2020년 에너지관리기사 1, 2회차

이 문제는 석탄의 완전연소에 필요한 이론 공기량을 계산하는 문제입니다. 핵심 개념은 석탄의 각 성분(탄소, 수소, 황 등)이 완전 연소될 때 필요한 산소량을 계산하고, 이를 공기 중 산소의 비율을 고려하여 총 이론 공기량으로 환산하는 것입니다. 정답 2번은 이러한 계산 과정을 통해 도출된 값으로, 석탄의 질량 조성을 바탕으로 각 성분의 연소 반응식을 이용해 산소 요구량을 계산하고, 이를 공기량으로 변환하는 것이 중요합니다.

링겔만 농도표는 **배출가스 중 매연의 농도를 시각적으로 측정**하는 데 사용됩니다. 이는 흑색의 농도에 따라 0부터 5까지의 링겔만 차트로 구분되며, **매연의 양이 많을수록 링겔만 차트의 숫자가 높아집니다.** 따라서 링겔만 농도표의 측정 대상은 배출가스 중 매연 농도입니다.

정답은 2번입니다. 질소산화물(NOx)은 연료 자체의 질소 성분이나 연소 과정에서 공기 중 질소가 고온에서 산화되어 생성됩니다. 따라서 화염 온도를 높게 연소하면 오히려 NOx 생성이 증가하게 됩니다. 질소 성분이 적은 연료 사용, 화실 확대, 배기가스 재순환은 NOx 발생을 줄이는 효과적인 방법입니다.

정답은 1번 유동층 연소입니다. 유동층 연소는 연료를 뜨거운 공기로 떠받쳐 유동화시키면서 연소하는 방식으로, 일반적인 연료의 고체, 액체, 기체 상태에서 발생하는 연소 반응과는 그 메커니즘이 다릅니다. 나머지 보기들은 연료가 직접 타거나 분해되어 연소하는 일반적인 방식에 해당합니다.

정답은 4번 아세틸렌입니다. 가연범위(폭발범위)는 물질이 공기와 혼합되었을 때 불꽃에 의해 폭발할 수 있는 농도 범위를 의미합니다. 이 범위가 넓을수록 적은 양의 산소나 연료로도 폭발할 위험이 커집니다. 아세틸렌은 다른 보기 물질들에 비해 공기와의 혼합 시 가연범위가 가장 넓어 폭발 위험성이 높습니다.

프로판($\rm C_3H_8$)의 완전연소 반응식은 $\rm C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O$입니다. 이 반응식에서 프로판 1몰은 물 4몰을 생성합니다. 프로판의 몰질량은 약 44 g/mol이므로, 11 g의 프로판은 0.25 mol에 해당합니다. 따라서 생성되는 물의 양은 0.25 mol * 4 * 18 g/mol = 18 g입니다.

정답은 1번 예혼합 연소입니다. 예혼합 연소는 연료와 공기가 미리 혼합된 상태에서 연소하므로, 혼합기의 농도가 폭발 범위 내에 있을 경우 매우 빠르게 연소하며 역화의 위험성이 큽니다. 따라서 설비 시동 및 정지 시에는 혼합기의 농도를 안전 범위 내로 유지하는 것이 중요하며, 이를 위해 각별한 주의가 필요합니다.

액체 연료에 가장 적합한 연소 방법은 **버너 연소**입니다. 이는 액체 연료를 미세한 입자로 분무하여 공기와 효율적으로 혼합시켜 완전 연소를 유도하는 방식이기 때문입니다. 화격자 연소나 스토커 연소는 주로 고체 연료에 사용되며, 확산 연소는 연료와 산소가 미리 혼합되지 않아 불완전 연소의 가능성이 높습니다.

정답 4번이 틀린 이유는 액체 연료의 경우, 비중이 크다는 것은 같은 부피에 더 많은 질량이 포함된다는 의미이므로 체적당 발열량은 증가하고 중량당 발열량은 연료의 종류에 따라 달라지기 때문입니다. 핵심 개념은 발열량의 단위(중량당, 체적당)와 액체 연료의 비중이 발열량에 미치는 영향입니다.

고체 연료의 연료비(fuel ratio)는 연료의 연소 특성을 나타내는 지표로, **고정탄소(%) / 휘발분(%)**로 정의됩니다. 이는 연료에서 연소에 직접적으로 기여하는 고정탄소의 양이 휘발성 물질에 비해 얼마나 많은지를 나타내며, 연료의 발열량 및 연소 속도와 관련이 있습니다. 따라서 정답은 1번입니다.

고체 연료의 연소 방식 중 **화격자 연소**가 옳은 방식입니다. 화격자 연소는 고체 연료를 격자 모양의 화격자 위에 놓아 공기가 아래에서 위로 공급되어 연료가 연소되는 방식입니다. 이는 고체 연료를 효율적으로 연소시키고 재를 쉽게 배출할 수 있다는 장점이 있습니다.

정답은 3번입니다. 고체연료 연소 시 발생하는 연소가스량(G)은 이론적으로 필요한 연소가스량(G_o)에 실제 공급된 공기량(A)에서 이론적으로 필요한 공기량(A_o)을 뺀 값만큼 더해집니다. 이는 실제 공기가 이론 공기량보다 많으면 그만큼 연소가스량이 늘어나기 때문입니다. 핵심 개념은 **실제 연소 조건과 이론적인 연소 조건의 차이로 인한 연소가스량 변화**입니다.

백 필터는 미세한 먼지를 포집하는 데 사용되는 장치입니다. 보기 3번이 틀린 이유는, 여포재에 더스트 일차 부착층이 형성되면 오히려 집진율이 높아지기 때문입니다. 이 먼지 층은 추가적인 여과 역할을 하여 더 미세한 입자까지 효과적으로 걸러냅니다. 따라서 더스트 부하가 커질수록 집진율이 증가하는 경향을 보입니다.

유압분무식 버너는 연료를 미세하게 분무하여 연소 효율을 높이는 방식입니다. 정답은 2번으로, 유압분무식 버너는 연료의 압력 변화에 따라 분무 상태가 달라지므로 연소 제어 범위가 넓다고 보기 어렵습니다. 오히려 유량 조절 범위가 좁고, 무화매체가 필요 없으며, 보일러 가동 중 버너 교환이 가능하다는 특징을 가집니다.

정답은 1번 수트블로워입니다. 수트블로워는 보일러 전열면에 쌓이는 회분이나 그을음 같은 퇴적물을 제거하는 장치입니다. 증기나 압축공기를 직접 분사하여 퇴적물을 날려보내 열 전달 효율을 높이고 보일러의 성능을 유지하는 역할을 합니다.

정답은 2번입니다. 관성력 집진장치는 입자가 관성에 의해 흐름에서 벗어나 벽에 부딪혀 제거되는 원리입니다. 따라서 충돌 직전 처리가스 속도가 빠를수록 입자에 더 큰 관성이 작용하여 효과적으로 제거됩니다. 나머지 보기들은 모두 집진율을 높이는 방법입니다.

**정답 이유:** 이 문제는 보일러 연소 시 필요한 과잉 공기량을 고려하여 실제 배출되는 건연소 가스량을 계산하는 문제입니다. 이론적으로 필요한 공기량보다 10% 더 많은 공기가 공급되므로, 이 추가된 공기가 연소 후 가스량에 포함됩니다. **핵심 개념:** * **이론 공기량:** 연료를 완전 연소시키기 위해 필요한 최소한의 공기량입니다. * **과잉 공기량:** 이론 공기량보다 더 많이 공급되는 공기량으로, 불완전 연소를 방지하고 연소 효율을 높이는 데 사용됩니다. * **건연소 가스량:** 연소 후 배출되는 건조 상태의 가스량으로, 이론 건연소 가스량에 과잉 공기에 의해 추가되는 질소 및 산소 성분이 포함됩니다. **간단 해설:** 연료 1kg을 완전 연소할 때 필요한 이론 공기량은 10.5 Nm³/kg입니다. 과잉 공기가 10% 필요하므로, 실제 공급되는 공기량은 10.5 * 1.1 = 11.55 Nm³/kg이 됩니다. 이 중 이론적으로 연소에 참여하는 공기는 10.5 Nm³/kg이고, 나머지 1.05 Nm³/kg은 연소에 참여하지 않고 그대로 가스에 포함됩니다. 따라서 실제 건연소 가스량은 이론 건연소 가스량 9.9 Nm³/kg에 연소되지 않고 배출되는 공기량을 더한 9.9 + 1.05 = 10.95 Nm³/kg이 됩니다.

이 문제는 연료가 완전히 연소될 때 발생하는 이론적인 최고 온도를 계산하는 문제입니다. 핵심 개념은 연료의 저위발열량이 연소 가스의 온도를 올리는 에너지이며, 이 에너지가 연소 가스의 비열에 의해 흡수되어 온도가 상승한다는 것입니다. 따라서, 연료의 발열량을 연소 가스의 비열과 질량으로 나누어 이론 연소 온도를 계산할 수 있습니다.

이 문제는 아세틸렌의 완전 연소 시 발생하는 발열량을 표준 상태의 공기 중 혼합기체 부피로 환산하는 문제입니다. 핵심 개념은 이상기체 상태 방정식($PV=nRT$)을 이용하여 혼합기체의 몰수를 계산하고, 아세틸렌의 몰당 발열량을 곱하여 총 발열량을 구하는 것입니다. 표준 상태에서 기체 1몰은 22.4 L의 부피를 차지하므로, 1 L의 아세틸렌 혼합기체에 포함된 아세틸렌의 몰수를 계산하면 약 0.0446 mol이 됩니다. 이를 아세틸렌의 발열량 1308 kJ/mol과 곱하면 약 58.4 kJ이 나오는데, 문제에서 요구하는 것은 혼합기체 1L당 발열량이므로, 공기의 양을 고려해야 합니다. 완전 연소비로 아세틸렌이 함유되어 있다는 것은 아세틸렌 1몰당 산소 2.5몰이 필요하다는 것을 의미합니다. 따라서 전체 혼합기체 부피에서 아세틸렌이 차지하는 비율을 고려하여 발열량을 계산하면 약 4.5 kJ/L가 됩니다.

문제에서 제시된 연소효율(E_c) 식에서 H_2는 불완전연소로 인해 발생하는 손실을 의미합니다. 이는 연료가 완전히 연소되지 못하고 미연 탄소 형태로 남아 에너지를 잃는 것을 나타냅니다. 따라서 H_2는 불완전연소에 따른 손실을 의미하며, 이는 보기 4번과 일치합니다.

이상기체를 가역 단열팽창시키면 외부에 일을 하면서 내부 에너지가 감소합니다. 내부 에너지 감소는 곧 온도의 하락을 의미하므로, 팽창 후 온도는 처음 상태보다 낮아집니다. 이는 열역학 제1법칙($\Delta U = Q - W$)에서 단열 과정($Q=0$)이므로 $\Delta U = -W$가 되고, 팽창 일($W>0$)로 인해 내부 에너지 변화($\Delta U$)가 음수가 되기 때문입니다.

이 문제는 공기의 엔탈피 변화를 계산하는 문제입니다. 엔탈피 변화는 질량, 비열, 그리고 온도 변화의 곱으로 계산됩니다. 문제에서 주어진 값들을 이용하여 엔탈피 변화를 계산하면 -28000 kJ이 됩니다. 이는 공기가 냉각되면서 에너지를 방출했음을 의미합니다.

증기 압축 냉동 사이클에서 성능계수(COP)는 냉동용량을 소요 동력으로 나눈 값입니다. 즉, COP = 냉동용량 / 소요 동력 입니다. 문제에서 성능계수가 2.5이고 냉동용량이 4 kW이므로, 소요 동력은 냉동용량을 성능계수로 나눈 값, 즉 4 kW / 2.5 = 1.6 kW가 됩니다. 따라서 정답은 2번입니다.

열역학 제2법칙은 에너지의 '질' 또는 '방향성'에 대한 제약을 설명합니다. 1번, 3번, 4번은 모두 열역학 제2법칙의 다양한 표현으로, 에너지 변환의 비효율성과 자연스러운 에너지 흐름의 방향성을 나타냅니다. 반면 2번은 에너지의 '양'에 대한 보존 법칙인 열역학 제1법칙을 설명하는 내용으로, 제2법칙과는 관련이 없습니다.

정답은 **2. 재생 사이클**입니다. **정답 이유:** 재생 사이클은 터빈에서 증기의 일부를 추출하여 급수를 예열하는 방식으로, 이를 통해 열효율을 높이는 증기사이클입니다. 사바테 사이클, 재열 사이클, 오토 사이클은 이러한 방식과는 다른 원리를 사용합니다.

이 문제는 열량 보존 법칙을 이용하여 혼합물의 최종 온도를 구하는 문제입니다. 뜨거운 물이 잃은 열량과 차가운 물이 얻은 열량이 같다는 원리를 적용합니다. 계산 결과, 혼합물의 온도는 약 33.3℃가 되어 보기 중 40℃가 가장 근사합니다.

랭킨 사이클의 효율은 터빈에서 생산된 일에서 보일러에서 공급된 열을 뺀 값으로 계산됩니다. 주어진 엔탈피 값을 활용하여 터빈 일과 보일러 열량을 구하면, 효율은 약 33%가 됩니다. 이는 열을 일로 변환하는 과정에서 발생하는 에너지 손실을 고려한 결과입니다.

정답은 3번입니다. 냉동 사이클에서 냉매는 압축, 응축, 팽창, 증발 과정을 거치며 열을 흡수하고 방출합니다. 응축 압력이 너무 높으면 압축기에서 더 많은 에너지가 소모되어 효율이 떨어집니다. 따라서 응축 압력은 상온 이하로 유지되는 것이 바람직합니다.

이 문제는 에너지 보존 법칙을 이용하여 혼합 전후의 엔탈피 변화가 없다는 점을 이용합니다. 과열증기와 포화수가 혼합되어 포화증기가 되는 과정에서, 과열증기의 높은 엔탈피가 포화수의 엔탈피와 증발열을 공급하는 데 사용됩니다. 따라서 과열증기의 엔탈피 감소량과 포화수의 엔탈피 증가량 및 증발열의 합이 같다는 에너지 방정식을 세워 필요한 포화수의 양을 계산할 수 있습니다.

이 문제는 가역 단열 과정에서 이상기체의 온도 변화와 비열을 구하는 문제입니다. 가역 단열 과정에서는 압력, 부피, 온도가 다음 관계를 따릅니다: $PV^\gamma = $\text{상수}$$ 및 $TV^{\gamma-1} = $\text{상수}$$. 여기서 $\gamma$는 정압 비열과 정적 비열의 비($C_p/C_v$)입니다. 문제에서 주어진 초기 및 최종 온도와 부피를 이용하여 $\gamma$ 값을 계산할 수 있으며, 이상기체의 경우 비열비($\gamma$)는 기체 상수($R$)와 정적 비열($c_v$)의 관계($R = c_p - c_v = \gamma c_v - c_v = (\gamma-1)c_v$)를 통해 정적 비열을 구할 수 있습니다.

증발잠열은 압력이 높아질수록 감소하는 것이 일반적입니다. 왜냐하면 높은 압력에서는 액체 분자 간의 인력이 강해져 증발하는 데 더 적은 에너지가 필요하기 때문입니다. 따라서 압력이 높아지면 증발잠열이 커진다는 4번 보기는 틀렸습니다.

이 문제는 카르노 효율을 이용하여 열기관의 이론적 최대 효율을 구하는 문제입니다. 카르노 효율은 열기관이 작동하는 고온부와 저온부의 온도 차이에 의해 결정되며, 절대 온도로 계산해야 합니다. 섭씨 온도를 절대 온도로 변환하여 계산하면 약 61%가 나오므로 정답은 3번입니다.

평균 비열은 온도 변화 구간에서의 비열을 적분한 후, 온도 변화량으로 나누어 구합니다. 비열이 온도에 따라 변하므로, 적분은 해당 온도 구간에 대한 비열의 누적 변화를 나타냅니다. 따라서 평균 비열은 적분 결과를 온도 변화량으로 나눈 값으로, 주어진 보기 중 1번이 이 계산 과정을 정확히 반영하고 있습니다.

열역학 법칙은 온도계의 원리인 0법칙, 에너지 보존 법칙인 1법칙, 엔트로피 증가 법칙인 2법칙, 절대 영도 도달 불가능을 설명하는 3법칙 순서로 정의됩니다. 보기에서 이 순서에 해당하는 것은 '라-가-나-다'이며, 이는 2번 선택지와 일치합니다. 따라서 정답은 2번입니다.

점 C는 임계점을 의미합니다. 임계점은 액체와 기체가 더 이상 구분되지 않고 동일한 상으로 존재하는 온도와 압력의 조합입니다. 이 점을 넘어서면 물질은 액체나 기체로 명확히 구분되지 않는 초임계 유체 상태가 됩니다. 따라서 A'ACBB' 곡선은 임계점 C에서 액체와 기체의 상 경계가 합쳐지는 것을 보여줍니다.

강도성질(intensive property)은 물질의 양에 관계없이 일정하게 유지되는 성질입니다. 질량이 변하더라도 강도성질의 값은 변하지 않습니다. 따라서 질량이 반으로 줄어도 강도성질의 값은 변하지 않고 그대로 유지됩니다.

카르노 냉동 사이클은 이론적으로 가장 효율적인 냉동 사이클이지만, **실제로는 구현하기 어려운 이상적인 사이클**입니다. 따라서 2번 보기처럼 실제적인 냉동 사이클이라고 설명하는 것은 틀렸습니다. 카르노 냉동 사이클은 카르노 열기관 사이클을 역으로 운전한 것이며, 다른 냉동 사이클의 성능을 비교하는 기준이 됩니다.

**정답 이유:** 기체 상수($R$)는 정압비열($c_p$)과 비열비($\gamma$) 사이의 관계식 $R = c_p \times \frac{\gamma - 1}{\gamma}$을 이용하여 계산할 수 있습니다. 주어진 값들을 대입하면 $R = 0.845 \times \frac{1.3 - 1}{1.3} = 0.845 \times \frac{0.3}{1.3} \approx 0.195 \ \rm kJ/kg\cdot K$이 됩니다. **핵심 개념:** 이 문제는 **이상기체 상태 방정식**과 관련된 개념을 활용합니다. 특히, 이상기체의 정압비열($c_p$), 정적비열($c_v$), 그리고 비열비($\gamma$) 사이의 관계식($c_p - c_v = R$ 및 $\gamma = c_p / c_v$)을 이해하는 것이 중요합니다. 이 관계식을 통해 비열비와 정압비열을 알면 기체 상수를 구할 수 있습니다.

오토사이클의 열효율은 압축비와 비열비에 의해 결정됩니다. 열효율을 높이기 위해서는 압축비를 높여야 합니다. 문제에서 주어진 열효율 56.5%와 비열비 1.4를 바탕으로 오토사이클의 열효율 공식을 역산하면 압축비는 8임을 알 수 있습니다.

이 문제는 열역학 제1법칙을 기반으로 합니다. 주어진 에너지식 $\Delta U_{12} = Q_{12}$는 계의 내부 에너지 변화량이 전달된 열량과 같다는 것을 의미합니다. 이는 계가 외부에 일을 하지 않았다는 것을 뜻하며, 팽창일이나 압축일만 고려한다는 조건 하에서 계의 부피 변화가 없었음을 나타냅니다. 따라서 이 과정은 **정적과정**에 해당합니다.

정답은 3번입니다. 피드백 제어는 시스템의 출력을 측정하여 목표값과 비교하고, 그 차이를 이용하여 시스템을 조절하는 방식입니다. 따라서 **일부 고장이 발생하면 제어 시스템 전체의 성능 저하나 오작동으로 이어져 전체 생산에 영향을 미칠 수 있습니다.** 나머지 보기들은 피드백 제어 시스템의 일반적인 특징으로, 고가의 설비, 숙련된 운영 기술, 그리고 복잡한 구조로 인한 수리의 어려움 등을 포함합니다.

가스의 상자성(paramagnetism)은 외부 자기장에 의해 약하게 끌리는 성질을 말합니다. 산소(O₂)는 이러한 상자성을 띠는 대표적인 기체입니다. 세라믹식 가스분석계는 이 상자성 성질을 이용하여 산소의 농도를 측정하는 원리로 작동합니다. 따라서 산소 가스계가 정답이며, 가스크로마토그래피는 분리 및 분석 원리가 다릅니다.

하겐-포아젤의 법칙은 유체의 점성과 압력 강하 사이의 관계를 설명하는 법칙입니다. 세이볼트 점도계는 이 법칙을 이용하여 일정량의 유체가 모세관을 통과하는 데 걸리는 시간을 측정하여 점도를 계산합니다. 따라서 하겐-포아젤의 법칙을 이용한 점도계는 세이볼트 점도계입니다.

적분동작(I동작)은 제어 시스템에서 **정상 상태 오차를 제거**하는 데 사용됩니다. 정답인 4번은 출력 변화의 속도가 편차에 비례한다는 것을 의미하며, 이는 시간이 지남에 따라 오차를 점진적으로 줄여나가는 적분 동작의 특성을 정확히 나타냅니다. 즉, 오차가 클수록 더 빠르게 조작량을 변화시켜 오차를 빠르게 제거하려는 성질을 가집니다.

정답은 **2번 이슬점법**입니다. **정답 이유:** 흡습염이 대기 중 습기를 흡수하여 포화용액층을 형성하면, 이 용액의 증기압은 대기 중 수증기압과 평형을 이룹니다. 이 평형 상태에서 용액 표면의 온도를 측정하는 것은 대기 중 수증기압에 해당하는 온도를 알아내는 것과 같으며, 이는 곧 **이슬점**을 측정하는 원리입니다. 따라서 이슬점법이 가장 적합한 방법입니다.

이 문제는 상대 습도를 이용하여 공기의 증기압을 구하는 문제입니다. 상대 습도는 현재 공기 중에 포함된 수증기의 양을 포화 상태의 수증기 양으로 나눈 값으로, 다음과 같은 공식으로 표현됩니다. 상대 습도 (%) = (증기압 / 포화 증기압) * 100 문제에서 주어진 정보는 다음과 같습니다. * 상대 습도: 45% * 22℃에서의 포화 증기압 ($P_s$): 18.66 mmHg 이 공식을 이용하여 증기압($P_w$)을 구하면 다음과 같습니다. $P_w$ = (상대 습도 / 100) * $P_s$ $P_w$ = (45 / 100) * 18.66 mmHg $P_w$ = 0.45 * 18.66 mmHg $P_w$ ≈ 8.397 mmHg 따라서, 공기의 증기압은 약 8.4 mmHg입니다. **핵심 개념:** 상대 습도와 증기압의 관계를 이해하고 계산하는 능력.

정답은 3번 다이얼 게이지입니다. 열관리에서 온도를 측정하는 온도계, 유체의 흐름을 파악하는 유량계, 시스템 압력을 확인하는 부르동관 압력계는 모두 열 전달 및 시스템 효율 관리에 중요합니다. 반면, 다이얼 게이지는 주로 기계 부품의 치수나 변위를 측정하는 데 사용되어 열 관리와 직접적인 관련이 없습니다.

이 문제는 압력계의 작동 원리를 이해하는 것이 핵심입니다. 그림에서 압력계는 액체 기둥의 높이 차이를 이용하여 압력을 측정하는 것을 보여줍니다. 수은은 밀도가 매우 높아 작은 압력 변화에도 높은 액체 기둥을 형성할 수 있어 정밀한 압력 측정이 가능합니다. 따라서 용기 안에 들어있는 물질로 수은이 가장 적절합니다.

열전온도계는 서로 다른 두 금속이 접합될 때 발생하는 열전 효과를 이용하여 온도를 측정합니다. 보기 1, 2, 4는 실제로 사용되는 열전온도계의 조합이지만, 보기 3의 철과 알루미늄 조합은 열전온도계로 일반적으로 사용되지 않습니다. 따라서 열전온도계 종류가 아닌 것은 3번입니다.

계통오차는 측정 과정에서 일정한 방향으로 발생하는 오차로, 반복 측정해도 동일한 크기와 방향으로 나타나는 특징이 있습니다. 계측기오차, 환경오차, 개인오차는 이러한 계통오차에 해당합니다. 반면, 우연오차는 측정 과정에서 예측할 수 없는 무작위적인 요인으로 발생하는 오차로, 반복 측정 시 크기와 방향이 불규칙하게 변합니다. 따라서 계통오차가 아닌 것은 우연오차입니다.

정답은 2번입니다. 플로트형 면적유량계는 유체의 점도가 높으면 플로트의 움직임에 영향을 주어 정확한 유량 측정이 어렵습니다. 따라서 고점도 유체에는 사용하기 어렵다는 설명이 틀렸습니다. 핵심 개념은 유체의 점도가 유량계의 측정 원리에 미치는 영향입니다.

광고온계는 **복사열을 이용하여 물체의 온도를 측정**하는 장치입니다. 특히, 4번 보기의 '피측정물의 휘도와 전구의 휘도를 비교하여 측정'하는 방식은 **광학적인 방법**으로, 물체에서 나오는 빛의 밝기(휘도)를 표준 광원(전구)의 밝기와 비교하여 온도를 알아내는 원리입니다. 이는 비접촉식으로 고온의 물체 온도를 측정하는 데 유용합니다.

전기저항 온도계는 온도가 올라갈수록 전기 저항이 증가하는 금속의 성질을 이용하며, 자동 기록 및 원격 측정이 용이하다는 장점이 있습니다. 하지만 1000℃ 이상의 고온에서는 측정의 정확도가 떨어지므로, 이 보기 3번이 틀린 설명입니다.

정답은 2번 안전밸브입니다. 안전밸브는 압력이 설정값을 초과하면 자동으로 열려 압력을 낮추는 장치로, 자동조작 장치라기보다는 **안전 장치**에 해당합니다. 반면 전자개폐기, 전동밸브, 댐퍼는 전기 신호나 제어 시스템에 의해 자동으로 열리고 닫히는 등 **자동으로 작동하는 장치**로 분류됩니다.

액주식 압력계에서 액주에 사용되는 액체는 측정값의 정확도를 높이기 위해 모세관 현상이 작아야 합니다. 모세관 현상이 크면 액체의 높이가 실제 압력보다 더 높아져 오차가 발생할 수 있기 때문입니다. 따라서 모세관 현상이 큰 액체는 액주식 압력계에 부적합합니다.

정답은 2번 자동오르자트법입니다. 자동오르자트법은 가스 중 특정 성분을 화학적으로 흡수시켜 분석하는 **화학적 분석법**에 해당합니다. 반면, 가스 크로마토그래프법, 세라믹식, 적외선흡수식은 가스의 물리적 특성(분리, 전기적 성질, 빛의 흡수 등)을 이용하여 분석하는 **물리적 분석법**입니다. 따라서 자동오르자트법이 물리적 가스분석계와 가장 거리가 멉니다.

탄성 압력계는 압력 변화에 따라 변형되는 탄성체의 성질을 이용합니다. 벨로스, 다이어프램, 부르동관은 모두 압력에 의해 변형되어 압력을 측정하는 데 사용되는 탄성체입니다. 반면, 리퀴드 벌브는 액체의 팽창 또는 수축을 이용하는 것으로, 직접적인 탄성체의 변형을 이용하는 것이 아닙니다. 따라서 리퀴드 벌브는 탄성 압력계의 탄성체가 아닙니다.

초음파 유량계는 유체 흐름에 대한 물리적 간섭이 없어 압력 손실이 없고, 대구경 배관에도 적용 가능하여 대유량 측정에 적합합니다. 또한, 비전도성 액체도 측정할 수 있다는 장점이 있습니다. 하지만 초음파 유량계는 미소한 초음파 신호를 감지하여 증폭하는 과정이 필요하므로, '미소기전력을 증폭하는 증폭기가 필요하다'는 설명은 초음파 유량계의 특징이 아닙니다.

차압식 유량계에서 유량(Q)은 압력차($\Delta P$)의 제곱근에 비례하고, 관의 단면적($A$)에 비례합니다. 따라서 유량은 $Q \propto $\sqrt{\Delta P}$ \times A$로 표현됩니다. 문제에서 압력차가 4배 커지고 관의 지름이 1/2로 되면, 단면적은 $(1/2)^2 = 1/4$이 됩니다. 이에 따라 나중 유량은 $Q_2 \propto $\sqrt{4 \times \Delta P}$ \times (1/4 \times A) = 2 $\sqrt{\Delta P}$ \times (1/4) A = 0.5 $\sqrt{\Delta P}$ \times A$가 되어 처음 유량 $Q_1$의 0.5배가 됩니다.

방사고온계는 물체에서 방출되는 복사 에너지를 측정하여 온도를 추정하지만, 물체의 실제 온도(진온도)와는 차이가 있습니다. 이 차이는 물체의 전방사율, 즉 복사 에너지를 방출하는 능력에 따라 달라집니다. 전방사율이 1보다 작으면 실제 온도보다 낮게 측정되므로, 이를 보정하여 진온도를 계산해야 합니다. 따라서 전방사율이 0.7이므로 측정값 1000℃보다 높은 1119℃가 진온도에 가깝습니다.

매끈한 원관 속을 흐르는 유체의 레이놀즈수가 1800일 때, 유체는 층류 영역에 해당합니다. 층류 영역에서 관마찰계수를 계산하는 일반적인 식은 **블라우스(Blasius) 공식** 또는 **하겐-푸아죄유(Hagen-Poiseuille) 법칙**에서 유도된 근사식을 사용합니다. 이 경우, 레이놀즈수 1800은 층류와 난류의 경계인 2300보다 작으므로 층류로 간주됩니다. 층류에서의 관마찰계수는 레이놀즈수에 반비례하며, 일반적으로 **$f = \frac{64}{Re}$** 와 같은 형태로 주어집니다. 따라서 레이놀즈수 1800을 대입하면, $f = \frac{64}{1800} \approx 0.0356$ 이 됩니다. 이 값은 보기 3번의 0.036과 가장 가깝습니다.

SPP는 일반 배관용 탄소 강관으로, 비교적 낮은 압력의 증기, 물 등을 수송하는 데 사용됩니다. 백관과 흑관으로 구분되며, 백관은 표면에 아연 도금을 하여 부식을 방지하고, 흑관은 도금하지 않아 비용이 저렴합니다. 보기 중 SPPH, SPPY, SPA는 다른 용도로 사용되는 강관입니다.

축요 시 지반의 적부시험으로 틀린 것은 '팽창시험'입니다. 지반의 적합성을 판단하기 위한 시험들은 주로 지반의 하중을 견딜 수 있는 능력(지내력시험), 구성 성분 및 특성(토질시험), 그리고 지하 구조물이나 광물 존재 여부(지하탐사)를 파악하는 데 중점을 둡니다. 팽창시험은 주로 흙이 물을 흡수했을 때 팽창하는 정도를 측정하는 것으로, 축요 지반의 직접적인 적합성 판단과는 거리가 있습니다.

정답은 1번 글로브 밸브입니다. 글로브 밸브는 둥근 달걀형 몸통 내부에서 디스크가 시트 위로 올라가거나 내려오면서 유체의 흐름을 조절합니다. 이 과정에서 유체의 압력 감소가 비교적 크기 때문에, 압력 강하가 중요하지 않은 경우나 유량 조절 및 차단 용도로 적합합니다.

이 문제는 에너지이용 합리화법에 따른 정부의 에너지 수급 안정화 조치 범위를 묻고 있습니다. 법에 따라 정부는 에너지 공급이나 수요에 문제가 생길 경우 에너지 사용자나 공급자에게 할당, 비축, 배급 등 필요한 조치를 할 수 있습니다. 하지만 '에너지의 개발'은 이러한 긴급 상황 시의 수급 조절과는 성격이 다른 장기적인 에너지 정책에 해당하므로, 문제에서 제시된 조치 범위에 포함되지 않습니다.

이 문제는 에너지이용 합리화법에 따른 보일러 검사대상기기관리자의 자격 요건에 관한 것입니다. 문제에서 제시된 특정 용량 범위의 보일러는 법적으로 검사대상기기관리자가 필요하며, 해당 관리자는 법에서 정한 특정 자격 요건을 충족해야 합니다. 정답이 3번이라는 것은 보기 중 ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ 네 가지 항목이 해당 보일러의 검사대상기기관리자 자격으로 모두 인정된다는 의미입니다.

내화모르타르는 재료의 경화 방식에 따라 분류됩니다. **기경성**은 공기 중의 수분과 반응하여 경화하고, **수경성**은 물과 반응하여 경화합니다. **열경성**은 열을 가하면 경화하는 성질을 의미합니다. 반면, **화경성**은 내화모르타르의 분류에 속하지 않는 용어입니다.

정답은 1번 마그네시아질 벽돌입니다. 마그네시아질 벽돌은 염기성 슬래그와 용융금속에 대한 내침식성이 뛰어나 염기성 제강로에서 주로 사용됩니다. 이는 마그네시아(MgO) 성분이 염기성 물질과 반응하여 안정한 화합물을 형성하기 때문입니다.

에너지법에서 에너지사용자는 에너지를 **직접 소비하는 자**를 의미하며, 에너지를 전환하여 사용하는 자는 에너지공급자 또는 에너지사업자 등으로 구분됩니다. 따라서 에너지사용자의 정의를 '에너지를 전환하여 사용하는 자'라고 설명한 3번 보기가 틀렸습니다. 핵심 개념은 에너지사용자의 정확한 정의를 파악하는 것입니다.

에너지이용 합리화법에서 정한 열사용 기자재는 에너지 절약을 위해 일정 기준 이상의 성능을 요구하는 설비를 의미합니다. 정답인 4번은 압력용기의 안전 기준을 명시한 것으로, 특정 압력과 부피를 초과하는 경우 에너지 효율 관리가 필요함을 나타냅니다. 다른 보기들은 해당 법규에서 정한 열사용 기자재의 적용 범위 기준에 해당하지 않습니다.

에너지이용 합리화법은 에너지 저장 시설 설치 의무를 부과받은 자가 정당한 이유 없이 이를 거부하거나 이행하지 않을 경우, **2년 이하의 징역 또는 2천만 원 이하의 벌금**에 처하도록 규정하고 있습니다. 이는 에너지 효율 향상 및 안정적인 에너지 공급을 위한 법적 의무를 강제하는 것으로, 위반 시에는 상당한 수준의 형사 처벌을 받을 수 있음을 의미합니다. 따라서 정답은 4번입니다.

에너지이용 합리화법상 검사대상기기 중 개조검사는 기기의 성능이나 안전성에 중대한 영향을 미치는 변경에 적용됩니다. 1번의 경우, 온수보일러를 증기보일러로 개조하는 것은 단순히 용량이나 부품 변경을 넘어 기기의 작동 원리 자체를 바꾸는 것으로, 이는 개조검사 대상이 아닌 별도의 신규 검사 대상이 될 수 있습니다. 나머지 보기들은 기기의 용량 변경이나 주요 부품의 대수리, 연소 방식 변경 등 안전 및 성능에 영향을 미칠 수 있는 변경으로 개조검사 대상에 해당합니다.

에너지이용 합리화법은 에너지 효율 향상 및 절약을 목적으로 하므로, 직접적으로 열을 생산하거나 이용하는 기자재를 규제합니다. 압력용기, 태양열 집열기, 금속요로는 열을 저장하거나 생산하는 데 사용되므로 법의 적용 대상입니다. 반면, 태양광 발전장치는 햇빛을 직접 전기로 변환하는 장치로, 열 이용과는 거리가 멀기 때문에 해당하지 않습니다.

에너지이용 합리화법상 검사대상기기 설치자는 해당 기기의 검사를 받지 않고 사용하면 법 위반으로 처벌받습니다. 이는 에너지 효율을 높이고 안전을 확보하기 위한 조치이며, 위반 시에는 1년 이하의 징역 또는 1천만원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다. 따라서 정답은 2번입니다.

에너지이용 합리화법에 따라 공공사업주관자는 일정 규모 이상의 에너지 사용 시설을 설치할 경우 에너지사용계획을 수립하여 제출해야 합니다. 여기서 '일정 규모'는 연간 2500 TOE 이상의 연료 및 열 사용 또는 연간 1천만 kWh 이상의 전력 사용을 기준으로 합니다. 따라서 정답은 2번입니다. 핵심 개념은 공공사업의 에너지 사용량 기준입니다.

에너지법에서 열사용기자재는 연료나 열을 직접 사용하거나, 열을 효율적으로 사용하거나 보존하는 데 관련된 기기들을 의미합니다. 따라서 폐열 회수 장치나 전열 장치는 열을 직접 사용하거나 보존하는 것과는 거리가 있어 열사용기자재의 정의에 해당하지 않습니다.

공업용로에서 폐열 회수에 가장 적합한 장치는 레큐퍼레이터입니다. 레큐퍼레이터는 배기가스의 열을 이용하여 공급 공기를 예열함으로써 연료 소비를 줄이고 에너지 효율을 높이는 장치입니다. 댐퍼는 공기 흐름을 조절하고, 백필터는 분진을 제거하며, 바이패스 연도는 배기가스를 우회시키는 역할을 하므로 폐열 회수에는 직접적으로 기여하지 못합니다.

**해설:** 산성 내화물은 실리카(SiO2) 함량이 높은 벽돌을 의미하며, 염기성 물질과의 반응을 견딜 수 있습니다. 보기 중 샤모티질 벽돌은 점토질 원료를 고온에서 구워 만든 것으로, 실리카 함량이 높아 산성 내화물에 해당합니다. 반면, 고알루미나질, 크롬-마그네시아질, 마그네시아질 벽돌은 염기성 또는 중성 내화물에 속합니다.

보온재의 열전도율은 물질이 열을 얼마나 잘 전달하는지를 나타내는 값입니다. 일반적으로 보온재는 열 전달을 최소화하여 단열 성능을 높이는 것이 목적입니다. **정답 이유:** * **4번: 밀도가 작을수록 열전도율은 감소한다.** 보온재는 내부에 공기층을 많이 포함하고 있어 밀도가 낮을수록 열이 잘 전달되지 못합니다. 즉, 밀도가 낮다는 것은 공기층이 많다는 의미이며, 공기는 열전도율이 매우 낮기 때문에 단열 성능이 향상됩니다. **핵심 개념:** * **열전도율:** 물질이 열을 전달하는 능력. 낮을수록 단열 성능이 좋다. * **밀도:** 단위 부피당 질량. 보온재의 경우, 밀도가 낮을수록 공기층이 많아져 단열 효과가 커진다.

정답은 3번 터널 요입니다. 불연속식 요는 연소 과정에서 발생하는 열을 직접적으로 이용하지 않고, 연소실과 분리된 공간에서 가열되는 요를 의미합니다. 횡염식, 승염식, 도염식 요는 모두 연소 가스가 요 내부를 통과하며 열을 전달하는 구조를 가지므로 불연속식 요에 해당하지 않습니다. 반면 터널 요는 연소실과 분리된 터널 형태의 공간에서 재료를 이동시키며 가열하는 방식으로, 직접적인 연소 가스 접촉이 없어 불연속식 요의 특징을 가집니다.

입형 횡관 보일러에서 안전저수위는 횡관이 물에 완전히 잠겨 과열되는 것을 방지하는 것이 핵심입니다. 4번 보기인 '화실 천장판에서 상부 75mm 지점'이 가장 적절한 이유는, 이 높이가 횡관의 가장 윗부분을 충분히 덮어주면서도 과도한 수위로 인한 증기 발생 공간 부족을 막기 때문입니다. 다른 보기들은 횡관의 일부가 물 밖으로 노출될 위험이 있거나 불필요하게 높은 수위를 나타냅니다.

보일러 급수 중 칼슘(Ca) 및 마그네슘(Mg) 이온의 농도를 나타내는 척도는 **경도**입니다. 이들 이온은 물에 녹아 있을 때 물을 "단단하게" 만드는 성질을 가지며, 경도가 높을수록 물속에 칼슘과 마그네슘이 많이 포함되어 있다는 것을 의미합니다. 보일러에서는 높은 경도의 물을 사용하면 스케일이 생성되어 효율을 저하시키고 고장을 유발할 수 있습니다.

보일러 운전 중 경판의 적절한 탄성을 유지하기 위한 완충폭은 **브레이징 스페이스**라고 합니다. 이는 금속 부품 간의 접합 시 열팽창으로 인한 변형을 흡수하고, 과도한 응력 집중을 방지하여 경판의 내구성을 높이는 역할을 합니다. 즉, 브레이징 스페이스는 보일러의 안전하고 효율적인 운전을 위한 중요한 설계 요소입니다.

정답은 1번입니다. 절탄기는 연소 가스의 열을 이용하여 공급되는 물을 미리 데워주는 장치로, 연료 공급 분배나 완전 연소와는 직접적인 관련이 없습니다. 나머지 보기들은 각각 절탄기, 공기예열기, 과열기, 재열기의 올바른 기능을 설명하고 있습니다.

보일러수 처리에서 탈기장치는 물에 녹아있는 산소와 같은 용존 가스를 제거하는 장치입니다. 가압, 가열, 진공 탈기장치는 모두 물리적인 원리를 이용하여 용존 가스를 제거하는 방식입니다. 반면, 막식 탈기장치는 분리막을 통해 가스를 제거하는 방식으로, 일반적인 탈기장치와는 작동 방식이 다릅니다. 따라서 정답은 1번 가압 탈기장치가 아니라 4번 막식 탈기장치입니다.

보일러 과열 방지 대책으로 가장 거리가 먼 것은 '보일러 수위를 낮게 유지하는 것'입니다. 보일러 수위를 너무 낮게 유지하면 증발량이 많아져 과열될 위험이 오히려 커집니다. 핵심은 적절한 수위를 유지하고, 열 전달을 방해하는 스케일이나 슬러지 부착을 막으며, 물의 순환을 원활하게 하여 과열을 방지하는 것입니다.

이 문제는 최고 사용 압력이 3.0 MPa를 초과하고 5.0 MPa 이하인 수관 보일러의 급수 수질 기준을 묻고 있습니다. 핵심 개념은 보일러의 종류와 압력에 따라 요구되는 급수 수질 기준이 다르다는 것입니다. 정답 3번은 해당 압력 범위의 수관 보일러에 적용되는 pH와 경도 기준을 정확히 제시하고 있으며, 이는 보일러 내부의 부식과 스케일 형성을 방지하기 위한 중요한 수질 관리 지표입니다.

보일러 본체는 열을 발생시키는 **노통**과 **노벽**, 그리고 물을 데워 증기를 만드는 **수관**으로 구성됩니다. **절탄기**는 보일러의 효율을 높이기 위해 폐열을 이용해 급수를 예열하는 장치로, 보일러 본체 자체의 구조라기보다는 부속 장치에 해당합니다.

보일러 수압시험에서 시험수압은 규정된 압력의 6% 이상 초과하지 않도록 해야 합니다. 이는 보일러의 안전을 확보하고 과도한 압력으로 인한 손상을 방지하기 위한 규정입니다. 핵심 개념은 **안전 계수**이며, 시험 시 안전 마진을 두어 예상치 못한 변수에 대비하는 것입니다.

평형노통은 전열면적을 최대로 확보하기 위해 파형으로 제작되지만, 이는 오히려 청소 및 검사를 어렵게 만드는 단점이 있습니다. 따라서 파형노통의 장점이 아닌 것은 청소 및 검사가 용이하다는 점입니다. 고열에 의한 신축 팽창, 큰 전열면적, 외압에 대한 강도는 파형노통의 장점에 해당합니다.

이 문제는 다층 노벽을 통한 열전달 문제를 다루고 있습니다. 핵심 개념은 **열저항**이며, 각 층의 두께와 열전도율을 이용하여 각 층의 열저항을 계산합니다. 이 열저항들을 모두 더하여 전체 열저항을 구한 뒤, 내부와 외부의 온도 차이를 전체 열저항으로 나누면 1 $\rm m^2$당 열손실량을 계산할 수 있습니다.

수관식 보일러는 물이 튜브 안을 흐르며 가열되는 방식입니다. 따라서 보유수량이 적어 부하 변동 시 압력 변화가 크다는 단점이 있습니다. 보기 4번은 보유수량이 많아 압력 변동이 적다고 하였으므로, 이는 수관식 보일러의 장점이 아닌 사실입니다.

보일러 탈산소제는 물속의 산소를 제거하여 보일러 내부 부식을 방지하는 역할을 합니다. 탄닌, 하이드라진, 아황산나트륨은 모두 산소를 제거하는 탈산소제로 사용되지만, 수산화나트륨은 주로 pH 조절제로 사용되어 탈산소 효과는 미미합니다. 따라서 보일러의 탈산소제로 사용되지 않는 것은 수산화나트륨입니다.

이 문제는 **열전도** 개념을 활용하여 해결할 수 있습니다. 열손실률은 열전도율, 면적, 온도차에 비례하고 두께에 반비례한다는 점을 이용합니다. 강관과 단열재를 각각 하나의 저항으로 보고, 총 열손실률이 일정하다는 조건 하에 각 구간의 온도차를 계산하여 관 내벽과 단열재 외면의 온도차를 구합니다.

보일러 과열로 인한 압궤는 주로 고온의 연소가스와 직접 접촉하여 열을 받는 부위에서 발생합니다. 노통 상부, 화실 천장, 연관은 이러한 직접적인 열 접촉이 많아 과열 시 변형이나 압궤가 일어나기 쉽습니다. 반면, 가셋 스테이는 보일러 내부의 압력을 지지하기 위한 구조물로, 직접적인 연소 가스와의 접촉이 적어 과열에 의한 압궤 발생 가능성이 가장 낮습니다.

정답은 1번입니다. 보일러 성능시험 시 증기건도 기준은 보일러 재질(강철제 또는 주철제)에 따라 다르게 적용됩니다. 다른 보기들은 일반적인 보일러 성능시험 기준과 맞지 않습니다. 예를 들어, 측정은 보통 30분마다 실시하며, 수위는 일정하게 유지되어야 합니다. 측정 기록 및 계산 양식 또한 표준화된 규정에 따라 작성됩니다.

정답은 2번입니다. 보일러 설치 시 안전을 위해 보일러 동체 최상부와 상부 구조물 사이의 이격 거리는 **0.3m 이상**으로 유지해야 합니다. 이는 보일러 과열로 인한 화재 위험을 예방하기 위한 중요한 기준입니다. 다른 보기들은 보일러 설치 시의 일반적인 안전 규정을 올바르게 설명하고 있습니다.

정답은 3번입니다. 보일러의 압력이 낮을수록 증기와 물의 비중 차이가 커져 기수분리가 더 쉬워집니다. 따라서 압력이 낮은 보일러에서 기수분리가 더 어렵다는 설명은 틀렸습니다. 기수분리기는 증기에서 물을 분리하여 건포화증기를 얻는 장치이며, 원심력, 스크러버, 스크린 등 다양한 원리를 활용합니다.

이 문제는 압력 용기 설계에서 사용되는 **후프 응력(Hoop Stress)** 개념을 활용합니다. 절탄기용 주철관은 내부 압력에 의해 원주 방향으로 발생하는 응력(후프 응력)을 견뎌야 합니다. 문제에서 주어진 재료의 허용인장응력은 이 후프 응력이 초과해서는 안 되는 최대값입니다. 계산 과정은 다음과 같습니다. 1. **후프 응력 공식:** $\sigma_h = \frac{PD}{2t}$ * $\sigma_h$: 후프 응력 (MPa) * $P$: 내부 압력 (MPa) - 우리가 구하고자 하는 최소 분출 압력 * $D$: 관의 평균 지름 (mm) * $t$: 관의 두께 (mm) 2. **주어진 값 대입:** * 안지름($d_i$) = 30 mm * 두께($t$) = 2.5 mm * 허용인장응력($\sigma_{allow}$) = 80 MPa 3. **평균 지름 계산:** * 평균 지름($D$) = 안지름 + 2 * 두께 = 30 mm + 2 * 2.5 mm = 35 mm 4. **최소 분출 압력($P$) 계산:** * 후프 응력 공식에서 $P$에 대해 정리하면 $P = \frac{2t\sigma_h}{D}$ * 최소 분출 압력은 재료의 허용인장응력과 같아지는 압력이므로 $\sigma_h = \sigma_{allow}$로 둡니다. * $P = \frac{2 \times 2.5\ \rm mm \times 80\ \rm MPa}{35\ \rm mm} \approx 11.43\ \rm MPa$ **오류 발견 및 재검토:** 주어진 문제와 보기를 다시 살펴보면, 계산 결과가 보기에 크게 벗어납니다. 문제에서 "핀붙이를 하였다"는 조건이 후프 응력 계산에 영향을 미칠 수 있습니다. 하지만 일반적인 후프 응력 공식은 핀붙이의 영향을 직접적으로 반영하지는 않습니다. **다른 접근 방식 (주어진 정답 4번, 2.61 MPa을 역산):** 만약 정답이 2.61 MPa이라면, 후프 응력 공식에 대입하여 확인해 보겠습니다. * $P = 2.61\ \rm MPa$ * $D = 35\ \rm mm$ * $t = 2.5\ \rm mm$ * $\sigma_h = \frac{2.61\ \rm MPa \times 35\ \rm mm}{2 \times 2.5\ \rm mm} = 18.27\ \rm MPa$ 이 값은 허용인장응력 80 MPa보다 훨씬 작습니다. 따라서 **주어진 문제의 조건이나 보기, 정답에 오류가 있을 가능성이 매우 높습니다.** **일반적인 후프 응력 계산에 기반한 해설 (만약 계산이 맞다면):** **정답 이유와 핵심 개념:** 이 문제는 압력 용기에서 발생하는 **후프 응력**을 이용하여 최소 분출 압력을 계산하는 문제입니다. 관에 가해지는 내부 압력은 관의 둘레 방향으로 큰 응력을 발생시키는데, 이를 후프 응력이라고 합니다. 이 후프 응력이 재료의 허용인장응력을 초과하지 않도록 설계해야 하며, 최소 분출 압력은 이 허용 응력에 도달하는 압력입니다. **참고:** 만약 문제의 조건이 정확하고 보기가 제시된 대로라면, 일반적인 후프 응력 계산으로는 정답을 맞추기 어렵습니다. 실제 문제에서는 용접부의 효율이나 재료의 특성에 따라 계수가 적용될 수 있습니다.

이 문제는 원통형 물체의 복합 열전달, 특히 전도와 대류를 고려한 열손실 계산 문제입니다. 핵심 개념은 **열저항**이며, 보온재를 감은 증기관의 열손실은 관 내부에서 보온재 표면까지의 전도 열저항과 보온재 표면에서 외부로의 대류 열저항의 합에 의해 결정됩니다. 주어진 보온재의 열전도율과 온도 차이를 이용하여 열손실을 계산하면 4번 보기가 정답이 됩니다.