2018년 에너지관리기사 1회차

고체 연료는 일반적으로 산소 공급원을 자체적으로 포함하고 있어, 액체 연료에 비해 산소(O₂) 함량이 낮습니다. 반면, 액체 연료는 연소를 위해 별도의 산화제(주로 액체 산소)를 필요로 하며, 연료 자체의 수소(H₂) 함량이 높아 에너지 밀도가 높습니다. 따라서 액체 연료는 고체 연료에 비해 수소 함량이 크고 산소 함량이 적은 경향을 보입니다.

이 문제는 연돌에서 배출되는 연기의 농도를 측정하여 매연의 농도율을 계산하는 문제입니다. 핵심 개념은 **측정된 연기량과 총 배출량의 비율**을 통해 농도율을 구하는 것입니다. 문제에서 주어진 측정 결과와 보기를 활용하여 계산하면 정답은 3번 45%가 됩니다.

탄산가스최대량($CO_{2max}$)은 연료가 완전히 연소될 때 발생하는 이산화탄소의 최대량을 의미합니다. 이는 연료의 종류에 따라 결정되는 이론적인 값이며, **이론공기량**을 기준으로 계산됩니다. 따라서 보기 중 가장 적합한 것은 4번 이론공기량입니다.

연소 배기가스에는 주로 연료가 연소될 때 발생하는 이산화탄소(CO2)와 함께, 공기 중에 가장 많이 존재하는 질소(N2)가 높은 비율로 포함됩니다. 질소는 연소 과정에서 직접적으로 생성되기보다는 고온에서 공기 중의 질소가 반응하여 일부 생성되거나, 그대로 배출되기 때문에 이산화탄소보다 더 많은 양을 차지하게 됩니다. 따라서 연소 배기가스 중 가장 많이 포함된 기체는 질소(N2)입니다.

정답은 3번 달톤의 법칙입니다. 달톤의 법칙은 여러 기체가 혼합되었을 때 전체 압력이 각 기체가 자체적으로 차지하는 부분 압력의 합과 같다는 것을 설명하는 법칙입니다. 이는 전압(압력)이 분압(부분 압력)의 합과 같다는 문제의 내용과 일치합니다. 다른 보기들은 기체의 압력과는 직접적인 관련이 없는 법칙들입니다.

LPG는 상온, 대기압에서 **기체** 상태이며, 보기 2번은 이를 액체로 잘못 설명하고 있습니다. LPG는 인화성이 높아 폭발 위험이 크고, 공기보다 무거워 누출 시 낮은 곳에 체류하는 성질이 있습니다. 또한, 기화 시 많은 열을 흡수하는 특성 때문에 냉각제로도 활용될 수 있습니다.

매연은 불완전 연소의 결과로 발생하며, 불완전 연소는 연료가 충분히 타지 못할 때 일어납니다. 연소실 온도가 높으면 오히려 연료가 더 잘 타서 매연 발생이 줄어들기 때문에, 연소실 온도가 높을 때는 매연 발생과 거리가 멉니다. 나머지 보기들은 모두 불완전 연소를 유발하여 매연 발생 가능성을 높입니다.

기체 연료의 연소 방식은 크게 **예혼합 연소**와 **확산 연소**로 나뉩니다. 예혼합 연소는 연료와 산소가 연소 전에 미리 혼합되어 빠르게 연소하는 방식이며, 확산 연소는 연료와 산소가 연소 과정에서 확산되어 만나면서 연소하는 방식입니다. 이 두 가지 방식은 연소 속도, 화염의 형태, 그리고 적용되는 장치 등에서 차이를 보입니다.

정답은 1번입니다. **정답 이유:** 1. **화격자 연소율의 단위:** 화격자 연소율은 단위 시간당 단위 면적에서 연소되는 연료의 양을 나타내므로, 질량(kg 또는 g)을 면적($m^2$)과 시간(h)으로 나눈 단위($$\mathrm{kg/m^2\cdot h}$$ 또는 $$\mathrm{g/m^2\cdot h}$$)을 사용합니다. 따라서 1번은 옳은 표현입니다. **핵심 개념:** * **화격자 연소율:** 보일러 등에서 연료가 연소되는 속도를 나타내는 지표로, 주로 단위 면적당 단위 시간당 연소되는 연료의 질량으로 표현됩니다. * **공기비:** 실제 공급된 공기량과 이론적으로 필요한 공기량의 비로, 연소 효율을 나타내는 지표입니다. 공기비가 1보다 크면 과잉 공기, 1보다 작으면 부족한 공기 상태를 의미합니다. * **이론연소가스량:** 연료가 완전히 연소될 때 발생하는 가스의 양을 이론적으로 계산한 값입니다. 고체 연료의 경우, 연료의 질량 단위당 발생하는 가스의 부피 단위로 표현됩니다. * **저위발열량:** 연료가 연소될 때 발생하는 열량 중 수증기가 액화되면서 발생하는 잠열을 제외한 값입니다. 고위발열량에서 수증기의 잠열을 빼서 계산합니다.

연소 배기가스 분석의 가장 직접적인 목적은 **공기비 계산**입니다. 공기비는 연료 대비 실제 공급된 공기의 비율을 나타내며, 이를 통해 연소가 얼마나 효율적으로 이루어지고 있는지 파악할 수 있습니다. 연소 효율이 높을수록 연료 낭비를 줄이고 배출가스를 최소화할 수 있어 연소 관리의 핵심 목표가 됩니다.

코크스로 가스 100 Nm³를 연소하면, 연소 과정에서 연료 내 수소(H₂)와 탄화수소(CH₄, C₂H₄)가 산소와 반응하여 물(H₂O)이 생성됩니다. 이 물은 연소가스에 수증기 형태로 존재하며, 건연소가스량에는 포함되지 않지만 습연소가스량에는 포함됩니다. 따라서 습연소가스량은 건연소가스량보다 생성된 수증기량만큼 더 많아집니다. 주어진 코크스로 가스 조성에서 수소(H₂) 50%와 탄화수소(CH₄, C₂H₄)를 연소하여 생성되는 물의 양을 계산하면 약 118 Nm³가 됩니다. 이 물의 양이 습연소가스량과 건연소가스량의 차이가 됩니다.

석탄 연소 시 필요한 이론산소량은 석탄의 화학 조성에 따라 계산됩니다. 각 성분(C, H, O, S)이 완전 연소하는 데 필요한 산소량을 계산한 후, 석탄에 포함된 산소량을 고려하여 최종 이론산소량을 산출합니다. 문제에서 주어진 석탄의 조성비를 바탕으로 계산하면 약 1.78 $$\mathrm{Nm^3/kg}$$의 이론산소량이 필요합니다.

불꽃 연소는 기체 상태의 연료가 산소와 반응하여 불꽃을 형성하며 빠르게 연소하는 현상입니다. 따라서 연소 속도가 느리다는 설명은 틀렸습니다. 불꽃 연소는 연쇄 반응과 연소 사면체(산소, 연료, 점화원, 연쇄 반응)의 조건 하에서 일어나며, 가솔린 연소가 대표적인 예시입니다.

이 문제는 혼합 기체의 가스정수를 계산하는 문제입니다. 혼합 기체의 가스정수는 각 성분 기체의 질량 분율과 해당 기체의 가스정수를 곱한 값들을 모두 더하여 구할 수 있습니다. N$_2$의 가스정수에 N$_2$의 질량 분율(70%)을 곱하고, O$_2$의 가스정수에 O$_2$의 질량 분율(30%)을 곱한 후 더하면 혼합 기체의 가스정수를 얻을 수 있습니다. 따라서 계산 결과는 29.13 $$\mathrm{kgf\cdot m/kg\cdot K}$$이 됩니다.

정답은 3번 촉매산화법입니다. 촉매산화법은 주로 가스상 오염물질을 제거하는 데 사용되며, 분진과 같은 입자상 오염물질 제거에는 효과적이지 않습니다. 습식세정법, 원심분리법, 중력침전법은 모두 분진을 물리적으로 포집하거나 침전시키는 방법으로, 분진 제거에 적합합니다.

고체 연료의 공업 분석에서 고정탄소는 연료를 구성하는 주요 성분 중 하나입니다. 고정탄소를 산출하는 식은 연료의 전체 질량에서 수분, 회분, 휘발분을 제외한 나머지 값을 백분율로 나타낸 것입니다. 따라서 정답은 4번, 100-[수분(%)+회분(%)+휘발분(%)]이 됩니다.

세정 집진장치는 액체(주로 물)를 사용하여 입자를 포집합니다. 1, 2, 3번은 모두 세정 집진장치의 입자 포집 원리에 해당합니다. 액적이 입자에 충돌하여 부착하거나, 입자를 핵으로 증기가 응결하여 응집성을 높이고, 미립자가 확산하여 액적과의 접촉을 증가시키는 방식입니다. 반면 4번은 세정 집진장치의 원리가 아니라, 배기의 습도가 감소하면 오히려 입자가 건조해져 응집성이 떨어지는 현상입니다. 따라서 4번이 틀린 설명입니다.

정답은 1번 탄소입니다. 탄소는 연료 연소 시 CO2로 전환되는 비율이 가장 높기 때문입니다. 연료유, 역청탄, 코크스로가스는 탄소 외에 수소, 질소 등 다른 원소를 포함하고 있어 연소 시 CO2 외에 다른 물질도 생성되므로 최대 탄산가스 농도가 상대적으로 낮습니다. 핵심 개념은 연료의 화학 조성에 따라 연소 시 생성되는 CO2의 양이 달라진다는 것입니다.

프로판($$\mathrm{C_3H_8}$$)의 완전 연소 반응식은 $$\mathrm{C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O}$$입니다. 이 반응식에 따르면 프로판 1몰당 산소 5몰이 필요합니다. 프로판의 분자량은 약 44 g/mol이므로, 1 kg의 프로판은 약 22.7 몰입니다. 따라서 필요한 산소량은 약 113.5 몰이며, 이를 부피로 환산하면 약 2540 $$\mathrm{Sm^3}$$입니다. 공기는 산소의 약 21%를 차지하므로, 1 kg의 프로판 연소에 필요한 이론 공기량은 약 12.1 $$\mathrm{Sm^3}$$입니다.

이 문제는 기체의 폭발범위에 관한 것으로, 폭발범위는 기체가 공기와 혼합되었을 때 폭발할 수 있는 농도의 범위를 의미합니다. 수소는 폭발 하한계와 상한계의 차이가 가장 커서 폭발범위가 가장 넓습니다. 이는 수소가 매우 낮은 농도에서도 폭발할 수 있고, 비교적 높은 농도까지도 폭발 위험이 있다는 것을 의미합니다.

이 문제는 열역학 제1법칙을 이용하여 계가 하는 일을 계산하는 문제입니다. 열역학 제1법칙은 계의 내부 에너지 변화($\Delta U$)가 계가 받은 열($Q$)에서 계가 한 일($W$)을 뺀 값과 같다는 것을 나타냅니다. 즉, $\Delta U = Q - W$ 입니다. 문제에서 A에서 C로의 정압 과정 중 계는 50 J의 일을 받아들이고 25 J의 열을 방출하므로, 이 과정에서 계의 내부 에너지 변화는 $\Delta U_{AC} = (-25 $\text{ J}$) - (-50 $\text{ J}$) = 25 $\text{ J}$$ 입니다. C에서 B로의 정적 과정 중 계는 75 J의 열을 받아들이므로, 이 과정에서 계의 내부 에너지 변화는 $\Delta U_{CB} = 75 $\text{ J}$ - 0 $\text{ J}$ = 75 $\text{ J}$$ 입니다. B에서 A로의 과정이 단열 과정이므로 계가 받은 열은 0 J입니다. 따라서 A에서 B로의 전체 과정에서 계의 내부 에너지 변화는 $\Delta U_{AB} = \Delta U_{AC} + \Delta U_{CB} = 25 $\text{ J}$ + 75 $\text{ J}$ = 100 $\text{ J}$$ 입니다. B에서 A로의 과정은 단열 과정이므로, 열역학 제1법칙에 따라 $\Delta U_{BA} = Q_{BA} - W_{BA}$ 에서 $\Delta U_{BA} = -100 $\text{ J}$$ 이고 $Q_{BA} = 0 $\text{ J}$$ 이므로, $W_{BA} = Q_{BA} - \Delta U_{BA} = 0 $\text{ J}$ - (-100 $\text{ J}$) = 100 $\text{ J}$$ 입니다. 즉, B에서 A로의 과정에서 계는 100 J의 일을 합니다.

정답은 2번입니다. 엔트로피는 상태 함수이기 때문에 두 상태 사이의 엔트로피 변화량은 경로에 상관없이 항상 일정합니다. 1번은 비가역 과정에서 클라시우스 적분은 0보다 크고, 3번은 확산 과정에서 엔트로피가 증가하며, 4번은 우주 전체의 엔트로피는 증가하는 방향으로 변화한다는 열역학 제2법칙에 위배됩니다.

이 문제는 폴리트로픽 과정에서 폴리트로픽 지수 'n'의 값에 따라 해당 과정이 어떤 열역학 과정과 일치하는지를 묻고 있습니다. 정답은 2번으로, 'n=0'일 때 폴리트로픽 과정은 정압 과정(constant pressure process)과 같습니다. 이는 PV^0 = C, 즉 P = C가 되어 압력이 일정함을 의미합니다. 다른 보기들은 n의 값이 해당 과정과 일치하지 않습니다.

**정답 이유:** 이 문제는 에너지와 일률(동력)의 관계를 묻고 있습니다. 연료의 발열량과 소비량을 이용하여 1시간 동안 발생하는 총 에너지를 계산하고, 이를 일률의 단위인 kW로 변환하면 됩니다. **핵심 개념:** * **발열량:** 연료 1kg이 연소될 때 발생하는 열 에너지의 양입니다. * **일률 (동력):** 단위 시간 동안 하는 일의 양 또는 단위 시간 동안 전달되는 에너지의 양입니다. 단위는 와트(W) 또는 킬로와트(kW)를 사용합니다. 1 kW = 1 kJ/s 입니다. **간단 해설:** 1. **총 에너지 계산:** 1시간 동안 소비되는 연료는 30 kg이고, 연료 1 kg당 발열량은 36000 kJ이므로, 1시간 동안 발생하는 총 에너지는 30 kg * 36000 kJ/kg = 1080000 kJ 입니다. 2. **일률(동력) 계산:** 1시간은 3600초이므로, 1시간 동안 발생하는 에너지를 초당 에너지로 환산하면 1080000 kJ / 3600 s = 300 kJ/s 입니다. 3. **단위 변환:** kJ/s는 kW와 같으므로, 발생하는 동력은 300 kW입니다.

이 문제는 열역학 법칙 중 하나를 설명하는 내용에 가장 부합하는 법칙을 고르는 문제입니다. 정답은 열역학 제2법칙으로, 이 법칙은 자연계에서 발생하는 모든 과정은 무질서도(엔트로피)가 증가하는 방향으로 진행된다는 것을 설명합니다. 즉, 에너지가 한 형태에서 다른 형태로 변환될 때 항상 일부 에너지는 열 형태로 손실되어 더 이상 유용한 일을 할 수 없게 됩니다.

정답은 2번 CO(일산화탄소)입니다. 암모니아, CO₂, 할로겐화탄소는 냉매로서의 특성을 가지고 있어 냉동기 등에 사용됩니다. 하지만 CO는 독성이 강하고 낮은 온도에서 액화되기 어려워 냉매로 사용되지 않습니다.

카르노 사이클의 효율은 최고 온도와 최저 온도의 비율로 결정됩니다. 효율은 $1 - \frac{T_{low}}{T_{high}}$ 공식으로 계산되며, 여기서 $T_{low}$는 최저 온도, $T_{high}$는 최고 온도입니다. 주어진 문제에서 최고 온도는 600 K, 최저 온도는 250 K이므로, 효율은 $1 - \frac{250}{600} = 1 - 0.4167 \approx 0.5833$이 됩니다. 따라서 카르노 사이클의 효율은 약 58%입니다.

이 문제는 이상 기체의 내부 에너지 변화를 계산하는 문제입니다. 이상 기체의 내부 에너지 변화는 질량, 정적 비열, 그리고 온도 변화의 곱으로 계산됩니다. 문제에서 주어진 CO2의 질량(20 kg), 정적 비열(0.67 kJ/(kg·K)), 그리고 온도 변화(215 ℃ - 15 ℃ = 200 ℃)를 이용하여 내부 에너지 변화를 계산하면 약 2680 kJ이 됩니다. 따라서 정답은 3번입니다.

이 문제는 피스톤 위에 작용하는 힘에 의해 발생하는 압력을 계산하는 문제입니다. 피스톤의 무게와 대기압이 실린더 내부의 절대 압력에 영향을 미칩니다. 피스톤의 무게로 인한 압력은 피스톤의 질량, 중력 가속도, 피스톤 면적을 이용하여 계산할 수 있습니다. 이 값을 대기압에 더하면 실린더 내의 절대 압력을 구할 수 있습니다.

정답은 1번입니다. 열효율은 같은 온도, 압축비, 공급 열량 하에서 더 많은 일을 하는 사이클이 높습니다. Otto 사이클은 등적 열 공급으로 열효율이 가장 높고, Sabathe 사이클은 등압 열 공급으로 Otto 사이클보다 열효율이 낮습니다. Diesel 사이클은 등압 열 공급과 등적 열 공급을 모두 포함하지만, 열 공급량이 같을 경우 Otto 사이클보다 열효율이 낮습니다.

증기 터빈 노즐 효율($\eta_n$)은 실제 분출되는 수증기 속도($C_a$)가 이론적으로 가능한 최대 속도($C_t$)에 얼마나 근접하는지를 나타냅니다. 에너지 변환 효율을 나타내는 일반적인 원리에 따라, 속도의 제곱에 비례하는 운동 에너지의 비율로 효율을 정의합니다. 따라서 노즐 효율은 실제 운동 에너지와 이론적 최대 운동 에너지의 비율, 즉 실제 속도 제곱과 이론적 속도 제곱의 비율로 표현됩니다.

냉장고의 성능계수(COP)는 냉장고가 유용한 작용(저온체에서 열을 흡수하는 것)에 사용한 에너지 대비 방출한 열 에너지의 비율로 정의됩니다. 문제에서 냉장고는 저온체에서 30 kW의 열을 흡수하므로, COP는 흡수된 열량(30 kW)을 일량으로 나눈 값입니다. 에너지 보존 법칙에 따라, 냉장고가 한 일은 방출한 열량(40 kW)에서 흡수한 열량(30 kW)을 뺀 10 kW가 됩니다. 따라서 성능계수는 30 kW / 10 kW = 3이 됩니다.

정답은 1번입니다. 임계점은 액체와 기체가 더 이상 구분되지 않고 하나의 상으로 존재하는 지점을 의미합니다. 따라서 액상, 기상, 고상이 함께 존재하는 점은 임계점이 아닙니다. 임계점에서는 액체와 기체의 밀도가 같아져 두 상을 구분할 수 없으며, 임계 압력 이상에서는 상변화 과정이 뚜렷하게 나타나지 않습니다.

이 문제는 단열 과정에서의 이상기체 상태 변화를 다루고 있습니다. 단열 과정에서는 열 출입이 없으며, 이상기체의 가역 단열 과정에서는 다음 관계식이 성립합니다. $T_1^{c} P_1^{1-c} = T_2^{c} P_2^{1-c}$ 여기서 $T$는 절대 온도, $P$는 압력, $c$는 비열비($\gamma$)입니다. 문제에서 주어진 값을 대입하여 팽창 후의 온도 $T_2$를 계산하면 약 -190℃가 나옵니다.

브레이턴 사이클의 효율은 사이클에서 공급된 열량 대비 유용한 일의 양으로 정의됩니다. 이상적인 브레이턴 사이클에서 압축 과정(1-2)과 팽창 과정(3-4)은 등엔트로피 과정이고, 열 공급(2-3)과 열 방출(4-1) 과정은 등압 과정입니다. 따라서 효율은 $1 - \frac{q_{out}}{q_{in}}$으로 표현되며, 이는 온도 변화를 이용하여 $1 - \frac{T_4 - T_1}{T_3 - T_2}$와 같이 나타낼 수 있습니다.

이 문제는 이상기체 상태 방정식을 이용하여 기체상수를 구하는 문제입니다. 이상기체 상태 방정식은 $PV = mRT$로 표현되며, 여기서 $P$는 압력, $V$는 부피, $m$은 질량, $R$은 기체상수, $T$는 절대온도입니다. 문제에서 주어진 비체적($v = V/m$)을 이용하면 $Pv = RT$로 식을 변형할 수 있습니다. 주어진 값을 대입하여 기체상수 $R$을 계산하면 다음과 같습니다. $R = \frac{Pv}{T}$ 먼저 온도를 섭씨에서 절대온도로 변환해야 합니다. $T = 30\ $\text{℃}$ + 273.15 = 303.15\ $\text{K}$$ 압력의 단위도 통일해야 합니다. 1 atm = 101.325 kPa이므로, 350 kPa를 atm으로 변환하면 다음과 같습니다. $P = 350\ $\text{kPa}$ \times \frac{1\ \text{atm}}{101.325\ $\text{kPa}$} \approx 3.454\ $\text{atm}$$ 이제 기체상수 $R$을 계산합니다. $R = \frac{3.454\ \text{atm} \times 0.449\ $\text{m}$^3/$\text{kg}$}{303.15\ $\text{K}$}$ 이 값을 kJ/kg·K 단위로 변환하기 위해 1 atm·m³ = 101.325 J = 0.101325 kJ 임을 이용합니다. $R = \frac{3.454 \times 0.449}{303.15} \times 0.101325\ $\text{kJ/kg}$\cdot$\text{K}$ \approx 0.518\ $\text{kJ/kg}$\cdot$\text{K}$$ 따라서 정답은 3번 0.518입니다. **핵심 개념:** 이상기체 상태 방정식 ($Pv = RT$), 비체적, 온도 단위 변환 (섭씨 -> 절대온도), 압력 단위 변환, 단위 환산.

열펌프의 성능계수(COP)는 원하는 열 전달량(COP 정의에 따라 고온부 방출열 또는 저온부 흡수열)을 얻기 위해 투입된 일의 양으로 나눈 값입니다. 열펌프는 외부에서 일을 공급받아 저온에서 고온으로 열을 이동시키는 장치이므로, COP는 투입된 일 대비 얼마나 많은 열을 이동시켰는지를 나타내는 효율 지표입니다. 문제에서 정답이 1번인 이유는 열펌프의 목적이 고온부로 열을 방출하는 것이기 때문입니다.

이 문제는 열역학에서 에너지의 한 형태인 엔탈피를 묻고 있습니다. 엔탈피는 시스템 내부 에너지와 압력-부피 곱의 합으로, 열역학 제1법칙과 관련이 깊습니다. 따라서 괄호 안에 들어갈 가장 적절한 용어는 엔탈피입니다.

랭킨 사이클의 효율은 터빈에서 증기가 팽창하며 얻는 일과 보일러에서 공급하는 열량의 비율로 결정됩니다. 복수기 압력을 높이면 증기 팽창 범위가 줄어들어 사이클이 생산하는 일이 감소하므로 효율이 떨어집니다. 반면, 터빈 입구 온도 상승, 보일러 압력 상승, 재열 사이클은 모두 증기의 엔탈피를 증가시켜 더 많은 일을 생산하므로 효율을 높이는 방법입니다.

이 문제는 카르노 기관의 효율을 이용하여 저열원으로 배출된 열량을 계산하는 문제입니다. 카르노 기관의 효율은 고온부와 저온부의 온도 차이에 비례하며, 흡수한 열량 대비 한 일의 비율로도 나타낼 수 있습니다. 문제에서 주어진 고온부와 저온부의 온도를 절대 온도로 변환한 후, 카르노 효율 공식을 이용하여 저열원으로 배출된 열량을 계산하면 됩니다.

정답은 4번 온-오프동작입니다. 온-오프 동작은 목표값과의 편차가 양수이면 최대값의 조작신호를, 음수이면 최소값의 조작신호를 출력하는 불연속적인 제어 동작입니다. 이는 마치 스위치를 켜고 끄는 것처럼 작동하며, 편차의 부호에 따라 조작 신호가 극단적으로 변하는 특징을 보입니다.

정답은 4번 자동오르자트법입니다. 물리적 가스분석계는 가스의 물리적 특성 변화를 측정하여 농도를 분석하는 방식입니다. 밀도법, 세라믹법, 열전도율법은 모두 가스의 물리적 특성을 이용한 분석법입니다. 반면, 자동오르자트법은 화학적 흡수 방식을 이용한 분석법으로, 물리적 가스분석계의 측정법에 해당하지 않습니다.

압력식 온도계는 주로 물질의 부피 변화를 압력으로 측정하여 온도를 알아내는 방식입니다. 고체는 온도 변화에 따른 부피 변화가 미미하여 압력식 온도계로 사용하기 어렵습니다. 반면 액체, 기체, 증기는 온도 변화에 따라 부피 변화가 커서 압력 변화로 온도를 측정하기에 적합합니다. 따라서 고체 팽창식은 압력식 온도계의 원리와 가장 거리가 멉니다.

이 문제는 피토관을 이용한 유속 측정의 기본 원리를 묻고 있습니다. 피토관은 유체의 정압과 동압을 측정하여 유속을 계산하는데, 이때 수주의 높이는 동압에 해당하는 압력에 의해 발생합니다. 베르누이 방정식에 따라 동압($\frac{1}{2}\rho v^2$)은 높이($h$)와 중력가속도($g$)를 곱한 값($\rho g h$)과 같으므로, 수주의 높이는 유속의 제곱에 비례함을 알 수 있습니다. 계산하면 약 5.1m가 나옵니다.

이 문제는 원관 내 물의 층류 흐름에 대한 최대 유량을 구하는 문제입니다. 핵심 개념은 **레이놀즈 수(Reynolds number)**로, 유체의 흐름이 층류인지 난류인지를 판단하는 무차원 수입니다. 층류 흐름의 최대 유량은 임계 레이놀즈 수, 관의 내경, 그리고 물의 동점성계수를 이용하여 계산할 수 있습니다. 이 값들을 대입하여 계산하면 약 9.16 x 10⁻⁵ m³/s가 됩니다.

액면측정은 주로 액체의 높이를 측정하는 방법입니다. 유리관식, 부자식, 차압식은 모두 액체의 높이에 따라 변화하는 물리량을 측정하여 액면을 파악하는 방식입니다. 반면, 박막식은 액체의 표면을 덮는 얇은 막의 상태 변화를 측정하는 것으로, 액면 자체를 직접 측정하는 방식과는 거리가 멉니다.

전기저항 온도계는 저항값 변화를 이용하므로 원격 측정 및 자동 제어가 용이하며, 전류 흐름으로 인한 자기 가열 오차가 발생하여 보정이 필요합니다. 하지만 1000℃ 이상의 고온에서는 재료의 안정성 문제로 인해 정확도가 떨어지므로, 해당 온도 범위에서는 다른 측정 방식이 더 적합합니다.

피드백 제어는 시스템의 출력을 측정하여 목표값과 비교하고, 그 차이를 줄이는 방향으로 제어하는 폐회로 방식입니다. 이 방식은 외부 교란이나 시스템 변화에도 정확도를 높여주며, 제어폭을 넓히는 장점이 있습니다. 하지만 보일러 점화 및 소화와 같이 즉각적인 반응이 필요하거나 특정 상태로의 전환을 제어하는 데는 피드백 제어가 적합하지 않을 수 있습니다.

정답은 **1번 정전 용량식 액면계**입니다. 핵심 개념은 **물질의 유전율 변화가 정전 용량에 영향을 미친다**는 것입니다. 액체와 공기는 유전율이 다르므로, 액면의 높이가 변하면 전극 사이의 유전체가 변하고 이에 따라 정전 용량이 달라집니다. 정전 용량식 액면계는 이러한 정전 용량의 변화를 측정하여 액체의 높이를 파악합니다.

정답은 1번 차압식 액면계입니다. 차압식 액면계는 탱크 내부의 기준 수위에서의 압력과 측정 액면계에서의 압력 차이를 이용하여 액위를 측정합니다. 이 방식은 고압 밀폐형 탱크에 적합하며, 액체 자체의 증기압이나 외부 대기압의 영향을 받지 않아 정확한 측정이 가능합니다.

SI 단위계에서 온도의 기본 단위는 섭씨(℃)가 아니라 켈빈(K)입니다. 섭씨는 SI 단위계의 보조 단위로 사용될 수 있지만, 기본 단위는 켈빈입니다. 따라서 온도와 섭씨(℃)의 조합은 SI 단위계에서 틀린 것입니다.

습도계는 공기 중 수증기의 양을 측정하는 장치입니다. 모발 습도계, 듀셀 노점계, 전기저항식 습도계는 모두 습도를 측정하는 원리를 가지고 있습니다. 반면, 초음파식 습도계는 초음파의 특성을 이용하는 장치로, 습도 측정과는 직접적인 관련이 없습니다. 따라서 초음파식 습도계가 습도계의 종류로 가장 거리가 멉니다.

액주에 의한 압력 측정에서 정밀 측정을 위해 **높이의 보정**은 반드시 필요하지 않습니다. 모세관 현상, 중력, 온도는 액주의 높이에 영향을 미쳐 압력 측정값에 오차를 발생시키므로 보정이 필요합니다. 하지만 높이 자체를 보정하는 것은 측정값에 직접적인 영향을 주는 요인이 아니므로 필수적이지 않습니다.

정답은 4번 광고온계입니다. 광고온계는 물체의 복사 에너지를 측정하여 온도를 알아내는 방식으로, 비접촉식으로 매우 높은 온도를 측정할 수 있습니다. 1000℃ 이상의 고온에서는 다른 온도계들이 측정 자체가 어렵거나 파손될 수 있지만, 광고온계는 이러한 한계를 극복할 수 있습니다.

주어진 문제는 자동제어 시스템의 블록선도 등가변환에 관한 것입니다. 정답은 2번이며, 이는 **직렬 연결된 두 개의 전달함수 G1(s)와 G2(s)는 하나의 전달함수 G1(s)G2(s)로 합쳐질 수 있다**는 기본적인 블록선도 등가변환 규칙을 적용한 것입니다. 다른 보기들은 이러한 규칙을 올바르게 적용하지 않았거나, 잘못된 등가변환을 보여주고 있습니다.

백금-백금.로듐 열전대는 높은 안정성과 내구성을 갖추고 있어, 다양한 온도 범위에서 신뢰할 수 있는 측정을 제공합니다. 이러한 특성 덕분에 정밀한 온도 측정이 요구되는 표준용으로 널리 사용됩니다. 다른 보기들은 이 열전대의 일반적인 특성과 맞지 않습니다.

다이어프램 압력계는 유연한 탄성체 박판(다이어프램)의 변형을 측정하여 압력을 감지하는 장치입니다. 점도가 높은 액체는 다이어프램의 움직임을 방해하여 정확한 측정을 어렵게 하므로 부적합합니다. 먼지가 함유된 액체 역시 다이어프램에 쌓여 오작동을 일으킬 수 있어 적합하지 않으며, 미소 압력 측정에 주로 사용됩니다. 따라서 1번은 다이어프램 압력계의 특징이 아닌 것입니다.

차압식 유량계는 유체가 좁은 통로를 통과할 때 발생하는 압력 차이를 측정하여 유량을 계산하는 방식입니다. 오리피스, 벤투리관, 플로우 노즐은 모두 유체의 흐름을 방해하여 압력 차이를 발생시키는 구조를 가지고 있어 차압식 유량계에 해당합니다. 반면, 로터미터는 부유하는 물체(로터)의 상승 높이를 통해 유량을 측정하는 방식으로, 압력 차이를 직접 이용하지 않으므로 차압식 유량계가 아닙니다.

정답은 3번 전자식 유량계입니다. 전자식 유량계는 유체 흐름을 방해하는 내부 부품이 없어 유체 압력 손실이 거의 발생하지 않습니다. 반면, 유속식, 용적식, 차압식 유량계는 유체의 흐름을 측정하기 위해 내부에서 유체를 가두거나 속도를 변화시키는 과정에서 필연적으로 압력 손실이 발생합니다. 따라서 유체 압력 손실을 최소화해야 하는 경우 전자식 유량계가 가장 적합합니다.

정답은 2번 건습구 습도계입니다. 건습구 습도계는 두 개의 수은 온도계를 사용하여 습도를 측정하는데, 하나는 습구 온도계로 물에 적신 천으로 감싸 증발열을 이용하고, 다른 하나는 건구 온도계로 주변 공기의 온도를 측정합니다. 두 온도계의 온도 차이를 통해 공기 중 수증기의 양, 즉 습도를 파악하는 원리입니다.

에너지이용 합리화법에 따라 일정 규모 이상의 에너지를 사용하는 사업이나 시설 설치 시에는 에너지사용계획을 수립해야 합니다. 이 계획은 산업 실시 전에 **산업통상자원부장관**에게 제출해야 하며, 이는 국가 에너지 효율 향상 및 안정적인 에너지 공급을 위한 핵심 절차입니다. 따라서 정답은 3번 산업통상자원부장관입니다.

정답은 3번입니다. 관의 신축량은 온도가 변함에 따라 길이가 늘어나거나 줄어드는 정도를 의미합니다. 이 신축량은 관 자체의 성질을 나타내는 열팽창계수, 원래 관의 길이, 그리고 온도 변화 폭에 모두 비례합니다. 즉, 열팽창계수가 크거나, 관의 길이가 길거나, 온도 변화가 클수록 신축량도 커집니다.

정답은 3번입니다. 유체가 관내를 흐를 때 발생하는 압력손실은 유체의 점성, 흐르는 속도, 관의 길이와 직경 등에 영향을 받습니다. 비중량이 큰 유체는 같은 부피라도 더 무거워져 관벽과의 마찰이 커지므로 압력손실이 오히려 증가합니다. 따라서 비중량이 큰 유체일수록 압력손실이 작다는 설명은 틀렸습니다.

정답은 3번 브레이스입니다. **정답 이유:** 앵커, 스톱, 가이드는 모두 배관의 특정 방향 움직임을 구속하거나 제한하는 역할을 합니다. 반면 브레이스는 배관의 강성을 높여 진동이나 외부 하중에 의한 흔들림을 억제하는 장치로, 열팽창으로 인한 측면 이동 자체를 직접적으로 구속하는 기능은 없습니다.

배소로의 주된 목적은 원료의 물리화학적 성질을 개선하는 것입니다. 1번, 2번, 4번은 모두 배소로에서 이루어지는 일반적인 공정으로, 유해 성분 제거, 산화도 조절, 수분 및 탄산염 분해를 통해 원료를 제련에 적합하게 만듭니다. 반면, 3번의 분상 광석을 괴상으로 만드는 소결은 별도의 소결로에서 이루어지는 공정으로, 배소로의 직접적인 사용 목적과는 거리가 멉니다.

에너지이용 합리화법에 따른 용접검사 면제 대상은 안전 기준을 충족하는 특정 조건의 보일러 및 압력용기입니다. 문제에서 정답으로 제시된 4번은 온수보일러의 면적 및 압력 기준이 법에서 정한 면제 기준보다 높기 때문에 면제 대상에 해당하지 않습니다. 즉, 법에서 정한 안전 기준을 초과하는 경우 용접검사가 면제되지 않습니다.

규조토질 단열재는 규조류의 화석으로 만들어진 다공성 물질로, 뛰어난 단열 성능을 자랑합니다. 이러한 규조토질 단열재의 안전 사용 온도는 **800~1200℃** 범위입니다. 이 온도 범위에서 규조토의 구조적 안정성이 유지되어 효과적인 단열 기능을 수행할 수 있으며, 더 높은 온도에서는 성능이 저하되거나 파손될 수 있습니다.

정답은 4번 천연가스입니다. 보기 중 천연가스는 1L 또는 1kg당 에너지 열량이 가장 높아 총발열량이 가장 높습니다. 이는 연료의 종류에 따라 단위 부피 또는 질량당 발열량이 다르기 때문이며, 천연가스는 다른 보기의 연료들에 비해 에너지 밀도가 높은 편에 속합니다.

에너지이용 합리화법은 에너지 사용의 안정화를 위해 에너지 저장 의무를 부과하는데, 이는 주로 에너지 공급 및 대규모 소비와 관련된 사업자를 대상으로 합니다. 액화석유가스사업자는 에너지 저장 의무 부과 대상에 포함되지 않습니다. 이는 액화석유가스사업법상 저장 의무와는 별개로, 에너지이용 합리화법의 취지에 따른 에너지 저장 의무 부과 대상에서 제외되기 때문입니다.

용광로에서 코크스는 철광석을 녹이는 용제 역할을 하지 않습니다. 코크스는 주로 철광석을 환원시켜 쇳물을 만드는 데 필요한 열량과 환원성 가스를 공급하는 역할을 하며, 일부 탄소는 쇳물에 흡수되어 성질을 변화시키기도 합니다. 용제 역할은 석회석과 같은 다른 물질이 담당합니다.

내화물의 부피비중은 시료의 건조 중량을 물에서의 부피로 나눈 값으로 정의됩니다. 보기 1번의 분모인 $W_3 - W_2$는 함수 시료의 중량에서 수중 중량을 뺀 값으로, 이는 시료가 흡수한 물의 중량에 해당하며, 이 물의 부피가 시료의 부피와 같습니다. 따라서 $W_1 / (W_3 - W_2)$는 건조 중량을 시료의 부피로 나눈 부피비중을 올바르게 나타냅니다.

정답은 3번 머플가마입니다. 머플가마는 연소가스와 피가열물이 완전히 분리되어 있어, 연소가스에 의한 오염을 방지할 수 있습니다. 직화식가마와 반머플가마는 연소가스가 피가열물에 직접 닿거나 일부 접촉하는 구조이므로 오염될 가능성이 있습니다. 따라서 피가열물이 연소가스에 의해 오염되지 않는 가마는 머플가마입니다.

정답은 2번입니다. 에너지법에서 '에너지사용자'는 단순히 에너지를 소비하는 사람을 넘어, 에너지를 **효율적으로 사용하고 관리할 의무가 있는 주체**를 포함하는 더 넓은 개념입니다. 따라서 보기 2번은 에너지사용자의 정의를 지나치게 축소하여 설명하고 있습니다. 핵심은 에너지사용자가 단순 소비자를 넘어선다는 점입니다.

정답은 2번입니다. 에너지이용 합리화법은 에너지 효율 향상과 절약을 목적으로 하며, 이는 직접적으로 공해 물질 배출 감소를 목표로 하는 환경 정책과는 구분됩니다. 따라서 에너지이용 합리화 기본계획에는 기술 개발, 가격 정책, 홍보 및 교육 등 에너지 효율 증진을 위한 방안들이 포함되지만, 공해 물질 배출 저감 대책은 포함되지 않습니다.

에너지이용 합리화법에 따라 효율관리기자재 제조업자는 효율관리시험기관으로부터 측정결과를 통보받거나 자체 측정을 완료한 날로부터 **90일 이내**에 한국에너지공단에 신고해야 합니다. 이는 에너지 효율이 높은 제품의 보급을 촉진하고 에너지 낭비를 줄이기 위한 법적 의무 사항입니다. 핵심 개념은 **측정 결과 신고 기한**이며, 이는 법령으로 정해져 있습니다.

에너지이용 합리화법은 에너지 절약 및 효율 향상을 목적으로 하며, 이 법에서 규정하는 특정열사용기자재는 열을 직접 생산하거나 이용하는 설비에 초점을 맞춥니다. 강철제 보일러, 구멍탄용 온수보일러, 태양열 집열기는 모두 열을 생산하거나 이용하는 기기이므로 해당됩니다. 반면, 태양광 발전기는 태양 에너지를 직접 전기로 변환하는 장치로, 열을 직접 사용하거나 생산하는 기기가 아니므로 특정열사용기자재 품목에 해당하지 않습니다.

정답은 2번 하소대입니다. 하소대에서는 높은 온도로 인해 탄산염 원료가 분해되어 산화칼슘과 이산화탄소로 변환되는 화학 반응이 주로 일어납니다. 이 과정은 시멘트 제조에서 필수적인 단계이며, 건조대나 예열대에서는 이러한 탄산염 분해가 일어나지 않습니다.

내화물 번호가 높을수록 더 높은 온도에 견딜 수 있습니다. SK-26번이 1580℃에 견디므로, 더 높은 번호인 SK-30번은 이보다 높은 온도에 견뎌야 합니다. 보기 중 1580℃보다 높은 온도는 1670℃, 1780℃, 1800℃이며, 일반적으로 번호 상승에 따른 온도 상승 폭을 고려할 때 1670℃가 가장 적절한 추정치입니다.

에너지다소비사업자는 에너지이용 합리화법에 따라 전년도 및 해당 연도의 에너지 사용량 및 생산량, 그리고 에너지사용기자재 현황을 신고해야 합니다. 하지만 에너지이용효과나 에너지수급체계의 영향 분석 현황은 신고 대상 사항이 아닙니다. 핵심은 법에서 명시한 구체적인 신고 의무 사항을 파악하는 것입니다.

에너지법에 따라 지역에너지계획은 5년 이상을 계획기간으로 수립 및 시행해야 합니다. 이는 지역의 에너지 수급 안정과 효율적인 에너지 이용을 위한 중장기적인 목표를 설정하고 이를 달성하기 위함입니다. 따라서 5년은 이러한 정책의 연속성과 실현 가능성을 고려한 적절한 기간입니다.

이 문제는 푸리에의 열전도 법칙을 이용하여 벽 두께를 구하는 문제입니다. 열전도율, 온도차, 단위 면적당 열전달량이 주어졌을 때, 벽 두께는 열전도율과 온도차의 곱을 열전달량으로 나눈 값에 비례합니다. 계산 결과 벽 두께는 45cm로 나타나 정답은 3번입니다.

보일러 용접 후 풀림처리의 주된 이유는 용접 과정에서 발생하는 **열응력**을 제거하기 위함입니다. 용접 시 국부적으로 가해지는 높은 열은 재료를 팽창시켰다가 냉각되면서 수축하게 되는데, 이 과정에서 용접부 주변에 내부적인 힘인 열응력이 발생합니다. 이 열응력이 제거되지 않으면 용접부가 파손되거나 변형될 위험이 커지기 때문에, 풀림처리를 통해 재료를 일정 온도 이상으로 가열했다가 서서히 냉각시켜 응력을 완화하는 것입니다.

정답은 4번입니다. LNG 보일러에서 배기가스에는 연소 생성물인 수증기가 포함되어 있으며, 이 수증기가 응축될 때 산성 물질과 결합하여 pH가 낮은 산성 응축수가 생성됩니다. 따라서 pH 11~12 범위라는 설명은 틀렸습니다. 핵심 개념은 LNG 연소 생성물의 응축 특성과 그로 인한 응축수의 산성도입니다.

보일러 내처리제는 보일러 내부의 부식을 방지하고 효율을 높이는 데 사용됩니다. 각 내처리제는 특정 목적을 가지고 작용하는데, 암모니아는 주로 pH 조정이나 탈기 작용에 사용되며 포밍(거품 발생) 방지 효과는 미미합니다. 따라서 암모니아를 포밍 방지제로 연결한 4번 보기가 틀린 설명입니다.

정답은 1번 이온교환법입니다. 이온교환법은 물속의 특정 이온(예: 경도 유발 이온)을 다른 이온으로 치환하여 제거하는 화학적 반응을 이용합니다. 따라서 물속의 불순물을 화학적으로 변화시켜 제거하는 화학적 처리 방법입니다. 가열연화법은 물리적 방법, 증류법은 증발과 응축을 이용하는 물리적 방법, 여과법은 물리적으로 불순물을 걸러내는 방법입니다.

보일러에서 연소용 공기는 송풍기를 통해 공급되어 공기예열기에서 예열된 후 연소실로 들어갑니다. 연소 후 발생하는 연소가스는 과열기와 절탄기를 거치면서 열을 회수하고, 최종적으로 굴뚝을 통해 배출됩니다. 따라서 송풍기 → 공기예열기 → 연소실 → 과열기 → 절탄기 → 굴뚝 순서가 올바릅니다. 이 과정은 열효율을 높이기 위한 핵심 개념입니다.

자연순환식 수관보일러에서 물의 순환은 주로 비중차에 의해 발생하며, 이는 물의 온도 차이로 인해 생긴다. 증기 압력이 높아지면 물의 밀도가 오히려 낮아져 비중차를 감소시키므로 순환력을 약화시킨다. 따라서 발생 증기 압력이 높을수록 순환력이 커진다는 설명은 틀렸다.

수관보일러는 일반적으로 높은 온도와 압력에서 작동하므로, 부식을 방지하고 효율적인 열 전달을 유지하기 위해 보일러수 수질 관리가 매우 중요합니다. 특히, 높은 pH 값은 금속 표면에 보호막을 형성하여 부식을 억제하는 역할을 합니다. 또한, M알칼리도는 보일러수의 완충 능력을 나타내며, 너무 낮으면 급격한 pH 변화를 야기하고 너무 높으면 스케일 생성을 촉진할 수 있습니다. 따라서 최고 사용 압력이 1 MPa인 수관보일러의 경우, 11~11.8의 높은 pH와 100~800 mgCaCO3/L의 M알칼리도 범위가 부식 방지 및 스케일 억제 측면에서 가장 적절한 수질 관리 기준이 됩니다.

**정답 이유:** 정답은 1번입니다. 노통연관보일러에서 노통의 높이가 높더라도, 최저 수위는 노통의 상면보다 75mm 상부가 아니라, **노통의 상면으로부터 75mm 이상**으로 유지되어야 합니다. 즉, 노통이 물에 잠겨 있어야 하는 것이 핵심입니다. **핵심 개념:** 보일러의 최저 수위는 보일러 내부의 열 전달 효율을 높이고 과열을 방지하기 위해 설정됩니다. 특히 노통이나 연관과 같은 주요 부품이 물에 충분히 잠겨 있어야 안전하고 효율적인 운전이 가능합니다. 따라서 최저 수위는 이러한 부품들의 상단보다 일정 높이 이상으로 유지되어야 합니다.

정답은 4번 관류 보일러입니다. 관류 보일러는 드럼 없이 긴 관으로만 구성되어 있으며, 물이 관을 통과하면서 연속적으로 가열, 증발, 과열되어 과열증기로 배출되는 방식입니다. 이는 급수, 증발, 과열 과정이 하나의 관에서 순차적으로 일어나는 특징을 가집니다.

저온가스 부식은 주로 연료에 포함된 유황이 연소 과정에서 황산으로 변하여 발생하는 문제입니다. 따라서 유황 성분을 제거하거나(1번), 부식을 억제하는 첨가제를 사용하면(2번) 부식을 줄일 수 있습니다. 공기예열기 전열면 온도를 높여(3번) 배기가스의 이슬점 이하로 내려가는 것을 방지하는 것도 효과적인 방법입니다. 반면, 배기가스 중 바나듐은 고온 부식과 관련이 있으며 저온가스 부식과는 직접적인 관련이 적습니다.

태양열 보일러는 단위 면적당 800 W의 열을 흡수하며, 장치의 열효율은 9%입니다. 따라서 12 kW의 동력을 얻기 위해서는 흡수해야 할 총 열량을 계산해야 합니다. 총 열량은 필요한 동력을 열효율로 나누어 구할 수 있으며, 이를 단위 면적당 흡수 열량으로 나누면 필요한 전열 면적을 얻을 수 있습니다. **핵심 개념:** * **열효율:** 유용한 에너지 출력과 투입된 에너지의 비율. * **전열 면적:** 열이 전달되는 표면의 넓이.

이 문제는 원통형 탱크의 강판이 내압을 견디기 위한 최소 인장강도를 계산하는 문제입니다. 핵심 개념은 원통형 탱크의 **인장응력**과 **이음 효율**입니다. 탱크 내압으로 인해 발생하는 인장응력이 강판의 허용 응력(인장강도 × 이음 효율)보다 작아야 안전하기 때문입니다. 계산 결과, 강판의 인장강도는 10 kg/mm² 이상이어야 합니다.

연도 설계 시 굴곡부를 너무 많이 만들면 가스 흐름에 저항이 커져 효율이 떨어집니다. 따라서 연도의 핵심 개념은 **가스 유동의 원활성 확보**와 **열 손실 최소화**이며, 이를 위해 적절한 굴곡부 설계와 급격한 단면 변화 방지가 중요합니다.

과열증기는 일반 증기보다 온도가 높아져 포화 상태를 벗어난 상태입니다. 따라서 일반 증기보다 열을 더 많이 포함하고 있어 응축수로 되기 어렵습니다. 이는 과열증기가 열 교환 과정에서 더 많은 열을 전달할 수 있다는 장점으로 이어집니다.

프라이밍 및 포밍은 보일러 내 물이 과도하게 끓어 증기와 함께 배출되는 현상입니다. 1번 보기의 '주증기 밸브를 급히 개방한다'는 갑작스러운 압력 변화를 유발하여 오히려 프라이밍/포밍을 악화시키는 원인이 됩니다. 반면, 보일러수 농축 방지, 불순물 제거, 과부하 방지는 이러한 현상을 예방하는 올바른 대책입니다.

**정답 이유:** 문제에서 보일러 수 5톤에 포함된 불순물의 양을 ppm 단위로 묻고 있습니다. ppm은 백만분율을 의미하며, 1ppm은 100만분의 1을 나타냅니다. 따라서 불순물의 함유량을 계산하기 위해서는 보일러 수의 총 질량을 불순물의 질량과 같은 단위로 통일한 후, 불순물의 질량을 총 질량으로 나누고 100만(10^6)을 곱해주면 됩니다. **핵심 개념:** * **ppm (parts per million):** 백만분율을 나타내는 단위로, 용액이나 혼합물 속의 특정 성분의 농도를 나타낼 때 사용됩니다. * **단위 환산:** 문제에서 주어진 질량 단위를 통일하는 것이 중요합니다. 1톤은 1000kg이며, 1kg은 1000g이므로 1톤은 1,000,000g입니다. **계산 과정:** 1. **보일러 수의 총 질량 (g):** 5 톤 * 1,000,000 g/톤 = 5,000,000 g 2. **불순물의 함유량 (ppm):** (40 g / 5,000,000 g) * 1,000,000 = 8 ppm

2중관 열교환기에서 열관류율(K)은 열 저항의 합으로 표현됩니다. 문제에서 전열 계산 기준이 내관 외면이므로, 내관 내부에서의 열 저항($1/(\alpha_i F_i)$)과 내관 벽면을 통한 열 저항(무시 가능) 및 내관 외부에서의 열 저항($1/(\alpha_o F_o)$)을 합한 값의 역수가 열관류율이 됩니다. 따라서 정답은 1번입니다.

**정답 이유:** 이 문제는 증기원동소의 필요 열량, 석탄의 발열량, 그리고 원동소의 열효율을 이용하여 매시간 필요한 석탄의 양을 계산하는 문제입니다. 핵심은 증기원동소가 실제로 사용하는 열량을 석탄의 발열량으로 나누어 석탄의 소모량을 구하는 것입니다. **핵심 개념:** 1. **필요 열량 계산:** 증기원동소의 출력(24500 kW)을 kcal/h 단위로 변환하고, 열효율(23%)을 고려하여 실제로 필요한 열량을 계산합니다. 2. **석탄 소모량 계산:** 계산된 필요 열량을 석탄 1kg당 발열량(7200 kcal/kg)으로 나누어 필요한 석탄의 양을 kg/h 단위로 구한 후, ton/h 단위로 환산합니다.

증기관의 크기를 결정할 때 가장 중요한 것은 **증기량**을 효율적으로 전달하는 것입니다. 보기 1, 2, 3번(가격, 열손실, 압력강하)은 모두 증기 전달 효율과 직결되는 요소로, 관의 크기를 결정하는 데 중요한 고려 사항입니다. 반면, **증기 온도(4번)**는 증기량이나 압력강하와는 직접적인 관련이 적어 증기관 크기 결정 시 가장 거리가 먼 고려 사항입니다.