에너지관리기사 필기 기출문제복원 (2017-03-05)

에너지관리기사
(2017-03-05 기출문제)

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1과목: 연소공학

1. 프로판(C3H8) 5Nm3를 이론산소량으로 완전연소시켰을 때의 건연소 가스량은 몇 Nm3인가?

  1. 5
  2. 10
  3. 15
  4. 20
(정답률: 71%)
  • 이 문제는 프로판의 완전연소 반응식을 작성하고, 생성되는 건연소 가스(수증기를 제외한 가스)의 부피를 화학량론적으로 계산합니다.
    $$ \text{C}_3\text{H}_8 + 5\text{O}_2 \rightarrow 3\text{CO}_2 + 4\text{H}_2\text{O} $$
    건연소 가스는 이산화탄소(CO₂)만을 의미하므로, 반응식에서 프로판 1몰이 연소될 때 이산화탄소 3몰이 생성됨을 알 수 있습니다. 기체의 부피는 몰수에 비례하므로, 프로판 1 Nm³가 연소되면 이산화탄소 3 Nm³가 생성됩니다.
    $$ \text{건연소 가스량} = \text{프로판 부피} × \frac{\text{CO}_2 \text{ 계수}}{\text{C}_3\text{H}_8 \text{ 계수}} $$
    $$ \text{건연소 가스량} = 5 \text{ Nm}^3 × \frac{3}{1} $$
    $$ \text{건연소 가스량} = 15 \text{ Nm}^3 $$
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2. 다음 집진장치 중에서 미립자 크기에 관계없이 집진효율이 가장 높은 장치는?

  1. 세정 집진장치
  2. 여과 집진장치
  3. 중력 집진장치
  4. 원심력 집진장치
(정답률: 72%)
  • 여과 집진장치는 필터의 물리적 포집 원리를 이용하여 미립자 크기에 관계없이 높은 집진효율을 보입니다.
    오답 노트
    - 세정 집진장치: 액적과 입자의 충돌 및 응집을 이용하므로 미립자 포집 효율이 상대적으로 낮습니다.
    - 중력 집진장치: 입자의 중력 침강 속도를 이용하므로 미립자 포집 효율이 매우 낮습니다.
    - 원심력 집진장치: 입자의 관성력을 이용하므로 미립자 포집 효율이 낮습니다.
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3. 연소 시 100℃에서 500℃로 온도가 상승하였을 경우 500℃의 열복사 에너지는 100℃에서의 열복사 에너지의 약 몇 배가 되겠는가?

  1. 16.2
  2. 17.1
  3. 18.5
  4. 19.3
(정답률: 53%)
  • 이 문제는 스테판-볼츠만 법칙을 적용하여 열복사 에너지의 변화를 계산합니다.
    $$ \frac{E_2}{E_1} = \left(\frac{T_2}{T_1}\right)^4 $$
    $$ \frac{E_{500}}{E_{100}} = \left(\frac{500 + 273.15}{100 + 273.15}\right)^4 = \left(\frac{773.15}{373.15}\right)^4 $$
    $$ \approx 18.48 \approx 18.5 $$
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4. 고체연료의 연료비를 식으로 바르게 나타낸 것은?

(정답률: 89%)
  • 고체연료의 연료비는 고정탄소 함량을 휘발분 함량으로 나눈 값으로, 연료의 연소 특성 및 등급을 판단하는 중요한 지표입니다.
    $$ \frac{\text{고정탄소}(\%)}{\text{휘발분}(\%)} $$
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5. 일산화탄소 1Nm3를 연소시키는데 필요한 공기량(Nm3)은 약 얼마인가?

  1. 2.38
  2. 2.67
  3. 4.31
  4. 4.76
(정답률: 62%)
  • 이 문제는 일산화탄소의 완전 연소 반응식을 통해 필요한 산소량을 구하고, 공기 중 산소의 부피 비율을 이용하여 필요한 공기량을 계산합니다.
    $$ \text{필요 공기량} = \frac{\text{CO 부피} × (\text{O}_2 \text{ 계수} / \text{CO 계수})}{\text{공기 중 산소 부피비}} $$
    $$ \text{필요 공기량} = \frac{1 \text{ Nm}^3 × (1 / 2)}{0.21} $$
    $$ \text{필요 공기량} = 2.38 \text{ Nm}^3 $$
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6. 기체연료의 특징으로 틀린 것은?

  1. 연소효율이 높다.
  2. 고온을 얻기 쉽다.
  3. 단위 용적당 발열량이 크다.
  4. 누출되기 쉽고 폭발의 위험성이 크다.
(정답률: 84%)
  • 기체 연료는 액체나 고체 연료에 비해 밀도가 낮아 단위 용적당 발열량이 작습니다.
    오답 노트
    - 연소효율이 높다: 공기와의 혼합이 용이하여 완전 연소가 가능하므로 오답.
    - 고온을 얻기 쉽다: 완전 연소로 인해 높은 화염 온도를 얻을 수 있으므로 오답.
    - 누출되기 쉽고 폭발의 위험성이 크다: 기체는 누출되기 쉽고 공기와 혼합 시 폭발 위험이 있으므로 오답.
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7. 기체 연료의 저장방식이 아닌 것은?

  1. 유수식
  2. 고압식
  3. 가열식
  4. 무수식
(정답률: 83%)
  • 가열식은 기체 연료의 저장 방식이 아니라, 기체를 특정 상태로 만들기 위한 처리 방식입니다.
    오답 노트
    - 유수식: 가스 홀더의 한 종류로, 물을 이용해 기체를 저장하는 방식입니다.
    - 고압식: 기체를 고압 용기에 압축하여 저장하는 방식입니다.
    - 무수식: 가스 홀더의 한 종류로, 물 없이 피스톤이나 막을 이용해 기체를 저장하는 방식입니다.
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8. 어떤 열설비에서 연료가 완전연소하였을 경우 배기가스 내의 과잉 산소농도가 10%이었다. 이 때 연소기기의 공기비는 약 얼마인가?

  1. 1.0
  2. 1.5
  3. 1.9
  4. 2.5
(정답률: 57%)
  • 이 문제는 배기가스 내의 과잉 산소농도를 이용하여 연소기기의 공기비를 계산하는 문제입니다.
    공기비(m)는 배기가스 중의 과잉 산소농도(O_2)를 이용하여 다음 공식으로 계산할 수 있습니다.
    $$ m = 1 + \frac{O_2}{21 - O_2} $$
    $$ m = 1 + \frac{10}{21 - 10} $$
    $$ m = 1.9 $$
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9. 부탄(C4H10) 1kg의 이론 습배기가스량은 약 몇 Nm3/kg인가?

  1. 10
  2. 13
  3. 16
  4. 19
(정답률: 46%)
  • 이 문제는 부탄(C₄H₁₀)의 완전 연소 반응식을 통해 이론 습배기가스량을 계산하는 문제입니다.
    먼저 연소 반응식을 작성하고, 각 성분의 몰수를 구한 뒤, 이를 부탄 1kg당 부피로 환산합니다.
    이론 습배기가스량 (Nm³/kg)은 다음 공식을 적용하여 구합니다.
    $$이론 습배기가스량 = \frac{(CO_2 몰수 + H_2O 몰수 + N_2 몰수) \times 22.4 Nm^3/kmol}{연료 분자량 (kg/kmol)}$$

    부탄(C₄H₁₀)의 완전 연소 반응식은 C₄H₁₀ + 6.5O₂ → 4CO₂ + 5H₂O 이며, 공기 중 질소(N₂)는 6.5 × (79/21) = 24.45 kmol 입니다.
    부탄의 분자량은 (12 × 4) + (1 × 10) = 58 kg/kmol 입니다.
    $$\frac{(4 + 5 + 24.45) \times 22.4}{58}$$

    $$12.9186 \approx 13$$
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10. 코크스 고온 건류온도(℃)는?

  1. 500~600
  2. 1000~1200
  3. 1500~1800
  4. 2000~2500
(정답률: 69%)
  • 코크스 고온 건류는 석탄을 1000~1200℃의 고온에서 건류하여 코크스를 제조하는 공정입니다.
    오답 노트
    * 500~600: 이는 중온 건류 온도에 해당하므로 오답.
    * 1500~1800: 코크스 건류 온도보다 훨씬 높은 온도로, 일반적인 건류 공정 범위를 벗어나므로 오답.
    * 2000~2500: 코크스 건류 온도보다 훨씬 높은 온도로, 일반적인 건류 공정 범위를 벗어나므로 오답.
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11. 액화석유가스를 저장하는 가스설비의 내압성능에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 최대압력의 1.2배 이상의 압력으로 내압시험을 실시하여 이상이 없어야 한다.
  2. 최대압력의 1.5배 이상의 압력으로 내압시험을 실시하여 이상이 없어야 한다.
  3. 상용압력의 1.2배 이상의 압력으로 내압시험을 실시하여 이상이 없어야 한다.
  4. 상용압력의 1.5배 이상의 압력으로 내압시험을 실시하여 이상이 없어야 한다.
(정답률: 68%)
  • 액화석유가스를 저장하는 가스설비의 내압성능은 상용압력의 1.5배 이상의 압력으로 내압시험을 실시하여 이상이 없어야 합니다.
    오답 노트
    - 최대압력의 1.2배 이상의 압력으로 내압시험을 실시하여 이상이 없어야 한다.: 최대압력이 아닌 상용압력을 기준으로 하므로 오답.
    - 최대압력의 1.5배 이상의 압력으로 내압시험을 실시하여 이상이 없어야 한다.: 최대압력이 아닌 상용압력을 기준으로 하므로 오답.
    - 상용압력의 1.2배 이상의 압력으로 내압시험을 실시하여 이상이 없어야 한다.: 1.2배가 아닌 1.5배를 기준으로 하므로 오답.
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12. 메탄 50V%, 에탄 25V%, 프로판 25V%가 섞여 있는 혼합 기체의 공기 중에서의 연소하 한계는 약 몇 %인가? (단, 메탄, 에탄, 프로판의 연소하한계는 각각 5V%, 3V%, 2.1V%이다.)

  1. 2.3
  2. 3.3
  3. 4.3
  4. 5.3
(정답률: 76%)
  • 이 문제는 르 샤틀리에 공식을 적용하여 혼합 기체의 연소하한계를 구합니다.
    $$ L = \frac{100}{\frac{V_1}{L_1} + \frac{V_2}{L_2} + \frac{V_3}{L_3}} $$
    $$ L = \frac{100}{\frac{50}{5} + \frac{25}{3} + \frac{25}{2.1}} $$
    $$ L \approx 3.3 $$
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13. 환열실의 전열면적(m2)과 전열량(kcal/h) 사이의 관계는? (단, 전열면적은 F, 전열량은 Q, 총괄전열계수는 V이며, △tm은 평균온도차이다.)

  1. Q=F/△tm
  2. Q=F×△tm
  3. Q=F×V×△tm
  4. Q=V/(F×△tm)
(정답률: 83%)
  • 열교환기에서 전열량은 총괄전열계수, 전열면적, 평균온도차에 비례합니다.
    오답 노트
    - Q=F/△tm: 총괄전열계수 V가 누락되었고, 평균온도차가 분모에 있어 오답.
    - Q=F×△tm: 총괄전열계수 V가 누락되어 오답.
    - Q=V/(F×△tm): 전열면적 F와 평균온도차 △tm이 분모에 있어 오답.
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14. 탄소의 발열량은 약 몇 kcal/kg인가?

  1. 8133
  2. 9760
  3. 48800
  4. 97600
(정답률: 64%)
  • 이 문제는 탄소의 몰당 발열량을 질량당 발열량으로 환산하는 계산 문제입니다.
    탄소의 발열량은 몰당 발열량을 탄소의 원자량으로 나누어 계산합니다. (탄소의 원자량은 약 12입니다.)
    $$ \text{탄소의 발열량 (kcal/kg)} = \frac{\text{탄소의 몰당 발열량 (kcal/kmol)}}{\text{탄소의 원자량 (kg/kmol)}} $$
    $$ \text{탄소의 발열량 (kcal/kg)} = \frac{97600 \text{ kcal/kmol}}{12 \text{ kg/kmol}} $$
    $$ \text{탄소의 발열량 (kcal/kg)} = 8133.33... \approx 8133 $$
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15. 고체 연료의 일반적인 특징으로 옳은 것은?

  1. 점화 및 소화가 쉽다.
  2. 연료의 품질이 균일하다.
  3. 완전연소가 가능하며 연소효율이 높다.
  4. 연료비가 저렴하고 연료를 구하기 쉽다.
(정답률: 79%)
  • 고체 연료는 액체나 기체 연료에 비해 생산 및 운송 비용이 저렴하여 연료비가 낮고, 자연에서 쉽게 얻을 수 있어 구하기 용이합니다.
    오답 노트:
    - 점화 및 소화가 쉽다: 고체 연료는 점화 및 소화가 어렵습니다.
    - 연료의 품질이 균일하다: 고체 연료는 품질이 불균일합니다.
    - 완전연소가 가능하며 연소효율이 높다: 고체 연료는 완전연소가 어렵고 연소효율이 낮습니다.
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16. 연소가스의 조성에서 O2를 옳게 나타낸 식은? (단, Lo: 이론 공기량, G : 실제 습연소가스량, m : 공기비이다.)

(정답률: 77%)
  • 연소가스 중 산소(O₂)의 조성은 공급된 공기량 중 연소에 참여하지 않고 남은 과잉 산소의 양을 실제 습연소가스량으로 나누어 백분율로 나타냅니다.
    $$ \text{O}_2 \text{ (%) } = \frac{\text{과잉 공기량} × \text{공기 중 산소 비율}}{\text{실제 습연소가스량}} × 100 $$
    $$ \text{O}_2 \text{ (%) } = \frac{(m-1)L_o × 0.21}{G} × 100 $$
    $$ \text{O}_2 \text{ (%) } = \frac{0.21(m-1)L_o}{G} × 100 $$
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17. 고체연료의 연소방식으로 옳은 것은?

  1. 포트식 연소
  2. 화격자 연소
  3. 심지식 연소
  4. 증발식 연소
(정답률: 82%)
  • 화격자 연소는 고체 연료를 화격자 위에 쌓아 공기를 공급하며 연소시키는 방식입니다.
    오답 노트
    * 포트식 연소: 주로 액체 연료를 연소시키는 방식이므로 오답.
    * 심지식 연소: 주로 액체 연료를 심지를 통해 연소시키는 방식이므로 오답.
    * 증발식 연소: 주로 액체 연료를 증발시켜 연소시키는 방식이므로 오답.
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18. CO2max는 19.0%, CO2는 10.0%, O2는 0.3%일 때 과잉공기계수(m)는 얼마인가?

  1. 1.25
  2. 1.35
  3. 1.46
  4. 1.90
(정답률: 63%)
  • 이 문제는 연소 가스 분석을 통해 과잉공기계수를 계산하는 문제로, 최대 이산화탄소 농도와 실제 이산화탄소 농도의 비율을 이용합니다.
    $$ m = \frac{CO_{2max}}{CO_2} $$
    $$ m = \frac{19.0}{10.0} $$
    $$ m = 1.90 $$
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19. 1mol의 이상기체가 40℃, 35 atm으로부터 1 atm 까지 단열 가역적으로 팽창하였다. 최종 온도는 약 몇 K가 되는가? (단, 비열비는 1.67이다.)

  1. 75
  2. 88
  3. 98
  4. 107
(정답률: 46%)
  • 이 문제는 이상기체의 단열 가역 과정에서 온도와 압력의 관계식을 이용하여 최종 온도를 구합니다.
    $$ T_2 = T_1 \left( \frac{P_2}{P_1} \right)^{\frac{γ-1}{γ}} $$
    $$ T_2 = (40 + 273.15) × \left( \frac{1}{35} \right)^{\frac{1.67-1}{1.67}} $$
    $$ T_2 \approx 75.15 \text{ K} $$
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20. 중유 1kg 속에 수소 0.15kg, 수분 0.003kg이 들어 있다면 이 중유의 고발열량이 104kcal/kg일 때, 이 중유 2kg의 총 저위발열량은 약 몇 kcal인가?

  1. 12000
  2. 16000
  3. 18400
  4. 20000
(정답률: 65%)
  • 이 문제는 연료의 고발열량과 수소, 수분 함량을 이용하여 저위발열량을 계산하는 문제입니다. 저위발열량은 고발열량에서 수소 연소 및 연료 내 수분 증발에 필요한 잠열을 제외하여 구합니다.
    $$ Hu = Hh - 600 × (9H + W) $$
    $$ Hu_{1kg} = 10000 - 600 × (9 × 0.15 + 0.003) $$
    $$ Hu_{1kg} = 10000 - 600 × (1.35 + 0.003) $$
    $$ Hu_{1kg} = 10000 - 600 × 1.353 $$
    $$ Hu_{1kg} = 9188.2 \text{ kcal/kg} $$
    $$ Hu_{total} = 9188.2 \text{ kcal/kg} × 2 \text{ kg} $$
    $$ Hu_{total} = 18376.4 \approx 18400 \text{ kcal} $$
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2과목: 열역학

21. 50℃의 물의 포화액체와 포화증기의 엔트로피는 각각 0.703kJ/(kgㆍK), 8.07kJ/(kgㆍK)이다. 50℃의 습증기의 엔트로피가 4kJ/(kgㆍK)일 때 습증기의 건도는 약 몇 %인가?

  1. 31.7
  2. 44.8
  3. 513
  4. 62.3
(정답률: 63%)
  • 이 문제는 습증기의 엔트로피를 이용하여 건도를 계산하는 문제입니다.
    습증기의 엔트로피는 포화액체의 엔트로피와 증발 잠열 엔트로피에 건도를 곱한 값의 합으로 나타낼 수 있습니다.
    $$ s = s_f + x(s_g - s_f) $$
    $$ 4 = 0.703 + x(8.07 - 0.703) $$
    $$ x \approx 0.448 $$
    따라서 습증기의 건도는 약 44.8%입니다.
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22. 스로틀링(throtting)밸브를 이용하여 Joule-Thomson 효과를 보고자 한다. 압력이 감소함에 따라 온도가 반드시 감소하려면 Joule-Thomson 계수 μ는 어떤 값을 가져야 하는가?

  1. μ=0
  2. μ> 0
  3. μ＜0
  4. μ≠0
(정답률: 71%)
  • Joule-Thomson 계수 μ는 압력이 감소할 때 온도가 어떻게 변하는지를 나타내는 지표입니다.
    Joule-Thomson 계수 μ는 다음과 같이 정의됩니다.
    $$ μ = \left(\frac{\partial T}{\partial P}\right)_H $$
    압력이 감소함에 따라(dP < 0) 온도가 반드시 감소하려면(dT < 0), dT/dP는 양수여야 합니다. 따라서 μ는 0보다 커야 합니다.
    오답 노트:
    - μ=0: 압력이 감소해도 온도가 변하지 않으므로 오답.
    - μ＜0: 압력이 감소하면 온도가 증가하므로 오답.
    - μ≠0: 온도가 변하지만, 반드시 감소하는 조건은 아니므로 오답.
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23. 이상적인 증기압축식 냉동장치에서 압축기 입구를 1, 응축기 입구를 2, 팽창밸브 입구를 3, 증발기 입구를 4로 나타낼 때 온도(T)-엔트로피(S) 선도(수직축 T, 수평축 S)에서 수직선에서 나타나는 과정은?

  1. 1 - 2 과정
  2. 2 - 3 과정
  3. 3 - 4 과정
  4. 4 - 1 과정
(정답률: 53%)
  • 이상적인 증기압축식 냉동장치에서 압축 과정은 등엔트로피 과정이므로 T-S 선도에서 수직선으로 나타납니다.
    오답 노트
    - 2 - 3 과정: 응축 과정으로, 이상적인 경우 등온·등압 과정이므로 T-S 선도에서 수평선으로 나타납니다.
    - 3 - 4 과정: 팽창 과정으로, 이상적인 경우 등엔탈피 과정이므로 T-S 선도에서 수직선이 아닌 곡선으로 나타납니다.
    - 4 - 1 과정: 증발 과정으로, 이상적인 경우 등온·등압 과정이므로 T-S 선도에서 수평선으로 나타납니다.
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24. 이상기체로 구성된 밀폐계의 변화과정을 나타낸 것 중 틀린 것은? (단, δq는 계로 들어온 순열량, dh는 엔탈피 변화량, δw는 계가 한 순일, du는 내부에너지의 변화량, ds는 엔트로피 변화량을 나타낸다.

  1. 등온과정에서 δq=δw
  2. 단열과정에서 δq=0
  3. 정압과정에서 δq=ds
  4. 정적과정에서 δq=du
(정답률: 59%)
  • 정압과정에서 계로 들어온 순열량(δq)은 엔탈피 변화량(dh)과 같으며, 엔트로피 변화량(ds)과는 차원이 다른 물리량이므로 직접 같다고 할 수 없습니다.
    오답 노트
    * 등온과정에서 δq=δw: 이상기체의 등온과정에서는 내부에너지 변화량이 0이므로, 열역학 제1법칙에 따라 계로 들어온 열량은 계가 한 일과 같습니다.
    * 단열과정에서 δq=0: 단열과정은 계와 주위 사이에 열 교환이 없는 과정으로 정의됩니다.
    * 정적과정에서 δq=du: 정적과정에서는 부피 변화가 없어 계가 한 일이 0이므로, 열역학 제1법칙에 따라 계로 들어온 열량은 내부에너지 변화량과 같습니다.
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25. 공기의 기체상수가 0.287 kJ(kgㆍK)일 때 표준상태(0 ℃, 1기압)에서 밀도는 약 몇 kg/m3인가?

  1. 1.29
  2. 1.87
  3. 2.14
  4. 2.48
(정답률: 44%)
  • 이 문제는 이상 기체 상태 방정식을 이용하여 공기의 밀도를 계산합니다.
    $$ ρ = \frac{P}{RT} $$
    $$ ρ = \frac{101325 \text{ Pa}}{0.287 × 1000 \text{ J/(kg} · \text{K)} × 273 \text{ K}} $$
    $$ ρ \approx 1.29 \text{ kg/m}^3 $$
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26. 랭킨(Rankine) 사이클에서 재열을 사용하는 목적은?

  1. 응축기 온도를 높이기 위해서
  2. 터빈 압력을 높이기 위해서
  3. 보일러 압력을 낮추기 위해서
  4. 열효율을 개선하기 위해서
(정답률: 78%)
  • 랭킨 사이클에서 재열은 터빈 출구의 증기 건도를 높여 터빈 침식을 방지하고, 평균 열 공급 온도를 높여 열효율을 개선합니다.
    오답 노트
    * 응축기 온도를 높이기 위해서: 재열은 응축기 온도를 높이는 목적이 아니며, 열효율 개선을 위해 응축기 온도는 낮게 유지하는 것이 유리합니다.
    * 터빈 압력을 높이기 위해서: 재열은 터빈 압력을 높이는 목적이 아니며, 터빈 내에서 증기가 팽창하면서 압력이 낮아집니다.
    * 보일러 압력을 낮추기 위해서: 재열은 보일러 압력을 낮추는 목적이 아니며, 보일러 압력은 사이클의 최고 압력을 결정합니다.
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27. 불꽃 점화 기관의 기본 사이클인 오토사이클에서 압축비가 10이고, 기체의 비열비는 1.4일 때 이 사이클의 효율은 약 몇 %인가?

  1. 43.6
  2. 51.4
  3. 60.2
  4. 68.5
(정답률: 54%)
  • 이 문제는 오토사이클의 열효율을 계산하는 문제로, 압축비와 비열비를 이용하여 이상적인 오토사이클의 효율 공식을 적용합니다.
    $$ η = 1 - \frac{1}{r^{k-1}} $$
    $$ η = 1 - \frac{1}{10^{1.4-1}} $$
    $$ η \approx 0.602 \text{ (또는 } 60.2\% \text{)} $$
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28. 110kPa, 20℃의 공기가 정압과정으로 온도가 50℃만큼 상승한 다음(즉 70℃가 됨), 등온과정으로 압력이 반으로 줄어들었다. 최종 비체적은 최초 비체적의 약 몇 배인가?

  1. 0.585
  2. 1.17
  3. 1.71
  4. 2.34
(정답률: 32%)
  • 이 문제는 이상 기체 상태 방정식과 각 과정(정압, 등온)에서의 변화 관계를 이용하여 최종 비체적과 최초 비체적의 비율을 구합니다.
    $$ \frac{v_3}{v_1} = \frac{v_2}{v_1} × \frac{v_3}{v_2} $$
    $$ \frac{v_3}{v_1} = \left(\frac{T_2}{T_1}\right) × \left(\frac{P_2}{P_3}\right) $$
    $$ \frac{v_3}{v_1} = \left(\frac{70+273.15}{20+273.15}\right) × \left(\frac{110}{55}\right) $$
    $$ \frac{v_3}{v_1} = 2.34 $$
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29. 초기조건이 100kPa, 60℃인 공기를 정적과정을 통해 가열한 후 정압에서 냉각과정을 통하여 500kPa, 60℃로 냉각할 때 이 과정에서 전체 열량의 변화는 약 몇 kJ/kmol 인가? (단, 정적비열은 20kJ/(kmolㆍK), 정압비열은 28kJ/(kmolㆍK)이며, 이상기체로 가정한다.)

  1. -964
  2. -1964
  3. -10656
  4. -20656
(정답률: 52%)
  • 이 문제는 이상기체의 정적 과정과 정압 과정을 거치는 동안의 전체 열량 변화를 계산하는 문제입니다. 이상기체 상태 방정식과 각 과정에서의 열량 계산 공식을 적용하여 풀이합니다.
    먼저, 섭씨 온도를 켈빈 온도로 변환합니다 (T[K] = T[℃] + 273).
    $$ T1 = 60℃ + 273 = 333 K $$
    $$ T3 = 60℃ + 273 = 333 K $$
    1단계: 정적 과정 (1 → 2) 분석
    정적 과정에서는 부피가 일정하므로, 이상기체 상태 방정식에 따라 압력과 온도는 비례합니다 (P1/T1 = P2/T2).
    이후 과정이 정압 냉각이므로 P2 = P3 = 500 kPa 입니다.
    $$ T_2 = T_1 × \frac{P_2}{P_1} $$
    $$ T_2 = 333 \text{ K} × \frac{500 \text{ kPa}}{100 \text{ kPa}} $$
    $$ T_2 = 1665 \text{ K} $$
    정적 과정에서의 열량 변화는 다음과 같습니다.
    $$ Q_{12} = C_v × (T_2 - T_1) $$
    $$ Q_{12} = 20 \text{ kJ/(kmol·K)} × (1665 \text{ K} - 333 \text{ K}) $$
    $$ Q_{12} = 26640 \text{ kJ/kmol} $$
    2단계: 정압 과정 (2 → 3) 분석
    정압 과정에서의 열량 변화는 다음과 같습니다.
    $$ Q_{23} = C_p × (T_3 - T_2) $$
    $$ Q_{23} = 28 \text{ kJ/(kmol·K)} × (333 \text{ K} - 1665 \text{ K}) $$
    $$ Q_{23} = -37296 \text{ kJ/kmol} $$
    3단계: 전체 열량 변화 계산
    전체 열량 변화는 각 과정에서의 열량 변화의 합입니다.
    $$ Q_{total} = Q_{12} + Q_{23} $$
    $$ Q_{total} = 26640 \text{ kJ/kmol} + (-37296 \text{ kJ/kmol}) $$
    $$ Q_{total} = -10656 \text{ kJ/kmol} $$
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30. 최저 온도, 압축비 및 공급 열량이 같을 경우 사이클의 효율이 큰 것부터 작은 순서대로 옳게 나타낸 것은?

  1. 오토사이클＞디젤사이클＞사바테사이클
  2. 사바테사이클＞오토사이클＞디젤사이클
  3. 디젤사이클＞오토사이클＞사바테사이클
  4. 오토사이클＞사바테사이클＞디젤사이클
(정답률: 80%)
  • 동일한 압축비에서 사이클의 효율은 정적 가열(constant volume heat addition)의 비중이 클수록 높아지므로, 정적 가열만 하는 오토사이클의 효율이 가장 높고, 정압 가열(constant pressure heat addition)만 하는 디젤사이클의 효율이 가장 낮습니다.
    오답 노트
    - 사바테사이클＞오토사이클＞디젤사이클: 오토사이클은 정적 가열만 하므로 사바테사이클보다 효율이 높습니다.
    - 디젤사이클＞오토사이클＞사바테사이클: 디젤사이클은 정압 가열만 하므로 오토사이클과 사바테사이클보다 효율이 낮습니다.
    - 오토사이클＞디젤사이클＞사바테사이클: 사바테사이클은 정적 가열과 정압 가열을 모두 포함하므로 디젤사이클보다 효율이 높습니다.
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31. 냉매가 구비해야 할 조건 중 틀린 것은?

  1. 증발열이 클 것
  2. 비체적이 작을 것
  3. 임계온도가 높을 것
  4. 비열비(정압비열/정적비열)가 클 것
(정답률: 68%)
  • 냉매는 압축 시 토출 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지하고 압축기 효율을 높이기 위해 비열비(정압비열/정적비열)가 작아야 합니다.
    오답 노트:
    - 증발열이 클 것: 단위 질량당 냉동 효과가 커지므로 맞는 조건.
    - 비체적이 작을 것: 압축기 크기를 줄이고 체적 효율을 높일 수 있으므로 맞는 조건.
    - 임계온도가 높을 것: 고온에서도 응축이 가능하여 운전 범위가 넓어지므로 맞는 조건.
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32. 보일러로부터 압력 1MPa로 공급되는 수증기의 건도가 0.95일 때 이 수증기 1kg당 엔탈피는 약 몇 kcal인가? (단, 1MPa에서 포화액의 비엔탈피는 181.2kcal/kg, 포화증기의 엔탈피는 662.9kcal/kg이다.)

  1. 457.6
  2. 638.8
  3. 810.9
  4. 1120.5
(정답률: 56%)
  • 이 문제는 습증기의 엔탈피를 계산하는 문제로, 포화액의 엔탈피와 증발 잠열에 건도를 곱한 값을 더하여 구합니다.
    $$ h = h_f + x · (h_g - h_f) $$
    $$ h = 181.2 + 0.95 · (662.9 - 181.2) $$
    $$ h = 638.8 $$
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33. Gibbs의 상률(상법칙, phase rule)에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 상태의 자유도와 혼합물을 구성하는 성분 물질의 수, 그리고 상의 수에 관계되는 법칙이다.
  2. 평형이든 비평형이든 무관하게 존재하는 관계식이다.
  3. Gibbs의 상률은 강도성 상태량과 관계한다.
  4. 단일성분의 물질이 기상, 액상, 고상 중 임의의 2상이 공존할 때 상태의 자유도는 1이다.
(정답률: 67%)
  • Gibbs의 상률은 열역학적 평형 상태에 있는 계에만 적용되는 관계식이다.
    오답 노트:
    상태의 자유도와 혼합물을 구성하는 성분 물질의 수, 그리고 상의 수에 관계되는 법칙이다.: Gibbs의 상률의 정의에 부합하는 설명이므로 옳은 보기.
    Gibbs의 상률은 강도성 상태량과 관계한다.: 자유도(F)는 온도, 압력, 농도와 같은 강도성 상태량과 관련되므로 옳은 보기.
    단일성분의 물질이 기상, 액상, 고상 중 임의의 2상이 공존할 때 상태의 자유도는 1이다.: F = C - P + 2 공식에 대입하면 F = 1 - 2 + 2 = 1이므로 옳은 보기.
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34. 열역학 제2법칙에 관한 다음 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 100%의 열효율을 갖는 열기관은 존재할 수 없다.
  2. 단일열원으로부터 열을 전달받아 사이클 과정을 통해 모두 일로 변화시킬수 있는 열기관이 존재할 수 있다.
  3. 열은 저온부로부터 고온부로 자연적으로 전달되지는 않는다.
  4. 고립계에서 엔트로피는 항상 증가하거나 일정하게 보존된다.
(정답률: 68%)
  • 열역학 제2법칙(켈빈-플랑크의 원리)에 따르면 단일 열원으로부터 열을 받아 모두 일로 변환하는 것은 불가능합니다.
    오답 노트
    * 100%의 열효율을 갖는 열기관은 존재할 수 없다: 켈빈-플랑크의 원리에 따라 열효율 100%는 불가능하므로 옳은 설명입니다.
    * 열은 저온부로부터 고온부로 자연적으로 전달되지는 않는다: 클라우지우스의 원리에 따라 외부의 일 없이는 저온에서 고온으로 열이 자연적으로 이동할 수 없으므로 옳은 설명입니다.
    * 고립계에서 엔트로피는 항상 증가하거나 일정하게 보존된다: 엔트로피 증가의 법칙에 따라 고립계의 엔트로피는 감소할 수 없으므로 옳은 설명입니다.
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35. 1MPa, 400℃인 큰 용기 속의 공기가 노즐을 통하여 100KPa까지 등엔트로피 팽창을 한다. 출구속도는 약 몇 m/s인가? (단, 비열비는 1.4이고, 정압비열은 1.0kJ/(kgㆍK)이며, 노즐 입구에서의 속도는 무시한다.)

  1. 569
  2. 805
  3. 910
  4. 1107
(정답률: 40%)
  • 이 문제는 노즐을 통한 공기의 등엔트로피 팽창 시 출구 속도를 구하는 것으로, 이상 기체의 등엔트로피 관계식과 정상 유동 에너지 방정식을 활용합니다.
    1. 등엔트로피 관계식을 이용하여 출구 온도(T_2) 계산:
    $$ T_2 = T_1 \left(\frac{P_2}{P_1}\right)^{\frac{k-1}{k}} $$
    $$ T_2 = (400+273) \text{ K} × \left(\frac{100 \text{ kPa}}{1000 \text{ kPa}}\right)^{\frac{1.4-1}{1.4}} $$
    $$ T_2 \approx 348.5 \text{ K} $$
    2. 정상 유동 에너지 방정식을 이용하여 출구 속도(V_2) 계산:
    $$ V_2 = \sqrt{2c_p(T_1 - T_2)} $$
    $$ V_2 = \sqrt{2 × 1000 \text{ J/(kg·K)} × (673 \text{ K} - 348.5 \text{ K})} $$
    $$ V_2 \approx 805.6 \text{ m/s} $$
    따라서 출구 속도는 약 805 m/s입니다.
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36. 온도가 400℃인 열원과 300℃인 열원 사이에서 작동하는 카르노 열기관이 있다. 이 열기관에서 방출되는 300℃의 열은 또 다른 카르노 열기관으로 공급되어, 300℃의 열원과 100℃의 열원 사이에서 작동한다. 이와 같은 복합 카르노 열기관의 전체 효율은 약 몇 % 인가?

  1. 44.57%
  2. 59.43%
  3. 74.29%
  4. 29.72%
(정답률: 44%)
  • 이 문제는 두 개의 카르노 열기관이 직렬로 연결된 복합 카르노 열기관의 전체 효율을 계산하는 문제입니다. 각 카르노 열기관의 효율을 켈빈 온도를 사용하여 계산한 후, 이를 바탕으로 전체 효율을 구합니다.
    카르노 효율:
    $$ η = 1 - \frac{T_c}{T_h} $$
    복합 카르노 열기관의 전체 효율:
    $$ \eta_{total} = 1 - (1 - \eta_1)(1 - \eta_2) $$
    (여기서 T_h와 T_c는 각각 고온 및 저온 열원의 켈빈 온도이며, \eta_1은 첫 번째 열기관의 효율, \eta_2는 두 번째 열기관의 효율입니다.)
    온도 변환:
    $$ T_{H1} = 400℃ = 400 + 273.15 = 673.15 \text{ K} $$
    $$ T_M = 300℃ = 300 + 273.15 = 573.15 \text{ K} $$
    $$ T_{L2} = 100℃ = 100 + 273.15 = 373.15 \text{ K} $$
    각 열기관의 효율:
    $$ \eta_1 = 1 - \frac{573.15}{673.15} \approx 0.14856 $$
    $$ \eta_2 = 1 - \frac{373.15}{573.15} \approx 0.34895 $$
    전체 효율:
    $$ \eta_{total} = 1 - (1 - 0.14856)(1 - 0.34895) $$
    $$ \eta_{total} = 1 - (0.85144)(0.65105) $$
    $$ \eta_{total} = 1 - 0.55430 $$
    $$ \eta_{total} \approx 0.4457 $$
    따라서 전체 효율은 약 44.57% 입니다.
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37. 온도가 각각 -20℃, 30℃인 두 열원 사이에서 작동하는 냉동사이클이 이상적인 역카르노사이클을 이루고 있다. 냉동기에 공급된 일이 15KW이면 냉동용량(냉각열량)은 약 몇 kW인가?

  1. 2.5
  2. 3.0
  3. 76
  4. 91
(정답률: 46%)
  • 이 문제는 이상적인 역카르노사이클 냉동기의 성능계수(COP)를 절대온도를 이용하여 구한 뒤, 공급된 일량으로부터 냉동용량(냉각열량)을 계산합니다.
    $$ COP_R = \frac{T_L}{T_H - T_L} $$
    $$ Q_L = COP_R × W_{in} $$
    $$ COP_R = \frac{253.15 K}{303.15 K - 253.15 K} $$
    $$ Q_L = COP_R × 15 KW $$
    $$ COP_R = 5.063 $$
    $$ Q_L = 5.063 × 15 KW = 75.945 KW \approx 76 KW $$
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38. 이상기체 5kg이 250℃에서 120℃까지 정적과정을 변화한다. 엔트로피 감소량은 약 몇 kJ/K인가? (단, 정적비열은 0.653 kJ/(kgㆍK)이다.)

  1. 0.933
  2. 0.439
  3. 0.274
  4. 0.187
(정답률: 41%)
  • 이 문제는 이상기체의 정적과정에서 발생하는 엔트로피 변화량을 계산하는 문제입니다.
    $$ Δ S = m · C_v · \ln\left(\frac{T_2}{T_1}\right) $$
    온도를 켈빈(K)으로 변환하면 다음과 같습니다.
    $$ T1 = 250 ℃ + 273.15 = 523.15 K $$
    $$ T2 = 120 ℃ + 273.15 = 393.15 K $$
    $$ Δ S = 5 \text{ kg} · 0.653 \text{ kJ/(kg}·\text{K)} · \ln\left(\frac{393.15 \text{ K}}{523.15 \text{ K}}\right) $$
    $$ Δ S \approx -0.933 \text{ kJ/K} $$
    엔트로피 감소량은 약 0.933 kJ/K입니다.
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39. 압력이 200kPa로 일정한 상태로 유지되는 실린더 내의 이상기체가 체적 0.3m3에서 0.4m3로 팽창될 때 이상기체가 한 일의 양은 몇 kJ인가?

  1. 20
  2. 40
  3. 60
  4. 80
(정답률: 61%)
  • 이 문제는 일정한 압력 하에서 기체가 팽창할 때 기체가 한 일의 양을 계산하는 문제로, 등압 과정에서의 일 공식을 적용합니다.
    $$ W = P Δ V $$
    $$ W = P (V_2 - V_1) $$
    $$ W = 200 \text{ kPa} × (0.4 \text{ m}^3 - 0.3 \text{ m}^3) $$
    $$ W = 20 \text{ kJ} $$
  • w=p(v2-v1)
    w=200kpa(0.4-0.3)=200x0.1=20
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40. 500K의 고온 열저장조와 300K의 저온 열저장조 사이에서 작동되는 열기관이 낼 수 있는 최대 효율은?

  1. 100%
  2. 80%
  3. 60%
  4. 40%
(정답률: 61%)
  • 이 문제는 카르노 효율 공식을 적용하여 열기관이 낼 수 있는 최대 효율을 구합니다.
    $$ η = 1 - \frac{T_c}{T_h} $$
    $$ η = 1 - \frac{300K}{500K} $$
    $$ η = 0.4 = 40\% $$
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3과목: 계측방법

41. 열전대 온도계에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 흡습 등으로 열화된다.
  2. 밀도차를 이용한 것이다.
  3. 자기가열에 주의해야 한다.
  4. 온도에 대한 열기전력이 크며 내구성이 좋다.
(정답률: 77%)
  • 열전대 온도계는 두 종류의 금속 접합부에서 발생하는 열기전력을 이용하여 온도를 측정하며, 온도 변화에 대한 열기전력 변화가 크고 견고하여 내구성이 우수하다.
    오답 노트
    * 흡습 등으로 열화된다: 열전대는 흡습으로 인한 열화가 거의 없다.
    * 밀도차를 이용한 것이다: 열전대는 제백 효과를 이용한다.
    * 자기가열에 주의해야 한다: 자기가열은 저항 온도계의 문제점이다.
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42. 지름 400mm인 관속을 5kg/s로 공기가 흐르고 있다. 관속의 압력은 200kPa, 온도는 23℃, 공기의 기체상수 R이 287J/(kgㆍK)라 할 때 공기의 평균 속도는 약 몇 m/s인가?

  1. 2.4
  2. 7.7
  3. 16.9
  4. 24.1
(정답률: 43%)
  • 이 문제는 이상기체 상태방정식과 질량 유량 공식을 적용하여 공기의 평균 속도를 구합니다.
    $$ A = \frac{π D^2}{4} $$
    $$ ρ = \frac{P}{RT} $$
    $$ v = \frac{\dot{m}}{ρ A} $$
    $$ v = \frac{5 \text{ kg/s}}{\left(\frac{200 × 10^3 \text{ Pa}}{287 \text{ J/(kg·K)} × (23+273.15) \text{ K}}\right) × \left(\frac{π × (0.4 \text{ m})^2}{4}\right)} $$
    $$ v \approx 16.9 \text{ m/s} $$
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43. 다음 열전대 종류 중 측정온도에 대한 기전력의 크기로 옳은 것은?

  1. IC＞CC＞CA＞PR
  2. IC＞PR＞CC＞CA
  3. CC＞CA＞PR＞IC
  4. CC＞IC＞CA＞PR
(정답률: 70%)
  • 열전대의 기전력은 종류별로 온도 변화에 따른 전압 발생량이 다르며, 일반적으로 J형(IC)이 가장 높고 R/S형(PR)이 가장 낮습니다.
    오답 노트
    * IC＞PR＞CC＞CA: PR(R/S형)은 가장 낮은 기전력을 가지므로 오답.
    * CC＞CA＞PR＞IC: IC(J형)는 가장 높은 기전력을 가지므로 오답.
    * CC＞IC＞CA＞PR: IC(J형)는 CC(T형)보다 높은 기전력을 가지므로 오답.
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44. 2000℃까지 고온 측정이 가능한 온도계는?

  1. 방사 온도계
  2. 백금저항 온도계
  3. 바이메탈 온도계
  4. Pt-Rh 열전식 온도계
(정답률: 75%)
  • 방사 온도계는 물체에서 방출되는 복사 에너지를 측정하여 비접촉식으로 2000℃ 이상의 초고온을 측정할 수 있습니다.
    오답 노트
    - 백금저항 온도계: 측정 가능 온도가 1000℃ 이하이므로 오답.
    - 바이메탈 온도계: 측정 가능 온도가 500℃ 이하이므로 오답.
    - Pt-Rh 열전식 온도계: 측정 가능 온도가 1700℃ 내외이므로 오답.
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45. 다음 그림과 같은 경사관식 압력계에서 P2는 50kg/m2일 때 측정압력 P1은 약 몇 kg/m2인가? (단, 액체의 비중은 1이다.)

  1. 130
  2. 180
  3. 320
  4. 530
(정답률: 57%)
  • 이 문제는 경사관식 압력계의 압력 차이를 이용하여 미지 압력을 계산하는 문제입니다.
    $$ P_1 = P_2 + γ L \sinθ $$
    $$ P_1 = 50 + (1000 × 0.5 × \sin15^°) $$
    $$ P_1 \approx 180 $$
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46. SI 기본단위를 바르게 표현한 것은?

  1. 시간-분
  2. 질량-그램
  3. 길이-밀리미터
  4. 전류-암페어
(정답률: 82%)
  • SI 기본단위는 국제단위계에서 독립적으로 정의된 7가지 단위로, 전류의 기본단위는 암페어입니다.
    오답 노트
    - 시간-분: 시간의 SI 기본단위는 초(second)입니다.
    - 질량-그램: 질량의 SI 기본단위는 킬로그램(kilogram)입니다.
    - 길이-밀리미터: 길이의 SI 기본단위는 미터(meter)입니다.
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47. 전자유량계의 특징으로 틀린 것은?

  1. 응답이 빠른 편이다.
  2. 압력손실이 거의 없다.
  3. 높은 내식성을 유지할 수 있다.
  4. 모든 액체의 유량 측정이 가능하다.
(정답률: 75%)
  • 전자유량계는 전도성 액체만 측정할 수 있으므로 모든 액체의 유량 측정이 불가능합니다.
    오답 노트
    - 응답이 빠른 편이다: 비접촉식 측정으로 응답 속도가 빠르므로 오답.
    - 압력손실이 거의 없다: 유로 내 방해물이 없어 압력 손실이 거의 없으므로 오답.
    - 높은 내식성을 유지할 수 있다: 라이닝 및 전극 재질 선택으로 부식성 유체에 강하므로 오답.
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48. 오르자트식 가스분석계로 측정하기 어려운 것은?

  1. O2
  2. CO2
  3. CH4
  4. CO
(정답률: 69%)
  • 오르자트식 가스분석계는 흡수액을 이용하여 CO₂, O₂, CO를 순차적으로 측정하며, 메탄(CH₄)과 같은 가연성 가스는 직접 측정하기 어렵습니다.
    오답 노트
    - O₂: 수산화피로갈롤 용액으로 흡수하여 측정 가능하므로 오답.
    - CO₂: 수산화칼륨 용액으로 흡수하여 측정 가능하므로 오답.
    - CO: 염화제일구리 암모니아 용액으로 흡수하여 측정 가능하므로 오답.
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49. 불연속 제어로서 탱크의 액위를 제어하는 방법으로 주로 이용되는 것은?

  1. P 동작
  2. PI 동작
  3. PD 동작
  4. 온ㆍ오프 동작
(정답률: 73%)
  • 온ㆍ오프 동작은 제어량의 오차에 따라 제어 출력이 켜지거나 꺼지는 두 가지 상태만을 가지는 불연속 제어 방식입니다.
    오답 노트
    - P 동작: 비례 제어는 오차에 비례하여 제어량을 연속적으로 조절하는 연속 제어 방식이므로 오답.
    - PI 동작: 비례-적분 제어는 오차와 오차의 누적값에 비례하여 제어량을 연속적으로 조절하는 연속 제어 방식이므로 오답.
    - PD 동작: 비례-미분 제어는 오차와 오차의 변화율에 비례하여 제어량을 연속적으로 조절하는 연속 제어 방식이므로 오답.
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50. 관로에 설치된 오리피스 전후의 압력차는?

  1. 유량의 제곱에 비례한다.
  2. 유량의 제곱근에 비례한다.
  3. 유량의 제곱에 반비례한다.
  4. 유량의 제곱근에 반비례한다.
(정답률: 50%)
  • 오리피스 전후의 압력차는 유체의 운동 에너지 변화와 관련되며, 유량은 속도에 비례하고 압력차는 속도 제곱에 비례하므로 유량의 제곱에 비례합니다.
    오답 노트
    * 유량의 제곱근에 비례한다.: 압력차는 유량의 제곱에 비례하므로 오답.
    * 유량의 제곱에 반비례한다.: 압력차는 유량의 제곱에 비례하므로 오답.
    * 유량의 제곱근에 반비례한다.: 압력차는 유량의 제곱에 비례하므로 오답.
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51. 염화리튬이 공기 수증기압과 평형을 이룰 때 생기는 온도저하를 저항온도계로 측정하여 습도를 알아내는 습도계는?

  1. 듀셀 노점계
  2. 아스만 습도계
  3. 광전관식 노점계
  4. 전기저항식 습도계
(정답률: 69%)
  • 염화리튬의 흡습 특성을 이용하여 공기 중 수증기압과 평형을 이룰 때의 온도를 측정해 습도를 알아내는 방식입니다.
    오답 노트
    * 아스만 습도계: 건구와 습구의 온도차를 이용하여 습도를 측정하는 건습구 습도계이므로 오답.
    * 광전관식 노점계: 냉각 거울 표면에 맺히는 이슬을 광전관으로 감지하여 노점을 측정하므로 오답.
    * 전기저항식 습도계: 습도에 따라 전기 저항이 변하는 물질의 저항값을 직접 측정하여 습도를 알아내는 방식이므로 오답.
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52. 유량 측정에 쓰이는 Tap 방식이 아닌 것은?

  1. 베나 탭
  2. 코어 탭
  3. 압력 탭
  4. 플랜지 탭
(정답률: 63%)
  • 압력 탭은 유량 측정에 사용되는 특정 탭 방식이 아니라, 압력을 측정하기 위한 일반적인 구멍을 의미합니다.
    오답 노트
    - 베나 탭: 오리피스 유량계에서 유속이 가장 빠른 지점(축소 단면)에 설치하는 탭 방식이므로 오답.
    - 코어 탭: 유량 측정에 사용되는 탭 방식 중 하나이므로 오답.
    - 플랜지 탭: 오리피스 유량계에서 오리피스 플레이트의 상류 및 하류 플랜지에 설치하는 탭 방식이므로 오답.
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53. 다음에서 설명하는 제어동작은?

  1. D 동작
  2. PI 동작
  3. PD 동작
  4. P 동작
(정답률: 68%)
  • PI 동작은 비례 동작으로 응답 속도를 개선하고 적분 동작으로 잔류 편차를 제거하지만, 적분 동작의 특성상 급변 시 진동이 발생할 수 있습니다.
    오답 노트:
    - D 동작: 잔류 편차를 제거하지 못하며, 주로 안정성을 향상시키는 데 사용됩니다.
    - PD 동작: 잔류 편차를 완전히 제거하지 못하며, 주로 응답 속도와 안정성을 개선합니다.
    - P 동작: 부하 변화 시 잔류 편차가 발생합니다.
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54. 제어시스템에서 응답이 계단변화가 도입된 후에 얻게 될 최종적인 값을 얼마나 초과하게 되는지를 나타내는 척도는?

  1. 오프셋
  2. 쇠퇴비
  3. 오버슈트
  4. 응답시간
(정답률: 73%)
  • 오버슈트는 시스템 응답이 최종 정상 상태 값을 일시적으로 초과하는 최대 크기를 나타냅니다.
    오답 노트:
    - 오프셋: 시스템 응답이 최종 목표 값에 도달하지 못하고 남는 정상 상태 오차를 의미하므로 오답.
    - 쇠퇴비: 연속적인 오버슈트 또는 언더슈트의 최대 진폭 비율을 나타내므로 오답.
    - 응답시간: 시스템 응답이 최종 값의 특정 범위 내에 도달하는 데 걸리는 시간을 의미하므로 오답.
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55. 다음 온도계 중 측정범위가 가장 높은 것은?

  1. 광온도계
  2. 저항온도계
  3. 열전온도계
  4. 압력온도계
(정답률: 83%)
  • 광온도계는 물체에서 방출되는 복사 에너지를 측정하여 온도를 파악하므로, 매우 높은 온도까지 비접촉식으로 측정할 수 있어 측정 범위가 가장 넓습니다.
    오답 노트
    * 저항온도계: 금속의 전기 저항 변화를 이용하며, 주로 -200℃ ~ 600℃ 정도의 중저온 측정에 사용됩니다.
    * 열전온도계: 두 종류의 금속 접합부에서 발생하는 열기전력을 이용하며, -200℃ ~ 1800℃ 정도의 비교적 넓은 범위지만 광온도계보다는 낮습니다.
    * 압력온도계: 액체나 기체의 압력 변화를 이용하며, 주로 -40℃ ~ 600℃ 정도의 중저온 측정에 사용됩니다.
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56. 기계연료의 시험방법 중 CO의 흡수액은?

  1. 발연 황산액
  2. 수산화칼륨 30% 수용액
  3. 알칼리성 피로카롤 용액
  4. 암모니아성 염화 제1동 용액
(정답률: 70%)
  • 암모니아성 염화 제1동 용액은 일산화탄소(CO)를 선택적으로 흡수하는 데 사용됩니다.
    오답 노트
    - 발연 황산액: 불포화 탄화수소 흡수액이므로 오답.
    - 수산화칼륨 30% 수용액: 이산화탄소 흡수액이므로 오답.
    - 알칼리성 피로카롤 용액: 산소 흡수액이므로 오답.
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57. 차압식 유량계의 종류가 아닌 것은?

  1. 벤투리
  2. 오리피스
  3. 터빈유량계
  4. 플로우 노즐
(정답률: 73%)
  • 터빈유량계는 유체의 속도를 측정하여 유량을 산출하는 속도식 유량계입니다.
    오답 노트
    * 벤투리: 차압식 유량계의 한 종류이므로 오답.
    * 오리피스: 차압식 유량계의 한 종류이므로 오답.
    * 플로우 노즐: 차압식 유량계의 한 종류이므로 오답.
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58. 단열식 열량계로 석탄 1.5g을 연소시켰더니 온도가 4℃ 상승하였다. 통내의 유량이 2000g, 열량계의 물당량이 500g 일 때 이 석탄의 발열량은 약 몇 J/g인가? (단, 물의 비열은 4.19J/gㆍK이다.)

  1. 2.23×104
  2. 2.79×104
  3. 4.19×104
  4. 6.98×104
(정답률: 55%)
  • 이 문제는 단열식 열량계를 이용한 물질의 발열량을 계산하는 문제입니다. 열량계가 흡수한 총 열량은 물과 열량계의 물당량이 흡수한 열량의 합이며, 이는 연소된 석탄이 방출한 열량과 같습니다.
    $$ Q = (m_{물} + m_{물당량}) × c_{물} × Δ T $$
    $$ 발열량 = \frac{Q}{m_{석탄}} $$
    $$ Q = (2000\text{g} + 500\text{g}) × 4.19\text{J/g·K} × 4\text{K} $$
    $$ 발열량 = \frac{(2000\text{g} + 500\text{g}) × 4.19\text{J/g·K} × 4\text{K}}{1.5\text{g}} $$
    $$ 발열량 \approx 2.79 × 10^4\text{J/g} $$
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59. 2원자분자를 제외한 CO2, CO, CH4등의 가스를 분석할 수 있으며, 선택성이 우수하고 저농도 분석에 적합한 가스 분석법은?

  1. 적외선법
  2. 음향법
  3. 열전도율법
  4. 도전율법
(정답률: 69%)
  • 적외선법은 2원자분자를 제외한 다원자분자들이 특정 파장의 적외선을 흡수하는 원리를 이용하여 가스를 분석하며, 각 가스마다 고유한 흡수 스펙트럼을 가지므로 선택성이 우수하고 저농도 분석에 적합합니다.
    오답 노트
    * 음향법: 선택성이 낮고 저농도 분석에 부적합하여 오답.
    * 열전도율법: 선택성이 낮고 저농도 분석에 부적합하여 오답.
    * 도전율법: 주로 액체 분석에 사용되며 기체 분석에 직접 적용하기 어려워 오답.
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60. 국제단위계(SI)에서 길이단위의 설명으로 틀린 것은?

  1. 기본단위이다.
  2. 기호는 K이다.
  3. 명칭은 미터이다.
  4. 빛이 진공에서 1/299792458초 동안 진행한 경로의 길이이다.
(정답률: 76%)
  • 이 문제는 국제단위계(SI)의 기본단위 중 길이 단위에 대한 정확한 이해를 묻는 이론/개념 문제입니다.
    국제단위계(SI)에서 길이의 단위는 미터(meter)이며, 그 기호는 'm'입니다.
    오답 노트
    * 기본단위이다: 길이는 SI 7가지 기본단위(길이, 질량, 시간, 전류, 온도, 물질량, 광도) 중 하나이므로 맞는 설명입니다.
    * 명칭은 미터이다: 길이의 SI 단위 명칭은 미터이므로 맞는 설명입니다.
    * 빛이 진공에서 1/299792458초 동안 진행한 경로의 길이이다: 이는 미터의 공식적인 정의이므로 맞는 설명입니다.
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4과목: 열설비재료 및 관계법규

61. 샤모트(chamotte) 벽돌에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 일반적으로 가공률이 크고 비교적 낮은 온도에서 연화되며 내스폴링성이 좋다.
  2. 흑연질 등을 사용하며 내화도와 하중연화점이 높고 열 및 전기전도도가 크다.
  3. 내식성과 내마모성이 크며 내화도는 SK 35 이상으로 주로 고온부에 사용된다.
  4. 하중 연화점이 높고 가소성이 커 염기성 제강로에 주로 사용된다.
(정답률: 52%)
  • 샤모트 벽돌은 점토질 내화벽돌의 일종으로, 기공률이 커서 열충격에 강한 특성을 가집니다.
    오답 노트:
    - 흑연질 등을 사용하며 내화도와 하중연화점이 높고 열 및 전기전도도가 크다: 흑연질 내화벽돌에 대한 설명이므로 오답.
    - 내식성과 내마모성이 크며 내화도는 SK 35 이상으로 주로 고온부에 사용된다: 샤모트 벽돌은 내식성 및 내마모성이 특출나게 크다고 보기 어려우므로 오답.
    - 하중 연화점이 높고 가소성이 커 염기성 제강로에 주로 사용된다: 샤모트 벽돌은 산성 또는 중성 내화물로 염기성 제강로에는 사용되지 않으므로 오답.
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62. 에너지이용 합리화법에 따라 최대 1천만원 이하의 벌금에 처할 대상자에 해당되지 않는 자는?

  1. 검사대상기기조종자를 정당한 사유 없이 선임하지 아니한 자
  2. 검사대상기기의 검사를 정당한 사유없이 받지 아니한 자
  3. 검사에 불합격한 검사대상기기를 임의로 사용한 자
  4. 최저소비효율기준에 미달된 효율관리기자재를 생산한 자
(정답률: 69%)
  • 최저소비효율기준에 미달된 효율관리기자재를 생산한 자는 벌금이 아닌 과태료 부과 대상이므로 벌금에 처할 대상자에 해당되지 않습니다.
    오답 노트
    * 검사대상기기조종자를 정당한 사유 없이 선임하지 아니한 자: 에너지이용 합리화법 제78조제1항제4호에 따라 1천만원 이하의 벌금에 처합니다.
    * 검사대상기기의 검사를 정당한 사유없이 받지 아니한 자: 에너지이용 합리화법 제78조제1항제3호에 따라 1천만원 이하의 벌금에 처합니다.
    * 검사에 불합격한 검사대상기기를 임의로 사용한 자: 에너지이용 합리화법 제78조제1항제3호의2에 따라 1천만원 이하의 벌금에 처합니다.
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63. 배관설비의 지지를 위한 필요조건에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 온도의 변화에 따른 배관신축을 충분히 고려하여야 한다.
  2. 배관 시공 시 필요한 배관기울기를 용이하게 조정할 수 있어야 한다.
  3. 배관설비의 진동과 소음을 외부로 쉽게 전달할 수 있어야 한다.
  4. 수격현상 및 외부로부터 진동과 힘에 대하여 견고하여야 한다.
(정답률: 84%)
  • 배관설비의 지지는 진동과 소음의 외부 전달을 최소화하여야 합니다.
    오답 노트
    * 온도의 변화에 따른 배관신축을 충분히 고려하여야 한다.: 열팽창 및 수축에 대한 고려는 필수적인 지지 조건입니다.
    * 배관 시공 시 필요한 배관기울기를 용이하게 조정할 수 있어야 한다.: 배관 기울기 조정은 적절한 배수 및 흐름을 위해 필요한 기능입니다.
    * 수격현상 및 외부로부터 진동과 힘에 대하여 견고하여야 한다.: 수격현상 및 외부 진동에 대한 견고함은 배관의 안정성과 내구성을 위한 필수 조건입니다.
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64. 길이 7m, 외경 200mm, 내경 190mm의 탄소강관에 360℃ 과열증기를 통과시키면 이 때 늘어나는 관의 길이는 몇 mm인가? (단, 주위온도는 20℃이고, 관의 선팽창계수는 0.000013 mm/mmㆍ℃이다.)

  1. 21.15
  2. 25.71
  3. 30.94
  4. 36.48
(정답률: 47%)
  • 이 문제는 선팽창 공식을 적용하여 온도 변화에 따른 관의 길이 변화를 계산합니다.
    $$ Δ L = L_0 · α · Δ T $$
    $$ Δ L = 7000 \text{ mm} · 0.000013 \text{ mm/mm} · \text{℃} · (360 - 20) \text{ ℃} $$
    $$ Δ L = 30.94 \text{ mm} $$
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65. 에너지이용 합리와법에 따라 에너지사용계획을 수립하여 산업통상자원부장관에게 제출하여야 하는 민간사업주관자의 기준은?

  1. 연간 5백만 킬로와트시 이상의 전력을 사용하는 시설을 설치하려는 자
  2. 연간 1천만 킬로와트시 이상의 전력을 사용하는 시설을 설치하려는 자
  3. 연간 1천 5백만 킬로와트시 이상의 전력을 사용하는 시설을 설치하려는 자
  4. 연간 2천만 킬로와트시 이상의 전력을 사용하는 시설을 설치하려는 자
(정답률: 77%)
  • 이 문제는 에너지이용 합리화법 시행령에 명시된 에너지사용계획 제출 대상 기준을 묻는 암기 문제입니다.
    에너지이용 합리화법 시행령 제10조 제1항 제1호에 따라, 연간 2천만 킬로와트시 이상의 전력을 사용하는 시설을 설치하려는 민간사업주관자는 에너지사용계획을 수립하여 산업통상자원부장관에게 제출해야 합니다.
    오답 노트
    * 연간 5백만 킬로와트시 이상의 전력을 사용하는 시설을 설치하려는 자: 기준 미달로 오답.
    * 연간 1천만 킬로와트시 이상의 전력을 사용하는 시설을 설치하려는 자: 기준 미달로 오답.
    * 연간 1천 5백만 킬로와트시 이상의 전력을 사용하는 시설을 설치하려는 자: 기준 미달로 오답.
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66. 관의 신축량에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 신축량은 관의 열팽창계수, 길이, 온도차에 반비례한다.
  2. 신축량은 관의 열팽창계수, 길이, 온도차에 비례한다.
  3. 신축량은 관의 길이, 온도차에는 비례하지만, 열팽창계수에는 반비례한다.
  4. 신축량은 관의 열팽창계수에 비례하고 온도차와 길이에 반비례한다.
(정답률: 80%)
  • 관의 신축량은 재료의 열팽창계수, 원래 길이, 그리고 온도 변화에 직접적으로 비례합니다.
    오답 노트:
    - 신축량은 관의 열팽창계수, 길이, 온도차에 반비례한다: 신축량은 열팽창계수, 길이, 온도차에 비례한다.
    - 신축량은 관의 길이, 온도차에는 비례하지만, 열팽창계수에는 반비례한다: 신축량은 열팽창계수에도 비례한다.
    - 신축량은 관의 열팽창계수에 비례하고 온도차와 길이에 반비례한다: 신축량은 온도차와 길이에도 비례한다.
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67. 에너지이용 합리와법에 따라 인정검사대상기기 조종자의 교육을 이수한 자가 조종할 수 없는 것은?

  1. 압력 용기
  2. 용량이 581.5킬로와트인 열매체를 가열하는 보일러
  3. 용량이 700 킬로와트의 온수발생 보일러
  4. 최고사용압력이 1MPa 이하이고, 전열면적이 10 제곱미터 이하인 증기보일러
(정답률: 69%)
  • 에너지이용 합리와법은 에너지를 효율적으로 이용하고 환경을 보호하기 위한 법이다. 이 법에 따라 인정검사대상기기를 조종하는 사람은 해당 기기의 교육을 이수한 자여야 한다. 그러나 용량이 700 킬로와트의 온수발생 보일러는 이 법에 따라 교육을 이수한 사람도 조종할 수 없다. 이는 해당 보일러가 인정검사대상기기 중에서 가장 위험한 기기 중 하나이기 때문이다. 이 보일러는 높은 온도와 압력을 유지하고 있기 때문에 조종자의 안전을 위해 전문적인 기술과 경험이 필요하다. 따라서 이 보일러를 조종하기 위해서는 해당 분야의 전문가나 교육을 받은 자만이 조종할 수 있다.
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68. 에너지이용 합리화법상의 “목표에너지원단위”란?

  1. 열사용기기당 단위시간에 사용할 열의 사용목표량
  2. 각 회사마다 단위기간 동안 사용할 열의 사용목표량
  3. 에너지를 사용하여 만드는 제품의 단위당 에너지사용목표량
  4. 보일러에서 증기 1톤을 발생할 때 사용할 연료의 사용목표량
(정답률: 79%)
  • "목표에너지원단위"는 에너지를 사용하여 만드는 제품의 단위당 에너지 사용 효율 목표를 의미합니다.
    오답 노트
    * 열사용기기당 단위시간에 사용할 열의 사용목표량: 특정 기기의 열 사용 목표량으로, 제품 단위당 효율 개념이 아니므로 오답.
    * 각 회사마다 단위기간 동안 사용할 열의 사용목표량: 회사 전체의 총 열 사용 목표량으로, 제품 단위당 효율 개념이 아니므로 오답.
    * 보일러에서 증기 1톤을 발생할 때 사용할 연료의 사용목표량: 보일러의 특정 생산량에 대한 연료 사용 목표량으로, 일반적인 제품 단위당 에너지원단위 개념보다 협소하므로 오답.
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69. 에너지이용 합리화법상의 효율관리기자재에 속하지 않는 것은?

  1. 전기철도
  2. 삼상유도전동기
  3. 전기세탁기
  4. 자동차
(정답률: 65%)
  • 전기철도는 에너지이용 합리화법상 효율관리기자재의 범위에 포함되지 않는 대규모 운송 시스템입니다.
    오답 노트
    * 삼상유도전동기: 산업용 에너지 소비가 커 효율관리기자재에 해당합니다.
    * 전기세탁기: 가정용 에너지 소비 기자재로 효율관리기자재에 해당합니다.
    * 자동차: 연비 효율 관리가 법적으로 의무화된 효율관리기자재에 해당합니다.
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70. 가마를 축조할 때 단열재를 사용함으로써 얻을 수 있는 효과로 틀린 것은?

  1. 작업 온도까지 가마의 온도를 빨리 올릴 수 있다.
  2. 가마의 벽을 얇게 할 수 있다.
  3. 가마내의 온도 분포가 균일하게 된다.
  4. 내화벽돌의 내ㆍ외부 온도가 급격히 상승한다.
(정답률: 76%)
  • 단열재는 열 손실을 줄여 가마 내부의 열을 보존하는 역할을 합니다.
    내화벽돌의 내ㆍ외부 온도가 급격히 상승한다: 단열재는 가마 내부의 열이 외부로 빠져나가는 것을 막아 외부 벽면의 온도가 급격히 상승하는 것을 방지합니다. 오히려 외부 온도는 낮게 유지됩니다.
    오답 노트:
    * 작업 온도까지 가마의 온도를 빨리 올릴 수 있다: 단열재는 열 손실을 줄여 가마 내부 온도를 목표치까지 빠르게 상승시킵니다.
    * 가마의 벽을 얇게 할 수 있다: 단열 성능이 향상되므로 동일한 단열 효과를 위해 벽 두께를 줄일 수 있습니다.
    * 가마내의 온도 분포가 균일하게 된다: 단열재는 벽면을 통한 열 손실을 줄여 가마 내부의 온도 편차를 줄이고 균일한 온도 분포를 만듭니다.
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71. 에너지이용 합리와법에 따라 검사대상기기 조종자의 신고사유가 발생한 경우 발생한 날로부터 며칠 이내에 신고해야 하는가?

  1. 7일
  2. 15일
  3. 30일
  4. 60일
(정답률: 64%)
  • 이 문제는 에너지이용 합리화법 시행규칙에 명시된 검사대상기기 조종자의 신고 기한을 묻는 암기 문제입니다.
    에너지이용 합리화법 시행규칙 제40조의2에 따라 검사대상기기 조종자는 신고사유 발생일로부터 30일 이내에 신고해야 합니다.
    오답 노트
    - 7일: 검사대상기기 조종자의 신고 기한은 7일이 아닌 30일입니다.
    - 15일: 검사대상기기 조종자의 신고 기한은 15일이 아닌 30일입니다.
    - 60일: 검사대상기기 조종자의 신고 기한은 60일이 아닌 30일입니다.
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72. 다음은 보일러의 급수밸브 및 체크밸브 설치 기준에 관한 설명이다. ()안에 알맞은 것은?

  1. ㄱ : 5A, ㄴ : 10A
  2. ㄱ : 10A, ㄴ : 15A
  3. ㄱ : 15A, ㄴ : 20A
  4. ㄱ : 20A, ㄴ : 30A
(정답률: 77%)
  • 보일러 급수밸브 및 체크밸브의 크기는 보일러의 전열면적에 따라 규정된 호칭 지름 이상으로 설치해야 합니다.
    전열면적 10m² 이하의 보일러에서는 관의 호칭 15A 이상, 전열면적 10m²를 초과하는 보일러에서는 호칭 20A 이상으로 설치하는 것이 관련 법규에 명시된 기준입니다.
    오답 노트
    - ㄱ : 5A, ㄴ : 10A: 전열면적 기준에 따른 급수밸브 및 체크밸브의 최소 호칭 지름보다 작으므로 오답.
    - ㄱ : 10A, ㄴ : 15A: 전열면적 기준에 따른 급수밸브 및 체크밸브의 최소 호칭 지름보다 작으므로 오답.
    - ㄱ : 20A, ㄴ : 30A: 전열면적 10m² 이하 보일러의 급수밸브 및 체크밸브 호칭은 15A 이상, 10m² 초과 보일러는 20A 이상이므로, 제시된 값은 정확한 기준값이 아니므로 오답.
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73. 에너지이용 합리화법에 따라 산업통상자원부장관은 에너지를 합리적으로 이용하게 하기 위하여 몇 년 마다 에너지이용 합리화에 관한 기본계획을 수립하여야 하는가?

  1. 2년
  2. 3년
  3. 5년
  4. 10년
(정답률: 80%)
  • 에너지이용 합리화법 제4조에 따라 산업통상자원부장관은 5년마다 에너지이용 합리화에 관한 기본계획을 수립해야 합니다.
    오답 노트:
    - 2년: 에너지이용 합리화법에서 기본계획 수립 주기는 2년이 아닙니다.
    - 3년: 에너지이용 합리화법에서 기본계획 수립 주기는 3년이 아닙니다.
    - 10년: 에너지이용 합리화법에서 기본계획 수립 주기는 10년이 아닙니다.
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74. 산성 내화물이 아닌 것은?

  1. 규석질 내화물
  2. 납석질 내화물
  3. 샤모트질 내화물
  4. 마그네시아 내화물
(정답률: 78%)
  • 마그네시아 내화물은 염기성 내화물에 해당합니다.
    오답 노트
    * 규석질 내화물: 산성 내화물입니다.
    * 납석질 내화물: 산성 내화물입니다.
    * 샤모트질 내화물: 산성 내화물입니다.
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75. 고압 배관용 탄소강관에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 관의 소재로는 킬드강을 사용하여 이음매 없이 제조된다.
  2. KS 규격 기호로 SPPS 라고 표기한다.
  3. 350℃이하, 100kg/cm2 이상의 압력범위에 사용이 가능하다.
  4. NH3 합성용 배관, 화학공법의 고압유체 수송용에 사용한다.
(정답률: 77%)
  • 고압 배관용 탄소강관의 KS 규격 기호는 SPPH이며, SPPS는 압력 배관용 탄소강관의 규격 기호이므로 틀린 설명입니다.
    오답 노트
    - 관의 소재로는 킬드강을 사용하여 이음매 없이 제조된다: 고압 배관용 탄소강관은 킬드강을 사용하며 이음매 없는 방식으로 제조되어야 합니다.
    - 350℃이하, 100kg/cm2 이상의 압력범위에 사용이 가능하다: 고압 배관용 탄소강관의 일반적인 사용 온도 및 압력 범위입니다.
    - NH3 합성용 배관, 화학공법의 고압유체 수송용에 사용한다: 고압 배관용 탄소강관의 주요 사용처입니다.
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76. 크롬이나 크롬마그네시아 벽돌이 고온에서 산화철을 흡수하여 표면이 부풀어 오르고 떨어져 나가는 현상은?

  1. 버스팅(bursting)
  2. 스폴링(spalling)
  3. 슬래킹(slaking)
  4. 큐어링(curing)
(정답률: 75%)
  • 크롬이나 크롬마그네시아 벽돌이 고온에서 산화철을 흡수하여 부피가 팽창하고 표면이 떨어져 나가는 현상은 버스팅(bursting)이라고 합니다.
    오답 노트
    * 스폴링(spalling): 열적, 기계적, 화학적 충격으로 인해 내화물이 파괴되어 떨어져 나가는 현상으로, 버스팅은 스폴링의 한 원인이 될 수 있으나, 문제에서 설명하는 흡수 및 팽창 메커니즘 자체를 지칭하지는 않습니다.
    * 슬래킹(slaking): 수분과 반응하여 재료가 붕괴되는 현상으로, 내화물의 고온 산화철 흡수 현상과는 무관합니다.
    * 큐어링(curing): 콘크리트 등의 재료가 적절한 강도를 얻도록 양생하는 과정으로, 내화물 손상 현상과는 관련이 없습니다.
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77. 내화물의 구비조건으로 틀린 것은?

  1. 상온에서 압축강도가 작을 것
  2. 내마모성 및 내침식성을 가질 것
  3. 재가열 시 수축이 적을 것
  4. 사용온도에서 연화변형하지 않을 것
(정답률: 75%)
  • 내화물은 고온에서 하중을 견뎌야 하므로 상온에서도 압축강도가 커야 합니다.
    오답 노트
    * 내마모성 및 내침식성을 가질 것: 고온에서 마모와 침식에 강해야 하므로 맞는 조건입니다.
    * 재가열 시 수축이 적을 것: 반복 가열 시 치수 안정성을 유지해야 하므로 맞는 조건입니다.
    * 사용온도에서 연화변형하지 않을 것: 고온에서도 형태를 유지해야 하므로 맞는 조건입니다.
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78. 에너지이용 합리화법에 따라 에너지저장의무를 부과할 수 있는 대상자가 아닌 자는?

  1. 전기사업법에 의한 전기사업자
  2. 도시가스사업법에 의한 도시가스사업자
  3. 풍력사업법에 의한 풍력사업자
  4. 석탄산업법에 의한 석탄가공업자
(정답률: 71%)
  • 에너지이용 합리화법 제10조의2에 명시된 에너지저장 의무 부과 대상자는 전기사업자, 도시가스사업자, 석유 및 석유대체연료 사업자 등이며, 풍력사업자는 해당 법령에 직접적으로 포함되지 않습니다.
    오답 노트
    * 전기사업법에 의한 전기사업자: 에너지이용 합리화법 제10조의2 제1호에 따라 의무 부과 대상입니다.
    * 도시가스사업법에 의한 도시가스사업자: 에너지이용 합리화법 제10조의2 제2호에 따라 의무 부과 대상입니다.
    * 석탄산업법에 의한 석탄가공업자: 석탄가공을 통해 생산되는 석탄액화연료 등은 석유대체연료에 해당하여 에너지이용 합리화법 제10조의2 제3호에 따라 의무 부과 대상이 될 수 있습니다.
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79. 배관의 신축이음에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 슬리브형은 단식과 복식의 2종류가 있으며, 고온, 고압에 사용한다.
  2. 루프형은 고압에 잘 견디며, 주로 고압증기의 옥외 배관에 사용한다.
  3. 벨로즈형은 신축으로 인한 응력을 받지 않는다.
  4. 스위블형은 온수 또는 저압증기의 배관에 사용하며, 큰 신축에 대하여는 누설의 염려가 있다.
(정답률: 65%)
  • 슬리브형 신축이음은 패킹의 누설 위험이 있어 고온, 고압 환경보다는 중저온, 중저압 환경에 주로 사용됩니다.
    오답 노트:
    - 루프형은 고압에 잘 견디며, 주로 고압증기의 옥외 배관에 사용한다: 루프형은 열팽창 흡수 능력이 우수하고 고압에 강하여 고압 증기 배관에 적합합니다.
    - 벨로즈형은 신축으로 인한 응력을 받지 않는다: 벨로즈형은 배관의 열팽창으로 인한 응력을 흡수하여 배관 자체에는 응력이 전달되지 않도록 합니다.
    - 스위블형은 온수 또는 저압증기의 배관에 사용하며, 큰 신축에 대하여는 누설의 염려가 있다: 스위블형은 여러 개의 엘보와 회전 가능한 이음을 사용하여 신축을 흡수하지만, 이음부의 수가 많아 누설의 위험이 있으며 주로 저압 환경에 사용됩니다.
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80. 에너지이용 합리화법에 따른 특정열 사용기자재가 아닌 것은?

  1. 주철제 보일러
  2. 금속 소둔로
  3. 2종 압력용기
  4. 석유 난로
(정답률: 69%)
  • 석유 난로는 가정용 또는 소규모 난방기구로, 에너지이용 합리화법상 특정열사용기자재의 범위에 포함되지 않습니다.
    오답 노트
    * 주철제 보일러: 산업용 및 상업용 보일러는 특정열사용기자재에 해당합니다.
    * 금속 소둔로: 산업용 가열로는 특정열사용기자재에 해당합니다.
    * 2종 압력용기: 열을 사용하는 일정 규모 이상의 압력용기는 특정열사용기자재에 해당합니다.
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5과목: 열설비설계

81. 급수에서 ppm 단위에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 물 1mL 중에 함유한 시료의 양을 g으로 표시한 것
  2. 물 100mL 중에 함유한 시료의 양을 mg으로 표시한 것
  3. 물 1000mL 중에 함유한 시료의 양을 g으로 표시한 것
  4. 물 1000mL 중에 함유한 시료의 양을 mg으로 표시한 것
(정답률: 81%)
  • ppm은 용액 1L(1000mL)에 용질 1mg이 녹아있는 농도를 의미합니다.
    오답 노트
    * 물 1mL 중에 함유한 시료의 양을 g으로 표시한 것: 1mL는 1g이므로 1g/g은 1,000,000ppm에 해당하여 오답.
    * 물 100mL 중에 함유한 시료의 양을 mg으로 표시한 것: 100mL는 100g이므로 1mg/100g은 10ppm에 해당하여 오답.
    * 물 1000mL 중에 함유한 시료의 양을 g으로 표시한 것: 1000mL는 1000g이므로 1g/1000g은 1000ppm에 해당하여 오답.
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82. 그림과 같이 가로×세로×높이가 3×1.5×0.03m 인 탄소 강판이 놓여 있다. 열전도계(K)가 43W/mㆍK이며, 표면온도는 20℃였다. 이 때 탄소강판 아래 면에 열유속(q“=q/A) 600kcal/m2ㆍh을 가할 경우, 탄소강판에 대한 표면온도 상승[△T(℃)]은?

  1. 0.243℃
  2. 0.264℃
  3. 0.486℃
  4. 1.973℃
(정답률: 40%)
  • 이 문제는 푸리에의 열전도 법칙을 적용하여 평판을 통한 열전달에 의한 온도 상승을 계산합니다.
    $$ Δ T = \frac{q'' · L}{k} $$
    먼저, 열유속(q'') 단위를 W/m²로 변환합니다. (1 kcal = 4184 J, 1 h = 3600 s)
    $$ q'' = 600 \frac{\text{kcal}}{\text{m}^2 · \text{h}} × \frac{4184 \text{ J}}{1 \text{ kcal}} × \frac{1 \text{ h}}{3600 \text{ s}} = 697.333... \frac{\text{W}}{\text{m}^2} $$
    이제 변환된 열유속, 강판의 두께(L = 0.03 m), 열전도계수(k = 43 W/m·K)를 공식에 대입합니다.
    $$ Δ T = \frac{697.333... \frac{\text{W}}{\text{m}^2} × 0.03 \text{ m}}{43 \frac{\text{W}}{\text{m} · \text{K}}} $$
    $$ Δ T = 0.486511... \text{ K} \approx 0.486 \text{ ℃} $$
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83. 금속판을 전열체로 하여 유체를 가열하는 방식으로 열팽창에 대한 염려가 없고 플랜지이음으로 되어 있어 내부수리가 용이한 열교환기 형식은?

  1. 유동두식
  2. 플레이트식
  3. 융그스트롬식
  4. 스파이럴식
(정답률: 58%)
  • 스파이럴식 열교환기는 두 개의 금속판을 나선형으로 감아 유로를 형성하는 구조로, 이 독특한 형태 덕분에 열팽창에 의한 응력 발생이 적고, 플랜지 이음으로 설계되어 내부 청소 및 수리가 매우 용이합니다.
    오답 노트
    - 유동두식: 쉘-튜브형 열교환기의 일종으로, 금속판을 전열체로 유체를 가열하는 방식과 거리가 멀고 내부 수리 방식이 달라 오답.
    - 플레이트식: 여러 장의 판을 사용하여 열교환하지만, 문제에서 언급된 특징의 조합이 스파이럴식에 더 부합하여 오답.
    - 융그스트롬식: 회전식 공기 예열기로, 유체를 가열하는 일반적인 열교환기 형식에 해당하지 않아 오답.
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84. 보일러의 용량을 산출하거나 표시하는 값으로 적합하지 않은 것은?

  1. 상당증발량
  2. 보일러마력
  3. 전열면적
  4. 재열계수
(정답률: 73%)
  • 재열계수는 증기 터빈의 효율과 관련된 값으로, 보일러 용량과는 직접적인 관계가 없습니다.
    오답 노트
    * 상당증발량: 보일러가 100℃ 포화수로부터 100℃ 포화증기를 1시간에 발생시키는 증기량으로, 보일러 용량을 나타내는 대표적인 단위입니다.
    * 보일러마력: 보일러의 증기 발생 능력을 나타내는 단위로, 상당증발량과 밀접한 관계가 있습니다.
    * 전열면적: 보일러 내부에서 연소가스의 열이 물로 전달되는 면적으로, 보일러의 열전달 능력과 용량을 결정하는 중요한 요소입니다.
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85. 강제 순환식 수관 보일러는?

  1. 라몬트(Lamont) 보일러
  2. 타쿠마(Takuma) 보일러
  3. 슐저(Sulzer) 보일러
  4. 벤슨(Benson) 보일러
(정답률: 60%)
  • 라몬트 보일러는 펌프를 이용하여 보일러수를 강제로 순환시키는 강제 순환식 수관 보일러입니다.
    오답 노트
    - 타쿠마 보일러: 자연 순환식 수관 보일러이므로 오답.
    - 슐저 보일러: 관류 보일러이므로 오답.
    - 벤슨 보일러: 관류 보일러이므로 오답.
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86. 연료 1kg이 연소하여 발생하는 증가량의 비를 무엇이라고 하는가?

  1. 열발생률
  2. 환산증발배수
  3. 전열면 증발률
  4. 증기량 발생률
(정답률: 67%)
  • 환산증발배수는 보일러에서 연료 1kg이 연소할 때 발생하는 증기량을 표준 조건(100℃ 포화수에서 100℃ 포화증기로)으로 환산한 값입니다.
    오답 노트
    - 열발생률: 단위 시간당 발생하는 열량으로, 연료 1kg 연소 시 발생하는 증기량의 비와는 다릅니다.
    - 전열면 증발률: 보일러의 전열면적 1m²당 단위 시간 동안 발생하는 증기량으로, 연료 1kg 연소 시 발생하는 증기량의 비와는 다릅니다.
    - 증기량 발생률: 단위 시간당 발생하는 증기량으로, 연료 1kg 연소 시 발생하는 증기량의 비를 직접적으로 나타내는 용어는 아닙니다.
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87. 저온부식의 방지 방법이 아닌 것은?

  1. 과잉공기를 적게 하여 연소한다.
  2. 발열량이 높은 황분을 사용한다.
  3. 연료첨가제(수산화마그네슘)를 이용하여 노점온도를 낮춘다.
  4. 연소 배기가스의 온도가 너무 낮지 않게 한다.
(정답률: 73%)
  • 저온부식은 연료 내 황 성분이 연소 과정에서 황산으로 변하여 발생하는 현상이므로, 황분 사용은 부식을 촉진하는 요인입니다.
    오답 노트
    * 과잉공기를 적게 하여 연소한다: 과잉공기를 줄이면 SO3 생성이 억제되어 황산 생성을 감소시키므로 저온부식 방지 방법입니다.
    * 연료첨가제(수산화마그네슘)를 이용하여 노점온도를 낮춘다: 연료첨가제는 SO3를 중화하여 황산 생성을 억제하거나 노점온도를 낮추는 효과가 있어 저온부식 방지 방법입니다.
    * 연소 배기가스의 온도가 너무 낮지 않게 한다: 배기가스 온도를 황산 노점온도 이상으로 유지하여 황산의 응축을 방지하므로 저온부식 방지 방법입니다.
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88. 보일러 송풍장치의 회전수 변환을 통한 급기풍량 제어를 위하여 2극 유도전동기에 인버터를 설치하였다. 주파수가 55Hz일 대 유도전동기의 회전수는?

  1. 1650 RPM
  2. 1800 RPM
  3. 3300 RPM
  4. 3600 RPM
(정답률: 56%)
  • 이 문제는 유도전동기의 동기 속도 공식을 사용하여 회전수를 구합니다.
    $$ N_s = \frac{120f}{P} $$
    $$ N_s = \frac{120 × 55}{2} $$
    $$ N_s = 3300 \text{ RPM} $$
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89. 보일러의 성능시험방법 및 기준에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 증기건도의 기준은 강철제 또는 주철제로 나누어 정해져 있다.
  2. 측정은 매 1시간 마다 실시한다.
  3. 수위는 최초 측정치에 비해서 최종 측정치가 적어야 한다.
  4. 측정기록 및 계산양식은 제조사에서 정해진 것을 사용한다.
(정답률: 68%)
  • 보일러 성능시험 시 증기건도 기준은 보일러 재질(강철제, 주철제)에 따라 다르게 적용됩니다.
    오답 노트
    * 측정은 매 1시간 마다 실시한다.: 측정은 매 10분 또는 15분마다 실시하므로 오답.
    * 수위는 최초 측정치에 비해서 최종 측정치가 적어야 한다.: 수위는 최초 측정치와 동일하게 유지되어야 하므로 오답.
    * 측정기록 및 계산양식은 제조사에서 정해진 것을 사용한다.: 측정기록 및 계산양식은 관련 규격 또는 표준에 따라야 하므로 오답.
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90. 동일 조건에서 열교환기의 온도효율이 높은 순서대로 나열한 것은?

  1. 항류＞직교류＞병류
  2. 병류＞직교류＞항류
  3. 직교류＞향류＞병류
  4. 직교류＞병류＞향류
(정답률: 73%)
  • 열교환기의 온도효율은 유체 흐름 방식에 따라 항류, 직교류, 병류 순으로 높습니다.
    오답 노트
    * 병류＞직교류＞항류: 항류가 병류보다 온도효율이 높으므로 오답.
    * 직교류＞향류＞병류: 항류가 직교류보다 온도효율이 높으므로 오답.
    * 직교류＞병류＞향류: 항류가 직교류와 병류보다 온도효율이 높으므로 오답.
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91. 어떤 연료 1kg당 발열량이 6320kcal이다. 이 연료 50kg/h을 연소시킬 때 발생하는 열이 모두 일로 전환된다면 이 때 발생하는 동력은?

  1. 300 PS
  2. 400 PS
  3. 500 PS
  4. 600 PS
(정답률: 52%)
  • 이 문제는 연료의 발열량과 소비율을 이용하여 총 열량을 계산한 후, 이를 동력 단위인 마력(PS)으로 환산하는 문제입니다.
    $$ P = \frac{W × H × J}{T × PS_{rate}} $$
    $$ P = \frac{50 \text{ kg/h} × 6320 \text{ kcal/kg} × 427 \text{ kgf·m/kcal}}{3600 \text{ s/h} × 75 \text{ kgf·m/s/PS}} $$
    $$ P = 500.34 \text{ PS} \approx 500 \text{ PS} $$
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92. 유체의 압력손실은 배관 설계 시 중요한 인자이다. 압력손실과의 관계로 틀린 것은?

  1. 압력손실은 관마찰계수에 비례한다.
  2. 압력손실은 유속의 제곱에 비례한다.
  3. 압력손실은 관의 길이에 반비례한다.
  4. 압력손실은 관의 내경에 반비례한다.
(정답률: 71%)
  • 유체의 압력손실은 관의 길이에 비례하므로, 반비례한다는 보기는 틀린 설명입니다.
    오답 노트:
    압력손실은 관마찰계수에 비례한다. : 관마찰계수에 직접 비례하므로 맞는 설명입니다.
    압력손실은 유속의 제곱에 비례한다. : 유속의 제곱에 직접 비례하므로 맞는 설명입니다.
    압력손실은 관의 내경에 반비례한다. : 관의 내경에 반비례하므로 맞는 설명입니다.
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93. 공기예열기의 효과에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 연소효율을 증가시킨다.
  2. 과잉공기량을 줄일 수 있다.
  3. 배기가스 저항이 줄어든다.
  4. 저질탄 연소에 효과적이다.
(정답률: 60%)
  • 공기예열기는 배기가스의 폐열을 회수하여 연소용 공기를 예열하는 장치로, 이 과정에서 배기가스가 추가적인 통로를 지나게 되어 배기가스 저항이 증가합니다.
    오답 노트:
    - 연소효율을 증가시킨다: 예열된 공기는 연료의 연소를 촉진하여 연소효율을 높입니다.
    - 과잉공기량을 줄일 수 있다: 연소 효율이 좋아지므로 필요한 과잉공기량을 줄여도 완전 연소가 가능해집니다.
    - 저질탄 연소에 효과적이다: 예열된 공기는 저질탄과 같이 발열량이 낮거나 수분 함량이 높은 연료의 착화 및 연소를 돕습니다.
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94. 이중 열교환기의 총괄전열계수가 69kcal/m2ㆍhㆍ℃일 때, 더운 액체와 찬 액체를 향류로 접속시켰더니 더운 면의 온도가 65℃에서 25℃로 내려가고 찬 면의 온도가 20℃에서 53℃로 올라갔다. 단위면적당의 열교환량은?

  1. 498 kcal/m2ㆍh
  2. 552 kcal/m2ㆍh
  3. 2415 kcal/m2ㆍh
  4. 2760 kcal/m2ㆍh
(정답률: 47%)
  • 이 문제는 열교환기의 단위면적당 열교환량을 구하기 위해 향류 열교환기의 대수평균 온도차(LMTD)를 계산하고, 이를 총괄전열계수와 곱하는 원리를 사용합니다.
    $$ Δ T_1 = T_{h1} - T_{c2} $$
    $$ Δ T_2 = T_{h2} - T_{c1} $$
    $$ Δ T_{lm} = \frac{Δ T_1 - Δ T_2}{\ln(\frac{Δ T_1}{Δ T_2})} $$
    $$ \frac{Q}{A} = U · Δ T_{lm} $$
    $$ Δ T_1 = 65 - 53 = 12 \, \text{℃} $$
    $$ Δ T_2 = 25 - 20 = 5 \, \text{℃} $$
    $$ Δ T_{lm} = \frac{12 - 5}{\ln(\frac{12}{5})} = \frac{7}{\ln(2.4)} $$
    $$ \frac{Q}{A} = 69 × \frac{7}{\ln(2.4)} $$
    $$ \frac{Q}{A} \approx 552 \, \text{kcal/m}^2·\text{h} $$
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95. 연관식 패키지 보일러와 랭카셔 보일러의 장ㆍ단점에 대한 비교 설명으로 틀린 것은?

  1. 열효율은 연관식 패키지 보일러가 좋다.
  2. 부하변동에 대한 대응성은 랭카셔 보일러가 좋다.
  3. 설치 면적당의 증발량은 연관식 패키지 보일러가 크다.
  4. 수처리는 연관식 패키지 보일러가 더 간단하다.
(정답률: 59%)
  • 연관식 패키지 보일러는 랭카셔 보일러보다 보유 수량이 적고 전열면적 부하가 높아 수처리 요구사항이 더 까다롭습니다.
    오답 노트:
    * 열효율은 연관식 패키지 보일러가 좋다: 연관식 패키지 보일러의 열효율이 더 높으므로 맞는 설명.
    * 부하변동에 대한 대응성은 랭카셔 보일러가 좋다: 랭카셔 보일러는 보유 수량이 많아 열용량이 커서 부하변동 대응성이 좋으므로 맞는 설명.
    * 설치 면적당의 증발량은 연관식 패키지 보일러가 크다: 연관식 패키지 보일러는 소형 고효율로 설치 면적당 증발량이 크므로 맞는 설명.
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96. 인젝터의 작동순서로 옳은 것은?

  1. ㉮→㉯→㉰→㉱
  2. ㉮→㉰→㉯→㉱
  3. ㉱→㉯→㉰→㉮
  4. ㉱→㉰→㉯→㉮
(정답률: 65%)
  • 인젝터는 정지변을 열어 인젝터 본체로의 통로를 확보한 후, 급수변을 열어 물을 공급하고, 증기변을 열어 증기를 분사하여 물을 가압한 뒤, 핸들을 조작하여 최종적으로 작동시킨다.
    오답 노트:
    - ㉮→㉯→㉰→㉱: 급수변보다 증기변을 먼저 열면 물이 공급되지 않아 인젝터가 정상적으로 작동하지 않거나 역류할 수 있다.
    - ㉱→㉯→㉰→㉮: 인젝터의 핸들을 가장 먼저 열고, 증기변, 급수변, 정지변 순서로 여는 것은 올바른 작동 순서가 아니다.
    - ㉱→㉰→㉯→㉮: 인젝터의 핸들을 가장 먼저 열고, 급수변, 증기변, 정지변 순서로 여는 것은 올바른 작동 순서가 아니다.
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97. 프라이밍 및 포밍 발생 시의 조치에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 안전밸브를 전개하여 압력을 강하시킨다.
  2. 증기 취출을 서서히 한다.
  3. 연소량을 줄인다.
  4. 저압운전을 하지 않는다.
(정답률: 63%)
  • 안전밸브 개방은 보일러 과압 시의 조치이며, 프라이밍 및 포밍 발생 시에는 오히려 급격한 압력 강하로 인해 현상을 악화시킬 수 있습니다.
    오답 노트:
    - 증기 취출을 서서히 한다: 급격한 증기 취출은 프라이밍을 유발하므로 서서히 취출해야 하는 올바른 조치.
    - 연소량을 줄인다: 연소량을 줄여 증기 발생 속도를 늦추면 프라이밍 및 포밍을 완화할 수 있는 올바른 조치.
    - 저압운전을 하지 않는다: 보일러의 안정적인 운전 압력을 유지하여 프라이밍 및 포밍 발생을 억제해야 하는 올바른 조치.
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98. 방열 유체의 전열 유니트(NTU)가 3.5, 온도차가 105℃이고, 열교환기의 전열효율이 1 일 때 대수평균온도차(LMTD)는?

  1. 22.3℃
  2. 30℃
  3. 62℃
  4. 367.5℃
(정답률: 55%)
  • 이 문제는 열교환기의 전열효율(ε)이 1일 때, 전열 유니트(NTU)와 최대 온도차(ΔT_max) 간의 관계를 이용하여 대수평균온도차(LMTD)를 계산합니다.
    $$ LMTD = \frac{Δ T_{max}}{NTU} $$
    $$ LMTD = \frac{105℃}{3.5} $$
    $$ LMTD = 30℃ $$
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99. 보일러수로서 가장 적절한 pH는?

  1. 5 전후
  2. 7 전후
  3. 11 전후
  4. 14 이상
(정답률: 81%)
  • 보일러의 부식을 방지하고 스케일 생성을 억제하기 위해 약알칼리성으로 유지해야 합니다.
    오답 노트
    * 5 전후: 산성으로 보일러 재료의 부식을 촉진합니다.
    * 7 전후: 중성으로 부식 방지 효과가 미미합니다.
    * 14 이상: 강알칼리성으로 가성취화 등 다른 문제를 유발할 수 있습니다.
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100. 노통식 보일러에서 파형부의 길이가 230mm 미만인 파형노통의 최소 두께(t)를 결정하는 식은? (단, P는 최고 사용압력(MPa), D는 노통의 파형부에서의 최대 내경과 최소 내경의 평균치(mm), C는 노통의 종류에 따른 상수이다.)

  1. 10PD
(정답률: 77%)
  • 파형노통의 최소 두께는 최고 사용압력, 노통의 평균 내경, 노통 종류에 따른 상수 및 추가적인 안전 여유를 고려하여 결정됩니다.
    $$ t = \frac{PD}{C} + 3 $$
    오답 노트
    - 10PD: 노통 두께 계산에 필요한 상수 C와 안전 여유가 반영되지 않아 오답.
    - $$ t = \frac{PD}{C} $$: 안전 여유를 위한 +3mm가 누락되어 오답.
    - $$ t = \frac{PD}{C} - 3 $$: 안전 여유를 빼는 것은 두께를 감소시켜 안전하지 않으므로 오답.
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