에너지관리기사 필기 2016년 2회 기출문제 정답 및 해설

1번

연소효율은 실제의 연소에 의한 열량을 완전연소 했을 때의 열량으로 나눈 것으로 정의할 때, 실제의 연소에 의한 열량을 계산하는 데 필요한 요소가 아닌 것은?

1. 연소가스 유출 단면적

2. 연소가스 밀도

3. 연소가스 열량

4. 연소가스 비열

정답 3번

해설. ③ 연소가스 열량은 구하려는 결과값 자체이므로 계산에 필요한 '요소'가 아니다.
실제 연소열량 = (유출 단면적 × 유속 × 밀도)로 구한 가스 질량유량 × 비열 × 온도차 로 계산하므로 ① 유출 단면적, ② 밀도, ④ 비열은 모두 필요한 요소이다.

2번

보일러의 흡인통풍(Induced Draft) 방식에 가장 많이 사용되는 송풍기의 형식은?

1. 플레이트형

2. 터보형

3. 축류형

4. 다익형

정답 1번

해설. ① 흡인(유인)통풍기는 고온이면서 재·분진을 포함한 배기가스를 다루므로, 날개가 평판으로 되어 마모·부착에 강하고 보수가 쉬운 플레이트형(방사형)이 가장 많이 쓰인다.
② 터보형은 효율이 높아 주로 압입통풍용, ③ 축류형은 저압·대풍량용, ④ 다익형은 소형·저압용으로 분진 가스 흡인에는 부적합하다.

3번

중유의 점도가 높아질수록 연소에 미치는 영향에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 오일탱크로부터 버너까지의 이송이 곤란해진다.

2. 기름의 분무현상(atomization)이 양호해진다.

3. 버너 화구(火口)에 유리탄소가 생긴다.

4. 버너의 연소상태가 나빠진다.

정답 2번

해설. ② 점도가 높아지면 기름 입자가 잘 쪼개지지 않아 분무(무화) 상태가 나빠진다. 따라서 '양호해진다'는 틀린 설명이다.
① 유동성이 떨어져 탱크→버너 이송이 곤란하고, ③ 무화 불량으로 버너 화구에 유리탄소(카본)가 부착되며, ④ 연소 상태가 나빠진다. 그래서 중유는 예열하여 점도를 낮춘다.

4번

탄소(C) 80%, 수소(H) 20%의 중유를 완전 연소시켰을 때 (CO₂)max[%]는?

1. 13.2

2. 17.2

3. 19.1

4. 21.1

정답 1번

해설. ① 풀이: (CO₂)max = CO₂량 / 이론건연소가스량(God) × 100
O₀ = 1.867C + 5.6H = 1.867×0.8 + 5.6×0.2 = 2.614 Nm³/kg
A₀ = O₀/0.21 = 12.45 Nm³/kg
God = 0.79A₀ + 1.867C = 9.832 + 1.494 = 11.33 Nm³/kg
(CO₂)max = 1.494 / 11.33 × 100 ≒ 13.2%
(수소는 H₂O가 되어 건가스에서 빠지므로 CO₂ 비율이 낮게 나온다.)

5번

연소의 정의를 가장 옳게 나타낸 것은?

1. 연료가 환원하면서 발열하는 현상

2. 화학변화에서 산화로 인한 흡열 반응

3. 물질의 산화로 에너지의 전부가 직접 빛으로 변하는 현상

4. 온도가 높은 분위기 속에서 산소와 화합하여 빛과 열을 발생하는 현상

정답 4번

해설. ④ 연소란 가연물이 높은 온도의 분위기에서 산소와 급격히 화합(산화)하여 빛과 열을 내는 현상이다.
① 환원이 아니라 산화 반응이고, ② 흡열이 아니라 발열 반응이며, ③ 에너지가 전부 빛으로 바뀌는 것이 아니라 대부분 열로 나온다.

6번

보일러 등의 연소장치에서 질소산화물(NOx)의 생성을 억제할 수 있는 연소 방법이 아닌 것은?

1. 2단 연소

2. 저산소(저공기비)연소

3. 배기의 재순환 연소

4. 연소용 공기의 고온 예열

정답 4번

해설. ④ 연소용 공기를 고온으로 예열하면 화염온도가 올라가 열적(thermal) NOx가 오히려 많이 생긴다.
① 2단 연소(화염온도·산소농도 저하), ② 저산소(저공기비) 연소, ③ 배기가스 재순환 연소(산소농도·화염온도 저하)는 모두 NOx 억제 방법이다. 이 밖에 물·증기 분사, 저NOx 버너 등이 있다.

7번

가연성 혼합기의 폭발방지를 위한 방법으로 가장 거리가 먼 것은?

1. 산소농도의 최소화

2. 불활성 가스의 치환

3. 불활성 가스의 첨가

4. 이중용기 사용

정답 4번

해설. ④ 이중용기 사용은 누설 방지나 단열을 위한 용기 구조일 뿐, 가연성 혼합기 자체의 폭발을 막는 방법과는 거리가 멀다.
폭발을 막으려면 연소의 3요소 중 산소를 줄여야 하므로 ① 산소농도의 최소화, ② 불활성 가스(N₂·CO₂ 등)로 치환, ③ 불활성 가스 첨가로 폭발범위 밖으로 만드는 방법을 쓴다.

8번

다음 기체연료 중 단위 체적당 고위발열량이 가장 높은 것은?

1. LNG

2. 수성가스

3. LPG

4. 유(油)가스

정답 3번

해설. ③ LPG(프로판·부탄)는 탄소수가 많은 탄화수소여서 단위 체적당 고위발열량이 약 24,000~32,000 kcal/Nm³로 가장 높다.
① LNG(주성분 메탄)는 약 10,000~11,000 kcal/Nm³, ④ 유가스는 약 4,000~10,000 kcal/Nm³, ② 수성가스(H₂+CO)는 약 2,500~2,800 kcal/Nm³ 정도로 LPG보다 낮다.

9번

이론습연소가스량 Gow와 이론건연소가스량 God의 관계를 나타낸 식으로 옳은 것은? (단, H는 수소, w는 수분을 나타낸다.)

1. God=Gow+1.25(9H+w)

2. God=Gow-1.25(9H+w)

3. God=Gow+(9H+w)

4. God=Gow-(9H+w)

정답 2번

해설. ② 습연소가스량에서 수증기량을 빼면 건연소가스량이다. 수소 1 kg이 타면 물 9 kg이 생기고, 수증기 1 kg은 22.4/18 ≒ 1.25 Nm³이므로 수증기량 = 1.25(9H + w) Nm³/kg이다.
∴ God = Gow − 1.25(9H + w)
①·③은 더하는 식이라 틀리고, ④는 질량(kg)을 체적(Nm³)으로 환산하는 1.25가 빠져 틀리다.

10번

연소가스 부피조성이 CO₂ 13%, O₂ 8%, N₂ 79%일 때 공기 과잉계수(공기비)는?

1. 1.2

2. 1.4

3. 1.6

4. 1.8

정답 3번

해설. ③ 풀이: 완전연소(CO 없음)일 때 m = N₂ / (N₂ − 3.76 O₂)
= 79 / (79 − 3.76 × 8) = 79 / 48.92 ≒ 1.61 → 약 1.6
(간이식 m = 21/(21 − O₂) = 21/13 ≒ 1.62로 구해도 같은 답이다.)

11번

액체연료에 대한 적합한 연소방법은?

1. 화격자연소

2. 스토커연소

3. 버너연소

4. 확산연소

정답 3번

해설. ③ 액체연료(중유·경유 등)는 버너로 미립화(무화)하여 공기와 혼합시켜 태우는 버너연소가 적합하다.
① 화격자연소와 ② 스토커연소는 석탄 등 고체연료의 연소방법이고, ④ 확산연소는 주로 기체연료의 연소방법이다.

12번

발열량이 5000kcal/kg인 고체연료를 연소할 때 불완전연소에 의한 열손실이 5%, 연소재에 의한 열손실이 5%이었다면 연소효율은?

1. 80%

2. 85%

3. 90%

4. 95%

정답 3번

해설. ③ 풀이: 연소효율 = (공급 열량 − 불완전연소 손실 − 연소재(미연분) 손실) / 공급 열량
= (100 − 5 − 5) / 100 = 90%
(5000 kcal/kg 기준: 손실 250 + 250 = 500 kcal/kg, 실제 연소열 4500 kcal/kg → 4500/5000 = 90%)

13번

NO₂의 배출을 최소화할 수 있는 방법이 아닌 것은?

1. 미연소분을 최소화 하도록 한다.

2. 연료와 공기의 혼합을 양호하게 하여 연소온도를 낮춘다.

3. 저온배출가스 일부를 연소용 공기에 혼입해서 연소용 공기 중의 산소농도를 저하시킨다.

4. 버너 부근의 화염온도는 높이고 배기가스 온도는 낮춘다.

정답 4번

해설. ④ 버너 부근의 화염온도를 높이면 공기 중 질소가 산화되는 열적 NOx가 급증하므로 NO₂ 배출이 늘어난다.
① 미연분 최소화(적정 공기비 운전), ② 혼합을 좋게 하여 국부 고온부를 없애고 연소온도를 낮춤, ③ 저온 배기가스를 연소용 공기에 섞는 배기가스 재순환으로 산소농도를 낮추는 것은 모두 NOx 저감 방법이다.

14번

열병합 발전소에서 배기가스를 사이클론에서 전처리하고 전기 집진장치에서 먼지를 제거하고 있다. 사이클론 입구, 전기집진기 입구와 출구에서의 먼지 농도가 각각 95, 10, 0.5 g/Nm³일 때 종합집진율은?

1. 85.7%

2. 90.8%

3. 95.0%

4. 99.5%

정답 4번

해설. ④ 풀이: 종합집진율 = (최초 입구 농도 − 최종 출구 농도) / 최초 입구 농도 × 100
= (95 − 0.5) / 95 × 100 ≒ 99.5%
참고로 사이클론 집진율 = (95 − 10)/95 ≒ 89.5%, 전기집진기 집진율 = (10 − 0.5)/10 = 95%이고, 1 − (1 − 0.895)(1 − 0.95) ≒ 0.995로 같은 값이 나온다.

15번

연소배기가스를 분석한 결과 O₂의 측정치가 4%일 때 공기비(m)는?

1. 1.10

2. 1.24

3. 1.30

4. 1.34

정답 2번

해설. ② 풀이: 완전연소 가정 시 간이식 m = 21 / (21 − O₂)
= 21 / (21 − 4) = 21 / 17 ≒ 1.24
(공기 중 산소 21% 가운데 4%가 남았다는 뜻이므로 이론공기보다 약 24% 많은 공기가 공급되었다.)

16번

액체를 미립화 하기 위해 분무를 할 때 분무를 지배하는 요소로서 가장 거리가 먼 것은?

1. 액류의 운동량

2. 액류와 기체의 표면적에 따른 저항력

3. 액류와 액공 사이의 마찰력

4. 액체와 기체 사이의 표면장력

정답 3번

해설. ③ 액류와 액공(노즐 구멍) 사이의 마찰력은 노즐 내부의 유동 손실에 관계할 뿐, 분사된 액체가 잘게 부서지는 과정을 지배하는 요소와는 거리가 멀다.
분무(미립화)는 ① 액류의 운동량(분사 속도), ② 액류와 주위 기체 사이의 표면적에 따른 저항력(공기력), ④ 액체와 기체 사이의 표면장력(부서짐을 막는 힘)의 대소 관계로 결정된다.

17번

가열실의 이론 효율(E₁)을 옳게 나타낸 식은? (단, tᵣ: 이론연소온도, tᵢ: 피열물의 온도이다.)

1. E₁ = (tᵣ + tᵢ) / tᵣ

2. E₁ = (tᵣ − tᵢ) / tᵣ

3. E₁ = (tᵢ − tᵣ) / tᵢ

4. E₁ = (tᵢ + tᵣ) / tᵢ

정답 2번

해설. ② 이론연소온도 tᵣ의 연소가스가 피열물 온도 tᵢ까지 식으면서 준 열만 가열에 쓰이므로
E₁ = (tᵣ − tᵢ) / tᵣ
피열물 온도가 높을수록(tᵢ가 tᵣ에 가까울수록) 연소가스가 가진 열을 적게 이용하게 되어 효율이 낮아진다. ①·④는 1보다 커질 수 있고, ③은 음수가 되어 효율식이 될 수 없다.

18번

산소 1 Nm³을 연소에 이용하려면 필요한 공기량(Nm³)은?

1. 1.9

2. 2.8

3. 3.7

4. 4.8

정답 4번

해설. ④ 풀이: 공기 중 산소는 부피로 21%이므로
공기량 = 산소량 / 0.21 = 1 / 0.21 ≒ 4.76 → 약 4.8 Nm³
(이론공기량 A₀ = O₀/0.21 과 같은 관계이다.)

19번

온도가 293 K인 이상기체를 단열 압축하여 체적을 1/6로 하였을 때 가스의 온도는 약 몇 K인가? (단, 가스의 정적비열 Cᵥ는 0.7 kJ/kg·K, 정압비열 Cₚ는 0.98 kJ/kg·K이다.)

1. 398

2. 493

3. 558

4. 600

정답 4번

해설. ④ 풀이: 비열비 k = Cₚ / Cᵥ = 0.98 / 0.7 = 1.4
단열변화 T₂/T₁ = (V₁/V₂)^(k−1)
T₂ = 293 × 6^0.4 = 293 × 2.048 ≒ 600 K

20번

열효율 향상 대책이 아닌 것은?

1. 과잉공기를 증가시킨다.

2. 손실열을 가급적 적게 한다.

3. 전열량이 증가되는 방법을 취한다.

4. 장치의 최적 설계조건과 운전조건을 일치시킨다.

정답 1번

해설. ① 과잉공기를 늘리면 연소에 참여하지 않은 공기가 가열되어 배기가스로 버려지는 열(배기가스 열손실)이 커지므로 열효율이 떨어진다. 적정 공기비로 운전해야 한다.
② 손실열 감소, ③ 전열량 증대(전열면 청소, 유속 개선 등), ④ 최적 설계조건과 운전조건의 일치는 모두 열효율 향상 대책이다.

21번

360℃와 25℃ 사이에서 작동하는 열기관의 최대 이론 열효율은 약 얼마인가?

1. 0.450

2. 0.529

3. 0.635

4. 0.735

정답 2번

해설. ② 최대 이론 열효율은 카르노 효율이다.
풀이: η = 1 − T₂/T₁ = 1 − (25 + 273)/(360 + 273) = 1 − 298/633 ≒ 0.529
(섭씨온도를 반드시 절대온도 K로 바꾸어 대입한다.)

22번

다음 중 냉동 사이클의 운전특성을 잘 나타내고, 사이클의 해석을 하는 데 가장 많이 사용되는 선도는?

1. 온도-체적 선도

2. 압력-엔탈피 선도

3. 압력-체적 선도

4. 압력-온도 선도

정답 2번

해설. ② 냉동 사이클은 압력-엔탈피(P-h) 선도(몰리에르 선도)로 해석한다. 증발·응축은 수평선, 팽창밸브의 교축은 수직선(등엔탈피)으로 나타나, 냉동효과(h₁ − h₄)·압축일(h₂ − h₁)·응축열을 엔탈피 차로 바로 읽을 수 있기 때문이다.
①·③·④ 선도로는 엔탈피 차를 직접 읽을 수 없어 냉동 사이클 해석에 잘 쓰지 않는다.

23번

터빈에서 2 kg/s의 유량으로 수증기를 팽창시킬 때 터빈의 출력이 1200 kW라면 열손실은 몇 kW인가? (단, 터빈 입구와 출구에서 수증기의 엔탈피는 각각 3200 kJ/kg와 2500 kJ/kg이다.)

1. 600

2. 400

3. 300

4. 200

정답 4번

해설. ④ 풀이: 정상유동 에너지식에서 엔탈피 감소량 = 출력 + 열손실
엔탈피 감소량 = ṁ(h₁ − h₂) = 2 × (3200 − 2500) = 1400 kW
열손실 = 1400 − 1200 = 200 kW

24번

엔탈피가 3140 kJ/kg인 과열증기가 단열노즐에 저속상태로 들어와 출구에서 엔탈피가 3010 kJ/kg인 상태로 나갈 때 출구에서의 증기 속도(m/s)는?

1. 8

2. 25

3. 160

4. 510

정답 4번

해설. ④ 풀이: 입구 속도를 무시하면 w₂ = √(2(h₁ − h₂))
h₁ − h₂ = 3140 − 3010 = 130 kJ/kg = 130,000 J/kg
w₂ = √(2 × 130,000) ≒ 510 m/s
(kJ를 J로 바꾸어야 m/s가 나온다. 간이식 44.72√Δh(kJ/kg)도 같은 값이다.)

25번

엔트로피에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 엔트로피는 상태함수이다.

2. 엔트로피는 분자들의 무질서도 척도가 된다.

3. 우주의 모든 현상은 총 엔트로피가 증가하는 방향으로 진행되고 있다.

4. 자유팽창, 종류가 다른 가스의 혼합, 액체내의 분자의 확산 등의 과정에서 엔트로피가 변하지 않는다.

정답 4번

해설. ④ 자유팽창, 서로 다른 가스의 혼합, 액체 내 분자의 확산은 모두 비가역 과정이므로 엔트로피가 증가한다. '변하지 않는다'는 틀린 설명이다.
① 엔트로피는 경로와 무관한 상태함수이고, ② 분자 무질서도의 척도이며, ③ 고립계(우주)의 총 엔트로피는 증가하는 방향으로 진행한다(열역학 제2법칙).

26번

포화증기를 가역 단열 압축시켰을 때의 설명으로 옳은 것은?

1. 압력과 온도가 올라간다.

2. 압력은 올라가고 온도는 떨어진다.

3. 온도는 불변이며 압력은 올라간다.

4. 압력과 온도 모두 변하지 않는다.

정답 1번

해설. ① 포화증기를 가역 단열(등엔트로피) 압축하면 외부에서 받은 일이 내부에너지로 바뀌어 압력과 온도가 함께 올라가며, 과열증기 상태가 된다.
② 온도가 떨어지거나, ③ 온도가 불변이거나, ④ 둘 다 변하지 않는 일은 단열 압축에서 일어나지 않는다.

27번

PVⁿ = C에서 이상기체의 등온변화인 경우 폴리트로프 지수(n)는?

1. ∞

2. 1.4

3. 1

4. 0

정답 3번

해설. ③ 등온변화는 PV = C 이므로 n = 1이다.
폴리트로프 지수별 변화: n = 0 정압변화, n = 1 등온변화, n = k(공기 약 1.4) 단열변화, n = ∞ 정적변화.
따라서 ① ∞는 정적, ② 1.4는 공기의 단열, ④ 0은 정압변화이다.

28번

증기의 교축과정에 대한 설명으로 옳은 것은?

1. 습증기 구역에서 포화온도가 일정한 과정

2. 습증기 구역에서 포화압력이 일정한 과정

3. 가역과정에서 엔트로피가 일정한 과정

4. 엔탈피가 일정한 비가역 정상류 과정

정답 4번

해설. ④ 교축(throttling)은 밸브·오리피스 등 좁은 통로를 지날 때 일과 열의 출입 없이 압력이 떨어지는 과정으로, 엔탈피가 일정한 비가역 정상류 과정이다(엔트로피는 증가).
①·② 습증기를 교축하면 압력과 포화온도가 모두 내려가므로 일정하지 않고, ③ 비가역 과정이므로 엔트로피가 일정하지 않다.

29번

공기 50 kg을 일정 압력하에서 100℃에서 700℃까지 가열할 때 엔탈피 변화는 얼마인가? (단, Cₚ = 1.0 kJ/kg·K, Cᵥ = 0.71 kJ/kg·K)

1. 600 kJ

2. 21,300 kJ

3. 30,000 kJ

4. 42,600 kJ

정답 3번

해설. ③ 풀이: 엔탈피 변화 ΔH = m Cₚ (T₂ − T₁)
= 50 × 1.0 × (700 − 100) = 30,000 kJ
정압가열이므로 Cᵥ가 아니라 Cₚ를 쓴다. ② 21,300 kJ는 Cᵥ를 쓴 값(내부에너지 변화)이다.

30번

비열이 일정하고 비열비가 k인 이상기체의 등엔트로피 과정에서 성립하지 않는 것은? (단, T, P, v는 각각 절대온도, 압력, 비체적이다.)

1. Pvᵏ = 일정

2. Tvᵏ⁻¹ = 일정

3. P·T^(k/(k−1)) = 일정

4. T·P^((1−k)/k) = 일정

정답 3번

해설. ③ 등엔트로피(가역 단열) 과정의 관계식은 Pvᵏ = 일정, Tvᵏ⁻¹ = 일정, T/P^((k−1)/k) = 일정이다.
마지막 식을 정리하면 ④ T·P^((1−k)/k) = 일정 이고, 이는 P/T^(k/(k−1)) = 일정 과 같다.
③은 P와 T^(k/(k−1))를 곱한 형태여서 성립하지 않는다(나누어야 일정).

31번

그림은 공기 표준 Otto cycle이다. 효율 η에 관한 식으로 틀린 것은? (단, r은 압축비, k는 비열비이다.)

1. η = 1 − (TB − TC)/(TA − TD)

2. η = 1 − r(1/r)ᵏ

3. η = 1 − (PB − PC)/(PA − PD)

4. η = 1 − TB/TA

정답 3번

해설. ③ 오토 사이클은 D→A 정적가열, A→B 단열팽창, B→C 정적방열, C→D 단열압축이다.
① η = 1 − 방열/가열 = 1 − (TB − TC)/(TA − TD)로 옳다.
② r(1/r)ᵏ = (1/r)^(k−1)이므로 η = 1 − (1/r)^(k−1)과 같아 옳다.
④ 단열팽창에서 TB/TA = (1/r)^(k−1)이므로 옳다.
③ 정적과정의 압력차는 부피가 서로 달라(VB = r·VA) 온도차와 비례상수가 다르므로 압력으로 쓴 식은 성립하지 않는다.

32번

냉동사이클의 T-s 선도에서 냉매 단위질량당 냉각열량 qₗ과 압축기의 소요동력 w를 옳게 나타낸 것은? (단, h는 엔탈피를 나타낸다.)

1. qₗ = h₃ − h₄, w = h₂ − h₁

2. qₗ = h₁ − h₄, w = h₂ − h₁

3. qₗ = h₂ − h₃, w = h₁ − h₄

4. qₗ = h₃ − h₄, w = h₁ − h₄

정답 2번

해설. ② 선도에서 1→2 압축, 2→3 응축, 3→4 팽창밸브 교축(등엔탈피, h₃ = h₄), 4→1 증발이다.
냉각열량(냉동효과) qₗ = h₁ − h₄ (증발기에서 흡수한 열)
압축일 w = h₂ − h₁
①·④의 h₃ − h₄는 교축과정이라 0이고, ③의 h₂ − h₃는 응축기 방열량이다.

33번

압력이 P로 일정한 용기 내에 이상기체 1 kg이 들어 있고, 이 이상기체를 외부에서 가열하였다. 이 때 전달된 열량은 Q이며, 온도가 T₁에서 T₂로 변화하였고, 기체의 부피가 V₁에서 V₂로 변하였다. 공기의 정압비열 Cₚ는 어떻게 계산되는가?

1. Cₚ = Q/P

2. Cₚ = Q/(T₂ − T₁)

3. Cₚ = Q/(V₂ − V₁)

4. Cₚ = P × (V₂ − V₁)/(T₁ − T₂)

정답 2번

해설. ② 정압과정에서 1 kg에 가한 열량은 Q = Cₚ(T₂ − T₁)이므로 Cₚ = Q/(T₂ − T₁)이다.
① 압력으로 나누거나 ③ 부피변화로 나누면 비열의 단위(kJ/kg·K)가 나오지 않는다. ④ P(V₂ − V₁)은 정압과정의 팽창일로, 이를 온도차로 나누면 기체상수 R(부호 반대)이 된다.

34번

온도 250℃, 질량 50 kg인 금속을 20℃의 물속에 놓았다. 최종 평형 상태에서의 온도가 30℃이면 물의 양은 약 몇 kg인가? (단, 열손실은 없으며, 금속의 비열은 0.5 kJ/kg·K, 물의 비열은 4.18 kJ/kg·K이다.)

1. 108.3

2. 131.6

3. 167.7

4. 182.3

정답 2번

해설. ② 풀이: 금속이 잃은 열 = 물이 얻은 열
50 × 0.5 × (250 − 30) = m × 4.18 × (30 − 20)
5500 = 41.8 m
m ≒ 131.6 kg
(온도차는 ℃와 K가 같으므로 그대로 대입한다.)

35번

∫Fdx는 무엇을 나타내는가? (단, F는 힘, x는 변위를 나타낸다.)

1. 일

2. 열

3. 운동에너지

4. 엔트로피

정답 1번

해설. ① 힘 F가 변위 dx만큼 작용한 것을 적분한 ∫F dx는 일(W)이다(단위 N·m = J).
② 열은 온도차로 전달되는 에너지, ③ 운동에너지는 ½mv², ④ 엔트로피는 dS = δQ/T로 정의되어 힘×변위의 적분과는 다르다.

36번

비열이 3 kJ/kg·℃인 액체 10 kg을 20℃로부터 80℃까지 전열기로 가열시키는 데 필요한 소요전력량은 약 몇 kWh인가? (단, 전열기의 효율은 88%이다.)

1. 0.46

2. 0.57

3. 480

4. 530

정답 2번

해설. ② 풀이: 필요한 열량 Q = m c Δt = 10 × 3 × (80 − 20) = 1800 kJ
전열기 효율 88% → 공급 전력량 = 1800 / 0.88 ≒ 2045 kJ
1 kWh = 3600 kJ 이므로 2045 / 3600 ≒ 0.57 kWh

37번

저열원 10℃, 고열원 600℃ 사이에 작용하는 카르노사이클에서 사이클당 방열량이 3.5 kJ이면 사이클당 실제 일의 양은 약 몇 kJ인가?

1. 3.5

2. 5.7

3. 6.8

4. 7.3

정답 4번

해설. ④ 풀이: 카르노 사이클에서 Q₁/Q₂ = T₁/T₂
Q₁ = 3.5 × (600 + 273)/(10 + 273) = 3.5 × 873/283 ≒ 10.8 kJ
일 W = Q₁ − Q₂ = 10.8 − 3.5 ≒ 7.3 kJ

38번

직경 40 cm의 피스톤이 800 kPa의 압력에 대항하여 20 cm 움직였을 때 한 일은 약 몇 kJ인가?

1. 20.1

2. 63.6

3. 254

4. 1350

정답 1번

해설. ① 풀이: W = P × A × L = P × ΔV
A = π/4 × 0.4² = 0.1257 m²
ΔV = 0.1257 × 0.2 = 0.02513 m³
W = 800 kPa × 0.02513 m³ ≒ 20.1 kJ

39번

일정 정압비열(Cₚ = 1.0 kJ/kg·K)을 가정하고, 공기 100 kg을 400℃에서 120℃로 냉각할 때 엔탈피 변화는?

1. −24,000 kJ

2. −26,000 kJ

3. −28,000 kJ

4. −30,000 kJ

정답 3번

해설. ③ 풀이: ΔH = m Cₚ (T₂ − T₁) = 100 × 1.0 × (120 − 400) = −28,000 kJ
냉각이므로 엔탈피가 감소하여 부호가 (−)이다. 온도차 280℃는 280 K와 같다.

40번

냉동(refrigeration) 사이클에 대한 성능계수(COP)는 다음 중 어느 것을 해 준 일(work input)로 나누어 준 것인가?

1. 저온측에서 방출된 열량

2. 저온측에서 흡수한 열량

3. 고온측에서 방출된 열량

4. 고온측에서 흡수한 열량

정답 2번

해설. ② 냉동기의 성능계수 COP = 저온측(증발기)에서 흡수한 열량 Q₂ / 압축기에 해 준 일 W 이다.
③ 고온측에서 방출된 열량을 일로 나누면 열펌프의 성능계수(= 냉동기 COP + 1)가 된다. ①·④는 냉동 사이클의 열 흐름 방향과 맞지 않는다.

41번

진공에 대한 폐관식 압력계로서 측정하려고 하는 기체를 압축하여 수은주로 읽게 하여 그 체적변화로부터 원래의 압력을 측정하는 형식의 진공계는?

1. 눗슨(Knudsen)

2. 피라니(Pirani)

3. 맥라우드(McLeod)

4. 벨로우즈(Bellows)

정답 3번

해설. ③ 맥라우드(McLeod) 진공계는 측정 기체를 일정 체적으로 압축하여 수은주 높이로 읽고, 보일-샤를 법칙(체적변화)으로 원래 압력을 구하는 폐관식 진공계이다.
① 눗슨(Knudsen)은 기체 분자의 운동량(열분자력)을, ② 피라니(Pirani)는 기체의 열전도에 따른 저항변화를 이용하며, ④ 벨로우즈는 탄성식 압력계이다.

42번

아래 열교환기에 대한 제어내용은 다음 중 어느 제어방법에 해당하는가?

유체의 온도를 제어하는 데 온도조절의 출력으로 열교환기에 유입되는 증기의 유량을 제어하는 유량조절기의 설정치를 조절한다.

1. 추종제어

2. 프로그램제어

3. 정치제어

4. 캐스케이드제어

정답 4번

해설. ④ 1차 조절기(온도조절기)의 출력이 2차 조절기(유량조절기)의 설정치를 바꾸는 방식이므로 캐스케이드(cascade) 제어이다. 외란을 2차 루프에서 먼저 흡수하여 응답이 좋다.
① 추종제어는 목표치가 임의로 변하는 제어, ② 프로그램제어는 목표치가 미리 정한 시간 계획대로 변하는 제어, ③ 정치제어는 목표치가 일정한 제어이다.

43번

저항식 습도계의 특징으로 틀린 것은?

1. 저온도의 측정이 가능하다.

2. 응답이 늦고 정도가 좋지 않다.

3. 연속기록, 원격측정, 자동제어에 이용된다.

4. 교류전압에 의하여 저항치를 측정하여 상대습도를 표시한다.

정답 2번

해설. ② 저항식(전기저항식) 습도계는 감습막의 전기저항 변화로 습도를 재므로 응답이 빠르고 정도가 좋다. '응답이 늦고 정도가 좋지 않다'는 틀린 설명이다.
① 저온도의 측정이 가능하고, ③ 전기 신호이므로 연속기록·원격측정·자동제어에 이용되며, ④ 교류전압으로 저항치를 측정하여 상대습도를 표시한다.

44번

화염검출방식으로 가장 거리가 먼 것은?

1. 화염의 열을 이용

2. 화염의 빛을 이용

3. 화염의 전기전도성을 이용

4. 화염의 색을 이용

정답 4번

해설. ④ 화염검출은 화염의 색이 아니라 물리적 특성을 이용한다.
① 화염의 열(발열) → 스택 스위치(바이메탈), ② 화염의 빛 → 플레임 아이(광전관·CdS셀·자외선관 등), ③ 화염의 전기전도성(이온화) → 플레임 로드. 따라서 '화염의 색'은 거리가 멀다.

45번

입구의 지름이 40 cm, 벤투리목의 지름이 20 cm인 벤투리미터로 공기의 유량을 측정하여 물-공기 시차액주계가 300 mmH₂O를 나타냈다. 이 때 유량은? (단, 물의 밀도는 1000 kg/m³, 공기의 밀도는 1.5 kg/m³, 유량계수는 1이다.)

1. 4 m³/s

2. 3 m³/s

3. 2 m³/s

4. 1 m³/s

정답 3번

해설. ③ 풀이: 차압 Δp = (ρw − ρa) g h = (1000 − 1.5) × 9.81 × 0.3 ≒ 2939 Pa
목 부분 유속 v₂ = √(2Δp / {ρa(1 − (d₂/d₁)⁴)}) = √(2 × 2939 / {1.5 × (1 − 0.0625)}) ≒ 64.6 m/s
유량 Q = A₂ v₂ = π/4 × 0.2² × 64.6 ≒ 2.03 → 약 2 m³/s

46번

다음 중 접촉식 온도계가 아닌 것은?

1. 방사온도계

2. 제겔콘

3. 수은온도계

4. 백금저항온도계

정답 1번

해설. ① 방사온도계는 물체가 내는 열복사 에너지를 측정하는 비접촉식 온도계이다.
② 제겔콘(Seger cone)은 피측정물과 함께 가열되어 연화·변형 상태로 온도를 판단하는 접촉식, ③ 수은온도계와 ④ 백금저항온도계도 측정 대상에 직접 접촉시키는 접촉식이다.

47번

100 mL 시료가스를 CO₂, O₂, CO 순으로 흡수시켰더니 남은 부피가 각각 50 mL, 30 mL, 20 mL이었으며 최종 질소가스가 남았다. 이 때 가스 조성으로 옳은 것은?

1. CO₂ 50%

2. O₂ 30%

3. CO 20%

4. N₂ 10%

정답 1번

해설. ① 풀이: 흡수 전후의 부피 감소량이 각 성분의 양이다.
CO₂ = 100 − 50 = 50 mL → 50%
O₂ = 50 − 30 = 20 mL → 20%
CO = 30 − 20 = 10 mL → 10%
N₂ = 남은 20 mL → 20%
따라서 ②·③·④는 각각 남은 부피를 조성으로 잘못 읽은 값이다.

48번

다음 블록선도에서 출력을 바르게 나타낸 것은?

1. B(s) = G(s)A(s)

2. B(s) = G(s)/A(s)

3. B(s) = A(s)/B(s)

4. B(s) = 1/(G(s)A(s))

정답 1번

해설. ① 전달함수 G(s)는 출력/입력의 비, 즉 G(s) = B(s)/A(s)이므로 출력은 B(s) = G(s)A(s)이다.
② 입력으로 나누거나, ③ 출력을 다시 출력으로 나누거나, ④ 곱의 역수로 나타낸 식은 전달함수의 정의와 맞지 않는다.

49번

수면계의 안전관리 사항으로 옳은 것은?

1. 수면계의 최상부와 안전저수위가 일치하도록 장착한다.

2. 수면계의 점검은 2일에 1회 정도 실시한다.

3. 수면계가 파손되면 물 밸브를 신속히 닫는다.

4. 보일러는 가동완료 후 이상 유무를 점검한다.

정답 3번

해설. ③ 수면계 유리가 파손되면 뜨거운 물이 분출하여 위험하므로 물 밸브(물 쪽 콕)를 먼저 신속히 닫고, 이어서 증기 밸브를 닫는다.
① 수면계는 최하부(유리관 하단)가 안전저수위와 일치하도록 장착한다. ② 수면계 점검(기능시험)은 매일 1회 이상 한다. ④ 이상 유무는 가동 전에 점검해야 한다.

50번

액체 온도계 중 수은온도계에 비하여 알코올 온도계에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 저온측정용으로 적합하다.

2. 표면장력이 작다.

3. 열팽창계수가 작다.

4. 액주상승 후 하강시간이 길다.

정답 3번

해설. ③ 알코올은 수은보다 열팽창계수가 훨씬 크다(수은의 약 6배). 따라서 '열팽창계수가 작다'는 틀린 설명이다.
① 어는점이 약 −114℃로 낮아 저온 측정에 적합하고, ② 표면장력이 작아 관 벽에 액이 묻으며, ④ 그 때문에 액주가 상승한 뒤 하강하는 데 시간이 길다.

51번

흡습염(염화리튬)을 이용하여 습도 측정을 위해 대기 중의 습도를 흡수하면 흡습체 표면에 포화용액 층을 형성하게 되는데, 이 포화용액과 대기와의 증기평형을 이루는 온도를 측정하는 방법은?

1. 이슬점법

2. 흡습법

3. 건구습도계법

4. 습구습도계법

정답 1번

해설. ① 염화리튬(LiCl) 노점계(이슬점법)는 흡습체를 가열해 LiCl 포화용액의 수증기압과 대기 중 수증기압이 평형을 이루는 온도를 측정하고, 이로부터 이슬점(노점)을 구하는 방식이다.
② 흡습법은 흡습제의 무게 증가로, ③·④ 건습구 습도계는 건구와 습구의 온도차로 습도를 구하는 방법이다.

52번

비접촉식 온도계 중 색온도계의 특징에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 방사율의 영향이 작다.

2. 휴대와 취급이 간편하다.

3. 고온측정이 가능하며 기록조절용으로 사용된다.

4. 주변 빛의 반사에 영향을 받지 않는다.

정답 4번

해설. ④ 색온도계는 물체가 내는 빛의 색(두 파장의 휘도비)으로 온도를 재므로, 주변 빛이 반사되어 들어오면 색이 달라져 영향을 받는다. '영향을 받지 않는다'는 틀린 설명이다.
① 두 파장의 비를 쓰므로 방사율의 영향이 작고, ② 휴대와 취급이 간편하며, ③ 고온 측정이 가능하고 기록·조절용으로 사용된다.

53번

오르자트(Orsat) 분석기에서 CO₂의 흡수액은?

1. 산성 염화 제1구리 용액

2. 알칼리성 염화 제1구리 용액

3. 염화암모늄 용액

4. 수산화칼륨 용액

정답 4번

해설. ④ 오르자트 분석기의 흡수액: CO₂ → 수산화칼륨(KOH) 30% 수용액, O₂ → 알칼리성 피로갈롤 용액, CO → 암모니아성 염화제1구리 용액.
분석 순서는 CO₂ → O₂ → CO이다. ①·② 염화제1구리 용액은 CO 흡수용이고, ③ 염화암모늄 용액은 CO₂ 흡수액이 아니다.

54번

다음 중 구조상 먼지 등을 함유한 액체나 점도가 높은 액체에 적합하여 주로 연소가스의 통풍계로 사용되는 압력계는?

1. 다이어프램식

2. 밸로우즈식

3. 링밸런스식

4. 분동식

정답 1번

해설. ① 다이어프램식 압력계는 얇은 막(격막)의 변위로 압력을 재므로 먼지를 함유하거나 점도가 높은 유체에도 쓸 수 있고, 미소압력 측정이 가능하여 연소가스 통풍계(드래프트 게이지)로 주로 쓰인다.
② 벨로우즈식은 주름관 사이에 이물이 끼기 쉽고, ③ 링밸런스식은 봉입액을 쓰는 기체용 차압계, ④ 분동식은 압력계 교정용 표준기이다.

55번

열전대 온도계로 사용되는 금속이 구비하여야 할 조건이 아닌 것은?

1. 이력현상이 커야 한다.

2. 열기전력이 커야 한다.

3. 열적으로 안정해야 한다.

4. 재생도가 높고, 가공성이 좋아야 한다.

정답 1번

해설. ① 열전대 재료는 이력현상(히스테리시스)이 없어야, 즉 작아야 온도를 올리고 내릴 때 같은 열기전력을 얻어 정확하다. '이력현상이 커야 한다'는 틀린 조건이다.
② 열기전력이 크고, ③ 열적·화학적으로 안정하며, ④ 재생도(재현성)가 높고 가공성이 좋아야 한다. 이 밖에 전기저항·온도계수가 작아야 한다.

56번

보일러 냉각기의 진공도가 700 mmHg일 때 절대압은 몇 kgf/cm²·a인가?

1. 0.02 kgf/cm²·a

2. 0.04 kgf/cm²·a

3. 0.06 kgf/cm²·a

4. 0.08 kgf/cm²·a

정답 4번

해설. ④ 풀이: 절대압 = 대기압 − 진공압 = 760 − 700 = 60 mmHg
760 mmHg = 1.0332 kgf/cm² 이므로
60/760 × 1.0332 ≒ 0.0816 → 약 0.08 kgf/cm²·a

57번

유체의 흐름 중에 전열선을 넣고 유체의 온도를 높이는데 필요한 에너지를 측정하여 유체의 질량유량을 알 수 있는 것은?

1. 토마스식 유량계

2. 정전압식 유량계

3. 정온도식 유량계

4. 마그네틱식 유량계

정답 1번

해설. ① 토마스식 유량계는 유체 흐름 속의 전열선으로 유체를 가열하고, 일정 온도 상승에 필요한 전기에너지를 측정하여 질량유량을 구하는 열식 유량계이다.
②·③ 정전압식·정온도식은 열선 풍속계의 작동 방식이고, ④ 마그네틱(전자)식은 패러데이 전자유도 법칙을 이용하는 유량계이다.

58번

최고 약 1600℃정도 까지 측정할 수 있는 열전대는?

1. 동-콘스탄탄

2. 크로멜-알루멜

3. 백금-백금·로듐

4. 철-콘스탄탄

정답 3번

해설. ③ 백금-백금·로듐(R·S형) 열전대는 약 0~1600℃까지 측정할 수 있어 가장 높은 온도용이다.
① 동-콘스탄탄(T형)은 약 −200~350℃, ② 크로멜-알루멜(K형)은 약 −200~1200℃, ④ 철-콘스탄탄(J형)은 약 −200~800℃ 정도까지 사용한다.

59번

비접촉식 온도측정 방법 중 가장 정확한 측정을 할 수 있으나 기록, 경보, 자동제어가 불가능한 온도계는?

1. 압력식온도계

2. 방사온도계

3. 열전온도계

4. 광고온계

정답 4번

해설. ④ 광고온계는 측정 물체의 휘도와 표준전구 필라멘트의 휘도를 눈으로 맞추어 온도를 읽는 비접촉식 온도계로, 정확도가 높지만 사람이 수동으로 측정하므로 기록·경보·자동제어가 불가능하다.
② 방사온도계는 비접촉식으로 자동 기록·제어가 가능하고, ① 압력식과 ③ 열전온도계는 접촉식이다.

60번

노내압을 제어하는 데 필요하지 않은 조작은?

1. 공기량 조작

2. 연료량 조작

3. 급수량 조작

4. 댐퍼의 조작

정답 3번

해설. ③ 급수량 조작은 보일러 수위(드럼 수위) 제어에 쓰이는 조작으로 노내압과는 관계가 없다.
노내압(로 안의 압력)은 들어오는 공기·가스량과 나가는 배기가스량의 균형으로 정해지므로 ① 공기량, ② 연료량(연소가스 발생량), ④ 댐퍼(배기량) 조작으로 제어한다.

61번

에너지이용 합리화법에 따른 효율관리기자재의 종류로 가장 거리가 먼 것은? (단, 기후에너지환경부장관이 그 효율의 향상이 특히 필요하다고 인정하여 고시하는 기자재 및 설비는 제외한다.)

1. 전기냉방기

2. 전기세탁기

3. 조명기기

4. 전자레인지

정답 4번

해설. ④ 에너지이용 합리화법 시행규칙 제7조에 따른 효율관리기자재는 전기냉장고, 전기냉방기, 전기세탁기, 조명기기, 삼상유도전동기, 자동차와 그 밖에 기후에너지환경부장관이 고시하는 기자재 및 설비이다.
따라서 전자레인지는 규칙에 열거된 품목이 아니고, ① 전기냉방기, ② 전기세탁기, ③ 조명기기는 열거된 품목이다.
※ 현행 에너지이용 합리화법 시행규칙 기준에 맞게 소관 장관 명칭을 고쳤다.

62번

요의 구조 및 형상에 의한 분류가 아닌 것은?

1. 터널요

2. 셔틀요

3. 횡요

4. 승염식요

정답 4번

해설. ④ 승염식요(올림불꽃가마)는 불꽃의 진행 방향에 따른 분류(승염식·횡염식·도염식)에 속하므로, 구조·형상에 의한 분류가 아니다.
요의 구조·형상에 따른 분류에는 ① 터널요(연속요), ② 셔틀요(대차식 단가마), ③ 횡요(회전요·로터리 킬른 등 가로형 가마), 등요, 원요, 각요 등이 있다.

63번

에너지이용 합리화법에 따라 인정검사대상기기관리자의 교육을 이수한 사람의 관리범위는 증기보일러로서 최고사용압력이 1 MPa 이하이고 전열면적이 얼마 이하일 때 가능한가?

1. 1 m²

2. 2 m²

3. 5 m²

4. 10 m²

정답 4번

해설. ④ 에너지이용 합리화법 시행규칙 별표 3의9에 따라 인정검사대상기기관리자의 교육을 이수한 사람은
1. 증기보일러로서 최고사용압력이 1 MPa 이하이고 전열면적이 10 m² 이하인 것
2. 온수발생 및 열매체를 가열하는 보일러로서 용량이 581.5 kW 이하인 것
3. 압력용기
를 관리할 수 있다.
※ 현행 에너지이용 합리화법 시행규칙 기준에 맞게 용어(조종자→관리자)를 고쳤다.

64번

에너지이용 합리화법에 따라 에너지다소비 사업자가 그 에너지사용시설이 있는 지역을 관할하는 시ㆍ도지사에게 신고하여야 할 사항에 해당되지 않는 것은?

1. 전년도의 분기별 에너지사용량, 제품생산량

2. 에너지 사용기자재의 현황

3. 사용 에너지원의 종류 및 사용처

4. 해당 연도의 분기별 에너지사용예정량, 제품 생산 예정량

정답 3번

해설. ③ 에너지이용 합리화법 제31조제1항에 따른 에너지다소비사업자의 신고사항은 전년도 분기별 에너지사용량·제품생산량, 해당 연도 분기별 에너지사용예정량·제품생산예정량, 에너지사용기자재의 현황, 전년도 분기별 에너지이용 합리화 실적 및 해당 연도 분기별 계획, 에너지관리자의 현황이다.
'사용 에너지원의 종류 및 사용처'는 신고사항이 아니다. 신고는 매년 1월 31일까지 시·도지사에게 한다.

65번

다음 중 구리합금 용해용 도가니로에 사용될 도가니의 재료로 가장 적합한 것은?

1. 흑연질

2. 점토질

3. 구리

4. 크롬질

정답 1번

해설. ① 구리합금 용해용 도가니는 열전도율이 크고 내열충격성이 좋으며 금속에 잘 젖지 않는 흑연질(흑연 도가니)이 가장 적합하다.
② 점토질은 열전도율이 낮고 내식성이 떨어지며, ③ 구리는 용해 대상 금속과 같아 도가니 재료가 될 수 없고, ④ 크롬질은 염기성·중성 내화물로 도가니 재료로는 잘 쓰지 않는다.

66번

에너지절약전문기업의 등록이 취소된 에너지절약전문기업은 원칙적으로 등록 취소일로부터 최소 얼마의 기간이 지나면 다시 등록을 할 수 있는가?

1. 1년

2. 2년

3. 3년

4. 5년

정답 2번

해설. ② 에너지이용 합리화법 제27조(에너지절약전문기업의 등록제한)에 따라 등록이 취소된 에너지절약전문기업은 등록취소일부터 2년이 지나지 아니하면 다시 등록을 할 수 없다.
따라서 최소 2년이 지나야 다시 등록할 수 있으며, ① 1년, ③ 3년, ④ 5년은 법정 기간과 다르다.

67번

소성가마 내 열의 전열방법으로 가장 거리가 먼 것은?

1. 복사

2. 전도

3. 전이

4. 대류

정답 3번

해설. ③ '전이'는 열의 전달 방식이 아니다(결정형이 바뀌는 상전이 등을 뜻하는 말이다).
열이 전달되는 방법은 ① 복사(전자파), ② 전도(고체 내부의 열 이동), ④ 대류(유체의 흐름에 의한 열 이동) 세 가지이며, 소성가마 안에서는 이 셋이 함께 일어난다.

68번

에너지이용 합리화법에 따라 한국에너지공단이 하는 사업이 아닌 것은?

1. 에너지이용 합리화 사업

2. 신에너지 및 재생에너지 개발사업의 촉진

3. 에너지기술의 개발, 도입, 지도 및 보급

4. 에너지 자원 확보 사업

정답 4번

해설. ④ 에너지이용 합리화법 제57조의 한국에너지공단 사업에는 에너지이용 합리화 및 온실가스 감축 사업과 국제협력, 에너지기술의 개발·도입·지도 및 보급, 에너지진단 및 에너지관리지도, 신에너지 및 재생에너지 개발사업의 촉진, 집단에너지사업 지원 등이 있다.
'에너지 자원 확보 사업'은 공단의 사업으로 규정되어 있지 않다. ①·②·③은 법에 열거된 사업이다.
※ 현행 에너지이용 합리화법 문언에 맞게 보기를 고쳤다.

69번

다음 중 열전도율이 낮은 재료에서 높은 재료 순으로 바르게 표기된 것은?

1. 물-유리-콘크리트-석고보드-스티로폼-공기

2. 공기-스티로폼-석고보드-물-유리-콘크리트

3. 스티로폼-유리-공기-석고보드-콘크리트-물

4. 유리-스티로폼-물-콘크리트-석고보드-공기

정답 2번

해설. ② 대략적인 열전도율(W/m·K): 공기 약 0.025 < 스티로폼 약 0.035 < 석고보드 약 0.2 < 물 약 0.6 < 유리 약 0.8~1.0 < 콘크리트 약 1.4 순이다.
정지 공기가 가장 낮고, 공기를 많이 품은 스티로폼이 그 다음이며, 밀도가 큰 콘크리트가 가장 높다. ①·③·④는 이 순서와 맞지 않는다.

70번

도염식 가마(down draft kiln)에서 불꽃의 진행방향으로 옳은 것은?

1. 불꽃이 올라가서 가마천장에 부딪쳐 가마바닥의 흡입구멍으로 빠진다.

2. 불꽃이 처음부터 가마바닥과 나란하게 흘러 굴뚝으로 나간다.

3. 불꽃이 연소실에서 위로 올라가 천장에 닿아서 수평으로 흐른다.

4. 불꽃의 방향이 일정하지 않으나 대개 가마 밑에서 위로 흘러나간다.

정답 1번

해설. ① 도염식(꺾임불꽃식) 가마는 연소실에서 올라간 불꽃이 천장에 부딪혀 아래로 꺾여 내려오면서 제품을 가열하고, 가마바닥의 흡입구멍을 통해 연도·굴뚝으로 빠진다. 온도 분포가 균일하다.
② 바닥과 나란히 흐르는 것은 횡염식, ③·④ 아래에서 위로 흘러나가는 것은 승염식 가마의 특징이다.

71번

슬래그(slag)가 잘 생성되기 위한 조건으로 틀린 것은?

1. 유가금속의 비중이 낮을 것

2. 유가금속의 용해도가 클 것

3. 유가금속의 용융점이 낮을 것

4. 점성이 낮고 유동성이 좋을 것

정답 2번

해설. ② 슬래그는 유가금속(회수할 금속)과 잘 분리되어야 하므로 유가금속의 용해도가 작아야 한다. 용해도가 크면 금속이 슬래그에 녹아 손실되므로 '용해도가 클 것'은 틀린 조건이다.
①·③ 비중과 용융점이 낮아 금속 위에 잘 뜨고 쉽게 녹아야 하며, ④ 점성이 낮고 유동성이 좋아 분리·배출이 쉬워야 한다.

72번

내화물의 구비조건으로 틀린 것은?

1. 내마모성이 클 것

2. 화학적으로 침식되지 않을 것

3. 온도의 급격한 변화에 의해 파손이 적을 것

4. 상온 및 사용온도에서 압축강도가 적을 것

정답 4번

해설. ④ 내화물은 상온 및 사용온도에서 하중을 견딜 수 있도록 압축강도가 커야 한다. '압축강도가 적을 것'은 틀린 조건이다.
① 내마모성이 크고, ② 슬래그·가스에 화학적으로 침식되지 않으며, ③ 급격한 온도 변화에도 파손(스폴링)이 적어야 한다. 이 밖에 내화도가 높고 열팽창·수축이 작아야 한다.

73번

배관재료 중 온도범위 0~100℃ 사이에서 온도변화에 의한 팽창계수가 가장 큰 것은?

1. 동

2. 주철

3. 알루미늄

4. 스테인리스강

정답 3번

해설. ③ 0~100℃에서 선팽창계수(×10⁻⁶/℃)는 알루미늄 약 23, 동 약 17, 스테인리스강(오스테나이트계) 약 16~17, 주철 약 10~11 정도로 알루미늄이 가장 크다.
따라서 알루미늄 배관은 온도변화에 의한 신축을 더 크게 고려해야 한다.

74번

에너지이용 합리화법에 따라 검사대상기기 검사 중 개조검사의 적용 대상이 아닌 것은?

1. 온수보일러를 증기보일러로 개조하는 경우

2. 보일러 섹션의 증감에 의하여 용량을 변경하는 경우

3. 동체·돔·노통·연소실·경판·천정판·관판·관모음 또는 스테이의 변경으로서 기후에너지환경부장관이 정하여 고시하는 대수리의 경우

4. 연료 또는 연소방법을 변경하는 경우

정답 1번

해설. ① 에너지이용 합리화법 시행규칙 별표 3의4에 따른 개조검사 대상은 증기보일러를 온수보일러로 개조하는 경우, 보일러 섹션의 증감에 의하여 용량을 변경하는 경우, 동체·돔·노통·연소실·경판·천정판·관판·관모음 또는 스테이의 변경으로서 고시하는 대수리의 경우, 연료 또는 연소방법을 변경하는 경우 등이다.
개조 방향이 반대인 '온수보일러를 증기보일러로' 개조하는 것은 대상이 아니다.
※ 현행 시행규칙 기준에 맞게 보기를 고쳤다.

75번

염기성 내화벽돌에서 공통적으로 일어날 수 있는 현상은?

1. 스폴링(spalling)

2. 슬래킹(slaking)

3. 더스팅(dusting)

4. 스웰링(swelling)

정답 2번

해설. ② 염기성 내화벽돌(마그네시아질·돌로마이트질 등)은 MgO·CaO가 공기 중 수분·수증기와 반응하여 수산화물이 되면서 부피가 팽창해 붕괴하는 슬래킹(slaking) 현상이 공통적으로 일어난다.
① 스폴링은 급격한 온도변화 등으로 표면이 떨어져 나가는 현상, ③ 더스팅은 규산이석회 전이로 가루가 되는 현상, ④ 스웰링은 부풀어 오르는 현상이다.

76번

용광로에 장입되는 물질 중 탈황 및 탈산을 위해 첨가하는 것은?

1. 철광석

2. 망간광석

3. 코크스

4. 석회석

정답 2번

해설. ② 망간광석은 용광로에 탈황·탈산제로 첨가된다. 망간이 황과 결합하여 MnS로 슬래그에 옮기고 산소를 제거한다.
① 철광석은 주원료, ③ 코크스는 연료이자 환원제, ④ 석회석은 맥석을 슬래그로 만드는 용제(탈황 보조)로 쓰인다.

77번

에너지이용 합리화법에 따라 시공업의 기술인력 및 검사대상기기관리자에 대한 교육 과정과 그 기간으로 틀린 것은?

1. 난방시공업 제1종기술자 과정 : 1일

2. 난방시공업 제2종·제3종기술자 과정 : 1일

3. 소형 보일러·압력용기 관리자 과정 : 1일

4. 중·대형 보일러 관리자 과정 : 2일

정답 4번

해설. ④ 에너지이용 합리화법 시행규칙 별표 4의2에 따른 교육기간은 난방시공업 제1종기술자과정 1일, 난방시공업 제2종·제3종기술자과정 1일, 중·대형 보일러 관리자과정 1일, 소형보일러·압력용기 관리자과정 1일로 모두 1일이다.
따라서 '중·대형 보일러 관리자 과정 : 2일'이 틀리다.
※ 현행 시행규칙 기준에 맞게 과정 명칭(조종자→관리자)을 고쳤다.

78번

보온면의 방산열량 1100 kJ/m², 나면의 방산열량 1600 kJ/m²일 때 보온재의 보온 효율은?

1. 25%

2. 31%

3. 45%

4. 69%

정답 2번

해설. ② 풀이: 보온효율 = (나면 방산열량 − 보온면 방산열량) / 나면 방산열량 × 100
= (1600 − 1100) / 1600 × 100 = 31.25 ≒ 31%
즉, 보온재를 감아서 줄어든 방산열량이 나면 방산열량의 몇 %인지를 나타낸다.

79번

에너지이용 합리화법에 따라 한국에너지공단 이사장 또는 검사기관의 장이 검사를 받는 자에게 그 검사의 종류에 따라 필요한 사항에 대한 조치를 하게 할 수 있는 사항이 아닌 것은?

1. 검사수수료의 준비

2. 기계적 시험의 준비

3. 운전성능 측정의 준비

4. 수압시험의 준비

정답 1번

해설. ① 에너지이용 합리화법 시행규칙 제31조의22에 따라 한국에너지공단 이사장 또는 검사기관의 장이 검사를 받는 자에게 하게 할 수 있는 조치는 기계적 시험의 준비, 비파괴검사의 준비, 검사대상기기의 정비, 수압시험의 준비, 안전밸브 및 수면측정장치의 분해·정비, 피복물 제거, 조립식 기기의 조립 해체, 운전성능 측정의 준비이다.
'검사수수료의 준비'는 이 조치 사항에 없다.

80번

실리카(silica) 전이특성에 대한 설명으로 옳은 것은?

1. 규석(quartz)은 상온에서 가장 안정된 광물이며, 상압에서 573℃이하 온도에서 안정된 형이다.

2. 실리카(silica)의 결정형은 규석(quartz), 카올린(kaolin)의 4가지 주형으로 구성된다.

3. 결정형이 바뀌는 것을 전이라고 하며 전이속도를 빠르게 작용토록 하는 성분을 광화제라 한다.

4. 크리스토발라이트(cristobalite)에서 용융실리카(fused silica)로 전이에 따른 부피변화 시 20%가 수축한다.

정답 3번

해설. ③ 실리카가 온도에 따라 결정형이 바뀌는 것을 전이라 하며, 전이를 촉진하는 성분(CaO, 산화철 등)을 광화제라 한다.
① 석영은 상압에서 약 870℃까지 안정한 형이며, 573℃는 저온형↔고온형 석영이 바뀌는 전이점일 뿐이다. ② 결정형은 석영·트리디마이트·크리스토발라이트(+용융실리카)이며 카올린은 점토광물이다. ④ 크리스토발라이트→용융실리카 전이 시 부피변화는 약 0.9% 정도로 20%가 아니다.

81번

다음 중 pH 조정제가 아닌 것은?

1. 수산화나트륨

2. 탄닌

3. 암모니아

4. 인산소다

정답 2번

해설. ② 탄닌은 슬러지 조정제·탈산소제로 쓰이며 pH 조정제가 아니다.
pH(알칼리도) 조정제에는 ① 수산화나트륨(가성소다), ③ 암모니아, ④ 인산소다(제3인산나트륨), 탄산나트륨 등이 있다.

82번

흑체로부터의 복사 전열량은 절대온도(T)의 몇 제곱에 비례하는가?

1. √2

2. 2

3. 3

4. 4

정답 4번

해설. ④ 슈테판-볼츠만 법칙에 따라 흑체의 복사 전열량 Q = σ A T⁴로 절대온도의 4제곱에 비례한다(σ = 5.67 × 10⁻⁸ W/m²·K⁴).
따라서 온도가 2배가 되면 복사열량은 16배가 된다. ①·②·③은 이 법칙과 맞지 않는다.

83번

원통 보일러의 노통은 주로 어떤 열응력을 받는가?

1. 압축 응력

2. 인장 응력

3. 굽힘 응력

4. 전단 응력

정답 1번

해설. ① 노통은 바깥쪽(보일러수 쪽)에서 압력을 받으므로 압축 응력을 받으며, 고온의 화염 쪽이 팽창하려 하나 구속되어 열에 의한 압축 응력도 받는다. 그래서 파형 노통·아담슨 조인트로 신축을 흡수하고 좌굴(압궤)에 대비한다.
② 인장 응력은 내압을 받는 동체(원통 드럼)가 주로 받는 응력이다.

84번

다음 중 보일러수를 pH 10.5~11.5의 약알칼리로 유지되는 주된 이유는?

1. 첨가된 염산이 강재를 보호하기 때문에

2. 보일러수 중에 적당량의 수산화나트륨을 포함시켜 보일러의 부식 및 스케일 부착을 방지하기 위하여

3. 과잉 알칼리성이 더 좋으나 약품이 많이 소요되므로 원가를 절약하기 위하여

4. 표면에 딱딱한 스케일이 생성되어 부식을 방지하기 때문에

정답 2번

해설. ② 보일러수를 pH 10.5~11.5의 약알칼리로 유지하면 적당량의 수산화나트륨이 강재 표면에 보호 피막을 유지시켜 부식을 막고, 경도성분을 슬러지화하여 스케일 부착을 방지한다.
① 염산은 산이라 오히려 부식시키고, ③ 과잉 알칼리는 가성취화를 일으키므로 좋지 않으며, ④ 딱딱한 스케일은 전열을 방해하고 과열을 일으킨다.

85번

다음 중 열교환기의 성능이 저하되는 요인은?

1. 온도차의 증가

2. 유체의 느린 유속

3. 향류 방향의 유체 흐름

4. 높은 열전도율의 재료 사용

정답 2번

해설. ② 유체의 유속이 느리면 경막 열전달계수가 작아지고 오염물(파울링)이 쌓이기 쉬워 열교환기 성능이 떨어진다.
① 온도차가 커지면 전열량이 늘고, ③ 향류(대향류)는 병류보다 평균 온도차(LMTD)가 커서 유리하며, ④ 열전도율이 높은 재료는 전열을 돕는다. 모두 성능을 높이는 요인이다.

86번

열관류율에 대한 설명으로 옳은 것은?

1. 인위적인 장치를 설치하여 강제로 열이 이동되는 현상이다.

2. 고온의 물체에서 방출되는 빛이나 열이 전자파의 형태로 저온의 물체에 도달되는 현상이다.

3. 고체의 벽을 통하여 고온 유체에서 저온의 유체로 열이 이동되는 현상이다.

4. 어떤 물질을 통하지 않는 열의 직접 이동을 말하며 정지된 공기층에 열 이동이 가장 적다.

정답 3번

해설. ③ 열관류(열통과)는 고체 벽을 사이에 두고 고온 유체 → 벽(대류) → 벽 내부(전도) → 저온 유체(대류)로 열이 이동하는 현상이며, 그 정도를 나타내는 값이 열관류율(W/m²·K)이다.
① 강제대류 등 인위적 열이동, ②·④ 전자파에 의한 복사 설명으로 열관류와 다르다.

87번

다음 그림의 3겹층으로 되어 있는 평면벽의 평균 열전도율은? (단, 열전도율은 λA = 1.0 kcal/m·h·℃, λB = 2.0 kcal/m·h·℃, λC = 1.0 kcal/m·h·℃)

1. 0.94 kcal/m·h·℃

2. 1.14 kcal/m·h·℃

3. 1.24 kcal/m·h·℃

4. 2.44 kcal/m·h·℃

정답 2번

해설. ② 풀이: 직렬 평면벽이므로 전체 두께 / 평균 열전도율 = Σ(각 층 두께 / 열전도율)
Σ(b/λ) = 0.03/1.0 + 0.02/2.0 + 0.03/1.0 = 0.07
전체 두께 = 0.03 + 0.02 + 0.03 = 0.08 m
λ_평균 = 0.08 / 0.07 ≒ 1.14 kcal/m·h·℃

88번

피치가 200mm 이하이고, 골의 깊이가 38mm 이상인 것의 파형 노통의 종류로 가장 적절한 것은?

1. 모리슨형

2. 브라운형

3. 폭스형

4. 리즈포지형

정답 3번

해설. ③ 파형 노통의 규격: 폭스(Fox)형은 피치 200 mm 이하, 골의 깊이 38 mm 이상이다.
① 모리슨형은 피치 200 mm 이하·골 깊이 32 mm 이상, ② 브라운형은 피치 230 mm 이하·골 깊이 41 mm 이상, ④ 리즈포지형은 피치 200 mm 이하·골 깊이 57 mm 이상이다.

89번

온수발생보일러에서 안전밸브를 설치해야 할 최소 운전 온도 기준은?

1. 80℃ 초과

2. 100℃ 초과

3. 120℃ 초과

4. 140℃ 초과

정답 3번

해설. ③ 열사용기자재의 검사 및 검사면제에 관한 기준에 따라 온도 393 K(120℃)를 초과하는 온수발생보일러에는 안전밸브를 설치하여야 하며, 그 크기는 호칭지름 20 mm 이상이어야 한다.
120℃ 이하의 온수발생보일러와 액상식 열매체보일러에는 방출밸브를 설치한다. 따라서 ① 80℃, ② 100℃, ④ 140℃는 기준과 다르다.

90번

물을 사용하는 설비에서 부식을 초래하는 인자로 가장 거리가 먼 것은?

1. 용존산소

2. 용존 탄소가스

3. pH

4. 실리카(SiO₂)

정답 4번

해설. ④ 실리카(SiO₂)는 경질 스케일(규산염 스케일)을 만드는 성분으로, 부식보다는 스케일 생성·전열 방해의 원인이다.
① 용존산소는 점식(피팅)을, ② 용존 탄산가스(CO₂)는 탄산을 만들어 산성 부식을 일으키며, ③ pH가 낮거나(산성) 지나치게 높으면(가성취화) 부식이 생긴다.

91번

보일러 형식에 따른 분류 중 원통형보일러에 해당하지 않는 것은?

1. 관류보일러

2. 노통보일러

3. 입형보일러

4. 노통연관식보일러

정답 1번

해설. ① 관류보일러는 드럼 없이 긴 관으로 급수를 예열·증발·과열시키는 수관식 보일러에 속한다.
원통형보일러에는 ③ 입형보일러, ② 노통보일러(코르니시·랭커셔), 연관보일러, ④ 노통연관식보일러가 있다.

92번

강판의 두께가 20mm이고, 리벳의 직경이 28.2mm이며, 피치 50.1mm의 1줄 겹치기 리벳조인트가 있다. 이 강판의 효율은?

1. 34.7%

2. 43.7%

3. 53.7%

4. 63.7%

정답 2번

해설. ② 풀이: 리벳이음 강판의 효율 η = (p − d) / p × 100
= (50.1 − 28.2) / 50.1 × 100 = 21.9 / 50.1 × 100 ≒ 43.7%
(p: 리벳 피치, d: 리벳 구멍 지름. 강판 두께는 강판 효율 계산에 쓰이지 않는다.)

93번

노통보일러 중 원통형의 노통이 2개인 보일러는?

1. 라몬트보일러

2. 바브콕보일러

3. 다우삼보일러

4. 랭커셔보일러

정답 4번

해설. ④ 랭커셔 보일러는 원통형 동체 안에 노통이 2개 있는 노통보일러이다(노통이 1개이면 코르니시 보일러).
① 라몬트 보일러는 강제순환식 수관보일러, ② 바브콕 보일러는 경사 수관식 보일러, ③ 다우삼 보일러는 다우섬(열매체)을 사용하는 특수 열매체 보일러이다.

94번

다음 중 열전도율이 가장 낮은 것은?

1. 니켈

2. 탄소강

3. 스케일

4. 그을음

정답 4번

해설. ④ 그을음(soot)은 열전도율이 약 0.05~0.1 kcal/m·h·℃ 정도로 매우 낮아 가장 큰 단열층 역할을 한다.
③ 스케일은 약 0.2~2, ① 니켈은 약 50~80, ② 탄소강은 약 40~50 kcal/m·h·℃ 정도로 그을음보다 크다. 그을음과 스케일은 전열을 크게 방해하므로 주기적으로 제거해야 한다.

95번

두께 4 mm 강의 평판에서 고온측 면의 온도가 100℃이고 저온측 면의 온도가 80℃이며 단위면적당 매분 30000 kJ의 전열을 한다고 하면 이 강판의 열전도율은?

1. 5 W/m·K

2. 100 W/m·K

3. 150 W/m·K

4. 200 W/m·K

정답 2번

해설. ② 풀이: 푸리에 법칙 q = λ Δt / b → λ = q b / Δt
q = 30000 kJ/(m²·min) = 30000 × 1000 / 60 = 500,000 W/m²
λ = 500,000 × 0.004 / (100 − 80) = 100 W/m·K

96번

원통형 보일러의 내면이나 관벽 등 전열면에 스케일이 부착될 때 발생되는 현상이 아닌 것은?

1. 열전달률이 매우 작아 열전달 방해

2. 보일러의 파열 및 변형

3. 물의 순환속도 저하

4. 전열면의 과열에 의한 증발량 증가

정답 4번

해설. ④ 스케일이 부착되면 열전달이 방해되어 증발량이 감소한다. 전열면이 과열되더라도 물로 전달되는 열은 오히려 줄어드므로 '증발량 증가'는 틀린 설명이다.
① 스케일은 열전도율이 매우 작아 열전달을 방해하고, ② 전열면 과열로 보일러의 파열·변형이 생기며, ③ 관 내부가 좁아져 물의 순환속도가 저하된다.

97번

외경 76 mm, 내경 68 mm, 유효길이 4800 mm의 수관 96개로 된 수관식 보일러가 있다. 이 보일러의 시간당 증발량은? (단, 수관 이외 부분의 전열면적은 무시하며, 전열면적 1 m²당의 증발량은 26.9 kg/h이다.)

1. 2659kg/h

2. 2759kg/h

3. 2859kg/h

4. 2959kg/h

정답 4번

해설. ④ 풀이: 수관 보일러의 전열면적은 연소가스가 닿는 바깥 지름(외경) 기준으로 구한다.
A = π D L n = π × 0.076 × 4.8 × 96 ≒ 110.0 m²
증발량 = 110.0 × 26.9 ≒ 2959 kg/h
(내경으로 계산하면 약 2648 kg/h로 보기와 맞지 않는다.)

98번

열정산에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 원칙적으로 정격부하 이상에서 정상상태로 적어도 2시간 이상의 운전결과에 따른다.

2. 발열량은 원칙적으로 사용 시 연료의 총발열량으로 한다.

3. 최대 출열량을 시험할 경우에는 반드시 최대부하에서 시험을 한다.

4. 증기의 건도는 98% 이상인 경우에 시험함을 원칙으로 한다.

정답 3번

해설. ③ 보일러 열정산(KS B 6205)은 원칙적으로 정격부하에서 시험하며, 최대 출열량을 시험하는 경우에도 최대부하가 아니라 정격부하 조건을 기준으로 한다. 따라서 '반드시 최대부하에서 시험'은 틀리다.
① 정격부하 이상에서 정상상태로 적어도 2시간 이상 운전한 결과에 따르고, ② 발열량은 원칙적으로 연료의 총(고위)발열량으로 하며, ④ 증기의 건도는 98% 이상일 때 시험함을 원칙으로 한다.

99번

3 m × 1.5 m × 0.1 m인 탄소강판의 열전도계수가 35 kcal/m·h·℃, 아래 면의 표면온도는 40℃로 단열되고, 위 표면온도는 30℃일 때, 주위 공기 온도를 20℃라 하면 아래 표면에서 위 표면으로 강판을 통한 전열량은? (단, 기타 외기온도에 의한 열량은 무시한다.)

1. 12750kcal/h

2. 13750kcal/h

3. 14750kcal/h

4. 15750kcal/h

정답 4번

해설. ④ 풀이: 푸리에 법칙 Q = λ A Δt / b
A = 3 × 1.5 = 4.5 m², b = 0.1 m, Δt = 40 − 30 = 10℃
Q = 35 × 4.5 × 10 / 0.1 = 15,750 kcal/h
(주위 공기 온도 20℃는 강판 표면에서의 대류 계산에 쓰이는 값으로, 강판 내부 전도량 계산에는 필요 없다.)

100번

고유황인 벙커C유를 사용하는 보일러의 부대장치 중 공기예열기의 적정온도는?

1. 30~50℃

2. 60~100℃

3. 110~120℃

4. 180~350℃

정답 4번

해설. ④ 고유황 벙커C유를 쓰면 배기가스 중 SO₃가 황산 증기가 되어, 공기예열기 전열면 온도가 산 노점(약 150℃ 전후) 이하로 내려가면 황산이 응축해 저온부식이 생긴다. 그래서 예열공기 온도는 180~350℃ 정도로 높게 유지한다.
①·②·③처럼 낮은 온도는 저온부식의 위험이 커서 적정하지 않다.

에너지관리기사 필기 2016년 2회 기출문제

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열역학

계측방법

열설비재료 및 관계법규

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