 (kg/h)} × \text{연료 발열량 (kJ/kg)}}{\text{3600 s/h}}} × 100\% $$
    $$ \text{전환효율} = \frac{100 \text{ kW}}{\frac{25 \text{ kg/h} × 42000 \text{ kJ/kg}}{3600 \text{ s/h}}} × 100\% $$
    $$ \text{전환효율} \approx 34.28\% \approx 34\% $$
  • 100/(25/3600*42000)*100%=34%
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23. 압력을 일정하게 유지하면서 15kgm의 이상기체를 300K에서 500K까지 가열하였다. 엔트로피 변화는 몇 KJ/K 인가? (단, 기체상수는 0.189kJ/kgㆍK, 비열비는 1.289이다.)

  1. 5.273
  2. 6.459
  3. 7.441
  4. 8.175
(정답률: 47%)
  • 이 문제는 이상기체의 정압 과정에서의 엔트로피 변화를 계산하는 문제입니다. 이를 위해 먼저 기체상수와 비열비를 이용하여 정압비열을 구한 후, 엔트로피 변화 공식을 적용합니다.
    정압 과정에서의 엔트로피 변화($$Δ S$$)는 질량($$m$$), 정압비열($$C_p$$), 그리고 초기 온도($$T_1$$)와 최종 온도($$T_2$$)의 비의 자연로그를 이용하여 다음과 같이 계산됩니다. 이때 정압비열($$C_p$$)은 기체상수($$R$$)와 비열비($$k$$)를 이용하여 $$C_p = \frac{R · k}{k - 1}$$로 구할 수 있습니다.
    $$ Δ S = m · \left(\frac{R · k}{k - 1}\right) · \ln\left(\frac{T_2}{T_1}\right) $$
    $$ Δ S = 15 · \left(\frac{0.189 · 1.289}{1.289 - 1}\right) · \ln\left(\frac{500}{300}\right) $$
    $$ Δ S = 6.459 \text{ kJ/K} $$
  • 정압과정에 엔트로피 변화량
    ΔH=G*Cp*In(T2/T1)
    R=Cp-Cv, K=CP/Cv
    R=Cp-Cp/K ↔ Cp=(K/K-1)*R=(1.289/1.289-1)*0.189=0.8429
    ∴ ΔH=G*Cp*In(T2/T1)=15*0.8429*In(500/300)=6.459KJ/K
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24. 용기 속에 절대압력이 850kpa, 온도 52℃인 이상기체가 49kg 들어 있다. 이 기체의 일부가 누출되어 용기 내 절대압력이 415kpa, 온도 27℃가 되었다면 밖으로 누출된 기체는 약 몇 kg인가?

  1. 10.4
  2. 23.1
  3. 25.9
  4. 47.6
(정답률: 52%)
  • 이 문제는 이상기체 상태 방정식을 이용하여 용기 내 기체의 초기 및 최종 상태를 비교하여 누출된 기체의 질량을 계산합니다.
    누출 후 기체의 질량(m2)을 구하는 기본 공식은 다음과 같습니다.
    $$m_2 = m_1 \cdot \frac{P_2}{P_1} \cdot \frac{T_1}{T_2}$$

    (여기서 P는 절대압력, T는 절대온도, m은 질량입니다.)
    주어진 값을 공식에 대입합니다.
    $$m_2 = 49 kg \cdot \frac{415 kPa}{850 kPa} \cdot \frac{(52+273) K}{(27+273) K}$$

    $$m_2 = 49 kg \cdot \frac{415}{850} \cdot \frac{325}{300}$$

    계산 결과 누출 후 기체의 질량은 다음과 같습니다.
    $$m_2 \approx 25.9 kg$$

    따라서 밖으로 누출된 기체의 질량은 초기 질량에서 누출 후 질량을 뺀 값입니다.
    $$누출된 기체 질량 = 49 kg - 25.9 kg$$

    $$누출된 기체 질량 = 23.1 kg$$
  • ① 기체상수(R)계산
    PV=GRT
    850*1=49*R*(273+52)
    R=0.0533
    ② 용기내 잔량(G) 계산
    PV=GRT
    415*1=G*0.0533*(273+27)
    G=25.953 KG
    ③ 누출된 기체 계산
    ∵ 누출 기체량=충전량-잔량
    =49-25.953=23.047 kg
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25. 노점온도(dew point temperature)를 가장 옳게 설명한 것은?

  1. 공기, 수증기의 혼합물에서 수증기의 분압에 대한 수증기 과열상태 온도
  2. 공기, 가스의 혼합물에서 가스의 분압에 대한 가스 과열상태 온도
  3. 공기, 수증기의 혼합물을 가열시켰을 때 증기가 없어지는 온도
  4. 공기, 수증기의 혼합물에서 수증기의 분압에 해당하는 수증기 포화온도
(정답률: 69%)
  • 노점온도는 공기-수증기 혼합물에서 수증기의 분압에 해당하는 수증기 포화온도로, 이 온도 이하로 냉각되면 수증기가 응결하기 시작합니다.
    오답 노트:
    * 공기, 수증기의 혼합물에서 수증기의 분압에 대한 수증기 과열상태 온도: 과열상태가 아닌 포화상태에서 응결이 시작되므로 오답.
    * 공기, 가스의 혼합물에서 가스의 분압에 대한 가스 과열상태 온도: 수증기가 아닌 가스에 대한 설명이며, 과열상태가 아니므로 오답.
    * 공기, 수증기의 혼합물을 가열시켰을 때 증기가 없어지는 온도: 가열이 아니라 냉각시켰을 때 응결이 시작되는 온도이므로 오답.
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26. 이상적인 증기압축 냉동사이클에서 증발온도가 동일하고 응축온도가 아래와 같을 때 성능계수가 가장 큰 경우는?

  1. 15℃
  2. 20℃
  3. 30℃
  4. 25℃
(정답률: 67%)
  • 이 문제는 이상적인 증기압축 냉동사이클의 성능계수(COP)가 증발온도와 응축온도에 어떻게 영향을 받는지 묻는 문제입니다. 성능계수는 증발온도와 응축온도 차이에 반비례합니다.
    성능계수 (COP) 공식:
    $$ COP_R = \frac{T_L}{T_H - T_L} $$
    여기서 T_L은 증발온도(절대온도), T_H는 응축온도(절대온도)입니다.
    해설:
    증발온도(T_L)가 동일할 때, 성능계수(COP_R)가 가장 크려면 분모인 응축온도와 증발온도의 차이(T_H - T_L)가 가장 작아야 합니다. 이는 응축온도(T_H)가 가장 낮을 때 발생합니다. 주어진 보기 중 가장 낮은 응축온도는 15℃이므로, 이때 성능계수가 가장 큽니다.
    오답 노트:
    - 20℃: 15℃보다 응축온도가 높아 증발온도와의 차이가 커지므로 성능계수가 낮아집니다.
    - 30℃: 15℃보다 응축온도가 높아 증발온도와의 차이가 커지므로 성능계수가 낮아집니다.
    - 25℃: 15℃보다 응축온도가 높아 증발온도와의 차이가 커지므로 성능계수가 낮아집니다.
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27. 다음의 열역학 선도 중 몰리 에선도(Mollier chart)를 나타낸 것은?

  1. P - V
  2. T - S
  3. H - P
  4. H - S
(정답률: 61%)
  • 몰리에 선도(Mollier chart)는 엔탈피(H)를 y축에, 엔트로피(S)를 x축에 나타내는 열역학 선도입니다.
    오답 노트
    * P - V: 압력-부피 선도로, 주로 이상 기체의 상태 변화나 일의 양을 나타낼 때 사용되므로 오답.
    * T - S: 온도-엔트로피 선도로, 열기관의 효율 분석에 주로 사용되므로 오답.
    * H - P: 엔탈피-압력 선도로, 냉동 사이클 분석에 주로 사용되므로 오답.
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28. 공기 온도가 15℃, 대기압이 758.7mmHg인 때에 습도계로 공기중의 증기의 분압이 9.5mmHg임을 알았다. 건조공기의 밀도는 얼마인가? (단, 0℃, 760mmHg때의 건조공기의 밀도는 1.293kg/m3이다.)

  1. 1.02kg/m3
  2. 1.21kg/m3
  3. 1.40kg/m3
  4. 1.61kg/m3
(정답률: 54%)
  • 이 문제는 이상기체 상태 방정식을 이용하여 건조공기의 밀도를 계산합니다.
    주어진 조건에서 건조공기의 부분압력을 먼저 구한 후, 표준 상태의 밀도와 압력, 온도를 보정하여 현재 밀도를 산출합니다.
    $$\rho = \rho_0 \cdot \frac{P}{P_0} \cdot \frac{T_0}{T}$$

    $$\rho = 1.293 \cdot \frac{758.7 - 9.5}{760} \cdot \frac{273.15}{273.15 + 15}$$

    $$\rho = 1.21 kg/m^3$$
  • PV=GRT
    P=G/V RT=ρ RT
    ∴건조공기의 밀도(ρ)=P/RT
    =｛(758.7-9.5/760)*10332｝÷｛848/29*(273+15)｝=1.209kg/m3
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29. 공기를 왕복식 압축기를 사용하여 1기압에서 9기압으로 압축한다. 이 경우에 압축에 소요되는 일을 가장 작게 하기 위해서는 중간단의 압력을 다음 중 어느 정도로 하는 것이 가장 적당한가?

  1. 2기압
  2. 3기압
  3. 4기압
  4. 5기압
(정답률: 66%)
  • 왕복식 압축기에서 다단 압축 시 압축에 소요되는 일을 최소화하려면 각 단의 압력비가 동일해야 합니다. 따라서 중간단 압력은 초기 압력과 최종 압력의 기하평균일 때 압축일이 최소가 됩니다.
    $$ 중간단 압력 = √(초기 압력 × 최종 압력) $$
    $$ P_{중간} = \sqrt{P_{초기} × P_{최종}} $$
    $$ P_{중간} = \sqrt{1 × 9} $$
    $$ P_{중간} = 3 $$
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30. 물에 관한 다음 설명 중 틀린 것은?

  1. 물은 4℃ 부근에서 비체적이 최대가 된다.
  2. 물이 얼어 고체가 되면 밀도가 감소한다.
  3. 임계온도보다 높은 온도에서는 액상과 기상을 구분할 수 없다.
  4. 액체상태의 물을 가열하여 온도가 상승하는 경우, 이 때 공급한 열을 현열이라고 한다.
(정답률: 62%)
  • 물은 4℃에서 밀도가 최대이므로 비체적은 최소가 됩니다.
    오답 노트:
    - 물이 얼어 고체가 되면 밀도가 감소한다: 얼음은 물보다 밀도가 낮아 물 위에 뜹니다.
    - 임계온도보다 높은 온도에서는 액상과 기상을 구분할 수 없다: 임계온도 이상에서는 초임계 유체 상태로 존재합니다.
    - 액체상태의 물을 가열하여 온도가 상승하는 경우, 이 때 공급한 열을 현열이라고 한다: 현열은 물질의 상변화 없이 온도 변화를 일으키는 열입니다.
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31. 동일한 압력에서 100℃, 3kg의 수증기와 0℃, 3kg의 물의 엔탈피 차이를 몇 kJ인가? (가. 평균정압비열은 4.18kJ/kgㆍK이고, 100℃에서 증발잠열은 2250kJ/kg이다.)

  1. 638
  2. 1918
  3. 2668
  4. 8005
(정답률: 48%)
  • 이 문제는 물의 현열 변화와 잠열 변화를 합산하여 총 엔탈피 차이를 구합니다.
    총 엔탈피 변화 = (질량 × 정압비열 × 온도 변화) + (질량 × 증발 잠열)
    $$ Δ H = m · c_p · Δ T + m · h_{fg} $$
    $$ Δ H = (3 \text{ kg} · 4.18 \text{ kJ/kg} · \text{K} · (100 - 0) \text{ K}) + (3 \text{ kg} · 2250 \text{ kJ/kg}) $$
    $$ Δ H = 8004 \text{ kJ} $$
  • 수증기의 엔탈피H=현열+증발잠열
    =m*Cp*Δt+mRw
    =3*4.18*(100-0)+3*2250
    =8005kJ
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32. 다음 중 터빈에서 증기의 일부를 배출하여 급수를 가열하는 증기사이클은?

  1. 사바테 사이클
  2. 재생 사이클
  3. 재열 사이클
  4. 오토 사이클
(정답률: 62%)
  • 재생 사이클은 터빈에서 팽창 중인 증기의 일부를 추출하여 급수를 예열함으로써 열효율을 향상시키는 증기사이클입니다.
    오답 노트
    - 사바테 사이클: 내연기관의 복합 사이클로 증기사이클이 아니므로 오답.
    - 재열 사이클: 터빈에서 팽창 중인 증기를 재가열하여 터빈으로 다시 보내는 사이클이므로 오답.
    - 오토 사이클: 가솔린 기관의 이론 사이클로 증기사이클이 아니므로 오답.
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33. 다음 중 물의 임계압력에 가장 가까운 값은?

  1. 1.03kPa
  2. 100kPa
  3. 22MPa
  4. 63MPa
(정답률: 71%)
  • 물의 임계압력은 22.06 MPa (약 22.1 MPa)로, 액체와 기체 상태의 구분이 사라지는 임계점에서 가지는 압력입니다.
    오답 노트
    - 1.03kPa: 이는 대기압(약 101.3 kPa)보다 훨씬 낮은 압력으로 오답.
    - 100kPa: 이는 약 1기압(101.325 kPa)에 해당하는 압력으로 오답.
    - 63MPa: 이는 물의 임계압력인 22.06 MPa보다 훨씬 높은 압력으로 오답.
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34. 30℃와 100℃ 사이에서 냉동기를 가동시키는 경우 최대의 성능계수(COP)는 약 얼마인가?

  1. 2.33
  2. 3.33
  3. 4.33
  4. 5.33
(정답률: 60%)
  • 이 문제는 카르노 냉동기의 최대 성능계수(COP)를 구하는 문제입니다.
    냉동기 성능계수 (COP_R) = T_L / (T_H - T_L)
    $$ COP_R = \frac{T_L}{T_H - T_L} $$
    $$ COP_R = \frac{30 + 273}{(100 + 273) - (30 + 273)} $$
    $$ COP_R = 4.33 $$
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35. 200℃, 2MPa의 질소 5kg을 정압과정으로 체적이 1/2 이 될 때까지 냉각하는데 필요한 열량은 약 얼마인가? (단, 질소의 비열비는 1.4, 기체상수는 0.297kJ/kgㆍK이다.)

  1. -822kJ
  2. -1230kJ
  3. -1630kJ
  4. -2450kJ
(정답률: 48%)
  • 이 문제는 정압과정에서의 열량 계산 문제입니다.
    이상기체 상태방정식을 이용하여 최종 온도를 구하고, 비열비와 기체상수를 통해 정압비열을 계산한 후, 열량 공식을 적용합니다.
    $$Q = m \cdot C_p \cdot (T_2 - T_1)$$

    $$C_p = \frac{k \cdot R}{k - 1}$$

    $$T_2 = T_1 \cdot \frac{V_2}{V_1}$$

    $$T_1 = 200 + 273.15 = 473.15$$

    $$T_2 = 473.15 \cdot 0.5 = 236.575$$

    $$C_p = \frac{1.4 \cdot 0.297}{1.4 - 1} = 1.0395$$

    $$Q = 5 \cdot 1.0395 \cdot (236.575 - 473.15)$$

    $$Q = -1230.39$$
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36. 그림은 디젤 사이클의 P - V 선도이다. 단절비(cut-off ratio)에 해당하는 것은? (단, P는 압력, V는 체적이다.)

  1. V1/V2
  2. V3/V2
  3. V4/V3
  4. V4/V2
(정답률: 62%)
  • 디젤 사이클에서 단절비는 정압 가열 과정 후의 체적을 정압 가열 과정 전의 체적으로 나눈 값입니다.
    오답 노트:
    - V₁/V₂: 압축비의 역수이므로 오답. 압축비는 V₁/V₂이다.
    - V₄/V₃: 팽창비와 관련이 있으나 단절비는 아니므로 오답.
    - V₄/V₂: 디젤 사이클의 특정 비율을 나타내지 않으므로 오답.
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37. 냉동능력을 나타내는 단위로 0℃의 물을 24시간 동안에 0℃의 얼음으로 만드는 능력을 무엇이라 하는가?

  1. 냉동효과
  2. 냉동마력
  3. 냉동톤
  4. 냉동률
(정답률: 83%)
  • 냉동톤은 0℃의 물을 24시간 동안 0℃의 얼음으로 만드는 데 필요한 냉동능력을 나타내는 단위입니다.
    오답 노트:
    - 냉동효과: 냉동사이클에서 실제로 얻어지는 유효한 냉동량을 의미하므로 오답.
    - 냉동마력: 냉동기의 압축기 동력을 나타내는 단위로, 냉동능력 단위와는 다릅니다.
    - 냉동률: 냉동능력을 나타내는 일반적인 단위가 아니므로 오답.
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38. 다음 그림은 어떤 사이클에 가장 가까운가?

  1. 디젤 사이클
  2. 냉동 사이클
  3. 오토 사이클
  4. 랭킨 사이클
(정답률: 79%)
  • 주어진 T-S 선도(온도-엔트로피 선도)는 증기 터빈 발전소에서 사용되는 증기 동력 사이클인 랭킨 사이클의 전형적인 형태를 나타냅니다.
    이 사이클은 펌프(A→B, 등엔트로피 압축), 보일러(B→C→D→E, 정압 가열 및 증발, 과열), 터빈(E→F, 등엔트로피 팽창), 응축기(F→A, 정압 응축)의 4가지 주요 과정으로 구성되며, 이는 증기의 상변화를 포함하는 랭킨 사이클의 특징입니다.
    오답 노트:
    - 디젤 사이클: 내연기관의 가스 동력 사이클로, 정압 가열 과정이 있으나 상변화가 없으며 T-S 선도 형태가 다릅니다.
    - 냉동 사이클: 열을 저온에서 고온으로 이동시키는 사이클로, 일반적으로 랭킨 사이클의 역방향으로 작동하며 T-S 선도에서 사이클의 방향이 반대입니다.
    - 오토 사이클: 내연기관의 가스 동력 사이클로, 정적 가열 과정이 있으며 상변화가 없고 T-S 선도 형태가 다릅니다.
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39. 동일한 압력하에서 포화수, 건포화증기의 비체적을 각각 V', V"로 하고, 건도 x의 습증기의 비체적을 Vx로 할 때 건도 x는 어떻게 표시되는가?

(정답률: 60%)
  • 습증기의 비체적은 포화수와 건포화증기의 비체적을 건도 x에 따라 가중 평균한 값으로 표현됩니다. 이를 통해 건도 x를 비체적 관계식으로 유도할 수 있습니다.
    습증기 비체적의 정의:
    $$ V_x = V' + x(V'' - V') $$
    건도 x에 대해 정리:
    $$ V_x - V' = x(V'' - V') $$
    최종 건도 x 공식:
    $$ x = \frac{V_x - V'}{V'' - V'} $$
    오답 노트:
    - 해당 보기는 건도 x를 나타내는 올바른 비체적 관계식이 아니므로 오답입니다.
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40. 엔탈피가 326kJ/kg인 어떤 기체가 노들을 통하여 단열적으로 팽창되어 비엔탈피가 322kJ/kg으로 되어 나간다. 유입 속도를 무시할 때 유출 속도는 몇 m/s인가?

  1. 4.4
  2. 22.6
  3. 64.7
  4. 89.4
(정답률: 52%)
  • 이 문제는 노즐을 통한 단열 팽창 시의 유출 속도를 구하는 것으로, 정상 유동 에너지 방정식의 간략화된 형태를 적용합니다.
    유출 속도
    $$ v_2 = \sqrt{2(h_1 - h_2)} $$
    $$ v_2 = \sqrt{2 × (326000 - 322000)} $$
    $$ v_2 = 89.4 $$
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3과목: 계측방법

41. 연속동작으로 잔류편차(off-set) 현상이 발생하는 제어동작은?

  1. 온-오프(on-off)2위치 동작
  2. 비례동작(P동작)
  3. 비례적분동작(PI동작)
  4. 비례적분미분동작(PID동작)
(정답률: 55%)
  • 비례동작(P동작)은 제어량과 목표값의 편차에 비례하여 조작량을 결정하므로, 목표값과 제어량 사이에 잔류편차(off-set)가 발생합니다.
    오답 노트
    * 온-오프(on-off)2위치 동작: 설정값 주변에서 진동하며, 잔류편차보다는 히스테리시스에 의한 오차가 발생합니다.
    * 비례적분동작(PI동작): 적분동작으로 잔류편차를 제거합니다.
    * 비례적분미분동작(PID동작): 적분동작으로 잔류편차를 제거합니다.
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42. 다음 중 물리적 가스 분석법으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 적외선 흡수식
  2. 열전도율식
  3. 연소열식
  4. 자기식
(정답률: 65%)
  • 연소열식은 가스의 연소 반응을 이용하는 화학적 분석법이므로 물리적 가스 분석법과 거리가 멀다.
    오답 노트:
    - 적외선 흡수식: 가스의 적외선 흡수 특성을 이용하는 물리적 분석법.
    - 열전도율식: 가스의 열전도율 변화를 이용하는 물리적 분석법.
    - 자기식: 가스의 자기적 성질을 이용하는 물리적 분석법.
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43. 산소의 농도를 측정할 때 기전력을 이용하여 분석, 계측하는 분석계는?

  1. 자기식 O2계
  2. 세라믹식 O2계
  3. 연소식 O2계
  4. 밀도식 O2계
(정답률: 71%)
  • 세라믹식 O₂계는 지르코니아(ZrO₂)와 같은 고체 전해질 세라믹을 이용하여 산소 분압차에 의해 발생하는 기전력을 측정하여 산소 농도를 분석합니다.
    오답 노트:
    자기식 O₂계: 산소의 상자성을 이용하므로 오답.
    연소식 O₂계: 가연성 가스와 산소의 연소열을 이용하므로 오답.
    밀도식 O₂계: 기체의 밀도 차이를 이용하므로 오답.
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44. 다음 중 압전 저항효과를 이용한 압력계는?

  1. 액주형 압력계
  2. 아네로이드 압력계
  3. 박막식 압력계
  4. 스트레인게이지식 압력계
(정답률: 72%)
  • 스트레인게이지식 압력계는 압력이 가해질 때 스트레인게이지의 전기 저항이 변하는 압전 저항효과를 이용하여 압력을 측정합니다.
    오답 노트:
    - 액주형 압력계: 액체의 높이 차이를 이용하는 정역학적 원리이므로 오답.
    - 아네로이드 압력계: 탄성체의 변형에 따른 기계적 변위를 이용하므로 오답.
    - 박막식 압력계: 박막의 변형을 정전용량 변화 등으로 측정하는 방식이므로 오답.
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45. 부자식(float)면적 유량계에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 압력손실이 적다.
  2. 정밀측정에는 부적당하다.
  3. 대유량의 측정에 적합하다.
  4. 수직배관에만 적용이 가능하다.
(정답률: 56%)
  • 부자식(float) 면적 유량계는 주로 소유량에서 중유량 측정에 사용되며, 대유량 측정에는 적합하지 않습니다.
    오답 노트:
    - 압력손실이 적다: 부자식 유량계는 오리피스 유량계 등에 비해 압력 손실이 적으므로 오답.
    - 정밀측정에는 부적당하다: 부자식 유량계는 정밀도가 낮아 정밀 측정에는 부적합하므로 오답.
    - 수직배관에만 적용이 가능하다: 부자식 유량계는 부자의 위치가 중력의 영향을 받으므로 수직 배관에만 설치 가능하므로 오답.
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46. 개방형 마노미터로 측정한 공기의 압력은 150mmH2O일 때, 이 공기의 절대압력은?

  1. 약 150 kg/m2
  2. 약 150 kg/cm2
  3. 약 151.033 kg/cm2
  4. 약 10480 kg/m2
(정답률: 52%)
  • 이 문제는 개방형 마노미터로 측정한 게이지 압력과 대기압을 합산하여 절대압력을 구하는 문제입니다.
    절대압력은 게이지 압력과 대기압의 합입니다.
    $$ P_{절대} = P_{게이지} + P_{대기} $$
    게이지 압력 (P_게이지) 150 mmH2O는 150 kg/m2와 같습니다 (1 mmH2O = 1 kg/m2). 표준 대기압 (P_대기)은 약 10330 kg/m2입니다.
    $$ P_{절대} = 150 \text{ kg/m}^2 + 10330 \text{ kg/m}^2 $$
    $$ P_{절대} = 10480 \text{ kg/m}^2 $$
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47. 전기저항 온도계의 특징에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 자동기록이 가능하다.
  2. 원격측정이 용이하다.
  3. 700℃ 이상의 고온측정에서 특히 정확하다.
  4. 온도가 상승함에 따라 금속의 전기 저항이 증가하는 현상을 이용한 것이다.
(정답률: 80%)
  • 전기저항 온도계는 700℃ 이상의 고온 측정에서는 열전대(thermocouple)에 비해 정확도와 안정성이 떨어지므로, 해당 보기의 설명은 틀렸습니다.
    오답 노트
    * 자동기록이 가능하다: 전기적 신호를 이용하므로 자동기록 및 제어가 용이합니다.
    * 원격측정이 용이하다: 전기적 신호를 전송하여 멀리 떨어진 곳에서도 측정이 가능합니다.
    * 온도가 상승함에 따라 금속의 전기 저항이 증가하는 현상을 이용한 것이다: 금속의 전기 저항은 온도가 올라감에 따라 증가하는 특성을 이용합니다.
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48. 서로 다른 2개의 금속판을 접합시켜서 만든 바이메탈 온도계의 기본 작동원리는?

  1. 두 금속판의 비열의 차
  2. 두 금속판의 열전도도의 차
  3. 두 금속판의 열팽창계수의 차
  4. 두 금속판의 기계적 강도의 차
(정답률: 77%)
  • 서로 다른 금속의 열팽창계수 차이로 인해 온도 변화 시 팽창하는 정도가 달라져 휘어지는 현상을 이용합니다.
    오답 노트:
    - 두 금속판의 비열의 차: 비열은 온도 변화에 따른 굽힘 현상과 직접적인 관련이 없어 오답.
    - 두 금속판의 열전도도의 차: 열전도도는 온도 변화에 따른 굽힘 현상과 직접적인 관련이 없어 오답.
    - 두 금속판의 기계적 강도의 차: 기계적 강도는 온도 변화에 따른 굽힘 현상과 직접적인 관련이 없어 오답.
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49. 휴대용으로 상온에서 비교적 정도가 좋은 이스만(Asman) 습도계는 다음 중 어디에 속하는가?

  1. 간이 건습구 습도계
  2. 저항 습도계
  3. 통풍형 견습구 습도계
  4. 냉각식 노점계
(정답률: 75%)
  • 이스만 습도계는 건구와 습구 온도계에 강제 통풍 장치를 결합하여 증발 냉각 원리로 습도를 측정하는 통풍형 건습구 습도계이다.
    * 간이 건습구 습도계: 강제 통풍 장치가 없어 정도가 떨어지므로 오답.
    * 저항 습도계: 전기 저항 변화를 이용하는 방식이므로 오답.
    * 냉각식 노점계: 거울을 냉각하여 노점을 측정하는 방식이므로 오답.
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50. 밀폐된 관에 수은 등과 같은 액체나 기체를 봉입한 것으로 온도에 따라 체적 변화를 일으켜 관내에 생기는 압력의 변화를 이용하여 온도를 측정하는 특징의 온도계 종류로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 차압식
  2. 기포식
  3. 부자식
  4. 액저압식
(정답률: 64%)
  • 부자식은 액면계의 일종으로, 온도가 아닌 액체의 높이를 측정하는 방식이므로 문제에서 설명하는 온도계의 특징과 가장 거리가 멀다.
    오답 노트:
    - 차압식: 밀폐된 유체의 체적 변화에 따른 압력 차이를 이용하여 온도를 측정하는 방식이다.
    - 기포식: 밀폐된 기체의 체적 변화에 따른 압력 변화를 이용하여 온도를 측정하는 방식이다.
    - 액저압식: 밀폐된 액체의 체적 변화에 따른 압력 변화를 이용하여 온도를 측정하는 방식이다.
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51. 다이얼게이지를 이용하여 두께를 측정하는 방법 등이 이에 해당하며, 정확한 기준과 비교 측정하여 측정기 자신의 부정확한 원인이 되는 오차를 제거하기 위하여 사용되는 방법은?

  1. 편위법
  2. 영위법
  3. 치환법
  4. 보상법
(정답률: 55%)
  • 치환법은 측정기 자체의 오차를 상쇄하기 위해 표준기와 측정 대상을 동일한 측정기로 번갈아 측정하여 비교하는 방법입니다.
    * 편위법: 측정량에 비례하여 지시값이 직접 변하는 것을 읽는 직접 측정법이므로 오답.
    * 영위법: 측정량을 표준량과 비교하여 지시값이 0이 되도록 평형을 맞추는 방법이므로 오답.
    * 보상법: 측정 오차를 상쇄하기 위해 의도적으로 반대 효과를 주는 방법이므로 오답.
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52. 정도가 높고 내열성은 강하나 환원성분위기나 금속증기 중에는 약한 특징의 열전대는?

  1. 구리-콘스탄탄
  2. 철-콘스탄탄
  3. 크로멜-알루멜
  4. 백금-백금ㆍ로듐
(정답률: 73%)
  • 백금-백금ㆍ로듐 열전대는 고온에서 안정적이고 정밀도가 높지만, 환원성 분위기나 금속 증기에 취약한 특성을 가집니다.
    오답 노트:
    - 구리-콘스탄탄: 저온용 열전대로 내열성이 강하지 않아 오답.
    - 철-콘스탄탄: 고온에서 철의 산화로 인해 사용이 제한되어 내열성이 강하다고 보기 어려워 오답.
    - 크로멜-알루멜: 비교적 넓은 온도 범위에서 사용되지만, 백금계 열전대만큼의 내열성과 정밀도를 가지지 않아 오답.
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53. 산소(O2)를 측정하기 위한 가스분석기의 산소 분압이 양극에서 0.5kg/cm2, 음극에서 1.0kg/cm2로 각각 측정되었을 때 양극사이의 기전력은?

  1. 16.8 mV
  2. 15.7 mV
  3. 14.6 mV
  4. 13.5 mV
(정답률: 34%)
  • 이 문제는 산소 농도차 전지의 네른스트 방정식을 적용하여 기전력을 구합니다.
    $$E = \frac{RT}{nF} \ln \frac{P_{ref}}{P_{meas}}$$

    $$E = \frac{8.314 \times 1124.5}{4 \times 96485} \ln \frac{1.0}{0.5}$$

    $$E = 16.8 mV$$
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54. 제어계의 난이도가 큰 경우 가장 적합한 제어동작은?

  1. 헌팅동작
  2. PD동작
  3. ID동작
  4. PID동작
(정답률: 85%)
  • PID 제어는 비례(P), 적분(I), 미분(D) 세 가지 요소를 모두 사용하여 제어계의 안정성, 응답 속도, 정상 상태 오차 제거 등 가장 포괄적이고 정밀한 제어를 제공하므로 난이도가 큰 경우에 가장 적합합니다.
    오답 노트:
    - 헌팅동작: 제어량이 목표값을 중심으로 계속 진동하는 불안정한 상태를 의미하므로 제어동작 자체가 될 수 없어 오답.
    - PD동작: 정상 상태 오차를 제거하는 적분(I) 요소가 없어 오답.
    - ID동작: 초기 응답 속도를 개선하는 비례(P) 요소가 없어 오답.
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55. 다음 그림은 열전대의 결선방법과 냉접점을 나타낸 것이다. 냉접점을 표시하는 부분은?

  1. A
  2. B
  3. C
  4. D
(정답률: 74%)
  • C는 열전대 회로에서 기준 온도를 유지하며 측정 접점과 전압계 사이에 위치하는 냉접점입니다.
    오답 노트:
    - A: 측정 접점(열접점)이므로 오답.
    - B: 열전대와 냉접점 사이의 연장 도선이므로 오답.
    - D: 전압을 측정하는 지시계(측정기)이므로 오답.
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56. 자동제어계에서 안정성의 척도가 되는 것은?

  1. 감쇠
  2. 정상편차
  3. 지연시간
  4. 오버슈트(overshoot)
(정답률: 72%)
  • 오버슈트는 시스템의 과도 응답 특성 중 하나로, 목표값을 초과하여 진동하는 정도를 나타내며, 이는 시스템의 상대적 안정성을 평가하는 중요한 척도입니다.
    오답 노트
    - 감쇠: 시스템의 진동을 줄이는 특성으로, 안정성을 결정하는 요소이지 직접적인 척도는 아닙니다.
    - 정상편차: 시스템의 최종 출력과 목표값 사이의 오차를 나타내는 것으로, 정확도에 대한 척도이지 안정성의 척도는 아닙니다.
    - 지연시간: 응답이 최종 값의 50%에 도달하는 데 걸리는 시간으로, 응답 속도에 대한 척도이지 안정성의 척도는 아닙니다.
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57. 다음 중 액주식(液柱式) 압력계가 아닌 것은?

  1. U자관 압력계
  2. 단관식 압력계
  3. 링밸런스식 압력계
  4. 격막식(diaphragm) 압력계
(정답률: 63%)
  • 격막식 압력계는 액체의 높이가 아닌 격막의 변형을 이용하여 압력을 측정합니다.
    오답 노트
    - U자관 압력계: 액주식 압력계의 한 종류이므로 오답.
    - 단관식 압력계: 액주식 압력계의 한 종류이므로 오답.
    - 링밸런스식 압력계: 액주식 압력계의 한 종류이므로 오답.
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58. 열전대 재료의 구비 조건으로 틀린 것은?

  1. 장시간 사용에 견디며 이력현상(履歷現像)이 없을 것
  2. 내열성으로 고온에도 기계적 강도를 가지고 고온의 공기나 가스 중에서 내식성이 좋을 것
  3. 재생도가 높고 제조와 가공이 용이할 것
  4. 열기전력이 적고 온도상승에 따라 연속적으로 상승하지 않을 것
(정답률: 78%)
  • 열전대 재료는 온도 변화에 따라 열기전력이 크고 연속적으로 변화해야 정확한 온도 측정이 가능합니다.
    오답 노트:
    - 장시간 사용에 견디며 이력현상(履歷現像)이 없을 것: 장시간 안정적인 측정에 필요한 조건.
    - 내열성으로 고온에도 기계적 강도를 가지고 고온의 공기나 가스 중에서 내식성이 좋을 것: 고온 환경 사용에 필수적인 조건.
    - 재생도가 높고 제조와 가공이 용이할 것: 경제성과 실용성을 위한 조건.
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59. 오차와 관련된 설명으로 틀린 것은?

  1. 흩어짐이 큰 측정을 정밀하다고 한다.
  2. 오차가 적은 계량기는 정확도가 높다.
  3. 계축기가 가지고 있는 고유의 오차를 기차라고 한다.
  4. 눈금을 읽을 때 시선의 방향에 따른 오차를 시차라고 한다.
(정답률: 85%)
  • 정밀도는 측정값들이 서로 얼마나 가깝게 모여 있는지를 나타내며, 흩어짐이 작을수록 정밀하다고 합니다.
    오답 노트:
    * 오차가 적은 계량기는 정확도가 높다: 정확도는 측정값이 참값에 얼마나 가까운지를 나타내므로, 오차가 적을수록 정확도가 높다.
    * 계축기가 가지고 있는 고유의 오차를 기차라고 한다: 기차는 측정 기기 자체의 결함이나 특성으로 인해 발생하는 고유한 오차이다.
    * 눈금을 읽을 때 시선의 방향에 따른 오차를 시차라고 한다: 시차는 측정 기기의 눈금을 읽을 때 시선이 수직이 아닌 비스듬한 방향에서 보게 되어 발생하는 오차이다.
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60. 피토우관에서 얻은 압력차 △P(kg/m2)와 흐르는 유체의 유량 W(m3/s)와의 관계는? (단, k는 정수, g는 중력가속도(9.8m/s2), r은 유체의 비중량(kg/m3), A는 측정관의 단면적(m2)을 나타낸다.)

(정답률: 70%)
  • 피토우관의 원리와 베르누이 방정식을 이용하여 유체의 속도와 유량을 구하는 문제입니다.
    유체의 속도(v)는 압력차(△P)와 유체의 밀도(ρ)를 이용하여 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
    $$ v = \sqrt{\frac{2 Δ P}{ρ}} $$
    유체의 밀도(ρ)는 비중량(r)과 중력가속도(g)의 관계를 통해 다음과 같이 표현됩니다.
    $$ ρ = \frac{r}{g} $$
    위 두 식을 결합하여 유체의 속도(v)를 비중량(r)으로 나타내면 다음과 같습니다.
    $$ v = \sqrt{\frac{2g Δ P}{r}} $$
    유량(W)은 유체의 속도(v)에 측정관의 단면적(A)을 곱한 값이며, 피토우관의 특성을 반영하는 계수(k)를 포함하여 최종적으로 다음과 같이 표현됩니다.
    $$ W = k A \sqrt{\frac{2g Δ P}{r}} $$
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4과목: 열설비재료 및 관계법규

61. 에너지다소비사업자는 산업통상자원부령으로 정하는 바에 따라 에너지사용기자재의 현황을 매년 언제까지 시ㆍ도지사에게 신고하여야 하는가?

  1. 12월 31일까지
  2. 1월 31일까지
  3. 2월 말까지
  4. 3월 31일까지
(정답률: 81%)
  • 에너지다소비사업자의 에너지사용기자재 현황 신고 기한은 산업통상자원부령에 따라 매년 1월 31일까지로 규정되어 있습니다.
    오답 노트:
    * 12월 31일까지: 해당 연도의 마지막 날로, 다음 해 1월 31일까지 신고해야 하는 규정과 맞지 않아 오답.
    * 2월 말까지: 법정 신고 기한인 1월 31일보다 늦으므로 오답.
    * 3월 31일까지: 법정 신고 기한인 1월 31일보다 훨씬 늦으므로 오답.
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62. 사용압력이 비교적 낮은 증기, 물 등의 유체 수송관에 사용하며, 백관과 흑관으로 구분되는 강관은?

  1. SPP
  2. SPPH
  3. SPHT
  4. SPA
(정답률: 72%)
  • SPP는 사용압력이 낮은 증기, 물 등의 유체 수송에 사용되는 일반 배관용 강관으로, 백관과 흑관으로 구분됩니다.
    오답 노트
    * SPPH: 고압용 강관이므로 오답.
    * SPHT: 고온용 강관이므로 오답.
    * SPA: 일반적인 강관 분류에 해당하지 않으므로 오답.
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63. 내화물에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 샤모트질 벽돌은 카올린을 미리 SK10~14 정도로 1차 소성하여 탈수 후 분쇄한 것으로서 고온에서 광물상을 안정화한 것이다.
  2. 제겔콘 22번의 내화도는 1530℃이며, 내화물은 제겔콘 26번 이상의 내화도를 가진 벽돌을 말한다.
  3. 중성질 내화물은 고알루미나질, 탄소질, 탄화규소질, 크롬질 내화물이 있다.
  4. 용융내화물은 원료를 일단 용융상태로 한 다음에 주조한 내화물이다.
(정답률: 75%)
  • 내화물은 일반적으로 1500℃ 이상의 고온을 견딜 수 있는 재료를 의미하며, 제겔콘 18번(약 1500℃) 이상의 내화도를 가진 재료도 내화물로 분류될 수 있습니다. 따라서 내화물을 제겔콘 26번(약 1580℃) 이상으로만 한정하는 것은 일반적인 정의와 다릅니다.
    오답 노트:
    샤모트질 벽돌은 카올린을 미리 SK10~14 정도로 1차 소성하여 탈수 후 분쇄한 것으로서 고온에서 광물상을 안정화한 것이다: 샤모트질 벽돌의 제조 과정과 목적에 대한 정확한 설명이므로 오답.
    중성질 내화물은 고알루미나질, 탄소질, 탄화규소질, 크롬질 내화물이 있다: 중성질 내화물의 종류에 대한 정확한 설명이므로 오답.
    용융내화물은 원료를 일단 용융상태로 한 다음에 주조한 내화물이다: 용융내화물의 제조 방법에 대한 정확한 설명이므로 오답.
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64. 스폴링(spalling)의 종류로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 열적 스폴링
  2. 기계적 스폴링
  3. 화학적 스폴링
  4. 조직적 스폴링
(정답률: 58%)
  • 스폴링은 재료 표면이 박리되거나 떨어져 나가는 현상으로, 주로 물리적인 응력에 의해 발생합니다.
    열적 스폴링: 급격한 온도 변화로 인한 열응력 때문에 발생하는 스폴링으로, 스폴링의 주요 원인 중 하나입니다.
    기계적 스폴링: 외부 충격, 마찰, 압축 등 기계적 힘에 의해 발생하는 스폴링으로, 스폴링의 주요 원인 중 하나입니다.
    조직적 스폴링: 재료 내부의 미세 조직 불균일성이나 결함으로 인해 발생하는 스폴링으로, 스폴링의 한 종류입니다.
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65. 보온재의 시공방법에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 물로 반죽하여 시공하는 보온재의 1차 시공 시 보온재의 두께는 50mm가 적당하다.
  2. 판상 보온재를 사용할 경우 두께가 75mm를 초과하는 경우에는 층을 두 개로 나누어 시공한다.
  3. 보온재는 열전도성 및 내열성을 충분히 검토한 후 선택하여 사용하여야 한다.
  4. 내화벽돌을 사용할 경우 일반보온재를 내층에, 내화벽돌은 외측으로 하여 밀착, 시공한다.
(정답률: 61%)
  • 물로 반죽하여 시공하는 보온재의 1차 시공 시 적정 두께는 20~30mm이며, 50mm는 과도하여 균열 발생 등의 문제가 생길 수 있으므로 적당하지 않다.
    오답 노트
    * 판상 보온재를 사용할 경우 두께가 75mm를 초과하는 경우에는 층을 두 개로 나누어 시공한다: 두꺼운 판상 보온재는 열교 방지 및 시공 안정성을 위해 여러 층으로 나누어 시공하는 것이 일반적이다.
    * 보온재는 열전도성 및 내열성을 충분히 검토한 후 선택하여 사용하여야 한다: 보온재의 핵심 성능은 열전도율이 낮고 사용 환경의 온도에 견딜 수 있는 내열성이므로, 이를 충분히 검토해야 한다.
    * 내화벽돌을 사용할 경우 일반보온재를 내층에, 내화벽돌은 외측으로 하여 밀착, 시공한다: 특정 구조물에서 내화벽돌이 외부 고온이나 화재로부터 보호하는 외측 마감재로 사용될 수 있으며, 이때 일반보온재는 내측에 시공될 수 있다.
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66. 에너지이용합리화법에 의거하여 산업통장자원부장관이 에너지저장의무를 부과 할 수 있는 자로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 석탄산업법에 의한 석탄가공업자
  2. 석유사업법에 의한 석유판매업자
  3. 집단에너지사업법에 의한 집단 에너지사업자
  4. 연간 2만 석유 환산톤 이상의 에너지를 사용하는 자
(정답률: 67%)
  • 에너지이용합리화법상 에너지저장설비 설치 의무 부과 대상에 석유판매업자는 명시되어 있지 않습니다.
    오답 노트
    * 석탄산업법에 의한 석탄가공업자: 에너지이용합리화법 제8조의2 제1항 제2호에 따라 의무 부과 대상입니다.
    * 집단에너지사업법에 의한 집단 에너지사업자: 에너지이용합리화법 제8조의2 제1항 제1호에 따라 의무 부과 대상입니다.
    * 연간 2만 석유 환산톤 이상의 에너지를 사용하는 자: 에너지이용합리화법 제8조의2 제1항 제5호 및 동법 시행령 제15조의2에 따라 의무 부과 대상입니다.
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67. 광석을 용해되지 않을 정도를 가열하는 배소(roasting)의 목적이 아닌 것은?

  1. 물리적 변화의 방지
  2. 화합수와 탄산염의 분해를 촉진
  3. 황(S), 인(P) 등의 유해성분을 제거
  4. 산화도를 변화시켜 제련이 용이
(정답률: 53%)
  • 배소는 광석을 용해되지 않을 정도로 가열하여 화학적 변화를 유도하는 과정이므로, 물리적 변화를 방지하는 것은 목적이 될 수 없습니다.
    오답 노트
    - 화합수와 탄산염의 분해를 촉진: 배소의 주요 목적 중 하나로, 불순물을 제거하고 광석의 반응성을 높입니다.
    - 황(S), 인(P) 등의 유해성분을 제거: 황화물 광석을 산화시켜 SO2 등으로 제거하는 등 유해성분 제거에 활용됩니다.
    - 산화도를 변화시켜 제련이 용이: 광석의 산화 상태를 조절하여 후속 제련 공정(예: 환원)을 효율적으로 만듭니다.
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68. 효율기자재의 제조업자는 효율관리시험기관으로부터 측정결과를 통보받은 날로부터 며칠 이내에 그 측정결과를 한국에너지공단에 신고하여야 하는가?

  1. 15일
  2. 30일
  3. 90일
  4. 120일
(정답률: 73%)
  • 효율관리기자재 운용규정 제15조에 따라 제조업자는 효율관리시험기관으로부터 측정결과를 통보받은 날로부터 90일 이내에 한국에너지공단에 신고해야 합니다.
    오답 노트
    - 15일: 효율관리기자재 측정결과 신고 기한이 아니므로 오답.
    - 30일: 효율관리기자재 측정결과 신고 기한이 아니므로 오답.
    - 120일: 효율관리기자재 측정결과 신고 기한이 아니므로 오답.
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69. 에너지법상 연료에 해당되지 않는 것은?

  1. 석유
  2. 원유가스
  3. 천연가스
  4. 제품 원료로 사용되는 석탄
(정답률: 76%)
  • 에너지법 제2조 제2호에 따르면, 연료는 에너지를 얻거나 에너지를 생산하기 위하여 사용되는 것을 말하며, 제품의 원료로 사용되는 것은 연료에서 제외된다.
    오답 노트:
    - 석유: 에너지법상 연료에 해당한다.
    - 원유가스: 에너지법상 연료에 해당한다.
    - 천연가스: 에너지법상 연료에 해당한다.
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70. 산업통상자원부장관이 정하는 바에 따라 수수료를 납부하여야 하는 경우는?

  1. 제조업의 허가를 신청하는 경우
  2. 검사대상기기의 검사를 받고자 하는 경우
  3. 에너지관리대상자의 지정을 받고자 하는 경우
  4. 열사용 기자재의 형식 승인을 얻고자 하는 경우
(정답률: 77%)
  • 이 문제는 산업통상자원부장관에게 수수료를 납부해야 하는 경우를 묻는 것으로, 관련 법규인 에너지이용 합리화법의 수수료 규정을 정확히 알아야 합니다.
    에너지이용 합리화법에 따라 검사대상기기의 검사를 받고자 하는 경우 수수료를 납부해야 합니다.
    오답 노트
    - 제조업의 허가를 신청하는 경우: 산업통상자원부장관에게 직접 수수료를 납부하는 일반적인 허가 신청 사례가 아님.
    - 에너지관리대상자의 지정을 받고자 하는 경우: 에너지관리대상자는 지정 기준에 따라 지정되며, 지정을 위한 별도의 수수료 납부 규정이 없음.
    - 열사용 기자재의 형식 승인을 얻고자 하는 경우: 에너지이용 합리화법상 수수료 납부 대상은 검사대상기기의 검사에 해당하며, 열사용 기자재의 형식 승인과는 직접적인 관련이 없음.
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71. 산업통상자원부장관은 에너지이용합리화를 위하여 필요하다고 인정하는 경우 효율관리기자재를 장하여 고시할 수 있다. 이에 따른 효율관리기자재에 해당하지 않는 것은?

  1. 전기냉장고
  2. 조명기기
  3. 개인용 PC
  4. 자동차
(정답률: 75%)
  • 이 문제는 에너지이용합리화법에 따른 효율관리기자재의 종류를 묻는 문제입니다. 개인용 PC는 효율관리기자재에 해당하지 않습니다.
    오답 노트:
    - 전기냉장고: 효율관리기자재에 해당합니다.
    - 조명기기: 효율관리기자재에 해당합니다.
    - 자동차: 효율관리기자재에 해당합니다.
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72. 에너지이용합리화법에 의하면 국가에너지절약추진위원회는 위원장을 포함하여 몇 명으로 구성되는가?(관련 규정 개정전 문제로 여기서는 기존 정답인 4번을 누르면 정답 처리됩니다. 자세한 내용은 해설을 참고하세요.)

  1. 10명 이내
  2. 15명 이내
  3. 20명 이내
  4. 25명 이내
(정답률: 78%)
  • 국가에너지절약추진위원회는 위원장을 포함하여 25명 이내의 위원으로 구성되었으므로 정답입니다.
    오답 노트:
    - 10명 이내: 위원회 구성 인원과 일치하지 않으므로 오답.
    - 15명 이내: 위원회 구성 인원과 일치하지 않으므로 오답.
    - 20명 이내: 위원회 구성 인원과 일치하지 않으므로 오답.
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73. 외경 76mm의 압력배관용 강관에 두께 50mm, 열전도율이 0.068kcal/mㆍhㆍ℃인 보온재가 시공되어 있다. 보온재 내면온도가 260℃이고 외면온도가 30℃일 때 관 길이 10m 당 열손실은?

  1. 313 kcal/h
  2. 531 kcal/h
  3. 982 kcal/h
  4. 1170 kcal/h
(정답률: 28%)
  • 이 문제는 원통형 벽을 통한 열전달 공식을 적용하여 보온재의 열손실을 계산합니다.
    열손실 (Q) = $$\frac{2 π k L (T_1 - T_2)}{\ln(\frac{r_2}{r_1})}$$
    $$ 보온재 내면 반지름 (r1) = 76mm / 2 = 38mm = 0.038m $$
    $$ 보온재 외면 반지름 (r2) = 38mm + 50mm = 88mm = 0.088m $$
    열전도율 (k) = 0.068 kcal/mㆍhㆍ℃
    $$ 관 길이 (L) = 10m $$
    보온재 내면온도 (T1) = 260℃
    보온재 외면온도 (T2) = 30℃
    $$ Q = \frac{2 × π × 0.068 × 10 × (260 - 30)}{\ln(\frac{0.088}{0.038})} $$
    $$ Q \approx 1170.146 \text{ kcal/h} $$
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74. 강관 이음 방법이 아닌 것은?

  1. 나사이음
  2. 용접이음
  3. 플랜지 이음
  4. 플레이어 이음
(정답률: 79%)
  • 강관 이음 방법이 아닌 것을 찾는 문제입니다.
    플레이어 이음은 강관을 잇는 표준적인 방법이 아닙니다.
    오답 노트
    * 나사이음: 강관을 나사로 연결하는 일반적인 이음 방법.
    * 용접이음: 강관을 영구적으로 접합하는 가장 강력한 이음 방법.
    * 플랜지 이음: 강관을 볼트와 너트로 연결하여 분해 및 재조립이 용이한 이음 방법.
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75. 캐스터블(castable) 내화물의 특징이 아닌 것은?

  1. 소성할 필요가 없다.
  2. 접합부 없이 노체를 구축할 수 있다.
  3. 사용현장에서 필요한 형상으로 성형할 수 있다.
  4. 온도의 변동에 따라 스폴링(spalling)을 일으키기 쉽다.
(정답률: 75%)
  • 캐스터블 내화물은 열충격 저항성이 우수하여 온도의 변동에 따른 스폴링 현상이 적습니다. 따라서 "스폴링을 일으키기 쉽다"는 캐스터블 내화물의 특징이 아닙니다.
    오답 노트:
    - 소성할 필요가 없다: 캐스터블 내화물은 현장에서 시공 후 소성 없이 경화되는 특징이 있습니다.
    - 접합부 없이 노체를 구축할 수 있다: 캐스터블 내화물은 일체형으로 시공되어 접합부가 적거나 없는 특징이 있습니다.
    - 사용현장에서 필요한 형상으로 성형할 수 있다: 캐스터블 내화물은 유동성이 있어 현장에서 원하는 형태로 쉽게 성형 가능한 특징이 있습니다.
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76. 에너지 이용합리화법에 의한 에너지관리자의 기본교육과정 교육기관은?

  1. 1일
  2. 3일
  3. 5일
  4. 7일
(정답률: 79%)
  • 에너지관리자의 기본교육과정 교육기간은 1일로 규정되어 있습니다.
    오답 노트:
    - 3일: 에너지관리자의 기본교육과정 교육기간이 아니므로 오답.
    - 5일: 에너지관리자의 기본교육과정 교육기간이 아니므로 오답.
    - 7일: 에너지관리자의 기본교육과정 교육기간이 아니므로 오답.
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77. 다음 중 내화물의 구비조건으로 틀린 것은?

  1. 사용온도에서 연화변형하지 않아야 한다.
  2. 내마모성 및 내침식성이 뛰어나야 한다.
  3. 재가열시에 수축이 크게 일어나야 한다.
  4. 상온에서 압축강도가 커야 한다.
(정답률: 79%)
  • 내화물은 고온에서 치수 안정성을 유지해야 하므로, 재가열 시 수축이 크게 일어나지 않아야 합니다.
    오답 노트
    * 사용온도에서 연화변형하지 않아야 한다.: 내화물은 고온에서 형태를 유지해야 하므로 연화변형에 강해야 합니다.
    * 내마모성 및 내침식성이 뛰어나야 한다.: 내화물은 고온 환경에서 마모와 화학적 침식에 저항해야 합니다.
    * 상온에서 압축강도가 커야 한다.: 내화물은 구조적 안정성을 위해 충분한 기계적 강도를 가져야 합니다.
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78. 점토질 단열재의 특징에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 내스폴링성이 작다.
  2. 노벽이 얇아져서 노의 중량이 적다.
  3. 내화재와 단열재의 역할을 동시에 한다.
  4. 안전사용온도는 1300~1500℃정도이다.
(정답률: 55%)
  • 점토질 단열재는 열충격에 대한 저항성인 내스폴링성이 우수하다.
    * 노벽이 얇아져서 노의 중량이 적다: 단열성능이 우수하여 노벽을 얇게 할 수 있어 노의 중량을 줄일 수 있다.
    * 내화재와 단열재의 역할을 동시에 한다: 점토질 단열재는 내화성과 단열성을 동시에 갖는 경우가 많다.
    * 안전사용온도는 1300~1500℃정도이다: 점토질 단열재는 고온용으로 1300~1500℃ 범위의 안전사용온도를 가진다.
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79. 성형물을 1300℃ 정도의 고온으로 소성하고자 할 때 일반적으로 열효율이 좋고, 온도조절의 자동화가 쉬운 특징의 가마는?

  1. 터널가마
  2. 도염식 가마
  3. 승염식 가마
  4. 도염식 둥근가마
(정답률: 75%)
  • 터널가마는 소성물이 일정한 속도로 이동하며 예열, 소성, 냉각 과정을 거치는 연속식 가마로, 열효율이 매우 높고 온도 조절의 자동화가 용이합니다.
    오답 노트:
    - 도염식 가마: 배치식 가마로 열효율이 낮고 온도 조절 자동화가 어렵습니다.
    - 승염식 가마: 배치식 가마로 열효율이 낮고 온도 조절 자동화가 어렵습니다.
    - 도염식 둥근가마: 배치식 가마로 열효율이 낮고 온도 조절 자동화가 어렵습니다.
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80. 산업통상자원부장관은 에너지이용합리와에 관한 기본계획을 몇 년마다 수립하는가?

  1. 5년
  2. 3년
  3. 2년
  4. 1년
(정답률: 77%)
  • 산업통상자원부장관은 에너지이용합리화법에 따라 5년마다 에너지이용합리화에 관한 기본계획을 수립합니다.
    오답 노트
    - 3년: 에너지이용합리화 기본계획 수립 주기가 아니므로 오답.
    - 2년: 에너지이용합리화 기본계획 수립 주기가 아니므로 오답.
    - 1년: 에너지이용합리화 기본계획 수립 주기가 아니므로 오답.
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5과목: 열설비설계

81. 다음 중 보일러 구성의 3대 요소에 해당되지 않는 것은?

  1. 본체
  2. 분출장치
  3. 연소장치
  4. 부속장치
(정답률: 66%)
  • 보일러의 3대 요소는 본체, 연소장치, 부속장치이며, 분출장치는 이 3대 요소에 해당하지 않습니다.
    오답 노트:
    - 본체: 보일러의 3대 요소 중 하나이므로 오답.
    - 연소장치: 보일러의 3대 요소 중 하나이므로 오답.
    - 부속장치: 보일러의 3대 요소 중 하나이므로 오답.
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82. 원통 보일러의 특징이 아닌 것은?

  1. 압력변동이 크다.
  2. 구조가 간단하다.
  3. 보유수량이 많아 증기 발생시간이 길다.
  4. 보유수량이 많아 파열시 피해가 크다.
(정답률: 51%)
  • 원통 보일러는 보유수량이 많아 압력 변동이 적고 안정적입니다.
    오답 노트
    * 구조가 간단하다: 원통 보일러의 특징이므로 오답.
    * 보유수량이 많아 증기 발생시간이 길다: 원통 보일러의 특징이므로 오답.
    * 보유수량이 많아 파열시 피해가 크다: 원통 보일러의 특징이므로 오답.
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83. 지름이 d(cm), 두께가 t(cm)인 얇은 두께의 밀폐된 원통안에 압력 P(kg/cm2)가 작용할 때 원통에 발생하는 원주방향의 인장응력을 구하는 식은?

(정답률: 71%)
  • 얇은 두께의 밀폐된 원통에 내압이 작용할 때 발생하는 원주방향 인장응력은 내압에 의한 힘과 원통 벽면의 인장력 평형을 통해 유도됩니다.
    원주방향 인장응력 (σ_h)은 다음과 같이 계산됩니다.
    $$ \sigma_h = \frac{Pd}{2t} $$
    (여기서 P는 압력, d는 지름, t는 두께를 나타냅니다.)
    오답 노트:
    - `Pd / 4t`: 이는 원통에 발생하는 축방향 인장응력 공식이므로 오답.
    - `Pd / t`: 원주방향 인장응력 공식의 계수가 잘못 적용되었으므로 오답.
    - `P / t`: 지름(d) 변수가 누락되어 공식이 불완전하므로 오답.
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84. 저압용으로 내식성이 크고, 청소하기 쉬운 구조이며, 증기압이 2kg/cm2 이하의 경우에 사용되는 절탄기는?

  1. 강관식
  2. 이중관식
  3. 주철관식
  4. 황동관식
(정답률: 70%)
  • 주철관식 절탄기는 저압 보일러에 사용되며, 내식성이 우수하고 낮은 증기압 조건에 적합합니다.
    오답 노트
    - 강관식: 고압용 절탄기에 주로 사용되므로 오답.
    - 이중관식: 절탄기의 재료나 압력에 따른 분류가 아니므로 오답.
    - 황동관식: 보일러 절탄기 재료로 일반적으로 사용되지 않으므로 오답.
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85. 1보일러 마력을 상당 증발량으로 환산하면 약 몇 kg/h가 되는가?

  1. 3.05
  2. 15.65
  3. 30.05
  4. 34.55
(정답률: 68%)
  • 이 문제는 1 보일러 마력(BHP)의 정의를 상당 증발량(kg/h)으로 환산하는 문제입니다. 1 보일러 마력은 100°C의 물 34.5 lb를 1시간 동안 100°C의 증기로 만드는 데 필요한 열량에 해당합니다.
    1 보일러 마력 (BHP)을 상당 증발량 (kg/h)으로 환산하는 공식은 다음과 같습니다.
    $$ 1 \text{ BHP} = 34.5 \text{ lb/h} $$
    여기에 파운드(lb)를 킬로그램(kg)으로 변환하는 계수(1 lb ≈ 0.453592 kg)를 적용합니다.
    $$ 1 \text{ BHP} = 34.5 \text{ lb/h} × 0.453592 \text{ kg/lb} $$
    $$ 1 \text{ BHP} \approx 15.648924 \text{ kg/h} $$
    따라서 약 15.65 kg/h가 됩니다.
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86. 고체연료의 연소방식이 아닌 것은?

  1. 화격자 연소방식
  2. 확산 연소방식
  3. 미분탄 연소방식
  4. 유동층 연소방식
(정답률: 74%)
  • 확산 연소방식은 주로 기체 연료나 액체 연료의 증발 가스 연소에 해당하며, 고체 연료의 직접적인 연소 방식으로는 분류되지 않습니다.
    오답 노트
    * 화격자 연소방식: 고체 연료를 화격자 위에서 연소시키는 방식이므로 오답.
    * 미분탄 연소방식: 미세하게 분쇄한 고체 연료(석탄)를 공기 중에 분사하여 연소시키는 방식이므로 오답.
    * 유동층 연소방식: 고체 연료 입자를 유동층 내에서 연소시키는 방식이므로 오답.
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87. 보일러의 과열 방지 대책으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 보일러의 수위를 너무 높게 하지 말 것
  2. 고열부분에 스케일 슬러지를 부착시키지 말 것
  3. 보일러 수를 농축하지 말 것
  4. 보일러 수의 순환을 좋게 할 것
(정답률: 68%)
  • 보일러의 과열은 주로 수위 저하, 스케일 부착, 순환 불량 등으로 인해 발생하며, 수위를 너무 높게 하는 것은 과열 방지 대책과 직접적인 관련이 적습니다.
    오답 노트
    * 고열부분에 스케일 슬러지를 부착시키지 말 것: 스케일과 슬러지는 열전달을 방해하여 금속 과열을 유발하므로, 이를 방지하는 것은 과열 대책입니다.
    * 보일러 수를 농축하지 말 것: 보일러 수 농축은 스케일 생성을 촉진하여 과열의 원인이 되므로, 이를 방지하는 것은 과열 대책입니다.
    * 보일러 수의 순환을 좋게 할 것: 보일러 수의 원활한 순환은 국부적인 과열을 방지하는 중요한 대책입니다.
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88. 급수 및 보일러수의 순도 표시방법에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. ppm의 단위는 100만분의 1의 단위이다.
  2. epm은 당량농도라 하고 용액 1kg 중의 용질 1mg 당량을 의미한다.
  3. 보일러수에서는 재료의 부식을 방지하기 위하여 pH가 7인 중성을 유지하여야 한다.
  4. 알칼리도는 물속에 녹아 있는 알칼리분을 중화시키기 위해 필요한 산의 양을 말한다.
(정답률: 81%)
  • 보일러수는 재료의 부식을 방지하고 스케일 생성을 억제하기 위해 일반적으로 pH 9.0~11.0 범위의 약알칼리성을 유지해야 하며, pH 7인 중성은 부식 방지에 적합하지 않습니다.
    오답 노트
    * ppm의 단위는 100만분의 1의 단위이다: ppm은 백만분율을 나타내는 단위로, 100만분의 1을 의미하므로 맞는 설명입니다.
    * epm은 당량농도라 하고 용액 1kg 중의 용질 1mg 당량을 의미한다: epm은 당량 백만분율로, 용액 1kg당 용질 1mg 당량을 의미하므로 맞는 설명입니다.
    * 알칼리도는 물속에 녹아 있는 알칼리분을 중화시키기 위해 필요한 산의 양을 말한다: 알칼리도는 물의 산 중화 능력을 나타내며, 알칼리분을 중화하는 데 필요한 산의 양으로 정의되므로 맞는 설명입니다.
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89. 원통보일러와 비교하여 수관보일러의 장점으로 틀린 것은?

  1. 고압증기의 발생에 적합하다.
  2. 구조가 간단하고 청소가 용이하다.
  3. 시동시간이 짧고 파열시 피해가 적다.
  4. 증발률이 크고 열효율이 높아 대용량에 적합하다.
(정답률: 68%)
  • 수관보일러는 원통보일러에 비해 구조가 복잡하고, 특히 수관 내부의 스케일 제거 등 청소가 어렵다는 단점이 있습니다.
    오답 노트
    * 고압증기의 발생에 적합하다: 수관보일러는 고압 증기 발생에 유리하므로 오답.
    * 시동시간이 짧고 파열시 피해가 적다: 수관보일러는 보유 수량이 적어 시동 시간이 짧고, 파열 시 피해가 적으므로 오답.
    * 증발률이 크고 열효율이 높아 대용량에 적합하다: 수관보일러는 전열 면적이 넓고 열효율이 높아 증발률이 크며 대용량에 적합하므로 오답.
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90. 스케일의 주성분에 해당되지 않는 것은?

  1. 탄산칼슘
  2. 규산칼슘
  3. 탄산마그네슘
  4. 과산화수소
(정답률: 81%)
  • 과산화수소는 스케일의 주성분인 무기염류가 아닌 산화제이다.
    탄산칼슘: 경수에서 발생하는 대표적인 스케일 성분이다.
    규산칼슘: 고온 시스템에서 흔히 발견되는 스케일 성분이다.
    탄산마그네슘: 탄산칼슘과 함께 경수의 스케일 주성분이다.
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91. 최고사용압력이 490kPa, 내경이 0.6m인 주철제 드럼이 있다. 드럼 강판에 대한 최대인장강도는 8kg/mm2 안전계수는 2이며, 부식을 고려하지 않을 때, 드럼 동체에 대한 강판두께로 적당한 것은?(단, 이음 효율 n=0.94이다)

  1. 1mm
  2. 4mm
  3. 5mm
  4. 7mm
(정답률: 52%)
  • 이 문제는 압력용기의 강판 두께를 계산하는 문제입니다. 원통형 압력용기의 두께를 계산하는 공식을 적용하여 풀이합니다.
    허용응력(\sigma_a)은 다음과 같이 계산합니다.
    $$ \text{허용응력} = \frac{\text{최대인장강도}}{\text{안전계수}} $$
    $$ \sigma_a = \frac{8 \text{ kg/mm}^2}{2} = 4 \text{ kg/mm}^2 $$
    드럼 동체에 대한 강판두께(t)는 다음 공식을 사용하여 계산합니다.
    $$ \text{강판두께} = \frac{\text{최고사용압력} × \text{내경}}{2 × \text{허용응력} × \text{이음 효율}} $$
    $$ t = \frac{P · D}{2 · \sigma_a · η} $$
    주어진 값을 단위에 맞춰 변환합니다.
    - 최고사용압력 (P): 490 kPa
    $$ 1 kgf/mm² = 9806.65 kPa 이므로, $$
    $$ P = \frac{490 \text{ kPa}}{9806.65 \text{ kPa/kgf/mm}^2} \approx 0.0499668 \text{ kgf/mm}^2 $$
    $$ - 내경 (D): 0.6 m = 600 mm $$
    - 허용응력 (\sigma_a): 4 kg/mm²
    - 이음 효율 (η): 0.94
    $$ t = \frac{0.0499668 \text{ kgf/mm}^2 × 600 \text{ mm}}{2 × 4 \text{ kgf/mm}^2 × 0.94} $$
    $$ t = \frac{29.98008}{7.52} $$
    $$ t \approx 3.9867 \text{ mm} $$
    따라서, 드럼 동체에 대한 강판두께로 적당한 것은 약 4mm입니다.
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92. 다음 중 보일러 역화(back fire)의 원인으로 가장 옳은 것은?

  1. 점화 시 착화가 너무 빠르다.
  2. 연료보다 공기의 공급이 비교적 빠르다.
  3. 흡입 통풍이 과대하다.
  4. 연료가 불완전연소 및 미연소 된다.
(정답률: 60%)
  • 보일러 역화는 연소실 내 미연소 가스가 축적되어 점화 시 폭발적으로 연소하는 현상으로, 불완전연소 및 미연소 연료의 축적이 주된 원인입니다.
    오답 노트
    * 점화 시 착화가 너무 빠르다: 조기 점화로 인한 연소 불안정의 원인이 됩니다.
    * 연료보다 공기의 공급이 비교적 빠르다: 소염 또는 연소 불안정의 원인이 됩니다.
    * 흡입 통풍이 과대하다: 화염 불안정 또는 소염의 원인이 됩니다.
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93. 지름이 5cm인 강관(50W/mㆍK)내에 온도 98K의 온수가 0.3m/s로 흐를 때, 온수의 열전달계수(W/m2ㆍK)는?(단, 온수의 열전도도는 0.68[W/m.k]이고, Nu수(Nusseltnumber)는 160이다.)

  1. 1238
  2. 2176
  3. 3184
  4. 4232
(정답률: 52%)
  • 이 문제는 Nusselt 수(Nu)의 정의를 이용하여 온수의 열전달계수를 구합니다.
    Nusselt 수 공식:
    $$ Nu = \frac{hD}{k} $$
    여기서,
    h = 열전달계수 (W/m2ㆍK)
    $$ D = 관의 지름 (m) $$
    k = 온수의 열전도도 (W/mㆍK)
    열전달계수 h에 대해 정리하면:
    $$ h = \frac{Nu · k}{D} $$
    숫자 대입:
    주어진 값:
    $$ Nu = 160 $$
    $$ k = 0.68 W/mㆍK $$
    $$ D = 5 cm = 0.05 m $$
    $$ h = \frac{160 · 0.68}{0.05} $$
    최종 결과:
    $$ h = 2176 $$
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94. 맞대기 용접이음에서 하중 120kg, 용접부의 길이가 3cm, 판의 두께가 2mm라 할 때 용접부의 인장응력은?

  1. 0.5 kg/mm2
  2. 2 kg/mm2
  3. 20 kg/mm2
  4. 50 kg/mm2
(정답률: 59%)
  • 이 문제는 용접부의 인장응력을 계산하는 문제로, 하중을 용접부의 단면적으로 나누어 응력을 구합니다.
    인장응력 = 하중 / (용접부 길이 × 판의 두께)
    $$ σ = \frac{P}{L × t} $$
    $$ σ = \frac{120 \text{ kg}}{ (3 \text{ cm} × 2 \text{ mm})} = \frac{120 \text{ kg}}{ (30 \text{ mm} × 2 \text{ mm})} $$
    $$ σ = 2 \text{ kg/mm}^2 $$
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95. 긴 관의 일단에서 급수를 펌프로 압입하여 도중에서 가열, 증발, 과열을 한꺼번에 시켜 과열증기로 내보내는 보일러로서 드럼이 없고, 관만으로 구성된 보일러는?

  1. 이중 증발 보일러
  2. 특수 열매 보일러
  3. 연관 보일러
  4. 관류 보일러
(정답률: 83%)
  • 관류 보일러는 급수가 긴 관을 한 번 통과하면서 예열, 증발, 과열이 연속적으로 이루어지며, 증기 드럼이 없는 것이 특징입니다.
    오답 노트:
    - 이중 증발 보일러: 두 개의 증발 계통을 가지지만, 일반적으로 드럼이 존재하며 관류 보일러의 특징과는 다릅니다.
    - 특수 열매 보일러: 물 대신 특수 열매체를 사용하는 보일러로, 증기를 생산하는 방식이 아닙니다.
    - 연관 보일러: 연소가스가 관 내부를 통과하고 관 외부에 물이 있는 구조의 보일러로, 드럼이 존재하며 관류 보일러와는 작동 방식이 다릅니다.
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96. 용존산소와 반응하여 질소와 물이 생성되며 용해고형물 농도가 상승하지 않아 고압보일러에 주로 사용되는 탈산소제는?

  1. 탄산나트륨
  2. 탄닌
  3. 히드라진
  4. 아황산소다
(정답률: 60%)
  • 히드라진은 용존산소와 반응하여 질소와 물을 생성하며, 용해고형물 농도를 증가시키지 않아 고압보일러에 주로 사용되는 탈산소제이다.
    오답 노트
    - 탄산나트륨: 보일러 스케일 생성 및 캐리오버를 유발하여 오답.
    - 탄닌: 주로 저압 보일러에 사용되는 유기계 탈산소제이므로 오답.
    - 아황산소다: 용존산소와 반응하여 황산나트륨을 생성, 용해고형물 농도를 증가시키므로 오답.
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97. 보일러 연소량을 일정하게 하고 저부하 시 잉여증기를 축적시켰다가 갑작스런 부하변동이나 과부하 등에 대처하기 위해 사용되는 장치는?

  1. 탈기기
  2. 인젝터
  3. 재열기
  4. 어큐물레이터
(정답률: 81%)
  • 어큐물레이터는 보일러의 부하 변동에 대응하기 위해 잉여 증기를 저장하고 필요시 공급하는 장치입니다.
    오답 노트
    * 탈기기: 보일러 급수 중의 용존 산소 및 탄산가스를 제거하여 부식을 방지하는 장치이므로 오답.
    * 인젝터: 증기의 운동 에너지를 이용하여 보일러에 급수를 공급하는 장치이므로 오답.
    * 재열기: 증기 터빈의 효율을 높이기 위해 증기를 다시 가열하는 장치이므로 오답.
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98. 보일러에서 최고사용압력 초과로 인한 파열을 방지하기 위하여 설치하는 안전밸브의 분출압력 조정 형식이 아닌 것은?

  1. 레버(지렛대)식
  2. 중추식
  3. 전자식
  4. 스프링식
(정답률: 66%)
  • 보일러 안전밸브의 분출압력 조정 형식은 주로 기계적인 힘의 균형을 이용하며, 전자식은 직접적인 압력 조정 방식이 아니다.
    오답 노트:
    - 레버(지렛대)식: 지렛대의 원리를 이용하여 압력을 조절하는 기계식 안전밸브 형식이다.
    - 중추식: 추의 무게를 이용하여 압력을 조절하는 기계식 안전밸브 형식이다.
    - 스프링식: 스프링의 장력을 이용하여 압력을 조절하는 가장 일반적인 기계식 안전밸브 형식이다.
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99. 증기로 공기를 가열하는 열교환기에서 가열원으로 150℃의 증기가 열교환기 내부에서 포화상태를 유지하고 이 때 유입공기의 입, 출구 온도는 20℃와 70℃이다. 열교환기에서의 전열량이 3090kJ/h, 전열면적이 12m2이라고 할 때 열교환기의 총괄열전달계수는?

  1. 2.5kJ/hㆍm2ㆍ℃
  2. 2.9kJ/hㆍm2ㆍ℃
  3. 3.1kJ/hㆍm2ㆍ℃
  4. 3.5kJ/hㆍm2ㆍ℃
(정답률: 34%)
  • 이 문제는 열교환기의 총괄열전달계수를 구하기 위해 대수평균온도차(LMTD) 공식을 적용합니다.
    먼저 대수평균온도차(LMTD)를 계산합니다.
    $$ 증기 온도 (T_s) = 150℃ $$
    $$ 유입 공기 온도 (T_c1) = 20℃ $$
    $$ 유출 공기 온도 (T_c2) = 70℃ $$
    $$ ΔT₁ = T_s - T_c1 = 150℃ - 20℃ = 130℃ $$
    $$ ΔT₂ = T_s - T_c2 = 150℃ - 70℃ = 80℃ $$
    $$ Δ T_{lm} = \frac{Δ T_1 - Δ T_2}{\ln(\frac{Δ T_1}{Δ T_2})} = \frac{130 - 80}{\ln(\frac{130}{80})} = \frac{50}{\ln(1.625)} \approx 102.986 \text{ ℃} $$
    이제 총괄열전달계수를 계산합니다.
    총괄열전달계수
    $$ U = \frac{Q}{A · Δ T_{lm}} $$
    $$ U = \frac{3090 \text{ kJ/h}}{12 \text{ m}^2 · 102.986 \text{ ℃}} $$
    $$ U = 2.5 \text{ kJ/h} · \text{m}^2 · \text{℃} $$
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100. 보일러의 설치방법에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 증기 보일러에는 4개 이상의 유리수면계를 부착한다.
  2. 온도가 120℃를 초과하는 온수 보일러에는 방출밸브를 설치해야 한다.
  3. 온도가 120℃를 초과하는 온수 보일러에는 안전밸브를 설치한다.
  4. 보일러의 설치 시 수위계의 최고눈금은 보일러 최고사용압력의 3배 이상 5배 이하로 하여야 한다.
(정답률: 75%)
  • 온도가 120℃를 초과하는 온수 보일러는 고온 고압 상태이므로, 과압을 방지하기 위해 안전밸브를 반드시 설치해야 합니다.
    오답 노트
    * 증기 보일러에는 4개 이상의 유리수면계를 부착한다: 증기 보일러에는 2개 이상의 유리수면계를 부착한다.
    * 온도가 120℃를 초과하는 온수 보일러에는 방출밸브를 설치해야 한다: 온도가 120℃를 초과하는 온수 보일러에는 안전밸브를 설치해야 한다.
    * 보일러의 설치 시 수위계의 최고눈금은 보일러 최고사용압력의 3배 이상 5배 이하로 하여야 한다: 수위계의 최고눈금은 보일러 최고사용수위보다 높게, 최저눈금은 보일러 최저안전수위보다 낮게 설치한다.
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