에너지관리기사 필기 2020년 4회 기출문제 정답 및 해설

1번

집진장치에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 전기 집진기는 방전극을 음(陰), 집진극을 양(陽)으로 한다.

2. 전기집진은 쿨롱(coulomb)력에 의해 포집된다.

3. 소형 사이클론을 직렬시킨 원심력 분리장치를 멀티 스크러버(multi-scrubber)라 한다.

4. 여과 집진기는 함진 가스를 여과재에 통과시키면서 입자를 분리하는 장치이다.

정답 3번

해설. ③ 소형 사이클론 여러 개를 병렬로 묶은 원심력 집진장치는 멀티 사이클론(multi-cyclone)이다. 멀티 스크러버는 세정식(습식) 집진장치 이름이므로 틀린 설명이다.
① 전기 집진기는 방전극을 음(−), 집진극을 양(+)으로 하여 코로나 방전을 일으킨다. ② 대전된 입자는 쿨롱력으로 집진극에 포집된다. ④ 여과(백필터) 집진기는 함진 가스를 여과재에 통과시켜 입자를 걸러 낸다.

2번

이론 습연소가스량 G₀w와 이론 건연소가스량 G₀d의 관계를 나타낸 식으로 옳은 것은? (단, H는 연료 중 수소의 질량 비율, w는 수분의 질량 비율이고, 식의 단위는 Nm³/kg 이다.)

1. G₀d = G₀w + 1.25(9H + w)

2. G₀d = G₀w − 1.25(9H + w)

3. G₀d = G₀w + (9H + w)

4. G₀d = G₀w − (9H − w)

정답 2번

해설. ② 습연소가스량은 건연소가스량에 수증기량을 더한 것이다. 연료 1 kg에서 생기는 수증기는 수소 연소분 9H kg과 수분 w kg이고, 수증기 1 kg의 체적은 22.4/18 ≒ 1.244 ≒ 1.25 Nm³이다.
풀이: G₀w = G₀d + 1.25(9H + w) → G₀d = G₀w − 1.25(9H + w)
①은 부호가 반대, ③·④는 kg을 Nm³로 바꾸는 계수 1.25가 빠져 틀리다.

3번

저압공기 분무식 버너의 특징이 아닌 것은?

1. 구조가 간단하여 취급이 간편하다.

2. 공기압이 높으면 무화공기량이 줄어든다.

3. 점도가 낮은 중유도 연소할 수 있다.

4. 대형보일러에 사용된다.

정답 4번

해설. ④ 저압공기 분무식 버너는 0.02~0.2 kgf/cm² 정도의 저압 공기로 기름을 무화하는 방식으로, 연소 용량이 작아 소형 보일러·소형 가열로에 쓰인다. 대형 보일러용이라는 설명이 틀리다.
① 구조가 간단하고 취급이 쉽다. ② 공기압이 높을수록 적은 공기량으로도 무화된다. ③ 점도가 비교적 낮은 중유도 연소할 수 있다.

4번

기체연료의 장점이 아닌 것은?

1. 열효율이 높다.

2. 연소의 조절이 용이하다.

3. 다른 연료에 비하여 제조비용이 싸다.

4. 다른 연료에 비하여 회분이나 매연이 나오지 않고 청결하다.

정답 3번

해설. ③ 기체연료는 제조·정제·저장·수송 설비가 많이 들어 다른 연료보다 비용이 비싼 편이다. 제조비가 싸다는 것은 장점이 아니다.
① 적은 과잉공기로 완전연소하여 열효율이 높다. ② 연소 조절과 점화·소화가 쉽다. ④ 회분이나 매연이 거의 없어 청결하다.

5번

환열실의 전열면적(m²)과 전열량(W) 사이의 관계는? (단, 전열면적은 F, 전열량은 Q, 총괄전열계수는 V이며, Δtₘ은 평균온도차이다.)

1. Q = F / Δtₘ

2. Q = F × Δtₘ

3. Q = F × V × Δtₘ

4. Q = V / (F × Δtₘ)

정답 3번

해설. ③ 전열량은 총괄전열계수 × 전열면적 × 평균온도차로 구한다.
식: Q = V·F·Δtₘ [W] (V: W/m²·K, F: m², Δtₘ: K)
①·②는 총괄전열계수가 빠졌고, ④는 면적과 온도차가 분모에 있어 차원이 맞지 않는다. 전열면적은 F = Q / (V·Δtₘ)로 구한다.

6번

연소가스와 외부공기의 밀도차에 의해서 생기는 압력차를 이용하는 통풍 방법은?

1. 자연 통풍

2. 평행 통풍

3. 압입 통풍

4. 유인 통풍

정답 1번

해설. ① 굴뚝 안의 고온 연소가스와 바깥 공기의 밀도 차이로 생기는 압력차(통풍력)를 이용하는 방식은 자연 통풍이다.
③ 압입 통풍은 연소실 앞의 송풍기로 공기를 밀어 넣고, ④ 유인 통풍은 굴뚝 쪽 송풍기로 가스를 빨아낸다. ② 평행 통풍(평형 통풍)은 압입과 유인을 함께 쓰는 방식이다.

7번

분젠 버너를 사용할 때 가스의 유출 속도를 점차 빠르게 하면 불꽃 모양은 어떻게 되는가?

1. 불꽃이 엉클어지면서 짧아진다.

2. 불꽃이 엉클어지면서 길어진다.

3. 불꽃의 형태는 변화 없고 밝아진다.

4. 아무런 변화가 없다.

정답 1번

해설. ① 분젠 버너에서 가스 유출 속도를 점차 빠르게 하면 흐름이 층류에서 난류로 바뀌어 불꽃이 엉클어지고 화염 길이가 짧아진다(난류 확산으로 혼합이 빨라짐). 속도가 너무 빨라지면 결국 불꽃이 들뜨거나 꺼진다(리프팅·블로오프).
②·③·④ 불꽃이 길어지거나 변화가 없다는 설명은 틀리다.

8번

메탄 50V%, 에탄 25V%, 프로판 25V%가 섞여 있는 혼합 기체의 공기 중에서 연소하한계는 약 몇 % 인가? (단, 메탄, 에탄, 프로판의 연소하한계는 각각 5V%, 3V%, 2.1V% 이다.)

1. 2.3

2. 3.3

3. 4.3

4. 5.3

정답 2번

해설. ② 르샤틀리에 식으로 혼합가스의 연소하한계를 구한다.
식: 100/L = V₁/L₁ + V₂/L₂ + V₃/L₃
대입: 100/L = 50/5 + 25/3 + 25/2.1 = 10 + 8.33 + 11.90 = 30.24
답: L = 100/30.24 ≒ 3.3 %
나머지 보기는 계산값과 맞지 않는다.

9번

다음 성분 중 연료의 조성을 분석하는 방법 중에서 공업분석으로 알 수 없는 것은?

1. 수분(W)

2. 회분(A)

3. 휘발분(V)

4. 수소(H)

정답 4번

해설. ④ 공업분석은 고체연료의 수분(W)·회분(A)·휘발분(V)을 측정하고, 고정탄소(F)는 100 − (W + A + V)로 계산한다. 수소(H)는 C·H·O·N·S를 정량하는 원소분석으로 알 수 있다.
①·②·③은 공업분석 항목이다.

10번

가연성 혼합기의 공기비가 1.0 일 때 당량비는?

1. 0

2. 0.5

3. 1.0

4. 1.5

정답 3번

해설. ③ 당량비(φ)는 (실제 연료/공기비) ÷ (이론 연료/공기비)이며 공기비(m)의 역수이다.
풀이: φ = 1/m = 1/1.0 = 1.0
φ가 1보다 크면 연료 과잉(농후), 1보다 작으면 공기 과잉(희박) 혼합기이다.

11번

B중유 5kg을 완전 연소시켰을 때 저위발열량은 약 몇 MJ 인가? (단, B중유의 고위발열량은 41900 kJ/kg, 중유 1kg에 수소 H는 0.2kg, 수증기 W는 0.1kg 함유되어 있다.)

1. 96

2. 126

3. 156

4. 186

정답 4번

해설. ④ 저위발열량은 고위발열량에서 연소로 생긴 수증기와 연료 속 수분의 증발잠열을 뺀 값이다(물의 증발잠열 약 2500 kJ/kg).
식: Hₗ = Hₕ − 2500(9H + W)
대입: 41900 − 2500(9×0.2 + 0.1) = 41900 − 4750 = 37150 kJ/kg
5 kg: 37150 × 5 = 185750 kJ ≒ 186 MJ

12번

다음 중 굴뚝의 통풍력을 나타내는 식은? (단, h는 굴뚝높이, γₐ는 외기의 비중량, γg는 굴뚝 속 가스의 비중량, g는 중력가속도이다.)

1. h(γg − γₐ)

2. h(γₐ − γg)

3. h(γg − γₐ) / g

4. h(γₐ − γg) / g

정답 2번

해설. ② 통풍력은 굴뚝 높이만큼의 외기 기둥과 가스 기둥의 무게 차이로 생긴다.
식: Z = h(γₐ − γg) (γ가 kgf/m³이면 Z는 kgf/m² = mmH₂O, N/m³이면 Pa)
외기가 가스보다 무거워야(γₐ > γg) 통풍력이 양수가 되므로 ①·③은 부호가 반대이고, 비중량에는 이미 중력이 들어 있어 g로 나누는 ③·④는 틀리다.

13번

효율이 60%인 보일러에서 12000 kJ/kg의 석탄을 150kg을 연소시켰을 때의 열손실은 몇 MJ인가?

1. 720

2. 1080

3. 1280

4. 1440

정답 1번

해설. ① 보일러 효율 60 %이면 입열의 40 %가 열손실이다.
풀이: 입열 = 12000 kJ/kg × 150 kg = 1800000 kJ = 1800 MJ
열손실 = 1800 × (1 − 0.6) = 720 MJ
유효열(1080 MJ)을 손실로 착각하면 ②를 고르게 된다.

14번

연료의 연소 시 (CO₂)max(%)는 어느 때의 값인가?

1. 실제공기량으로 연소시

2. 이론공기량으로 연소시

3. 과잉공기량으로 연소시

4. 이론양보다 적은 공기량으로 연소시

정답 2번

해설. ② (CO₂)max는 이론공기량으로 완전연소시켰을 때 건연소가스 중 CO₂ 농도로, 연소가스 중 CO₂가 가장 높은 값이다.
①·③ 과잉공기가 들어가면 가스량이 늘어 CO₂ 농도가 낮아진다. ④ 공기가 부족하면 불완전연소로 CO가 생겨 CO₂가 줄어든다.

15번

다음 각 성분의 조성을 나타낸 식 중에서 틀린 것은? (단, m : 공기비, L₀ : 이론공기량, G : 가스량, G₀ : 이론 건연소가스량이다.)

1. (CO₂) = (1.867C + (CO)) / G × 100

2. (O₂) = 0.21(m − 1)L₀ / G × 100

3. (N₂) = (0.8N + 0.79mL₀) / G × 100

4. (CO₂)max = (1.867C + 0.7S) / G₀ × 100

정답 1번

해설. ① 탄소 1 kg이 CO₂로 되면 22.4/12 ≒ 1.867 Nm³이 생기므로 완전연소 시 (CO₂) = 1.867C/G × 100이다. CO가 생기면 그만큼 CO₂가 줄어 (1.867C − CO)가 되며, CO를 더하는 식은 틀리다.
② 과잉공기 (m − 1)L₀ 중 산소가 21 %이다. ③ 질소는 연료 중 N(0.8 Nm³/kg)과 실제 공기량 mL₀의 79 %이다. ④ (CO₂)max는 이론 건연소가스량 G₀ 기준이며 SO₂(0.7S)를 함께 넣기도 한다.
※ 보기 ①의 식을 고쳐 틀린 보기가 하나가 되게 했다.

16번

중유에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. A중유는 C중유보다 점성이 작다.

2. A중유는 C중유보다 수분 함유량이 작다.

3. 중유는 점도에 따라 A급, B급, C급으로 나뉜다.

4. C중유는 소형디젤기관 및 소형보일러에 사용된다.

정답 4번

해설. ④ C중유는 점도가 가장 높아 예열이 필요하므로 대형 보일러·대형 저속 디젤기관 등에 쓰인다. 소형 디젤기관·소형 보일러에는 점도가 낮은 A중유가 쓰인다.
① A중유는 C중유보다 점도가 작다. ② 수분 함유량도 A중유가 적다. ③ 중유는 점도에 따라 A·B·C급(1·2·3종)으로 나눈다.

17번

중유의 저위발열량이 41860 kJ/kg인 원료 1kg을 연소시킨 결과 연소열이 31400 kJ/kg이고 유효 출열이 30270 kJ/kg일 때, 전열효율과 연소효율은 각각 얼마인가?

1. 96.4%, 70%

2. 96.4%, 75%

3. 72.3%, 75%

4. 72.3%, 96.4%

정답 2번

해설. ② 연소효율은 연료의 발열량 중 실제로 발생한 연소열의 비율, 전열효율은 연소열 중 유효하게 전달된 열의 비율이다.
풀이: 연소효율 = 31400/41860 × 100 ≒ 75.0 %
전열효율 = 30270/31400 × 100 ≒ 96.4 %
따라서 전열효율 96.4 %, 연소효율 75 %이다. 보일러 효율은 두 효율의 곱(≒ 72.3 %)이다.

18번

수소 1kg을 완전히 연소시키는데 요구되는 이론산소량은 몇 Nm³인가?

1. 1.86

2. 2.8

3. 5.6

4. 26.7

정답 3번

해설. ③ 반응식: H₂ + ½O₂ → H₂O
수소 2 kg이 연소하는 데 산소 ½ kmol = 11.2 Nm³가 필요하다.
풀이: O₀ = 11.2/2 = 5.6 Nm³/kg
① 1.86은 탄소 1 kg의 이론산소량(22.4/12), ④ 26.7은 수소 1 kg의 이론공기량(5.6/0.21)이다.

19번

액체연료의 연소방법으로 틀린 것은?

1. 유동층연소

2. 등심연소

3. 분무연소

4. 증발연소

정답 1번

해설. ① 유동층연소는 모래 등 유동매체 속에서 석탄 같은 고체연료를 태우는 방식으로 고체연료의 연소방법이다.
② 등심(심지)연소, ③ 분무(무화)연소, ④ 증발연소는 모두 액체연료의 연소방법이다.

20번

제조 기체연료에 포함된 성분이 아닌 것은?

1. C

2. H₂

3. CH₄

4. N₂

정답 1번

해설. ① 제조 기체연료(석탄가스·발생로가스·수성가스·오일가스 등)는 H₂, CO, CH₄ 등의 가연 성분과 N₂, CO₂ 등의 불연 성분으로 이루어진다. 고체 탄소(C)는 기체연료의 성분이 아니다.
②·③·④는 제조가스에 들어 있는 성분이다.

21번

1 mol의 이상기체가 25℃, 2MPa로부터 100 kPa까지 가역 단열적으로 팽창하였을 때 최종온도(K)는? (단, 정적비열 Cᵥ는 (3/2)R 이다.)

1. 60

2. 70

3. 80

4. 90

정답 4번

해설. ④ Cᵥ = (3/2)R이면 Cₚ = (5/2)R, 비열비 k = 5/3이다.
식: T₂ = T₁(P₂/P₁)^((k−1)/k), (k−1)/k = 0.4
대입: T₂ = 298.15 × (0.1/2)^0.4 = 298.15 × 0.3017 ≒ 90 K
나머지 보기는 계산값과 맞지 않는다.

22번

비열비(k)가 1.4인 공기를 작동유체로 하는 디젤엔진의 최고온도(T₃) 2500K, 최저온도(T₁)가 300K, 최고압력(P₃)이 4MPa, 최저압력(P₁)이 100kPa 일 때 차단비(cut off ratio; rc)는 얼마인가?

1. 2.4

2. 2.9

3. 3.1

4. 3.6

정답 2번

해설. ② 1→2 단열압축, 2→3 정압가열이므로 P₂ = P₃ = 4 MPa이다.
풀이: T₂ = T₁(P₂/P₁)^((k−1)/k) = 300 × 40^0.2857 ≒ 860.7 K
정압과정이므로 차단비 rc = V₃/V₂ = T₃/T₂ = 2500/860.7 ≒ 2.9
나머지 보기는 계산값과 맞지 않는다.

23번

분자량이 29인 1kg의 이상기체가 실린더 내부에 채워져 있다. 처음에 압력 400kPa, 체적 0.2m³인 이 기체를 가열하여 체적 0.076 m³, 온도 100℃가 되었다. 이 과정에서 받은 일(kJ)은? (단, 폴리트로픽 과정으로 가열한다.)

1. 90

2. 95

3. 100

4. 104

정답 1번

해설. ① R = 8.314/29 = 0.2867 kJ/kg·K
나중 압력: P₂ = mRT₂/V₂ = 0.2867 × 373.15/0.076 ≒ 1407.6 kPa
폴리트로픽 지수: n = ln(P₂/P₁)/ln(V₁/V₂) = ln(3.519)/ln(2.632) ≒ 1.30
받은 일: W = (P₂V₂ − P₁V₁)/(n − 1) = (106.98 − 80)/0.30 ≒ 90 kJ
나머지 보기는 계산값과 맞지 않는다.

24번

임의의 과정에 대한 가역성과 비가역성을 논의하는 데 적용되는 법칙은?

1. 열역학 제0법칙

2. 열역학 제1법칙

3. 열역학 제2법칙

4. 열역학 제3법칙

정답 3번

해설. ③ 열역학 제2법칙은 에너지 변환의 방향성(엔트로피 증가 원리)을 다루므로 과정의 가역·비가역 판단에 쓰인다.
① 제0법칙은 열평형(온도 측정의 근거), ② 제1법칙은 에너지 보존, ④ 제3법칙은 절대 0 K에서의 엔트로피에 관한 법칙이다.

25번

100kPa, 20℃의 공기를 0.1 kg/s의 유량으로 900kPa 까지 등온 압축할 때 필요한 공기압축기의 동력(kW)은? (단, 공기의 기체상수는 0.287 kJ/kg·K 이다.)

1. 18.5

2. 64.5

3. 75.7

4. 185

정답 1번

해설. ① 등온 압축 동력은 W = ṁRT ln(P₂/P₁)이다.
대입: 0.1 × 0.287 × 293.15 × ln(900/100) = 8.413 × 2.197 ≒ 18.5 kW
나머지 보기는 계산값과 맞지 않는다.

26번

증기 압축 냉동사이클의 증발기 출구, 증발기 입구에서 냉매의 비엔탈피가 각각 1284 kJ/kg, 122kJ/kg이면 압축기 출구측에서 냉매의 비엔탈피(kJ/kg)는? (단, 성능계수는 4.4 이다.)

1. 1316

2. 1406

3. 1548

4. 1632

정답 3번

해설. ③ 냉동기 성능계수 ε = 냉동효과/압축일 = (h₁ − h₄)/(h₂ − h₁) (h₁: 증발기 출구, h₄: 증발기 입구, h₂: 압축기 출구)
대입: 4.4 = (1284 − 122)/(h₂ − 1284)
h₂ − 1284 = 1162/4.4 ≒ 264.1
답: h₂ ≒ 1548 kJ/kg

27번

그림은 공기 표준 오토 사이클이다. 효율 η에 관한 식으로 틀린 것은? (단, ε는 압축비, k는 비열비이다.)

1. η = 1 − (TB − TC)/(TA − TD)

2. η = 1 − ε(1/ε)ᵏ

3. η = 1 − TB/TA

4. η = 1 − (PB − PC)/(PA − PD)

정답 4번

해설. ④ 그림에서 D→A 정적가열, A→B 단열팽창, B→C 정적방열, C→D 단열압축이다.
η = 1 − Q₂/Q₁ = 1 − Cᵥ(TB − TC)/Cᵥ(TA − TD)이므로 ①이 맞고, 단열과정 관계로 TB/TA = TC/TD = (1/ε)^(k−1)이어서 η = 1 − (1/ε)^(k−1) = 1 − ε(1/ε)ᵏ = 1 − TB/TA로 ②·③도 맞다.
열량은 온도차에 비례하며 압력차의 비로는 효율을 나타낼 수 없으므로 ④가 틀리다.

28번

정상상태에서 작동하는 개방시스템에 유입되는 물질의 비엔탈피가 h₁이고, 이 시스템 내에 단위질량당 열을 q만큼 전달해 주는 것과 동시에 축을 통해 단위질량당 일을 w만큼 시스템에 해 줄 때, 시스템으로부터 유출되는 물질의 비엔탈피 h₂를 옳게 나타낸 것은? (단, 위치에너지와 운동에너지는 무시한다.)

1. h₂ = h₁ + q − w

2. h₂ = h₁ − q − w

3. h₂ = h₁ + q + w

4. h₂ = h₁

정답 3번

해설. ③ 정상유동 에너지식: h₁ + q + w(들어온 일) = h₂
열 q와 축일 w가 모두 시스템으로 들어오므로 유출 엔탈피는 h₂ = h₁ + q + w이다.
①은 시스템이 일을 외부로 할 때(터빈)의 식이고, ②는 열과 일이 모두 나갈 때의 식이며, ④는 열·일 출입이 없는 교축과정의 식이다.

29번

다음 중 오존층을 파괴하며 국제협약에 의해 사용이 금지된 CFC 냉매는?

1. R-12

2. HFO-1234yf

3. NH₃

4. CO₂

정답 1번

해설. ① R-12(CCl₂F₂)는 염소를 포함한 CFC 냉매로 오존층을 파괴하여 몬트리올 의정서에 따라 생산·사용이 금지되었다.
② HFO-1234yf는 오존파괴지수가 0이고 지구온난화지수가 매우 낮은 신냉매, ③ NH₃(R-717)과 ④ CO₂(R-744)는 오존층을 파괴하지 않는 자연냉매이다.

30번

2kg, 30℃인 이상기체가 100kPa에서 300kPa 까지 가역 단열과정으로 압축되었다면 최종온도(℃)는? (단, 이 기체의 정적비열은 750 J/kg·K, 정압비열은 1000 J/kg·K 이다.)

1. 99

2. 126

3. 267

4. 399

정답 2번

해설. ② 비열비 k = Cₚ/Cᵥ = 1000/750 = 1.333, (k−1)/k = 0.25
식: T₂ = T₁(P₂/P₁)^((k−1)/k)
대입: T₂ = 303.15 × 3^0.25 = 303.15 × 1.316 ≒ 399.0 K
답: 399.0 − 273.15 ≒ 126 ℃ (④의 399는 켈빈 값이다)

31번

수증기를 사용하는 기본 랭킨사이클의 복수기 압력이 10 kPa, 보일러 압력이 2 MPa, 터빈 일이 792 kJ/kg, 복수기에서 방출되는 열량이 1800 kJ/kg일 때 열효율(%)은? (단, 펌프에서 물의 비체적은 1.01×10⁻³ m³/kg 이다.)

1. 30.5

2. 32.5

3. 34.5

4. 36.5

정답 1번

해설. ① 펌프일: wₚ = vΔP = 1.01×10⁻³ × (2000 − 10) ≒ 2.01 kJ/kg
순일: w = 792 − 2.01 = 789.99 kJ/kg
공급열: q₁ = w + q₂ = 789.99 + 1800 = 2589.99 kJ/kg
열효율: η = 789.99/2589.99 × 100 ≒ 30.5 %
나머지 보기는 계산값과 맞지 않는다.

32번

랭킨사이클의 터빈출구 증기의 건도를 상승시켜 터빈날개의 부식을 방지하기 위한 사이클은?

1. 재열 사이클

2. 오토 사이클

3. 재생 사이클

4. 사바테 사이클

정답 1번

해설. ① 재열 사이클은 고압 터빈에서 팽창한 증기를 보일러의 재열기로 다시 가열해 저압 터빈으로 보내므로 터빈 출구 건도가 높아져 날개의 부식·침식을 줄인다.
③ 재생 사이클은 추기로 급수를 가열해 효율을 높이는 사이클이고, ②·④ 오토·사바테 사이클은 내연기관 사이클이다.

33번

다음 중 강도성 상태량이 아닌 것은?

1. 압력

2. 온도

3. 비체적

4. 체적

정답 4번

해설. ④ 체적은 질량에 비례하는 종량성(용량성) 상태량이다.
① 압력, ② 온도, ③ 비체적(단위질량당 체적)은 계의 크기와 무관한 강도성 상태량이다. 종량성 상태량을 질량으로 나누면(비체적 = 체적/질량) 강도성 상태량이 된다.

34번

97℃로 유지되고 있는 항온조가 실내 온도 27℃인 방에 놓여 있다. 어떤 시간에 1000kJ의 열이 항온조에서 실내로 방출되었다면 다음 설명 중 틀린 것은?

1. 항온조 속 물질의 엔트로피 변화는 약 −2.7 kJ/K 이다.

2. 실내 공기의 엔트로피의 변화는 약 3.3 kJ/K 이다.

3. 이 과정은 비가역적이다.

4. 항온조와 실내 공기의 총 엔트로피는 감소하였다.

정답 4번

해설. ④ 항온조 ΔS₁ = −Q/T₁ = −1000/370.15 ≒ −2.70 kJ/K
실내 공기 ΔS₂ = Q/T₂ = 1000/300.15 ≒ 3.33 kJ/K
전체 ΔS = −2.70 + 3.33 ≒ +0.63 kJ/K로 증가하므로 ④가 틀리다.
유한한 온도차에 의한 열전달이므로 ③처럼 비가역 과정이고 ①·②는 맞다.

35번

표준 기압(101.3 kPa), 20℃에서 상대 습도 65%인 공기의 절대 습도(kg/kg)는? (단, 건조 공기와 수증기는 이상기체로 간주하며, 각각의 분자량은 29, 18로 하고, 20℃의 수증기의 포화압력은 2.24 kPa 로 한다.)

1. 0.0091

2. 0.0202

3. 0.0452

4. 0.0724

정답 1번

해설. ① 수증기 분압: Pᵥ = φPₛ = 0.65 × 2.24 = 1.456 kPa
절대습도: x = (18/29) × Pᵥ/(P − Pᵥ) = 0.6207 × 1.456/(101.3 − 1.456)
= 0.6207 × 1.456/99.844 ≒ 0.0091 kg/kg(건조공기)
나머지 보기는 계산값과 맞지 않는다.

36번

증기의 기본적 성질에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 임계 압력에서 증발열은 0 이다.

2. 증발 잠열은 포화 압력이 높아질수록 커진다.

3. 임계점에서는 액체와 기체의 상에 대한 구분이 없다.

4. 물의 3중점은 물과 얼음과 증기의 3상이 공존하는 점이며 이 점의 온도는 0.01℃ 이다.

정답 2번

해설. ② 증발잠열은 포화압력(포화온도)이 높아질수록 작아지고 임계점에서 0이 된다. 커진다는 설명이 틀리다.
①·③ 임계점에서는 증발잠열이 0이고 액체·기체의 구분이 없다. ④ 물의 삼중점은 0.01 ℃(약 611.7 Pa)에서 고체·액체·기체가 공존하는 점이다.

37번

이상기체가 등온과정에서 외부에 하는 일에 대한 관계식으로 틀린 것은? (단, R은 기체상수이고, 계에 대해서 m은 질량, V는 부피, P는 압력, T는 온도를 나타낸다. 아래첨자 1은 변경 전, 2는 변경 후를 나타낸다.)

1. P₁V₁ ln(V₂/V₁)

2. P₁V₁ ln(P₂/P₁)

3. mRT ln(P₁/P₂)

4. mRT ln(V₂/V₁)

정답 2번

해설. ② 등온과정에서 PV = mRT = 일정이고 V₂/V₁ = P₁/P₂이다.
일: W = ∫P dV = P₁V₁ ln(V₂/V₁) = mRT ln(V₂/V₁) = mRT ln(P₁/P₂)
따라서 ①·③·④는 맞고, ②는 압력비가 거꾸로(P₂/P₁) 되어 부호가 반대이므로 틀리다.

38번

이상적인 표준 증기 압축식 냉동 사이클에서 등엔탈피 과정이 일어나는 곳은?

1. 압축기

2. 응축기

3. 팽창밸브

4. 증발기

정답 3번

해설. ③ 팽창밸브에서는 외부와 열·일의 출입 없이 교축(스로틀링)이 일어나므로 엔탈피가 일정하다.
① 압축기는 등엔트로피 압축, ② 응축기와 ④ 증발기는 등압 방열·흡열 과정이다. 그래서 팽창밸브 입구와 출구의 엔탈피가 같다(h₃ = h₄).

39번

초기의 온도, 압력이 100℃, 100kPa 상태인 이상기체를 가열하여 200℃, 200kPa 상태가 되었다. 기체의 초기상태 비체적이 0.5m³/kg 일 때, 최종상태의 기체 비체적(m³/kg)은?

1. 0.16

2. 0.25

3. 0.32

4. 0.50

정답 3번

해설. ③ 이상기체 Pv/T = 일정에서
식: v₂ = v₁ × (T₂/T₁) × (P₁/P₂)
대입: 0.5 × (473.15/373.15) × (100/200) = 0.5 × 1.268 × 0.5 ≒ 0.32 m³/kg
온도를 섭씨 그대로 쓰면 0.5가 되어 ④를 고르게 되므로 반드시 절대온도를 쓴다.

40번

열손실이 없는 단단한 용기 안에 20℃의 헬륨 0.5kg을 15W의 전열기로 20분간 가열하였다. 최종 온도(℃)는? (단, 헬륨의 정적비열은 3.116 kJ/kg·K, 정압비열은 5.193 kJ/kg·K 이다.)

1. 23.6

2. 27.1

3. 31.6

4. 39.5

정답 3번

해설. ③ 단단한 용기이므로 정적과정이고 가한 전기에너지가 모두 내부에너지 증가가 된다.
풀이: Q = 15 W × 1200 s = 18000 J = 18 kJ
ΔT = Q/(mCᵥ) = 18/(0.5 × 3.116) ≒ 11.6 ℃
최종 온도 = 20 + 11.6 ≒ 31.6 ℃ (정압비열을 쓰면 틀린다)

41번

가스 크로마토그래피의 구성요소가 아닌 것은?

1. 검출기

2. 기록계

3. 칼럼(분리관)

4. 지르코니아

정답 4번

해설. ④ 가스 크로마토그래피는 운반가스(캐리어가스), 시료 주입부, 칼럼(분리관), 검출기(TCD·FID 등), 기록계로 구성된다. 지르코니아는 산소 농도계(지르코니아식 O₂계)의 고체전해질 소자이다.
①·②·③은 가스 크로마토그래피의 구성요소이다.

42번

방사율에 의한 보정량이 적고 비접촉법으로는 정확한 측정이 가능하나 사람 손이 필요한 결점이 있는 온도계는?

1. 압력계형 온도계

2. 전기저항 온도계

3. 열전대 온도계

4. 광고온계

정답 4번

해설. ④ 광고온계는 측정 대상의 휘도를 표준전구 필라멘트의 휘도와 눈으로 비교하는 비접촉식 온도계로, 좁은 파장 대역을 써서 방사율 보정량이 적고 정확도가 높지만 사람이 직접 맞춰야 하므로 개인오차가 생기고 자동 기록이 어렵다.
①·②·③은 접촉식 온도계이다.

43번

자동제어계에서 응답을 나타낼 때 목표치를 기준한 앞뒤의 진동으로 시간의 지연을 필요로 하는 시간적 동작의 특성을 의미하는 것은?

1. 동특성

2. 스텝응답

3. 정특성

4. 과도응답

정답 1번

해설. ① 동특성은 입력이 변할 때 출력이 목표값 앞뒤로 진동하며 시간 지연을 두고 따라가는 시간적 동작 특성을 말한다.
③ 정특성은 시간과 무관한 정상상태의 입출력 관계이다. ② 스텝응답은 계단 입력에 대한 응답, ④ 과도응답은 정상상태에 이르기까지의 응답으로 동특성을 조사하는 방법이다.

44번

색온도계에 대한 설명으로 옳은 것은?

1. 온도에 따라 색이 변하는 일원적인 관계로부터 온도를 측정한다.

2. 바이메탈 온도계의 일종이다.

3. 유체의 팽창정도를 이용하여 온도를 측정한다.

4. 기전력의 변화를 이용하여 온도를 측정한다.

정답 1번

해설. ① 색온도계는 물체가 온도에 따라 내는 빛의 색(파장 분포)이 일정하게 변하는 관계를 이용하여, 두 파장의 휘도비 등으로 온도를 측정하는 비접촉식 온도계이다.
② 바이메탈 온도계는 열팽창률 차이, ③ 유리제·압력식 온도계는 유체의 팽창, ④ 열전대 온도계는 열기전력을 이용한다.

45번

관속을 흐르는 유체가 층류로 되려면?

1. 레이놀즈수가 4000보다 많아야 한다.

2. 레이놀즈수가 2100보다 적어야 한다.

3. 레이놀즈수가 4000 이어야 한다.

4. 레이놀즈수와는 관계가 없다.

정답 2번

해설. ② 원관 흐름은 레이놀즈수(Re = ρvD/μ)로 판정하며, 대략 Re < 2100(2320)이면 층류, Re > 4000이면 난류, 그 사이는 천이영역이다.
①·③은 난류 조건이고, ④ 흐름 상태는 레이놀즈수로 결정되므로 틀리다.

46번

다음 중 사하중계(dead weight gauge)의 주된 용도는?

1. 압력계 보정

2. 온도계 보정

3. 유체 밀도 측정

4. 기체 무게 측정

정답 1번

해설. ① 사하중계(분동식 압력계)는 정확한 분동의 무게로 기름에 압력을 만들어 기준 압력을 발생시키는 장치로, 부르동관 압력계 등의 교정(보정)에 쓰인다.
②·③·④의 용도로는 쓰이지 않는다.

47번

시스(sheath) 열전대 온도계에서 열전대가 있는 보호관 속에 충전되는 물질로 구성된 것은?

1. 실리카, 마그네시아

2. 마그네시아, 알루미나

3. 알루미나, 보크사이트

4. 보크사이트, 실리카

정답 2번

해설. ② 시스 열전대는 금속 보호관(시스) 안에 열전대 소선을 넣고 마그네시아(MgO)·알루미나(Al₂O₃) 같은 무기 절연물 분말을 채워 굳힌 것이다. 가늘고 휘어지며 응답이 빠르다.
실리카·보크사이트는 충전 절연물로 쓰지 않는다.

48번

그림과 같이 지름이 각각 0.6m, 0.4m인 파이프가 있다. (1)에서의 유속이 8m/s이면 (2)에서의 유속(m/s)은 얼마인가?

1. 16

2. 18

3. 20

4. 22

정답 2번

해설. ② 연속방정식: A₁v₁ = A₂v₂, 면적은 지름의 제곱에 비례한다.
식: v₂ = v₁ × (D₁/D₂)²
대입: 8 × (0.6/0.4)² = 8 × 2.25 = 18 m/s
지름비를 제곱하지 않으면 12가 되어 틀린다.

49번

열전도율형 CO₂ 분석계의 사용 시 주의사항에 대한 설명 중 틀린 것은?

1. 브리지의 공급 전류의 점검을 확실하게 한다.

2. 셀의 주위 온도와 측정가스 온도는 거의 일정하게 유지시키고 온도의 과도한 상승을 피한다.

3. H₂를 혼입시키면 정확도를 높이므로 같이 사용한다.

4. 가스의 유속을 일정하게 하여야 한다.

정답 3번

해설. ③ 열전도율형 CO₂계는 CO₂의 열전도율이 공기보다 작은 점을 이용한다. H₂는 열전도율이 매우 커서 섞이면 측정 오차가 크게 생기므로 혼입되지 않게 해야 한다.
① 브리지 공급전류 점검, ② 셀 주위와 가스 온도 일정 유지, ④ 가스 유속 일정 유지는 올바른 주의사항이다.

50번

열전대 온도계에서 열전대선을 보호하는 보호관 단자로부터 냉접점까지는 보상도선을 사용한다. 이때 보상도선의 재료로서 가장 적합한 것은?

1. 백금로듐

2. 알루멜

3. 철선

4. 동-니켈 합금

정답 4번

해설. ④ 보상도선은 열전대와 비슷한 열기전력 특성을 가지면서 값이 싼 재료를 쓴다. 대표적으로 구리와 동-니켈 합금(콘스탄탄)의 조합이 쓰이며, 보기 중에서는 동-니켈 합금이 가장 적합하다.
① 백금로듐은 값비싼 열전대 소선 자체이고, ② 알루멜·③ 철선도 열전대 소선(K형·J형) 재료이다.

51번

점도 1 Pa·s와 같은 값은?

1. 1 kg/m·s

2. 1 P

3. 1 kgf·s/m²

4. 1 cP

정답 1번

해설. ① Pa·s = (N/m²)·s = (kg·m/s²)/m² × s = kg/(m·s)이므로 1 Pa·s = 1 kg/m·s이다.
② 1 P(푸아즈) = 0.1 Pa·s, ④ 1 cP = 0.001 Pa·s이다. ③ 1 kgf·s/m² = 9.8 Pa·s이다.

52번

다음 중 미세한 압력차를 측정하기에 적합한 액주식 압력계는?

1. 경사관식 압력계

2. 부르동관 압력계

3. U자관식 압력계

4. 저항선 압력계

정답 1번

해설. ① 경사관식 압력계는 액주관을 기울여 작은 압력차에도 액주 이동 거리가 길어지게 한 것으로 미세 압력차 측정에 적합하다.
③ U자관식은 액주식이지만 경사관식보다 감도가 낮다. ② 부르동관 압력계는 탄성식, ④ 저항선 압력계는 전기식이다.

53번

제어량에 편차가 생겼을 경우 편차의 적분값을 가감해서 조작량의 이동속도가 비례하는 동작으로서 잔류편차가 제거되나 제어 안정성은 떨어지는 특징을 가진 동작은?

1. 비례동작

2. 적분동작

3. 미분동작

4. 다위치동작

정답 2번

해설. ② 적분(I) 동작은 편차의 적분값에 비례하여 조작량을 바꾸므로(조작량의 변화 속도가 편차에 비례) 잔류편차(오프셋)가 없어지지만, 응답이 늦고 진동하기 쉬워 안정성이 떨어진다.
① 비례동작은 잔류편차가 남고, ③ 미분동작은 편차의 변화 속도에 대응하며, ④ 다위치동작은 불연속 동작이다.

54번

다음 중 간접식 액면측정 방법이 아닌 것은?

1. 방사선식 액면계

2. 초음파식 액면계

3. 플로트식 액면계

4. 저항전극식 액면계

정답 3번

해설. ③ 플로트식 액면계는 액면에 뜬 부자의 위치를 직접 읽는 직접식 액면계이다.
① 방사선식, ② 초음파식, ④ 저항전극식은 방사선 흡수·음파 반사 시간·전극 간 도통 등 다른 물리량으로 액면을 알아내는 간접식이다.

55번

액체와 고체연료의 열량을 측정하는 열량계는?

1. 봄브식

2. 융커스식

3. 클리브랜드식

4. 타그식

정답 1번

해설. ① 봄브(bomb)식 열량계는 밀폐된 강철 용기에 고압 산소와 시료를 넣고 연소시켜 고체·액체연료의 발열량을 측정한다.
② 융커스식은 기체연료의 발열량 측정용 유수형 열량계이다. ③ 클리브랜드식과 ④ 타그식은 인화점 시험기이다.

56번

분동식 압력계에서 300MPa 이상 측정할 수 있는 것에 사용되는 액체로 가장 적합한 것은?

1. 경유

2. 스핀들유

3. 피마자유

4. 모빌유

정답 4번

해설. ④ 분동식 압력계에 쓰는 기름은 측정 압력에 따라 다르며, 대략 경유는 4~10 MPa, 스핀들유·피마자유는 10~100 MPa, 모빌유는 300 MPa 이상의 고압 측정에 쓰인다.
따라서 300 MPa 이상에는 모빌유가 가장 적합하고, ①·②·③은 그보다 낮은 압력 범위에 쓴다.

57번

물을 함유한 공기와 건조공기의 열전도율 차이를 이용하여 습도를 측정하는 것은?

1. 고분자 습도센서

2. 염화리튬 습도센서

3. 서미스터 습도센서

4. 수정진동자 습도센서

정답 3번

해설. ③ 서미스터 습도센서는 밀봉한 건조공기 쪽 서미스터와 외기(습공기)에 노출된 서미스터의 방열 차이, 즉 습공기와 건조공기의 열전도율 차이로 절대습도를 측정한다.
① 고분자 습도센서는 흡습에 따른 전기저항·정전용량 변화, ② 염화리튬 습도센서는 흡습에 따른 저항 변화, ④ 수정진동자 습도센서는 흡습 막의 질량에 따른 진동수 변화를 이용한다.

58번

측정량과 크기가 거의 같은 미리 알고 있는 양의 분동을 준비하여 분동과 측정량의 차이로부터 측정량을 구하는 방식은?

1. 편위법

2. 보상법

3. 치환법

4. 영위법

정답 2번

해설. ② 보상법은 측정량과 크기가 거의 같은 이미 알고 있는 양(분동 등)을 준비하여 둘의 차이를 측정해 측정량을 구하는 방법이다.
① 편위법은 측정량에 따른 지침의 편위(변위)로 읽는 방법, ③ 치환법은 이미 아는 양으로 바꿔 놓고 같은 지시를 얻어 비교하는 방법, ④ 영위법은 기준량과 평형(지시 0)을 이루게 하여 측정하는 방법이다.

59번

다음 중 그림과 같은 조작량 변화 동작은?

1. P.I 동작

2. ON-OFF 동작

3. P.I.D 동작

4. P.D 동작

정답 3번

해설. ③ 그림에서 편차가 생긴 순간 조작량이 뾰족하게 튀었다가(미분 D 동작) 일정 크기로 내려오고(비례 P 동작) 이후 시간에 따라 계속 증가한다(적분 I 동작). 세 동작이 겹친 P.I.D 동작이다.
① P.I 동작에는 처음의 뾰족한 돌출이 없고, ④ P.D 동작에는 시간에 따른 증가가 없으며, ② ON-OFF 동작은 두 값만 오간다.

60번

오리피스 유량계에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 베르누이의 정리를 응용한 계기이다.

2. 기체와 액체에 모두 사용이 가능하다.

3. 유량계수 C는 유체의 흐름이 층류이거나 와류의 경우 모두 같고 일정하며 레이놀즈수와 무관하다.

4. 제작과 설치가 쉬우며, 경제적인 교축기구이다.

정답 3번

해설. ③ 오리피스의 유량계수 C는 레이놀즈수, 조리개비(지름비), 탭 위치 등에 따라 달라지며 층류와 난류에서 같지 않다. 레이놀즈수와 무관하다는 설명이 틀리다.
① 베르누이 정리로 차압을 유량으로 바꾸고, ② 기체·액체 모두 쓸 수 있으며, ④ 구조가 간단하고 값이 싸지만 압력손실이 크다.

61번

용선로(cupola)에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 대량생산이 가능하다.

2. 용해 특성상 용탕에 탄소, 황, 인 등의 불순물이 들어가기 쉽다.

3. 다른 용해로에 비해 열효율이 좋고 용해시간이 빠르다.

4. 동합금, 경합금 등 비철금속 용해로로 주로 사용된다.

정답 4번

해설. ④ 용선로(큐폴라)는 코크스를 연료로 선철·고철을 녹이는 주철 용해로이다. 동합금·경합금 같은 비철금속에는 도가니로·반사로 등을 쓴다.
① 연속 조업으로 대량생산이 가능하다. ② 코크스와 직접 접촉하므로 탄소·황·인 등이 들어가기 쉽다. ③ 다른 용해로보다 열효율이 좋고 용해가 빠르다.

62번

다음 중 터널요에 대한 설명으로 옳은 것은?

1. 예열, 소성, 냉각이 연속적으로 이루어지며 대차의 진행방향과 같은 방향으로 연소가스가 진행된다.

2. 소성기간이 길기 때문에 소량생산에 적합하다.

3. 인건비, 유지비가 많이 든다.

4. 온도조절의 자동화가 쉽지만 제품의 품질, 크기, 형상 등에 제한을 받는다.

정답 4번

해설. ④ 터널요는 온도 조절의 자동화가 쉽지만 대차에 싣고 연속으로 통과시키므로 제품의 품질·크기·형상에 제한을 받는다.
① 연소가스는 대차 진행방향과 반대로 흐른다(향류). ② 소성시간이 짧아 대량생산에 적합하다. ③ 연속요라 인건비·유지비가 적게 든다.

63번

에너지이용 합리화법령상 기후에너지환경부장관 또는 시·도지사가 한국에너지공단에 위탁한 업무가 아닌 것은?

1. 에너지관리지도

2. 에너지사용계획의 검토

3. 열사용기자재 제조업의 등록

4. 효율관리기자재의 측정 결과 신고의 접수

정답 3번

해설. ③ 에너지이용 합리화법 시행령 제51조에 따라 공단에 위탁하는 업무에는 에너지사용계획의 검토, 효율관리기자재 측정 결과 신고의 접수, 에너지절약전문기업의 등록, 에너지다소비사업자 신고의 접수, 에너지관리지도, 검사대상기기의 검사 등이 있다. 열사용기자재 제조업의 등록은 위탁 업무에 없다.
①·②·④는 위탁 업무이다.
※ 현행 에너지이용 합리화법 시행령 기준에 맞게 문제를 고쳤다.

64번

에너지이용 합리화법령상 최고사용압력(MPa)과 내부 부피(m³)를 곱한 수치가 0.004를 초과하는 압력용기 중 1종 압력용기에 해당되지 않는 것은?

1. 증기를 발생시켜 액체를 가열하며 용기안의 압력이 대기압을 초과하는 압력용기

2. 용기안의 화학반응에 의하여 증기를 발생하는 것으로 용기안의 압력이 대기압을 초과하는 압력용기

3. 용기안의 액체의 성분을 분리하기 위하여 해당 액체를 가열하는 것으로 용기안의 압력이 대기압을 초과하는 압력용기

4. 용기안의 액체의 온도가 대기압에서의 비점을 초과하지 않는 압력용기

정답 4번

해설. ④ 에너지이용 합리화법 시행규칙 별표 1에서 1종 압력용기는 최고사용압력(MPa) × 내부 부피(m³)가 0.004를 넘는 것 중 증기 등으로 고체·액체를 가열하는 용기, 화학반응으로 증기를 발생하는 용기, 액체 성분 분리를 위해 가열하는 용기(모두 압력이 대기압을 넘는 것), 그리고 용기 안 액체의 온도가 대기압에서의 끓는점을 넘는 것이다.
따라서 끓는점을 넘지 않는 ④는 1종에 해당하지 않고 ①·②·③은 해당한다.

65번

기밀을 유지하기 위한 패킹이 불필요하고 금속부분이 부식될 염려가 없어, 산 등의 화학약품을 차단하는데 주로 사용하는 밸브는?

1. 앵글밸브

2. 체크밸브

3. 다이어프램 밸브

4. 버터플라이 밸브

정답 3번

해설. ③ 다이어프램 밸브는 고무·테플론 등의 막(다이어프램)을 눌러 유로를 개폐하므로 글랜드 패킹이 필요 없고 유체가 금속 부분에 닿지 않아, 산·알칼리 등 부식성 약품 배관에 주로 쓰인다.
① 앵글밸브는 유로가 직각으로 꺾이는 글로브밸브, ② 체크밸브는 역류 방지용, ④ 버터플라이 밸브는 원판을 회전시켜 유량을 조절하는 밸브이다.

66번

에너지이용 합리화법령상 에너지사용계획을 수립하여 제출하여야 하는 사업주관자로서 해당되지 않는 사업은?

1. 항만건설사업

2. 도로건설사업

3. 철도건설사업

4. 공항건설사업

정답 2번

해설. ② 에너지이용 합리화법 시행령 제20조에 따라 에너지사용계획을 제출해야 하는 사업은 도시개발, 산업단지개발, 에너지개발, 항만건설, 철도건설, 공항건설, 관광단지개발, 개발촉진지구개발 또는 지역종합개발 사업이다. 도로건설사업은 대상이 아니다.
①·③·④는 대상 사업이다. 현행 법령에서는 기후에너지환경부장관에게 제출한다.

67번

에너지이용 합리화법에서 정한 에너지절약전문기업 등록의 취소요건이 아닌 것은?

1. 규정에 의한 등록기준에 미달하게 된 경우

2. 사업수행과 관련하여 다수의 민원을 일으킨 경우

3. 동법에 따른 에너지절약전문기업에 대한 업무에 관한 보고를 하지 아니하거나 거짓으로 보고한 경우

4. 정당한 사유 없이 등록 후 3년 이상 계속하여 사업수행실적이 없는 경우

정답 2번

해설. ② 에너지이용 합리화법 제26조의 등록취소 사유는 거짓·부정한 방법의 등록 또는 지원, 등록취소 신청, 성명·상호 대여나 등록증 대여, 등록기준 미달, 보고 불이행·거짓 보고·검사 거부, 정당한 사유 없이 등록 후 3년 이내 사업 미착수 또는 3년 이상 계속 사업수행실적이 없는 경우이다. 다수 민원 발생은 사유가 아니다.
①·③·④는 등록취소 사유이다.

68번

에너지이용 합리화법령상 열사용기자재에 해당하는 것은?

1. 금속요로

2. 선박용 보일러

3. 고압가스 압력용기

4. 철도차량용 보일러

정답 1번

해설. ① 에너지이용 합리화법 시행규칙 별표 1의 열사용기자재는 보일러, 태양열 집열기, 압력용기, 요로(요업요로·금속요로)이므로 금속요로가 해당한다.
같은 규칙 제1조의2에 따라 ② 선박안전법에 따라 검사받는 선박용 보일러, ③ 고압가스 안전관리법 등에 따라 검사받는 압력용기, ④ 철도차량용 보일러는 열사용기자재에서 제외된다.

69번

에너지이용 합리화법령에 따라 인정검사대상기기관리자의 교육을 이수한 사람의 관리범위 기준은 증기보일러로서 최고사용압력이 1MPa 이하이고 전열면적이 최대 얼마 이하일 때인가?

1. 1m²

2. 2m²

3. 5m²

4. 10m²

정답 4번

해설. ④ 에너지이용 합리화법 시행규칙 별표 3의9에 따라 인정검사대상기기관리자 교육 이수자는 증기보일러로서 최고사용압력 1 MPa 이하이고 전열면적 10 m² 이하인 것, 온수발생 및 열매체 가열 보일러로서 용량 581.5 kW 이하인 것, 압력용기를 관리할 수 있다.
①·②·③은 기준과 맞지 않는다.

70번

에너지이용 합리화법령에서 정한 검사대상기기의 계속 사용검사에 해당하는 것은?

1. 운전성능검사

2. 개조검사

3. 구조검사

4. 설치검사

정답 1번

해설. ① 에너지이용 합리화법 시행규칙상 계속사용검사는 안전검사와 운전성능검사로 나뉜다.
② 개조검사와 ④ 설치검사는 계속사용검사와 별개인 검사이고, ③ 구조검사는 제조검사(용접검사·구조검사)에 속한다.

71번

에너지이용 합리화법상 에너지이용 합리화 기본계획에 따라 실시계획을 수립하고 시행하여야 하는 대상이 아닌 자는?

1. 기초지방자치단체 시장

2. 관계 행정기관의 장

3. 특별자치도지사

4. 도지사

정답 1번

해설. ① 에너지이용 합리화법 제6조에 따라 기본계획에 따른 실시계획을 수립·시행하는 자는 관계 행정기관의 장과 특별시장·광역시장·도지사 또는 특별자치도지사(시·도지사)이다. 기초지방자치단체의 시장은 대상이 아니다.
②·③·④는 실시계획 수립·시행 대상이다. 실시계획과 시행 결과는 기후에너지환경부장관에게 제출한다.

72번

에너지이용 합리화법에 따라 에너지다소비 사업자가 그 에너지사용시설이 있는 지역을 관할하는 시·도지사에게 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·제품생산 예정량

정답 3번

해설. ③ 에너지이용 합리화법 제31조에 따라 에너지다소비사업자는 매년 1월 31일까지 전년도 분기별 에너지사용량·제품생산량, 해당 연도 분기별 에너지사용예정량·제품생산예정량, 에너지사용기자재 현황, 전년도 분기별 에너지이용 합리화 실적 및 해당 연도 분기별 계획, 에너지관리자 현황을 시·도지사에게 신고한다. 사용 에너지원의 종류 및 사용처는 신고사항이 아니다.
①·②·④는 신고사항이다.

73번

지르콘(ZrSiO₄) 내화물의 특징에 대한 설명 중 틀린 것은?

1. 열팽창율이 작다.

2. 내스폴링성이 크다.

3. 염기성 용재에 강하다.

4. 내화도는 일반적으로 SK 37~38 정도이다.

정답 3번

해설. ③ 지르콘 내화물은 산성~중성 내화물로 염기성 슬래그(용재)에는 침식되기 쉽다. 염기성 용재에 강하다는 설명이 틀리다.
① 열팽창률이 작고, ② 그 때문에 내스폴링성이 크며, ④ 내화도는 SK 37~38 정도로 높다.

74번

요로의 정의가 아닌 것은?

1. 전열을 이용한 가열장치

2. 원재료의 산화반응을 이용한 장치

3. 연료의 환원반응을 이용한 장치

4. 열원에 따라 연료의 발열반응을 이용한 장치

정답 2번

해설. ② 요로는 물체를 가열·용융·소성하는 장치로, 열원에 따라 연료의 발열반응을 이용하는 장치, 연료의 환원반응을 이용하는 장치(용광로 등), 전열을 이용하는 가열장치로 정의한다. 원재료의 산화반응을 이용한 장치는 요로의 정의에 들지 않는다.
①·③·④는 요로의 정의에 해당한다.

75번

견요의 특징에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 석회석 클링커 제조에 널리 사용된다.

2. 하부에서 연료를 장입하는 형식이다.

3. 제품의 예열을 이용하여 연소용 공기를 예열한다.

4. 이동 화상식이며 연속요에 속한다.

정답 2번

해설. ② 견요(선가마, shaft kiln)는 수직 원통형 노 위쪽에서 원료와 연료(코크스 등)를 함께 장입하고, 아래로 내려가며 예열·소성·냉각되어 하부로 제품이 나온다. 하부에서 연료를 장입한다는 설명이 틀리다.
① 석회석 소성(생석회)·클링커 제조에 쓰이고, ③ 제품의 여열로 연소용 공기를 예열하며, ④ 원료가 이동하는 연속요이다.

76번

전기와 열의 양도체로서 내식성, 굴곡성이 우수하고 내압성도 있어 열교환기의 내관 및 화학공업용으로 사용되는 관은?

1. 동관

2. 강관

3. 주철관

4. 알루미늄관

정답 1번

해설. ① 동관은 열·전기 전도성이 좋고 내식성·굴곡성(가공성)이 우수하며 내압성도 있어 열교환기 내관, 급수·급탕관, 화학공업용 배관에 쓰인다.
② 강관은 내식성이 떨어지고, ③ 주철관은 굴곡성이 없어 주로 수도·배수관, ④ 알루미늄관은 강도·내압성이 상대적으로 낮다.

77번

옥내온도는 15℃, 외기온도가 5℃일 때 콘크리트 벽(두께 10cm, 길이 10m 및 높이 5m)을 통한 열손실이 1700W이라면 외부 표면 열전달계수(W/m²·℃)는? (단, 내부표면 열전달계수는 9.0 W/m²·℃ 이고, 콘크리트 열전도율은 0.87 W/m·℃ 이다.)

1. 12.7

2. 14.7

3. 16.7

4. 18.7

정답 2번

해설. ② 열관류율: K = Q/(AΔt) = 1700/(50 × 10) = 3.4 W/m²·℃ (A = 10 × 5 = 50 m²)
1/K = 1/hᵢ + L/λ + 1/hₒ
0.2941 = 1/9.0 + 0.1/0.87 + 1/hₒ = 0.1111 + 0.1149 + 1/hₒ
1/hₒ = 0.0681 → hₒ ≒ 14.7 W/m²·℃
나머지 보기는 계산값과 맞지 않는다.

78번

다음 중 연속가열로의 종류가 아닌 것은?

1. 푸셔식 가열로

2. 워킹-빔식 가열로

3. 대차식 가열로

4. 회전로상식 가열로

정답 3번

해설. ③ 대차식 가열로는 대차에 재료를 싣고 노 안에 넣어 가열한 뒤 꺼내는 불연속(배치)식 가열로이다.
① 푸셔식, ② 워킹-빔식, ④ 회전로상식은 재료를 노 안에서 연속적으로 이동시키며 가열하는 연속가열로이다.

79번

다음 강관의 표시기호 중 배관용 합금강 강관은?

1. SPPH

2. SPHT

3. SPA

4. STA

정답 3번

해설. ③ SPA는 배관용 합금강 강관이다.
① SPPH는 고압 배관용 탄소강관, ② SPHT는 고온 배관용 탄소강관, ④ STA는 구조용 합금강 강관이다. 기호의 P는 배관용(Piping), T는 구조·기계용(Tube), A는 합금강(Alloy)을 뜻한다.

80번

크롬이나 크롬마그네시아 벽돌이 고온에서 산화철을 흡수하여 표면이 부풀어 오르고 떨어져 나가는 현상은?

1. 버스팅(bursting)

2. 스폴링(spalling)

3. 슬래킹(slaking)

4. 큐어링(curing)

정답 1번

해설. ① 버스팅은 크롬·크롬마그네시아 벽돌이 고온에서 산화철을 흡수하여 부피가 팽창해 표면이 부풀어 오르고 떨어져 나가는 현상이다.
② 스폴링은 급격한 온도 변화·불균일 가열로 벽돌이 갈라지거나 떨어지는 현상, ③ 슬래킹은 마그네시아·돌로마이트 벽돌이 수증기를 흡수해 붕괴하는 현상, ④ 큐어링은 부정형 내화물의 양생이다.

81번

보일러의 노통이나 화실과 같은 원통 부분이 외측으로부터의 압력에 견딜 수 없게 되어 눌려 찌그러져 찢어지는 현상을 무엇이라 하는가?

1. 블리스터

2. 압궤

3. 팽출

4. 라미네이션

정답 2번

해설. ② 압궤는 노통·화실처럼 바깥에서 압력을 받는 원통부가 과열 등으로 강도가 떨어져 안쪽으로 눌려 찌그러지고 찢어지는 현상이다.
③ 팽출은 수관·동체처럼 안쪽에서 압력을 받는 부분이 바깥으로 부풀어 나오는 현상이다. ① 블리스터와 ④ 라미네이션은 강판 내부의 기포·층이 부풀거나 갈라지는 재료 결함이다.

82번

두께 150mm인 적벽돌과 100mm인 단열벽돌로 구성되어 있는 내화벽돌의 노벽이 있다. 적벽돌과 단열벽돌의 열전도율은 각각 1.4 W/m·℃, 0.07 W/m·℃일 때 단위면적당 손실열량은 약 몇 W/m² 인가? (단, 노 내 벽면의 온도는 800℃이고, 외벽면의 온도는 100℃ 이다.)

1. 336

2. 456

3. 587

4. 635

정답 2번

해설. ② 다층 평판 전도: q = Δt / Σ(L/λ)
열저항: 0.15/1.4 + 0.10/0.07 = 0.1071 + 1.4286 = 1.5357 m²·℃/W
q = (800 − 100)/1.5357 ≒ 456 W/m²
나머지 보기는 계산값과 맞지 않는다.

83번

보일러의 성능계산 시 사용되는 증발률(kg/m²·h)에 대한 설명으로 옳은 것은?

1. 실제 증발량에 대한 발생증기 엔탈피와의 비

2. 연료 소비량에 대한 상당증발량과의 비

3. 상당 증발량에 대한 실제증발량과의 비

4. 전열 면적에 대한 실제증발량과의 비

정답 4번

해설. ④ 전열면 증발률은 전열면적 1 m²당 1시간에 발생하는 실제 증발량으로, 증발률 = 실제증발량(kg/h) / 전열면적(m²)이다. 단위가 kg/m²·h인 것도 이를 보여 준다.
② 연료 소비량에 대한 상당증발량의 비는 상당증발배수이고, ③ 상당증발량에 대한 실제증발량의 비는 증발계수의 역수이며, ①은 성능 지표가 아니다.

84번

수관보일러의 특징에 대한 설명으로 옳은 것은?

1. 최대 압력이 1MPa 이하인 중소형 보일러에 적용이 일반적이다.

2. 연소실 주위에 수관을 배치하여 구성한 수냉벽을 노에 구성한다.

3. 수관의 특성상 기수분리의 필요가 없는 드럼리스 보일러의 특징을 갖는다.

4. 열량을 전열면에서 잘 흡수시키기 위해 2-패스, 3-패스, 4-패스 등의 흐름 구성을 갖도록 설계한다.

정답 2번

해설. ② 수관보일러는 연소실 주위에 수관을 촘촘히 배치한 수냉벽을 두어 복사열을 흡수하고 노벽을 보호한다.
① 고압·대용량에 적합하다. ③ 드럼리스형(관류보일러)도 있으나 일반 수관보일러는 기수드럼에서 기수분리를 한다. ④ 2·3·4-패스 구성은 노통연관식 등 원통형 보일러의 연관 설계 특징이다.

85번

그림과 같이 내경과 외경이 Dᵢ, Dₒ일 때, 온도는 각각 Tᵢ, Tₒ, 관 길이가 L 인 중공 원관이 있다. 관 재질에 대한 열전도율을 k라 할 때, 열저항 R을 나타낸 식으로 옳은 것은? (단, 전열량(W)은 Q = (Tᵢ − Tₒ)/R 로 나타낸다.)

1. (Dₒ − Dᵢ)/2

2. (Dₒ − Dᵢ) / {2π(Dₒ − Dᵢ)Lk}

3. (Dₒ − Dᵢ) / {2π(Dₒ + Dᵢ)Lk}

4. ln(Dₒ/Dᵢ) / (2πLk)

정답 4번

해설. ④ 원통 벽의 반지름 방향 전도: Q = 2πkL(Tᵢ − Tₒ)/ln(rₒ/rᵢ)
Q = (Tᵢ − Tₒ)/R로 두면 R = ln(rₒ/rᵢ)/(2πkL) = ln(Dₒ/Dᵢ)/(2πLk)이다(반지름비와 지름비는 같다).
①은 두께만 나타낼 뿐 열저항이 아니고, ②·③은 평판 근사식의 변형으로 원통의 로그 분포를 반영하지 못한다.

86번

입형 보일러의 특징에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 설치 면적이 좁다.

2. 전열면적이 적고 효율이 낮다.

3. 증발량이 적으며 습증기가 발생한다.

4. 증기실이 커서 내부 청소 및 검사가 쉽다.

정답 4번

해설. ④ 입형 보일러는 동체가 세로로 서 있고 크기가 작아 증기실이 좁으며, 내부가 좁아 청소·검사가 어렵다.
① 설치 면적이 좁다. ② 전열면적이 적어 효율이 낮다. ③ 증발량이 적고 증기실이 작아 습증기가 발생하기 쉽다.

87번

보일러의 부속장치 중 여열장치가 아닌 것은?

1. 공기예열기

2. 송풍기

3. 재열기

4. 절탄기

정답 2번

해설. ② 여열(폐열)회수장치는 배기가스의 남은 열을 회수하는 장치로 과열기, 재열기, 절탄기(급수예열기), 공기예열기가 있다.
송풍기는 연소용 공기를 공급하는 통풍장치이므로 여열장치가 아니다.

88번

관석(scale)에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 규산칼슘, 황산칼슘 등이 관석의 주성분이다.

2. 관석에 의해 배기가스의 온도가 올라간다.

3. 관석에 의해 관내수의 순환이 불량해 진다.

4. 관석의 열전도율이 아주 높아 전열면이 과열되어 각종 부작용을 일으킨다.

정답 4번

해설. ④ 관석(스케일)은 열전도율이 강판보다 매우 낮아 열전달을 방해하므로 전열면이 과열되어 팽출·파열 등을 일으킨다. 열전도율이 높다는 설명이 틀리다.
① 규산칼슘·황산칼슘 등이 주성분이다. ② 전열이 나빠져 배기가스 온도가 올라가고 효율이 떨어진다. ③ 관 내 물의 순환이 나빠진다.

89번

보일러의 일상점검 계획에 해당하지 않는 것은?

1. 급수배관 점검

2. 압력계 상태점검

3. 자동제어장치 점검

4. 연료의 수요량 점검

정답 4번

해설. ④ 일상점검은 매일 운전 전후에 급수배관·압력계·수면계·안전장치·자동제어장치 등 설비 상태를 확인하는 것이다. 연료의 수요량 점검은 운영·구매 계획에 속하며 일상점검 항목이 아니다.
①·②·③은 일상점검 항목이다.

90번

주위 온도가 20℃, 방사율이 0.3인 금속 표면의 온도가 150℃인 경우에 금속 표면으로부터 주위로 대류 및 복사가 발생될 때의 열유속(heat flux)은 약 몇 W/m²인가? (단, 대류 열전달계수는 h = 20 W/m²·K, 스테판-볼츠만 상수는 σ = 5.7×10⁻⁸ W/m²·K⁴ 이다.)

1. 3020

2. 3330

3. 4270

4. 4630

정답 1번

해설. ① 열유속 = 대류 + 복사: q = h(Tₛ − T∞) + εσ(Tₛ⁴ − T∞⁴)
대류: 20 × (150 − 20) = 2600 W/m²
복사: 0.3 × 5.7×10⁻⁸ × (423.15⁴ − 293.15⁴) = 0.3 × 5.7×10⁻⁸ × 2.468×10¹⁰ ≒ 422 W/m²
합계: 2600 + 422 ≒ 3020 W/m²

91번

보일러에서 용접 후에 풀림처리를 하는 주된 이유는?

1. 용접부의 열응력을 제거하기 위해

2. 용접부의 균열을 제거하기 위해

3. 용접부의 연신률을 증가시키기 위해

4. 용접부의 강도를 증가시키기 위해

정답 1번

해설. ① 용접 후 풀림(응력 제거 풀림)은 용접 시 불균일한 가열·냉각으로 남은 잔류응력(열응력)을 없애기 위해 한다.
② 이미 생긴 균열은 풀림으로 제거되지 않고, ③ 연신율 증가나 ④ 강도 증가가 주된 목적은 아니다.

92번

증발량이 1200kg/h 이고 상당 증발량이 1400 kg/h 일 때 사용 연료가 140 kg/h 이고, 비중이 0.8 kg/L 이면 상당 증발배수는 얼마인가?

1. 8.6

2. 10

3. 10.7

4. 12.5

정답 2번

해설. ② 상당증발배수는 연료 1 kg당 상당증발량이다.
풀이: 상당증발배수 = 상당증발량/연료소비량 = 1400/140 = 10
연료가 kg/h로 주어졌으므로 비중은 쓰지 않는다. 실제증발량을 쓰면 증발배수 1200/140 ≒ 8.6(①)이 된다.

93번

보일러에서 발생하는 저온부식의 방지 방법이 아닌 것은?

1. 연료 중의 황 성분을 제거한다.

2. 배기가스의 온도를 노점온도 이하로 유지한다.

3. 과잉공기를 적게 하여 배기가스 중의 산소를 감소시킨다.

4. 전열 표면에 내식재료를 사용한다.

정답 2번

해설. ② 저온부식은 황 성분이 연소해 생긴 SO₃가 배기가스 노점 이하에서 황산이 되어 절탄기·공기예열기 등을 부식시키는 현상이다. 배기가스 온도를 노점 이하로 유지하면 오히려 부식이 심해지므로 노점보다 높게 유지해야 한다.
① 연료의 황분 제거, ③ 저공기비 연소로 SO₂→SO₃ 전환 억제, ④ 내식재료 사용은 방지 방법이다.

94번

점식(pitting)에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 진행속도가 아주 느리다.

2. 양극반응의 독특한 형태이다.

3. 스테인리스강에서 흔히 발생한다.

4. 재료 표면의 성분이 고르지 못한 곳에 발생하기 쉽다.

정답 1번

해설. ① 점식(피팅)은 부동태 피막이 깨진 작은 부분에 부식이 집중되어 깊은 구멍이 생기는 국부부식으로, 진행속도가 빠르고 예측이 어렵다. 진행이 아주 느리다는 설명이 틀리다.
② 국부적인 양극반응이 집중된 형태이다. ③ 스테인리스강에서 흔히 생긴다. ④ 표면 성분이 고르지 못한 곳에 생기기 쉽다.

95번

급수 불순물과 그에 따른 보일러 장해와의 연결이 틀린 것은?

1. 철 - 수지산화

2. 용존산소 - 부식

3. 실리카 - 캐리오버

4. 경도성분 – 스케일 부착

정답 1번

해설. ① 급수 중 철분은 산화철 슬러지·스케일로 쌓여 부식·과열을 일으키며, 수지산화와는 관계가 없다. 따라서 연결이 틀리다.
② 용존산소는 점식 등 부식, ③ 실리카는 증기에 섞여 나가는 캐리오버(실리카 캐리오버), ④ 칼슘·마그네슘 등 경도성분은 스케일 부착의 원인이다.

96번

보일러수의 분출시기가 아닌 것은?

1. 보일러 가동 전 관수가 정지되었을 때

2. 연속운전일 경우 부하가 가벼울 때

3. 수위가 지나치게 낮아졌을 때

4. 프라이밍 및 포밍이 발생할 때

정답 3번

해설. ③ 수위가 지나치게 낮을 때 분출하면 저수위 사고(과열·파열)가 생기므로 분출하면 안 된다. 이때는 급수를 해야 한다.
① 가동 전 관수가 정지되어 불순물이 가라앉았을 때, ② 연속운전 시 부하가 가벼울 때, ④ 프라이밍·포밍이 생길 때 분출한다.

97번

두께 10mm의 판을 지름 18mm의 리벳으로 1열 리벳 겹치기 이음 할 때, 피치는 최소 몇 mm 이상이어야 하는가? (단, 리벳구멍의 지름은 21.5mm 이고, 리벳의 허용 인장응력은 40 N/mm², 허용 전단응력은 36 N/mm² 으로 하며, 강판의 인장응력과 전단응력은 같다.)

1. 40.4

2. 42.4

3. 44.4

4. 46.4

정답 3번

해설. ③ 강판의 인장강도와 리벳의 전단강도가 같다고 두면 (p − d′)tσ = (π/4)d²τ
p = d′ + πd²τ/(4tσ)
대입: 21.5 + π × 18² × 36/(4 × 10 × 40) = 21.5 + 9160.9/400 = 21.5 + 22.9 ≒ 44.4 mm
나머지 보기는 계산값과 맞지 않는다.

98번

과열기에 대한 설명으로 틀린 것은?

1. 포화증기를 과열증기로 만드는 장치이다.

2. 포화증기의 온도를 높이는 장치이다.

3. 고온부식이 발생하지 않는다.

4. 연소가스의 저항으로 압력손실이 크다.

정답 3번

해설. ③ 과열기는 고온의 연소가스에 노출되어 중유 중 바나듐(V₂O₅) 등에 의한 고온부식이 생기기 쉽다. 고온부식이 발생하지 않는다는 설명이 틀리다.
①·② 포화증기를 가열해 온도를 높인 과열증기로 만든다. ④ 연소가스 흐름을 방해하여 압력손실이 크다.

99번

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)에서 최대 출열량을 시험할 때는 반드시 최대부하가 아니라 그 목적에 따라 부하를 정해 시험한다. '반드시 최대부하'라는 설명이 틀리다.
① 원칙적으로 정격부하 이상에서 정상상태로 2시간 이상 운전한 결과에 따른다. ② 발열량은 원칙적으로 사용 시 연료의 총발열량(고위발열량)이다. ④ 증기 건도 98 % 이상에서 시험한다.

100번

외경 76mm, 내경 68mm, 유효길이 4800mm의 수관 96개로 된 수관식 보일러가 있다. 이 보일러의 시간당 증발량은 약 몇 kg/h 인가? (단, 수관 이외 부분의 전열면적은 무시하며, 전열면적 1m² 당 증발량은 26.9 kg/h 이다.)

1. 2660

2. 2760

3. 2860

4. 2960

정답 4번

해설. ④ 수관보일러의 전열면적은 연소가스가 닿는 수관 바깥지름 기준으로 계산한다.
전열면적: A = πDLn = π × 0.076 × 4.8 × 96 ≒ 110.0 m²
증발량: 110.0 × 26.9 ≒ 2960 kg/h
안지름(0.068 m)을 쓰면 약 2648 kg/h가 되어 맞지 않는다.

에너지관리기사 필기 2020년 4회 기출문제

연소공학

열역학

계측방법

열설비재료 및 관계법규

열설비설계

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