2020년 에너지관리기사 4회차

정답은 3번입니다. 멀티 스크러버는 소형 사이클론을 직렬시킨 것이 아니라, 여러 개의 스크러버를 병렬로 연결하여 집진 효율을 높이는 장치입니다. 핵심 개념은 집진장치의 종류와 그 작동 원리에 대한 이해입니다. 1, 2, 4번 보기는 각각 전기 집진기의 전극 구성, 포집 원리, 그리고 여과 집진기의 작동 방식을 올바르게 설명하고 있습니다.

이 문제는 연소 시 발생하는 습연소가스와 건연소가스의 관계를 묻고 있습니다. 습연소가스량은 연소 시 생성된 수증기를 포함한 전체 가스량이며, 건연소가스량은 수증기를 제외한 가스량입니다. 수소(H)와 연료 내 수분(w)은 연소 시 수증기를 생성하므로, 습연소가스량에서 이 수증기의 양을 빼면 건연소가스량이 됩니다. 따라서 정답은 2번입니다.

저압공기 분무식 버너는 구조가 간단하고 취급이 용이하며, 점도가 낮은 중유도 연소할 수 있다는 장점이 있습니다. 그러나 공기압이 높으면 무화 공기량이 줄어드는 특성이 있어, **대형 보일러에는 주로 고압 공기 분무식 버너가 사용됩니다.** 따라서 4번은 저압공기 분무식 버너의 특징이 아닙니다.

기체 연료는 일반적으로 높은 열효율, 연소 조절 용이성, 그리고 깨끗한 연소라는 장점을 가집니다. 하지만 보기 3번처럼 다른 연료에 비해 제조 비용이 싸다고 단정하기는 어렵습니다. 기체 연료의 생산 및 운송 과정에는 상당한 비용이 수반될 수 있기 때문입니다. 따라서 제조 비용이 싸다는 것은 기체 연료의 장점이라고 보기 어렵습니다.

환열실의 전열량(Q)은 전열면적(F), 총괄전열계수(V), 그리고 평균 온도차($\Delta t_m$)의 곱으로 결정됩니다. 이는 열 전달량은 열이 전달되는 면적이 넓을수록, 열 전달이 잘 일어날수록, 그리고 온도 차이가 클수록 증가한다는 물리적 원리를 나타냅니다. 따라서 정답은 Q = F × V × $\Delta t_m$ 입니다.

정답은 1번 '자연 통풍'입니다. 자연 통풍은 연소가스와 외부 공기의 밀도 차이로 인해 발생하는 부력(압력차)을 이용하여 실내의 오염된 공기를 배출하고 신선한 공기를 공급하는 방식입니다. 즉, 온도 차이로 인한 밀도 변화가 자연스럽게 공기의 흐름을 만들어 통풍이 이루어집니다.

분젠 버너에서 가스 유출 속도가 빨라지면, 불꽃은 더 많은 산소를 빠르게 공급받아 연소 효율이 높아집니다. 이로 인해 불꽃은 짧고 엉클어진 형태를 띠게 됩니다. 이는 마치 바람이 많이 불 때 촛불이 흔들리며 짧아지는 것과 유사한 원리입니다.

이 문제는 혼합 기체의 연소하한계를 계산하는 문제입니다. 각 성분의 부피 백분율과 연소하한계를 이용하여 르 샤틀리에의 법칙을 적용하면 혼합 기체의 연소하한계를 구할 수 있습니다. 계산 결과 3.3%가 나오므로 정답은 2번입니다.

정답은 4번 수소(H)입니다. 공업분석은 연료의 품질을 평가하기 위한 일반적인 방법으로, 수분, 회분, 휘발분 등의 함량을 측정합니다. 하지만 수소는 연료의 연소 시 생성되는 물질이지, 직접적으로 공업분석으로 그 함량을 알 수는 없습니다. 수소 함량은 주로 원소 분석 등 다른 분석 방법을 통해 측정됩니다.

공기비(Air-Fuel Ratio, AFR)는 실제 혼합된 공기의 양을 이론적으로 필요한 공기의 양으로 나눈 값입니다. 공기비가 1.0이라는 것은 실제 공기의 양이 이론적으로 필요한 공기의 양과 같다는 것을 의미하며, 이는 완전 연소를 위한 이상적인 조건입니다. 당량비(Equivalence Ratio, $\phi$)는 이론적으로 필요한 연료의 양을 실제 혼합된 연료의 양으로 나눈 값으로, 공기비의 역수와 관련이 있습니다. 따라서 공기비가 1.0일 때 당량비 역시 1.0이 됩니다.

B중유 5kg을 완전연소 시켰을 때 저위발열량을 구하는 문제입니다. 저위발열량은 연소 시 생성되는 수증기가 기체 상태로 존재할 때의 발열량으로, 고위발열량에서 수증기의 증발잠열을 제외하여 계산합니다. 문제에서 주어진 B중유의 고위발열량과 함유된 수소량, 수증기량을 이용하여 저위발열량을 계산하면 약 186 MJ이 됩니다.

굴뚝의 통풍력은 굴뚝 내부의 뜨거운 가스가 외부의 차가운 공기보다 밀도가 낮아 발생하는 부력에 의해 발생합니다. 따라서 굴뚝 내부 가스의 비중량($\gamma_g$)이 외기 비중량($\gamma_a$)보다 작을 때 통풍력이 발생하며, 그 크기는 굴뚝 높이($h$)와 두 비중량의 차이($\gamma_a - \gamma_g$)에 비례합니다. 보기 2번은 이러한 원리를 정확하게 나타냅니다.

**정답 이유:** 보일러의 효율은 투입된 에너지 중 유용하게 사용된 에너지의 비율을 의미합니다. 따라서 열손실은 투입된 총 에너지에서 유용하게 사용된 에너지를 뺀 값입니다. **핵심 개념:** * **효율:** (유용 에너지 / 총 에너지) * 100% * **열손실:** 총 에너지 - 유용 에너지 **해설:** 1. **총 투입 에너지 계산:** 석탄 150kg에 포함된 총 에너지는 150 kg * 12000 kJ/kg = 1800000 kJ 입니다. 2. **유용 에너지 계산:** 보일러 효율이 60%이므로, 유용하게 사용된 에너지는 1800000 kJ * 0.60 = 1080000 kJ 입니다. 3. **열손실 계산:** 열손실은 총 투입 에너지에서 유용 에너지를 뺀 값이므로, 1800000 kJ - 1080000 kJ = 720000 kJ 입니다. 4. **단위 변환:** kJ를 MJ로 변환하면 720000 kJ / 1000 = 720 MJ 입니다.

연료 연소 시 CO₂max(%)는 **이론공기량으로 연소 시** 나타납니다. 이는 연료가 완전히 연소하는 데 필요한 최소한의 공기량으로, 이때 연료와 산소가 가장 이상적으로 반응하여 가장 높은 농도의 CO₂를 생성하기 때문입니다. 다른 보기들은 실제 공기량, 과잉 공기량, 또는 부족한 공기량으로 인해 CO₂ 농도가 이론 공기량으로 연소 시보다 낮아집니다.

정답은 1번입니다. 1번 식은 실제 연소 가스 중 CO2 농도를 나타내는데, 이산화탄소(CO2)는 연료 중 탄소(C)가 연소하여 생성되므로, 이론 공기량이나 공기비에 직접적으로 영향을 받지 않는 탄소 성분과 연소 생성물인 CO 농도를 고려해야 합니다. 반면, 2번과 3번 식은 각각 산소(O2)와 질소(N2)의 농도를 나타내며, 이들은 공기비(m)와 이론 공기량(LO)에 따라 그 양이 달라지므로 해당 식들은 올바른 개념을 반영하고 있습니다. 4번 식은 이론 건연소 가스량 대비 CO2 최대 농도를 나타내는 식으로, 연료 성분과 이론적인 연소 조건을 고려하여 올바르게 표현되었습니다.

정답은 4번입니다. 중유는 점도에 따라 A, B, C급으로 나뉘며, A중유는 C중유보다 점성과 수분 함유량이 적습니다. C중유는 점도가 높아 주로 대형 선박이나 산업용 보일러 등에 사용되며, 소형 디젤 기관이나 보일러에는 더 가벼운 등급의 연료가 사용됩니다.

**정답 이유:** * **연소효율:** 연소열(실제로 발생한 열)을 저위발열량(이론적으로 발생 가능한 최대 열)으로 나눈 값입니다. 즉, 원료의 에너지 중 실제로 열로 전환된 비율을 나타냅니다. * 연소효율 = (연소열 / 저위발열량) * 100% = (31400 kJ/kg / 41860 kJ/kg) * 100% = 75% * **전열효율:** 유효 출열(실제로 사용 가능한 열)을 연소열(발생한 총 열)로 나눈 값입니다. 즉, 발생한 열 중에서 실제로 유용하게 사용된 비율을 나타냅니다. * 전열효율 = (유효 출열 / 연소열) * 100% = (30270 kJ/kg / 31400 kJ/kg) * 100% = 96.4% 따라서 전열효율은 96.4%, 연소효율은 75%입니다. **핵심 개념:** * **저위발열량:** 연료가 완전히 연소되었을 때 발생하는 이론적인 최대 열량입니다. * **연소열:** 실제 연소 과정에서 발생한 열량으로, 불완전 연소 등으로 인해 저위발열량보다 작습니다. * **유효 출열:** 연소열 중 실제로 유용하게 사용될 수 있는 열량으로, 열 손실 등을 제외한 값입니다. * **연소효율:** 연료의 에너지 중 열로 전환된 비율을 나타냅니다. * **전열효율:** 발생한 열 중 유용하게 사용된 비율을 나타냅니다.

수소(H₂) 1kg을 완전히 연소시키려면 화학 반응식 H₂ + 1/2 O₂ → H₂O에 따라 수소 1몰당 산소 0.5몰이 필요합니다. 수소의 몰 질량은 약 2g/mol이므로, 1kg(1000g)은 500몰에 해당합니다. 따라서 필요한 산소는 250몰이며, 표준 상태(Nm³)에서의 산소 몰 부피 22.4L/mol(또는 0.0224Nm³/mol)을 곱하면 약 5.6Nm³가 됩니다.

액체 연료의 연소 방법으로 틀린 것은 **유동층 연소**입니다. 유동층 연소는 주로 고체 연료를 연소할 때 사용되는 방식으로, 연료 입자를 공기 흐름으로 부양시켜 유동화된 상태에서 연소시키는 방법입니다. 반면, 분무 연소와 증발 연소는 액체 연료를 미세하게 분사하거나 증발시켜 공기와 혼합 후 연소시키는 일반적인 액체 연료 연소 방식입니다. 등심 연소는 액체 연료가 심지를 통해 올라와 연소되는 방식입니다.

제조 기체연료는 주로 수소($H_2$), 메탄($CH_4$) 등 가연성 기체와 질소($N_2$)와 같은 불활성 기체로 구성됩니다. 탄소(C)는 고체 상태이므로 기체연료에 직접 포함되는 성분이 아닙니다. 따라서 정답은 1번 탄소입니다.

**정답 이유:** 이 문제는 가역 단열 과정에서 이상기체의 온도 변화를 묻고 있습니다. 가역 단열 과정에서는 압력과 온도가 다음과 같은 관계를 만족합니다. $T_1 V_1^{\gamma-1} = T_2 V_2^{\gamma-1}$ 여기서 $\gamma$는 단열 팽창 지수이며, $C_p/C_v$로 계산됩니다. 문제에서 $C_v = \frac{3}{2}R$이 주어졌으므로, 이상기체의 경우 $C_p = C_v + R = \frac{5}{2}R$이 됩니다. 따라서 $\gamma = \frac{5/2 R}{3/2 R} = \frac{5}{3}$입니다. 또한, 이상기체의 경우 $PV = nRT$이므로, $V = nRT/P$로 나타낼 수 있습니다. 이를 위 식에 대입하면 다음과 같은 압력과 온도에 대한 관계식을 얻을 수 있습니다. $T_1 (nRT_1/P_1)^{\gamma-1} = T_2 (nRT_2/P_2)^{\gamma-1}$ 이 식을 정리하면 다음과 같습니다. $T_2 = T_1 \left(\frac{P_2}{P_1}\right)^{\frac{\gamma-1}{\gamma}}$ 주어진 값들을 대입하면 최종 온도를 계산할 수 있습니다. **핵심 개념:** * **가역 단열 과정:** 외부와 열 교환 없이 가역적으로 일어나는 과정입니다. * **이상기체:** 분자 간 상호작용이 없고 분자 자체의 부피를 무시할 수 있는 가상의 기체입니다. * **단열 팽창 지수 ($\gamma$):** 정압 비열($C_p$)과 정적 비열($C_v$)의 비로, 단열 과정에서 온도와 압력, 부피의 관계를 결정하는 중요한 값입니다.

이 문제는 디젤 엔진의 열효율 계산에 사용되는 이상적인 디젤 사이클을 기반으로 합니다. 디젤 사이클에서 차단비($r_c$)는 연소 과정이 끝나는 지점의 부피와 연소가 시작되는 지점의 부피 비율로 정의됩니다. 주어진 온도와 압력 조건을 이용하여 단열 압축 과정과 등압 연소 과정을 거치면서 발생하는 부피 변화를 계산하면 차단비를 구할 수 있습니다. **정답 이유:** 주어진 조건에서 단열 압축 과정($T_1, P_1 \rightarrow T_2, P_2$)과 등압 연소 과정($T_2, P_2 \rightarrow T_3, P_3$)을 거칩니다. 디젤 사이클의 등압 연소 과정에서 압력이 일정하므로, 이상 기체 상태 방정식($PV=mRT$)에 의해 부피는 온도에 비례합니다. 따라서 차단비($r_c$)는 등압 연소 과정에서의 최종 부피($V_3$)와 초기 부피($V_2$)의 비율, 즉 $r_c = V_3 / V_2$가 됩니다. 등압 과정이므로 $V_3/V_2 = T_3/T_2$가 성립합니다. 먼저 단열 압축 과정에서 $T_1$과 $P_1$으로부터 $T_2$와 $P_2$를 계산해야 합니다. 단열 과정의 관계식 $T_2/T_1 = (P_2/P_1)^{(\kappa-1)/\kappa}$ 와 $P_2/P_1 = (V_1/V_2)^\kappa$ 를 이용합니다. 또한, 디젤 사이클에서 압축비($r$)는 $r = V_1/V_2$로 정의되며, 이를 이용하여 $P_2$를 구할 수 있습니다. 문제에서 직접적으로 압축비($r$)가 주어지지 않았지만, 최고 압력($P_3$)과 최저 압력($P_1$)의 관계와 비열비($\kappa$)를 이용하여 압축비를 간접적으로 구할 수 있습니다. 디젤 사이클에서 $P_3 = P_2$ 이므로, $P_3/P_1 = (P_2/P_1)$ 입니다. 단열 압축 후 등압 연소 과정이 시작되는 지점의 온도 $T_2$를 구하는 것이 중요합니다. 단열 과정에서 $T_2 = T_1 \cdot (P_2/P_1)^{(\kappa-1)/\kappa}$ 를 이용합니다. 문제에서 $P_3$가 주어졌으므로, 등압 연소 과정에서 $P_2 = P_3$ 입니다. 따라서 $T_2 = T_1 \cdot (P_3/P_1)^{(\kappa-1)/\kappa}$ 를 계산할 수 있습니다. $T_2 = 300 $\text{ K}$ \cdot (4000 $\text{ kPa}$ / 100 $\text{ kPa}$)^{(1.4-1)/1.4} = 300 $\text{ K}$ \cdot (40)^{0.4/1.4} = 300 $\text{ K}$ \cdot (40)^{0.2857} \approx 300 $\text{ K}$ \cdot 2.97 \approx 891 $\text{ K}$$ 이제 차단비($r_c$)는 등압 연소 과정에서의 온도 비율과 같습니다. $r_c = T_3 / T_2 = 2500 $\text{ K}$ / 891 $\text{ K}$ \approx 2.805$ 보기 중에서 가장 가까운 값은 2.9입니다. **핵심 개념:** * **디젤 사이클:** 이상적인 디젤 엔진의 작동 과정을 나타내는 열역학적 사이클로, 단열 압축, 등압 연소, 단열 팽창, 등적 배기의 네 과정으로 이루어집니다. * **차단비 ($r_c$):** 디젤 사이클에서 등압 연소 과정이 끝나는 지점의 부피와 시작되는 지점의 부피의 비율입니다. 등압 과정에서는 부피가 온도에 비례하므로, 차단비는 해당 과정의 온도 비율과 같습니다. * **단열 과정:** 열 교환이 없는 과정으로, 이상 기체 상태 방정식의 관계식을 이용하여 온도, 압력, 부피 변화를 계산할 수 있습니다. * **등압 과정:** 압력이 일정한 과정으로, 이상 기체 상태 방정식에 따라 부피는 온도에 비례합니다.

이 문제는 이상기체의 폴리트로픽 과정에서 한 일을 계산하는 문제입니다. 폴리트로픽 과정은 $PV^n = $\text{상수}$$로 표현되며, 이 과정에서 기체가 받은 일은 $\frac{P_1V_1 - P_2V_2}{n-1}$로 계산됩니다. 먼저 주어진 조건으로부터 폴리트로픽 지수 $n$을 구하고, 이를 이용하여 기체가 받은 일을 계산하면 됩니다.

정답은 3번 열역학 제2법칙입니다. 열역학 제2법칙은 자연계에서 일어나는 모든 과정은 엔트로피가 증가하는 방향으로 진행된다는 것을 설명합니다. 엔트로피는 무질서도를 나타내는 개념으로, 엔트로피가 증가한다는 것은 과정이 비가역적임을 의미합니다. 따라서 가역성과 비가역성을 논의하는 데 열역학 제2법칙이 적용됩니다.

이 문제는 등온 압축 과정에서 필요한 일률(동력)을 구하는 문제입니다. 등온 압축 과정에서 압축기가 하는 일은 압력과 부피의 곱으로 표현되며, 이상 기체 가정 하에 압력-부피 관계는 $PV = $\text{constant}$$로 나타낼 수 있습니다. 이를 이용하여 초기 상태와 최종 상태의 압력 및 부피를 이용하여 압축기가 하는 일을 계산하고, 여기에 질량 유량을 곱하면 필요한 동력을 얻을 수 있습니다. **정답 이유:** 등온 압축 과정에서 압축기가 하는 일률(동력)은 다음과 같은 식으로 계산됩니다. $W = $\dot{m}$ R T \ln\left(\frac{P_2}{P_1}\right)$ 여기서: * $W$는 필요한 동력 (kW) * $$\dot{m}$$은 질량 유량 (0.1 kg/s) * $R$은 공기의 기체 상수 (0.287 kJ/kg·K) * $T$는 절대 온도 (20 ℃ = 293.15 K) * $P_1$은 초기 압력 (100 kPa) * $P_2$는 최종 압력 (900 kPa) 이 값을 대입하여 계산하면 다음과 같습니다. $W = 0.1\ \rm kg/s \times 0.287\ \rm kJ/kg\cdot K \times 293.15\ K \times \ln\left(\frac{900\ \rm kPa}{100\ \rm kPa}\right)$ $W \approx 0.1 \times 0.287 \times 293.15 \times \ln(9)$ $W \approx 0.1 \times 0.287 \times 293.15 \times 2.197$ $W \approx 18.5\ \rm kW$ 따라서 필요한 공기 압축기의 동력은 약 18.5 kW입니다. **핵심 개념:** * **등온 압축:** 온도가 일정하게 유지되는 압축 과정입니다. * **이상 기체:** 이상 기체 법칙($PV=nRT$)을 따르는 가상적인 기체입니다. 실제 공기는 이상 기체에 가깝게 거동합니다. * **압축기 동력:** 압축기가 유체를 압축하는 데 필요한 에너지의 비율입니다.

증기 압축 냉동 사이클에서 압축기 출구의 비엔탈피는 증발기 입구와 출구의 비엔탈피 차이에 압축기 일을 더한 값입니다. 성능계수(COP)는 냉동 효과(증발기 출구 비엔탈피 - 증발기 입구 비엔탈피)를 압축기 일로 나눈 값이므로, 압축기 일은 냉동 효과를 COP로 나눈 값과 같습니다. 따라서 압축기 출구 비엔탈피는 증발기 출구 비엔탈피에 (증발기 출구 비엔탈피 - 증발기 입구 비엔탈피) / COP 를 더하여 계산할 수 있습니다.

정답은 4번입니다. 오토 사이클의 열효율은 온도 변화를 이용하여 나타내는 것이 일반적이며, 1번, 2번, 3번 보기는 온도 변화를 활용한 올바른 효율식 또는 관련식입니다. 반면 4번 보기는 압력 변화를 이용한 식으로, 오토 사이클의 열효율을 직접적으로 나타내는 올바른 식이 아닙니다. 핵심 개념은 오토 사이클의 열효율이 등적 과정에서의 열 교환과 관련된 온도 변화에 의해 결정된다는 점입니다.

이 문제는 정상상태 개방시스템의 에너지 보존 법칙을 적용하는 문제입니다. 시스템으로 유입되는 에너지(비엔탈피 h_1)와 시스템에 전달되는 열(q)은 시스템 내부 에너지의 증가와 시스템에서 유출되는 에너지(비엔탈피 h_2) 및 시스템이 하는 일(w)의 합과 같다는 원리에 기반합니다. 따라서, 시스템에 유입되는 에너지와 열은 시스템 내부의 변화와 유출되는 에너지, 그리고 시스템이 하는 일의 합과 같으므로, h_2 = h_1 + q + w 로 표현됩니다.

정답은 1번 R-12입니다. R-12는 염화불화탄소(CFC) 계열 냉매로, 오존층을 파괴하는 물질로 밝혀져 몬트리올 의정서에 따라 사용이 금지되었습니다. HFO1234yf는 오존층을 파괴하지 않는 차세대 냉매이며, NH3(암모니아)와 CO2(이산화탄소)는 냉매로 사용될 수 있지만 오존층 파괴 물질은 아닙니다.

이 문제는 가역 단열 압축 과정에서 이상기체의 최종 온도를 구하는 문제입니다. 핵심 개념은 단열 과정에서 압력과 온도의 관계를 나타내는 **푸아송의 법칙**입니다. 푸아송의 법칙에 따르면, 단열 과정에서 $T_2/T_1 = (P_2/P_1)^{(\gamma-1)/\gamma}$ 관계가 성립하며, 여기서 $\gamma$는 비열비입니다. 비열비는 정압비열을 정적비열로 나눈 값($\gamma = C_p/C_v$)으로 계산할 수 있습니다. 주어진 값들을 이용하여 최종 온도를 계산하면 126℃임을 알 수 있습니다.

랭킨 사이클의 열효율은 터빈에서 생산된 일에서 펌프에서 소비된 일을 뺀 값을 보일러에서 공급된 열량으로 나눈 값입니다. 문제에서 주어진 터빈 일과 복수기에서 방출된 열량을 이용하여 보일러에서 공급된 열량을 계산하고, 펌프 일은 물의 비체적과 압력 차이를 이용하여 구할 수 있습니다. 이 값들을 열효율 공식에 대입하면 약 30.5%가 나옵니다.

랭킨 사이클에서 터빈 출구 증기의 건도를 높여 터빈 날개의 부식을 방지하는 사이클은 **재열 사이클**입니다. 재열 사이클은 터빈에서 팽창한 증기를 다시 가열기로 보내 추가로 가열한 후 다시 터빈으로 보내 팽창시키는 방식입니다. 이를 통해 터빈 출구 증기의 엔탈피를 높여 과열 증기 상태를 유지하고, 결과적으로 습분 발생을 줄여 터빈 날개의 부식을 효과적으로 방지할 수 있습니다.

강도성 상태량은 물질의 양에 관계없이 일정하게 유지되는 물리량입니다. 압력, 온도, 비체적은 물질의 양이 변해도 일정하지만, 체적은 물질의 양에 비례하여 변하므로 강도성 상태량이 아닙니다. 따라서 정답은 4번 체적입니다.

정답은 4번입니다. 열역학 제2법칙에 따르면, 자연적인 과정은 항상 엔트로피가 증가하는 방향으로 진행되며, 이는 비가역적인 과정임을 의미합니다. 항온조에서 실내로 열이 이동하는 과정은 엔트로피가 증가하므로 비가역적이며, 항온조의 엔트로피는 감소하지만 실내 공기의 엔트로피는 더 크게 증가하여 전체 엔트로피는 증가합니다.

**핵심 개념:** 절대 습도는 단위 질량의 건조 공기에 포함된 수증기의 질량비이며, 이상 기체 법칙과 부분 압력을 이용하여 계산합니다. **정답 이유:** 주어진 온도와 상대 습도를 이용하여 수증기의 부분 압력을 계산하고, 이를 이상 기체 법칙에 대입하여 수증기의 밀도를 구합니다. 마지막으로 건조 공기의 밀도를 계산하여 두 밀도의 비로 절대 습도를 구하면 0.0091이 됩니다.

증발 잠열은 포화 압력이 높아질수록 **작아집니다**. 이는 임계점에 가까워질수록 액체와 기체의 성질이 비슷해져 상변화에 필요한 에너지가 줄어들기 때문입니다. 따라서 2번 보기가 틀렸습니다. 임계점에서는 액체와 기체의 구분이 사라지며, 3중점은 세 가지 상이 공존하는 특정 온도와 압력 지점입니다.

이상기체가 등온 과정에서 외부에 하는 일은 온도 T가 일정하게 유지될 때 이루어집니다. 이 과정에서 기체가 팽창하면서 외부에 일을 하게 되는데, 이때 하는 일은 초기 부피와 최종 부피의 비 또는 초기 압력과 최종 압력의 비에 따라 달라집니다. 보기 1, 3, 4번은 등온 과정에서 외부에 하는 일에 대한 올바른 관계식을 나타내지만, 보기 2번은 압력의 비가 역수로 표현되어 있어 틀린 관계식입니다.

이상적인 표준 증기 압축식 냉동 사이클에서 등엔탈피 과정은 **팽창밸브**에서 일어납니다. 팽창밸브는 냉매의 압력을 급격히 낮추는 역할을 하는데, 이때 엔탈피(열용량과 온도에 따른 에너지)는 거의 변하지 않고 일정하게 유지됩니다. 이는 이상적인 상황에서 팽창 과정이 외부와의 열 교환 없이 급격하게 이루어지기 때문입니다.

이 문제는 이상기체 상태 방정식을 이용하여 기체의 비체적 변화를 계산하는 문제입니다. 이상기체 상태 방정식($PV=nRT$)에서, 일정량의 기체에 대해 압력($P$)과 부피($V$)의 곱은 온도($T$)에 비례합니다. 초기 상태와 최종 상태의 압력, 온도, 비체적을 이용하여 비례 관계를 세우면, 초기 비체적이 0.5 $\rm m^3/kg$일 때 최종 상태의 비체적은 0.32 $\rm m^3/kg$이 됩니다.

**정답 이유:** 이 문제는 열역학 제1법칙을 이용하여 헬륨의 온도 변화를 계산하는 문제입니다. 열손실이 없는 단단한 용기 안에서 전열기로 가해진 에너지는 헬륨의 내부 에너지 증가로 이어집니다. 헬륨은 단원자 기체이므로 정적비열($C_v$)을 사용하여 내부 에너지 변화를 계산할 수 있습니다. **핵심 개념:** 1. **열역학 제1법칙:** 에너지 보존 법칙으로, 계의 내부 에너지 변화는 계에 가해진 열과 계가 한 일의 차이와 같습니다. 이 문제에서는 용기가 단단하므로 부피 변화가 없어 일이 0이 됩니다. 2. **내부 에너지 변화:** 내부 에너지 변화는 질량, 정적비열, 온도 변화의 곱으로 표현됩니다. 3. **정적비열($C_v$) vs. 정압비열($C_p$):** 단단한 용기 안에서 가열되므로 부피 변화가 없는 등적 과정에 해당합니다. 따라서 내부 에너지 변화 계산에는 정적비열을 사용해야 합니다. **간단 해설:** 전열기에서 공급된 총 열에너지($Q$)는 헬륨의 내부 에너지 변화($\Delta U$)와 같습니다. 헬륨의 질량($m$), 정적비열($C_v$), 초기 온도($T_1$), 최종 온도($T_2$)를 이용하여 $Q = m C_v (T_2 - T_1)$ 식을 세울 수 있습니다. 전열기에서 공급된 에너지($Q = $\text{출력}$ \times $\text{시간}$$)를 계산하고 이 값을 위 식에 대입하여 최종 온도($T_2$)를 구하면 됩니다.

가스 크로마토그래피는 혼합물을 분리하고 분석하는 기기입니다. 주요 구성 요소로는 시료를 분리하는 **칼럼(분리관)**, 분리된 물질을 감지하는 **검출기**, 그리고 검출된 신호를 기록하는 **기록계**가 있습니다. **지르코니아**는 이러한 가스 크로마토그래피의 필수 구성 요소가 아닙니다.

정답은 4번 광고온계입니다. 광고온계는 물체의 복사 에너지를 측정하여 온도를 알아내므로 비접촉식 측정이 가능합니다. 하지만 물체의 방사율에 따라 측정값이 달라질 수 있어 방사율 보정이 필요하며, 정확한 측정을 위해서는 측정 대상에 대한 정확한 정보와 사람의 판단이 요구됩니다.

정답은 **1번 동특성**입니다. 동특성은 시스템이 외부 입력에 대해 시간에 따라 어떻게 변화하고 반응하는지를 나타내는 특성입니다. 문제에서 언급된 목표치 기준 앞뒤의 진동과 시간 지연은 시스템이 안정 상태에 도달하기까지 거치는 동적인 과정에서 나타나는 현상이며, 이는 동특성의 중요한 부분입니다.

색온도계는 물체의 온도가 올라감에 따라 방출하는 빛의 색깔이 변하는 현상을 이용합니다. 이처럼 온도와 색깔 사이의 일정한 관계를 통해 온도를 측정하는 것이 색온도계의 핵심 원리입니다. 따라서 1번이 옳은 설명입니다.

관속을 흐르는 유체가 층류로 되기 위해서는 **레이놀즈수(Reynolds number)**가 **2100보다 적어야** 합니다. 레이놀즈수는 유체의 관성력과 점성력의 비를 나타내는 무차원 수로, 이 값이 낮을수록 점성력이 우세하여 유체가 규칙적인 층을 이루며 흐르는 층류가 됩니다. 반대로 레이놀즈수가 높아지면 관성력이 커져 유체가 불규칙하게 흐르는 난류가 발생합니다.

사하중계(dead weight gauge)는 알려진 무게를 이용하여 압력을 발생시키고, 이를 통해 다른 압력계의 지시값을 비교하여 보정하는 데 사용됩니다. 즉, 사하중계 자체는 정확한 압력 발생 장치로서, 다른 압력계의 정확성을 검증하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 따라서 사하중계의 주된 용도는 압력계 보정입니다.

시스 열전대에서 열전대를 보호하고 절연하는 충전 물질은 고온에서도 안정적인 절연체여야 합니다. 보기 중 마그네시아와 알루미나는 이러한 조건을 만족하는 대표적인 물질이며, 높은 절연성과 열전도성을 동시에 갖추고 있어 열전대의 정확하고 신뢰성 있는 온도 측정을 돕습니다. 따라서 정답은 2번입니다.

이 문제는 연속 방정식의 원리를 이용합니다. 파이프 내 유체의 질량 보존 법칙에 따라, 유체가 흐르는 단면적과 유속의 곱은 일정해야 합니다. 따라서 파이프 단면적이 좁아지면 유속은 빨라집니다. 문제에서 파이프의 지름이 줄어들었으므로 유속은 증가하며, 계산 결과 18 m/s가 됩니다.

**정답 이유:** 열전도율형 CO2 분석계는 CO2와 다른 가스의 열전도율 차이를 이용하여 농도를 측정합니다. 수소(H2)는 CO2보다 열전도율이 훨씬 높아, 혼입 시 측정값에 큰 오차를 유발하여 정확도를 떨어뜨립니다. **핵심 개념:** 열전도율형 분석계는 측정 대상 가스와 기준 가스의 열전도율 차이에 기반하여 작동하며, 측정 대상 가스 외 다른 불순물 가스의 혼입은 측정 정확도에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다.

열전대 온도계에서 보상도선은 열전대선과 동일한 열전 효과를 내면서도 경제적이고 다루기 쉬운 재료로 만들어집니다. 따라서 열전대선과 유사한 온도-전압 특성을 가지면서도 가격이 저렴한 동-니켈 합금이 가장 적합합니다. 백금로듐, 알루멜, 철선은 각각 고온용 열전대선이나 다른 용도로 사용되는 재료로 보상도선으로는 적합하지 않습니다.

이 문제는 점도의 단위를 묻고 있습니다. 점도 1 Pa·s는 1 kg/(m·s)와 같은 값입니다. Pa(파스칼)는 압력의 단위로, 1 Pa = 1 N/m²입니다. 뉴턴(N)은 질량(kg) × 가속도(m/s²)이므로, 1 Pa = 1 kg/(m·s²)입니다. 점도는 일반적으로 속도 구배에 대한 전단 응력의 비율로 정의되므로, 단위는 (힘/면적) / (속도/길이) = (kg·m/s² / m²) / (m/s / m) = kg/(m·s)가 됩니다. 따라서 1 Pa·s는 1 kg/(m·s)와 같습니다.

정답은 1번 경사관식 압력계입니다. **정답 이유:** 경사관식 압력계는 관의 기울기를 이용하여 액체의 높이 변화를 증폭시켜 미세한 압력차도 더 쉽게 감지할 수 있도록 설계되었습니다. **핵심 개념:** 액주식 압력계는 액체의 높이 변화를 통해 압력을 측정하는 장치이며, 경사관식 압력계는 이러한 원리를 더욱 민감하게 활용하여 작은 압력 변화를 정밀하게 측정하는 데 유리합니다.

정답은 **2번 적분동작**입니다. 적분동작은 제어량의 편차를 시간에 따라 누적하여(적분하여) 제어량을 조절합니다. 이로 인해 잔류 편차를 완전히 제거할 수 있지만, 편차의 누적량이 커질수록 조작량의 변화가 커져 제어 시스템의 안정성을 떨어뜨릴 수 있습니다.

간접식 액면 측정은 액체 자체에 직접 접촉하지 않고 외부에서 액체의 높이를 감지하는 방식입니다. 방사선식, 초음파식, 저항전극식은 모두 액체 표면에 직접 닿지 않고 물리적 현상(방사선 투과, 음파 반사, 전기 저항 변화)을 이용하여 액면을 측정합니다. 반면, 플로트식은 액체 표면에 뜨는 부이를 직접 이용하여 액면을 측정하므로 직접식 액면 측정 방법에 해당합니다.

액체 및 고체 연료의 열량을 측정하는 데 사용되는 열량계는 **봄브식 열량계**입니다. 이 열량계는 밀폐된 용기(봄브) 안에서 연료를 연소시켜 발생하는 열을 측정하는 원리를 이용합니다. 봄브식 열량계는 정확하고 신뢰할 수 있는 열량 측정이 가능하여 다양한 연료의 에너지 함량을 분석하는 데 널리 사용됩니다.

분동식 압력계에서 300 MPa 이상의 고압을 측정하기 위해서는 액체의 점도와 압축성이 중요합니다. 모빌유는 높은 압력에서도 안정적인 점도를 유지하며, 압축성이 낮아 정확한 압력 측정이 가능합니다. 따라서 300 MPa 이상의 고압 측정에 가장 적합한 액체로 모빌유가 선택됩니다.

정답은 3번 서미스터 습도센서입니다. 서미스터는 온도 변화에 따라 전기 저항이 크게 변하는 반도체 소자입니다. 공기 중에 수증기가 많아지면 서미스터 표면에 수증기가 응결되어 열전도율이 달라지고, 이로 인해 서미스터의 온도가 변하면서 저항값이 변하게 됩니다. 이 저항값 변화를 측정하여 습도를 파악하는 원리입니다.

정답은 **2. 보상법**입니다. 보상법은 측정량과 거의 같은 미리 알고 있는 분동을 사용하여, 분동과 측정량의 차이를 측정하고 이를 보정하여 측정량을 구하는 방식입니다. 즉, 측정량 자체를 직접 측정하기보다는, 이미 알고 있는 분동과의 차이를 통해 측정량의 정확도를 높이는 방법입니다.

주어진 그림은 제어 시스템에서 조작량(출력)이 설정값과의 오차에 비례(P), 누적(I), 미분(D)하는 세 가지 요소에 의해 결정되는 P.I.D 동작을 나타냅니다. P.I.D 동작은 오차의 현재 값, 과거 누적값, 미래 변화율을 모두 고려하여 보다 정밀하고 안정적인 제어를 수행할 수 있습니다. 따라서 그림은 P.I.D 동작을 설명하는 것으로 볼 수 있습니다.

오리피스 유량계는 베르누이 정리를 이용하여 유량을 측정하는 장치로, 기체와 액체 모두에 사용 가능하며 제작 및 설치가 간편합니다. 하지만 **유량계수 C는 유체의 흐름 상태(층류 또는 난류)와 레이놀즈수에 따라 달라지므로, 보기 3번은 틀린 설명**입니다.

용선로(cupola)는 주로 선철을 용해하여 주철을 생산하는 데 사용되는 용해로입니다. 따라서 동합금이나 경합금과 같은 비철금속 용해에는 적합하지 않습니다. 보기 4번은 이러한 용선로의 주된 용도를 잘못 설명하고 있어 틀린 설명입니다.

터널로는 제품을 연속적으로 이송하며 예열, 소성, 냉각 과정을 거칩니다. 4번 보기가 옳은 이유는 터널로가 자동화된 온도 조절이 용이하지만, 터널의 크기와 구조적 제약으로 인해 특정 크기나 형상의 제품 생산에는 한계가 있기 때문입니다. 핵심 개념은 '연속 공정'과 '설비 제약'입니다.

정답은 3번 '열사용기자재 제조업의 등록'입니다. 에너지이용 합리화법령상 산업통상자원부장관 또는 시·도지사가 한국에너지공단 이사장에게 권한을 위탁할 수 있는 업무는 에너지 사용의 효율성을 높이고 관리하는 데 초점을 맞추고 있습니다. 반면, '열사용기자재 제조업의 등록'은 제품의 안전 및 품질 관리와 관련된 사항으로, 해당 업무는 한국에너지공단 이사장이 아닌 관련 법규에 따라 다른 기관에서 담당하고 있습니다.

정답은 4번입니다. 에너지이용 합리화법령상 압력용기 분류 기준은 내부 부피와 최고 사용 압력의 곱으로 결정되는데, 이 값이 0.004를 초과하는 경우 1종 압력용기에 해당됩니다. 4번 보기의 압력용기는 액체 온도가 대기압에서의 비점을 초과하지 않아 압력이 대기압 이하로 유지되므로, 다른 보기들과 달리 압력용기 자체의 위험성이 낮아 1종 압력용기 기준에서 제외됩니다.

정답은 3번 다이어프램 밸브입니다. 다이어프램 밸브는 유체의 흐름을 차단하는 밸브 시트와 스템 사이에 유연한 다이어프램을 사용하여, 금속 부품이 화학약품에 직접 노출되는 것을 막아 부식을 방지합니다. 또한, 다이어프램이 패킹 역할을 겸하므로 별도의 패킹이 불필요하여 기밀성이 우수합니다.

에너지이용 합리화법령상 에너지사용계획 수립 대상은 주로 에너지 다소비 시설 건설 사업입니다. 항만, 철도, 공항 건설은 대규모 에너지 소비를 수반하므로 계획 수립이 필요합니다. 반면, 도로건설사업은 상대적으로 에너지 소비 규모가 작아 에너지사용계획 제출 대상에서 제외됩니다.

에너지이용 합리화법에서 에너지절약전문기업 등록 취소 요건은 법령 위반이나 사업 수행 능력 부족과 관련된 사항에 집중됩니다. 2번 보기의 '사업수행과 관련하여 다수의 민원을 일으킨 경우'는 법에서 명시한 직접적인 등록 취소 사유에 해당하지 않으므로 정답입니다. 핵심 개념은 법에서 정한 등록 취소 요건의 명확성입니다.

에너지이용 합리화법령상 열사용기자재는 열을 생산하거나 이용하는 설비에 해당합니다. 1번 금속요로는 직접적으로 열을 생산하여 이용하는 보일러의 일종이므로 열사용기자재에 해당합니다. 반면, 2, 3, 4번은 각각 선박, 고압가스, 철도차량 등 특정 용도로 사용되는 용기나 설비로, 직접적인 열 생산 및 이용과는 거리가 있어 열사용기자재의 범위에 포함되지 않습니다.

에너지이용 합리화법령에 따르면, 인정검사대상기기 관리자의 교육을 이수한 사람은 최고 사용 압력이 1 MPa 이하인 증기보일러의 경우 전열면적이 최대 10 m² 이하일 때 관리할 수 있습니다. 이는 안전 관리 인력의 전문성과 효율성을 확보하기 위한 규정으로, 일정 규모 이하의 보일러는 교육 이수자도 관리 가능하도록 범위를 설정한 것입니다. 따라서 정답은 10 m²입니다.

정답은 1번 운전성능검사입니다. 에너지이용 합리화법령에서 검사대상기기의 계속 사용검사는 기기가 안전하고 효율적으로 작동하는지를 확인하는 것으로, 운전성능검사가 이에 해당합니다. 개조, 구조, 설치검사는 기기 도입 또는 변경 시점에 이루어지는 검사입니다.

에너지이용 합리화 기본계획에 따른 실시계획은 국가적 차원의 에너지 효율 향상을 목표로 하므로, 기초지방자치단체 시장은 직접적인 실시계획 수립 및 시행 대상이 아닙니다. 대신, 관계 행정기관의 장, 특별자치도지사, 도지사 등 상위 행정기관이 계획을 이행하기 위한 역할을 담당합니다. 핵심 개념은 **에너지이용 합리화법상 실시계획의 주체와 대상**입니다.

에너지다소비 사업자는 에너지 이용 합리화법에 따라 에너지 사용 현황을 시·도지사에게 신고해야 합니다. 신고 사항에는 전년도 에너지 사용량, 기자재 현황, 그리고 해당 연도의 에너지 사용 예정량 등이 포함됩니다. 하지만 **사용 에너지원의 종류 및 사용처**는 법령에서 정한 신고 대상 사항에 해당하지 않습니다.

지르콘 내화물은 열팽창이 작아 열충격에 강하고, 높은 융점을 가져 내화도가 높습니다. 하지만 **염기성 용재에 대한 저항성은 약한 편**이며, 오히려 산성 용재에 더 강한 특성을 보입니다. 따라서 3번 보기가 틀린 설명입니다.

요로는 주로 연료의 연소(발열반응)를 통해 발생하는 열을 이용하여 물을 데우는 장치입니다. 따라서 원재료의 산화반응을 이용한다는 것은 요로의 일반적인 정의와는 거리가 있습니다. 핵심 개념은 요로가 연료의 발열반응을 통해 열을 발생시킨다는 것입니다.

견요는 석회석 클링커 제조에 사용되는 이동 화상식 연속로이며, 제품의 예열을 통해 연소 공기를 예열하는 특징이 있습니다. 보기 2번은 하부에서 연료를 장입하는 것이 아니라, 일반적으로 상부에서 연료를 장입하고 하부에서 제품을 배출하는 구조를 가집니다. 따라서 견요의 특징으로 틀린 설명입니다.

정답은 1번 동관입니다. 동관은 전기 및 열 전도성이 뛰어나고, 부식에 강하며 유연성이 좋아 다양한 형태로 가공하기 용이합니다. 또한, 일정 수준의 내압성도 갖추고 있어 열교환기 내부 배관이나 화학 공업용으로 널리 사용되는 재료입니다.

이 문제는 정상 상태에서의 벽을 통한 열전달에 관한 문제입니다. 핵심 개념은 열저항이며, 이는 열전도와 표면에서의 대류 열전달 모두에 적용됩니다. 벽 내부의 열전도 저항과 내부 및 외부 표면에서의 대류 열전달 저항을 모두 고려하여 총 열저항을 계산해야 합니다. 주어진 총 열손실과 온도차를 이용하여 총 열저항을 구한 뒤, 내부 표면 열전달계수와 콘크리트의 열전도율을 이용해 외부 표면 열전달계수를 역산할 수 있습니다.

연속가열로는 물체를 연속적으로 이동시키며 가열하는 방식입니다. 보기 중 대차식 가열로는 물체를 대차에 싣고 이동시키지만, 이는 연속적인 이동보다는 배치(batch) 방식에 가깝습니다. 반면 푸셔식, 워킹-빔식, 회전로상식은 모두 물체를 끊임없이 이동시켜 연속 가열을 가능하게 하는 방식입니다.

정답은 3번 SPA입니다. SPA는 배관용 합금강 강관을 나타내는 표시기호로, 'SP'는 강관(Steel Pipe), 'A'는 합금강(Alloy Steel)을 의미합니다. 나머지 보기들은 각각 일반 구조용 압연강재(SPPH), 일반 구조용 열간 압연강재(SPHT), 일반 구조용 압연강재(SPA)를 나타내지만, 배관용 합금강 강관을 직접적으로 지칭하지는 않습니다.

크롬이나 크롬마그네시아 벽돌이 고온에서 산화철을 흡수하면, 벽돌 내부에서 산화철이 팽창하면서 벽돌 표면이 부풀어 오르고 떨어져 나가는 현상이 발생합니다. 이러한 현상을 **버스팅(bursting)**이라고 합니다. 이는 고온 환경에서 벽돌의 화학적 변화로 인한 구조적 파괴의 한 형태입니다.

정답은 2번 '압궤'입니다. 압궤는 외부에서 가해지는 압력에 의해 원통형 부재가 안쪽으로 찌그러지면서 파손되는 현상을 말합니다. 보일러의 노통이나 화실은 고온고압의 증기를 견뎌야 하는데, 외부 압력에 의해 변형되면 구조적 안전성을 잃고 찢어질 수 있습니다.

이 문제는 다층 벽을 통한 열전달을 계산하는 문제입니다. 핵심 개념은 각 벽층의 열저항을 합산하여 총 열저항을 구하고, 이를 이용하여 단위면적당 손실열량을 계산하는 것입니다. 적벽돌과 단열벽돌의 두께와 열전도율을 이용하여 각 벽층의 열저항을 계산하고, 두 벽층의 열저항을 더해 총 열저항을 구합니다. 마지막으로, 노 내외벽면 온도 차이를 총 열저항으로 나누어 단위면적당 손실열량을 계산합니다.

보일러의 성능 계산에서 증발률은 **전열 면적당 단위 시간 동안 얼마나 많은 증기가 생성되는지**를 나타내는 지표입니다. 즉, 보일러의 효율적인 열 전달 능력을 평가하는 데 사용됩니다. 따라서 정답은 4번, 전열 면적에 대한 실제 증발량과의 비가 됩니다.

수관보일러는 연소실 주위에 물이 흐르는 수관을 배치하여 열을 효율적으로 흡수하는 방식입니다. 이 수관들이 노(연소실)를 둘러싸 냉각시키는 역할을 하므로 '수냉벽'을 구성한다고 표현합니다. 다른 보기들은 수관보일러의 일반적인 특징과 맞지 않거나, 다른 종류의 보일러에 해당될 수 있습니다.

이 문제는 중공 원관에서의 정상 상태 열전달에 대한 열저항을 구하는 문제입니다. 핵심 개념은 **푸리에의 법칙**과 **열저항의 정의**입니다. 중공 원관의 경우, 열은 방사형으로 전달되며, 열전달 면적이 내경과 외경 사이에서 변하므로 단순히 면적을 곱하는 것이 아니라 적분을 통해 열전달 면적의 변화를 고려해야 합니다. 따라서 올바른 열저항 식은 4번이며, 이는 중공 원관의 열전도에 대한 푸리에 법칙을 적분하여 얻어집니다.

입형 보일러는 공간 활용도가 높아 설치 면적이 좁다는 장점이 있습니다. 하지만 전열면적이 상대적으로 적어 효율이 낮고, 증발량이 적으며 습증기가 발생하기 쉽습니다. 반면, 증기실이 작아 내부 청소 및 검사가 어렵다는 단점이 있어 4번이 틀린 설명입니다.

정답은 2번 송풍기입니다. 여열장치는 보일러에서 버려지는 폐열을 회수하여 연료의 연소 효율을 높이는 장치를 말합니다. 공기예열기, 재열기, 절탄기는 모두 폐열을 회수하여 연소 효율을 높이는 역할을 하지만, 송풍기는 연소를 위한 공기를 공급하는 역할을 할 뿐 폐열 회수와는 직접적인 관련이 없습니다.

관석은 주로 규산칼슘, 황산칼슘 등으로 이루어져 있으며, 배관 내부에 쌓여 물의 순환을 방해하고 열 전달을 저해합니다. 관석의 열전도율은 낮아 전열면을 단열시켜 오히려 과열을 방지하는 역할을 합니다. 따라서 관석이 전열면을 과열시킨다는 설명은 틀렸습니다.

보일러 일상점검은 안전하고 효율적인 작동을 위해 필수적입니다. 급수배관, 압력계, 자동제어장치 등은 보일러의 현재 상태를 파악하고 이상 징후를 조기에 발견하는 데 직접적인 역할을 합니다. 반면, 연료의 수요량 점검은 보일러 자체의 일상적인 점검 항목이라기보다는, 외부적인 요인(사용량, 가격 변동 등)에 따른 계획 수립에 해당하므로 일상점검 계획에 포함되지 않습니다.

이 문제는 금속 표면에서 발생하는 대류 및 복사 열전달을 통해 열유속을 계산하는 문제입니다. 핵심 개념은 **대류 열전달**과 **복사 열전달**의 합으로 전체 열유속을 구하는 것입니다. **정답 이유:** 1. **대류 열유속 계산:** 대류 열유속은 $q_{conv} = h \cdot (T_s - T_{inf})$ 공식을 사용하여 계산합니다. 여기서 $h$는 대류 열전달계수, $T_s$는 표면 온도, $T_{inf}$는 주위 온도입니다. $q_{conv} = 20 \ \rm W/m^2\cdot K \cdot (150\ ℃ - 20\ ℃) = 20 \cdot 130 = 2600 \ \rm W/m^2$ 2. **복사 열유속 계산:** 복사 열유속은 $q_{rad} = \epsilon \cdot \sigma \cdot (T_s^4 - T_{inf}^4)$ 공식을 사용하여 계산합니다. 여기서 $\epsilon$은 방사율, $\sigma$는 스테판-볼츠만 상수, $T_s$와 $T_{inf}$는 절대 온도로 변환해야 합니다. $T_s = 150\ ℃ + 273.15 = 423.15\ K$ $T_{inf} = 20\ ℃ + 273.15 = 293.15\ K$ $q_{rad} = 0.3 \cdot (5.7 \times 10^{-8} \ \rm W/m^2\cdot K^4) \cdot (423.15^4 - 293.15^4)$ $q_{rad} \approx 0.3 \cdot (5.7 \times 10^{-8}) \cdot (3.19 \times 10^{10} - 0.73 \times 10^{10})$ $q_{rad} \approx 0.3 \cdot (5.7 \times 10^{-8}) \cdot (2.46 \times 10^{10}) \approx 420.66 \ \rm W/m^2$ 3. **총 열유속 계산:** 총 열유속은 대류와 복사 열유속의 합입니다. $q_{total} = q_{conv} + q_{rad} \approx 2600 \ \rm W/m^2 + 420.66 \ \rm W/m^2 \approx 3020.66 \ \rm W/m^2$ 따라서 가장 가까운 보기인 **1번 (3020)**이 정답입니다.

보일러 용접 후 풀림처리의 주된 이유는 용접 과정에서 발생하는 급격한 온도 변화로 인해 용접부에 축적된 **열응력을 제거**하기 위함입니다. 이러한 열응력은 용접부의 변형이나 균열 발생 가능성을 높일 수 있습니다. 풀림처리를 통해 용접부를 서서히 냉각시키면 재료가 이완되어 응력이 해소되고, 이는 용접부의 안정성과 내구성을 향상시키는 핵심적인 역할을 합니다.

**정답 이유:** 상당 증발배수는 보일러의 효율을 나타내는 지표로, 실제 증발량 대신 상당 증발량을 사용하여 계산됩니다. 문제에서 주어진 상당 증발량 1400 kg/h를 사용 연료량 140 kg/h로 나누면 10이라는 값을 얻게 됩니다. **핵심 개념:** * **상당 증발량:** 실제 증발량에 비중을 곱한 값으로, 보일러의 증발 능력을 표준 조건에서 비교하기 위해 사용됩니다. * **상당 증발배수:** 보일러가 단위 연료량으로 얼마나 많은 양의 증기를 생산하는지를 나타내는 지표입니다. 즉, 보일러의 효율을 나타냅니다.

보일러 저온부식은 배기가스 중의 황산화물이 수분과 결합하여 황산이 생성되면서 발생합니다. 황산은 낮은 온도에서 응축되어 금속 표면을 부식시키는데, 이를 방지하기 위해서는 황산 생성을 억제해야 합니다. **정답 이유:** 2번 보기 "배기가스의 온도를 노점온도 이하로 유지한다"는 저온부식을 **유발하는 행위**입니다. 배기가스 온도가 낮아지면 황산이 응축되어 부식을 촉진하므로, 저온부식 방지 방법과는 반대되는 내용입니다. **핵심 개념:** * **저온부식:** 보일러 저온부에서 발생하는 부식으로, 주로 연료 중의 황 성분이 연소 시 황산화물로 변환된 후 배기가스 중의 수분과 결합하여 황산이 생성되면서 발생합니다. * **노점온도:** 배기가스 중의 수증기가 응축되기 시작하는 온도입니다. 이 온도 이하로 내려가면 황산이 생성되어 부식을 일으킵니다.

점식은 국소적인 부식으로, 표면의 특정 지점에서 시작되어 깊게 파고드는 특징이 있습니다. 따라서 진행 속도가 아주 느리다는 설명은 틀렸으며, 실제로는 비교적 빠르게 진행될 수 있습니다. 점식은 주로 양극 반응이 집중되어 발생하는 독특한 형태의 부식이며, 재료 표면의 불균일한 부분이나 염화물 이온과 같은 특정 환경에서 스테인리스강 등에 흔히 발생합니다.

정답은 1번입니다. 철 성분은 보일러 내부에서 산화되어 스케일을 형성하는 주된 원인이지만, '수지산화'는 이온교환 수지가 오염되는 현상으로, 철과는 직접적인 관련이 적습니다. 용존 산소는 보일러 금속을 부식시키고, 실리카는 고온에서 증기와 함께 배출되는 캐리오버를 유발하며, 경도 성분은 스케일 부착의 주요 원인입니다.

**정답 이유:** 보일러수의 분출(블로우다운)은 주로 불순물 농도를 낮추고 수위를 안정적으로 유지하기 위해 실시합니다. 수위가 지나치게 낮아졌을 때는 오히려 물을 보충해야 하는 상황이므로 분출 시기가 아닙니다. **핵심 개념:** 보일러수의 분출은 과도한 불순물 축적을 방지하고, 안전한 운전을 위한 수위 조절의 일환입니다.

이 문제는 리벳 이음에서 강판의 최대 인장력과 리벳의 최대 전단력이 같아지는 조건을 이용하여 피치(pitch)를 구하는 문제입니다. 겹치기 이음에서 강판이 받는 인장력은 강판의 단면적과 허용 인장응력의 곱으로, 리벳이 받는 전단력은 리벳의 단면적과 허용 전단응력의 곱으로 계산됩니다. 이 두 힘이 같아지는 지점에서 발생하는 피치를 계산하면 됩니다. **정답 이유:** 1. **강판의 최대 인장력 계산:** 강판의 허용 인장응력과 리벳 구멍으로 인해 감소된 강판의 단면적을 곱하여 강판이 최대로 견딜 수 있는 인장력을 계산합니다. 2. **리벳의 최대 전단력 계산:** 리벳의 허용 전단응력과 리벳의 단면적을 곱하여 리벳이 최대로 견딜 수 있는 전단력을 계산합니다. 3. **피치 계산:** 강판의 인장력과 리벳의 전단력이 같아지는 지점을 찾습니다. 1열 리벳 겹치기 이음에서 피치(p)는 강판의 폭에서 리벳 구멍 지름을 뺀 값에 허용 인장응력과 허용 전단응력의 비를 곱한 값에 리벳 구멍 지름을 더한 값으로 계산됩니다. 주어진 값들을 대입하여 계산하면 피치는 약 44.4 mm가 나옵니다.

과열기는 포화증기의 온도를 높여 과열증기로 만드는 장치로, 증기의 엔탈피를 증가시켜 효율을 높입니다. 하지만 고온의 증기와 접촉하는 과열기 튜브는 고온 부식에 취약하며, 연소가스의 흐름으로 인한 압력 손실도 발생할 수 있습니다. 따라서 3번 보기는 틀린 설명입니다.

정답은 3번입니다. 열정산은 기기의 효율을 평가하는 중요한 과정인데, 최대 출열량을 시험할 때 반드시 최대 부하에서만 시험하는 것은 아닙니다. 실제 운전 조건은 다양하기 때문에, 여러 부하 조건에서의 성능을 종합적으로 고려하여 평가해야 합니다.

**정답 이유:** 이 문제는 수관식 보일러의 시간당 증발량을 계산하는 문제입니다. 핵심은 수관의 총 전열면적을 구하고, 주어진 단위 전열면적당 증발량을 곱하는 것입니다. **핵심 개념:** 1. **수관의 전열면적 계산:** 수관의 전열면적은 각 수관의 길이와 둘레를 곱하여 계산합니다. 외경과 내경이 주어졌으므로, 증발에 기여하는 표면적은 외경을 기준으로 계산합니다. 2. **총 전열면적:** 수관 96개의 전열면적을 모두 합산합니다. 3. **시간당 증발량 계산:** 총 전열면적에 단위 전열면적당 증발량을 곱하여 보일러의 시간당 총 증발량을 구합니다. **간단 해설:** 먼저 수관 하나의 전열면적을 계산합니다. 수관의 둘레는 외경을 이용하여 계산하고, 여기에 유효길이를 곱하면 하나의 수관의 전열면적이 됩니다. 이 값을 수관 개수만큼 곱하여 보일러 전체의 총 전열면적을 구합니다. 마지막으로, 이 총 전열면적에 단위 전열면적당 증발량을 곱하면 보일러의 시간당 증발량을 얻을 수 있습니다.