에너지21년기출C

에너지 21년기출C

🥇🥈🥉

25A	25B	25C
24A	24B	24C
23A	23B	23C
22A	22B	22C
21A	21B	21C
20A	20B	20C

1️⃣ 폴리트로픽 N6

랭킨N4 (효율)	17C14	18A11	18C16
	19C15	23C17
	18C12	22C12
습증기 N5	20C14
재생재열	16C08	18C17
폴리 N7	19A14		21C01
엔트로피 N7	16B15	17C13	20B15
냉매순환	22C10
단열압축

실린더 내에 있는 이상기체 10[kg]을 350[°C]상태에서 폴리트로픽 과정으로 압축하는 일량이 900[kJ]이 소요되었을 때 엔트로피 변화량[kJ/K]을 계산하시오.
(단, 정적비열은 0.72[kJ/kg･K], 기체상수 0.26[kJ/kg･K] 폴리트로픽 지수 1.3, 비열비 1.4이다)

폴리트로픽 과정에서 이상기체의 엔트로피 변화량을 구하는 문제입니다. 주어진 조건과 비열 관계식을활용하여 단계별로 풀어보겠습니다.

1. 기본 데이터 및 상태 정리

기체의 질량 (m): 10[kg]
초기 온도 (T_1): 350 = 350°C + 273.15 = 623.15K
폴리트로픽 일 (W): -900kJ
(계가 외부로부터 일을 받았으므로 압축 일은 음(-)의 값을가집니다.)
정적비열 (C_v): 0.72kJ/kg K
기체상수 (R): 0.26kJ/kg K
폴리트로픽 지수 (n): 1.3
비열비 (k): 1.4

2. 폴리트로픽 비열 (C_n) 구하기폴리트로픽 과정에서의 비열 C_n은 다음 공식을 통해 구할 수 있습니다

$$C_n = C_v \times \frac{n – k}{n – 1}$$

주어진 수치를 대입하면:

$$C_n = 0.72 \times \frac{1.3 – 1.4}{1.3 – 1.1} = 0.72 \times \frac{-0.1}{0.3} = -0.24 \text{ kJ/kg}\cdot\text{K}$$

3. 압축 후의 나중 온도 (T_2) 구하기

$$W = \frac{mR(T_1 – T_2)}{n – 1}\\ =-900 = \frac{10 \times 0.26 \times (623.15 – T_2)}{1.3 – 1}$$ $$-900 = \frac{2.6 \times (623.15 – T_2)}{0.3}$$ $$-900 \times 0.3 = 2.6 \times (623.15 – T_2)$$ $$-270 = 2.6 \times (623.15 – T_2)$$ $$623.15 – T_2 = \frac{-270}{2.6} \approx -103.85$$ $$T_2 = 623.15 + 103.85 = 727 \text{ K}$$

4. 엔트로피 변화량 ($\Delta S$) 계산폴리트로픽 과정에서 엔트로피 변화량 공식은 다음과 같습니다

$$\Delta S = m \cdot C_n \cdot \ln\left(\frac{T_2}{T_1}\right)$$

구한 값들을 대입하여 계산합니다.

$$\Delta S = 10 \times (-0.24) \times \ln\left(\frac{727}{623.15}\right)$$ $$\Delta S = -2.4 \times \ln(1.1666)$$ $$\Delta S \approx -2.4 \times 0.1541 \approx -0.37 \text{ kJ/K}$$

정답

엔트로피 변화량은 약 -0.37kJ/K 입니다.
(압축 과정에서 열이 방출되었기 때문에 엔트로피는감소합니다.)

2️⃣ 석유환산계수

발열량이 9,030[kcal/L]인 경유 200[L]에 대한 TOE를 계산하시오. (단, 경유의 석유환산계수[TOE/kL]는 0.905이다)

$$ TOE=\frac{200}{1000}\times 0.905=0.181[TOE] $$

3️⃣ 정압계산(피토관)☑️I2

피토관	18c04
계산U	18A12	19C14	20A11
계산	22A05	16C13	18B13	21A15 (유량)
	22B14	19B12
	21C03

그림과 같은 관로에 벤투리미터를 설치하여 20[°C] 물을 통과시켰을 때 온도기준 포화증기 표를 참고하여 캐비테이션이 발생하지 않는 조건으로 2번 지점에서의 최대유량[L/s]을 계산하시오.

연속방정식

$$ A_1V_1=A_2V_2 \\ V_1=\frac{A_2}{A_1}V_2=\frac{\frac{\pi}{4}\times0.1^2}{\frac{\pi}{4}\times0.02^2}\times V_2=25V_2 $$

베르누이 방정식(이상유체식)

$$ \frac{P_1}{\rho g}+\frac{V^2_1}{2g}+z_1=\frac{P_2}{\rho g}+\frac{V^2_2}{2g}+z_2 \\ \frac{V^2_2-V^2_1}{2g}=\frac{P_1-P_2}{\rho g}+z_1 \\ \frac{V^2_2-(25V_2)^2}{2g} =\frac{V^2_2-25^2 V_2^2}{2g} =\frac{V^2_2-625V_2^2}{2g} \\ =\frac{(1-625)V_2^2}{2g}=\frac{-624V_2^2}{2g}$$

$$ \frac{-624V_2^2}{2g}=\frac{P_1-P_2}{\rho g}+z_1 $$

$$ V_2=\sqrt{\frac{2g(\frac{P_1-P_2}{\rho g}+z_1)}{-624}}=\sqrt{\frac{2\times9.8\times(\frac{2000-120000}{1000\times9.8}+1)}{-624}}=0.587[m/s] $$

$$ Q_2=A_2V_2=(\frac{\pi}{4}\times0.1^2\times0.59)\times1000=4.633[L/s] $$

$$ V=\sqrt{2g\frac{P_t-P_s}{\gamma}} $$

4️⃣ 슬래킹현상 D1

슬래킹	16A10	17A06	21C04
온도	22A11	23A11	20C04	18B07
가마울림	17A01	22C03	23b03
요로	16B07	16b08	23B02	20B02
	20A06

마그네시아 또는 돌로마이트를 원료로 하는 내화물이 수증기의 작용을 받아 Ca(OH)₂나 Mg(OH)₂를 생성하는데 이 때 큰 비중변화에 의하여 체적변화를 일으키기 때문에 노벽에 균열이 발생하거나 붕괴하는 현상을 무엇이라고 하는가?

D1 스폴링, 슬래킹, 버스팅

● 스폴링(spalling)현상 : 박락현상이라 하며 급격한온도변화로인해 내화물이 사용하는 도중에 갈라지든지, 떨어져 나가는 현상을 말한다.

● 슬래킹(slacking)현상 : 수증기를 흡수하여 체적변화를 일으켜 균열이 발생하 거나 떨어져 나가는 현상으로 염기성 내화물에서 공통적으로 일어난다.

● 버스팅(bursting)현상 : 크롬 철광을 원료로 하는 내화물이 1600[°C]이상에서 산화철을 흡수하여 표면이 부풀어 오르고 떨어져 나가는 현상으로 크롬질 내회물에서 발생한다.

❎ 5️⃣

길이 2[m], 폭 2[m], 온도 60[°C]인 평판에서 멀리 떨어진 곳에 20[°C]인 유체가 2[m/s]로 평행하게 흐를 때 [보기]의 조건을 이용하여 물음에 답하시오.

(1)열전달계수[W/㎡ K]를 구하시오 (2)전열량[kW]을 구하시오

$$ Re_x=\frac{V_x}{v}=\frac{2\times2}{2\times10^{-4}}=20000 $$

$$ Nu_x=0.3Re^{\frac{4}{5}}P_r^{\frac{1}{3}}=0.3\times20000^{\frac{4}{5}}\times0.8^{\frac{1}{3}}=768.496 $$

$$ h_x=\frac{Nu_x\times k}{x}=\frac{768.50\times0.6}{2}=230.55[W/m^2\cdot K] $$

$$ Q=h_x\times F\times\Delta T=230.55\times(2\times2)\times(273+60)-(273+20) \\ =36888[W]=36.89[kW] $$

✋ 6️⃣ 오토사이클

간극체적이 행정체적의 15[%]인 오토사이클의 이론 열효율은 얼마인가? (단, 비열비는 1.4이다.)

오토사이클(Otto Cycle)의 이론 열효율을 구하는 문제입니다. 차근차근 계산해 보겠습니다.

1. 압축비(r) 구하기

압축비 r은 (간극체적 + 행정체적) / 간극체적으로 정의됩니다.

문제에서 간극체적(V_c)이 행정체적(V_s)의 15%라고 했으므로, V_c = 0.15 V_s로 둘 수 있습니다.

$$r = \frac{V_c + V_s}{V_c} = \frac{0.15V_s + V_s}{0.15V_s} = \frac{1.15}{0.15} \approx 7.6667$$

2. 이론 열효율($\eta$) 계산하기

오토사이클의 이론 열효율 공식은 다음과 같습니다. (단, 비열비 k = 1.4)

$$\eta = 1 – \frac{1}{r^{k-1}}$$

위에서 구한 압축비 r과 비열비 k를 공식에 대입합니다.

$$\eta = 1 – \frac{1}{7.6667^{1.4-1}} = 1 – \frac{1}{7.6667^{0.4}}$$

$7.6667^{0.4} \approx 2.2545$ 이므로,

$$\eta = 1 – \frac{1}{2.2545} \approx 1 – 0.4436 = 0.5564$$

7️⃣ 수관보일러

노통	18A04	22C06	23B05
연관	17B08
수관	22A08	20A07
장점	17C02	20a07	23c07
노벽	22C01

라몽트 보일러에 수관마다 라몽트 노즐을 설치하는 이유를 설명하시오

수관마다 동일한 유속을 얻도록 하여 송수량을 조절하기 위하여

8️⃣ 보일러의 효율 ☑️C4

육용 보일러 열정산(KS B 6205) 규정에 따른 보일러 효율을 계산하는 공식에 [보기]의 기호를 넣어 완성하시오

	16a15	24A02	18C15	21B06
	22B16	20B13	17B15
효율	25B02	23B17	23A02	17A12
	21C08

C4 보일러효율*

입출열법에 의한 효율

$$ \eta=\frac{G_a (h_2-h_1)}{G_f\times H_l}\times 100 $$

열손실법에 의한 효율

$$ \eta=(1-\frac{L_s}{H_h-Q})\times 100 $$

Ga실제증발량 h2포화증기엔탈피 h1급수엔탈피
Gf연료소비량 Hh연료의고위발전량

\[보일러의 효율 \\=\frac{열매체사용량\times 비열\times 열매체 입출구온도차}{연료소비량\times 연료의저위발열량}\times 100\]

2602

9️⃣ 통풍력 F4

통풍력	19b15	21c09	24b14
	19a11

굴뚝으로 배출되는 연소가스 평균온도가 90[°C],
외기온도가 10[°C]인 상태에서 연돌의 통풍력을 측정한 결과 2.5[mmAq]이었다면 이 연돌의 실제 높이[m]는 얼마인가?
(단, 표준상태에서 공기의 밀도는 1.295[kg/m³] 연소가스의 밀도는 1.423 [kg/m³]이고 실제통풍력은 이론통풍력의 80[%]에 해당된다)

F5 통풍력

$$ Z=273\times H\times\left[\frac{\gamma_a}{T_a}-\frac{\gamma_g}{T_g}\right]\times \eta\ [mmH_2O] $$

$$ H=\frac{Z}{273\times(\frac{\gamma_\alpha}{T_\alpha}-\frac{\gamma_g}{T_g})\times\eta} \\ =\frac{2.5}{273\times(\frac{1.295}{273+10}-\frac{1.423}{273+90})\times0.8}=17.45[m] $$

🔟이론공기량 G1

공기량	22B13	21C10	20A13	19C13
	21A13	22C05	24A03	21A13
물질량	23A03	19C11	17A11

탄소(C) 70[%], 수소(H) 20[%], 회분(Ash) 10[%]인 액체연료 50[kg]이 완전연소할때 이론공기량[Nm³]을 계산하시오.

$$A_0=8.89C+26.67(H-\frac{O}{8})+3.33S$$

1️⃣1️⃣ 관류 보일러 ☑️ A16

(종류)	24b05	20C02	17A03
(명칭)	21C11	20B07	17B05
(장단)	21B14	16C04

►보기 에서 설명하는 보일러 명칭을 쓰시오

급수펌프에 의해 급수를 압입하여 하나로 된 관에서 가열, 증발, 과열과정을 거쳐 순환하는 보일러 벤슨 보일러, 슐져보일러가 대표적이다.

A5 관류 보일러(*명칭)

급수펌프에 의해 급수를 압입하여 하나로 된 관에서

가열, 증발, 과열과정을 거쳐 순환하는 보일러

2602

🍀 1️⃣2️⃣

보일러의 저수위 사고를 방지하기 위하여 사용하는 급수조절장치의 수위 검출기구에 적용되는 방식 4가지를 쓰시오

플로트식, 전극식, 열팽창식, 차압식

1️⃣3️⃣

노통연관식 보일러와 수관식 보일러의 특징을 비교한 것이다.

[보기]에서 알맞은 내용을 찾아쓰시오.

물, 연소가스, 높다, 낮다, 좋다, 나쁘다

(1) 노통연관식 보일러 관 내부에는 ( ① )가[이] 흐르고. 수관식 보일러 관 내부 에는( ② )가[이] 흐른다
(2) 노통연관식 보일러 사용압력은 ( ③ ) 수관식 보일러의 사용압력은 ( ④ )
(3) 노통연관식 보일러 부하대응은 ( ⑤ ) 수관식 보일러 부하대응은 ( ⑥ )

연소가스, 물, 낮다, 높다, 나쁘다, 좋다

1️⃣4️⃣

증기 축열기(steam accumulator)의 기능을 설명하시오.

보일러에서 과잉 발생한 증기를 저장하고 부하가 증가하면 증기를 공급하여 증기 부족을 해소하는 장치이다

1️⃣5️⃣

열사용기자재 중 보일러의 적용범위 중 ( ）안에 알맞은 내용을 넣으시오.

(1) 소형 온수보일러는 전열면적이 ( ① )[m2 ] 이하이고, 최고사용압력이( ② )[MPa]이하의 온수를 발생하는 것이다.
(2) 구멍탄용 온수보일러는 석탄산업법 시행령에 따른 연탄을 사용하여 온수를 발생시키는 것으로 ( ③ )만 해당한다
(3) 축열식 전기보일러는 심야전력을 사용하여 온수를 발생시켜 축열조에 저장한 후 난방에 이용하는 것으로서 정격소비전력이 ( ④ )[kW] 이하이고, 최고사용압력이 ( ⑤ )[MPa] 이하인 것이다.

14, 0.35, 금속제, 30, 0.35

1️⃣6️⃣

외기온도 27[°C]일 때 표면온도 227[°C]인 관 표면에서 방사에 의한 전열량은 자연대류에 의한 전열량의 몇 배가 되는지 계산하시오. (단, 방사율은 0.9, 스테판-볼츠만 상수는 5.7x 10-8 [W/m2 ·K4], 대류 열전달률은 5.56 [W/m2 ·K] 이다)

$$ Q_1=\epsilon\sigma(T_1^4-T_2^4) $$

$$ =0.9\times5.7\times 10^{-8}\times \{(273+227)^4-(273+27)^4\}=2790.72[W/m^2] $$

$$ Q_2=\alpha\times(T_1-T_2) $$

$$ =5.56\times \{(273+227)-(273+27)\}=1112[W/m^2] $$

$$ 전열량비=\frac{방사전열량(Q_1)}{자연대류전열량(Q_2)}=\frac{2790.72}{1112}=2.509 $$

1️⃣7️⃣ 보일러의이상현상 ☑️ B23

이상현상	22C07	17C06
캐리오버	24C04	23B01	20C08
	20A04	17A05
프라이밍	23c02	21c17	16a08	16c01
포밍	23A05
캐비 테이션	21B13	16a06
수격작용	21B15	16A07

보일러에서 발생하는 이상 현상에 대하여 설명하시오.

(1) 프라이밍(priming) 현상
(2) 포밍(foaming) 현상
(3) 캐리오버(carry over) 현상

B23 보일러 이상현상

프라이밍(priming) 현상 : 급격한 증발현상으로 동수면에 작은 입자의 물방울이 증기와 혼입하여 튀어 오르는 현상
포밍(foaming) 현상 : 동저부에서 작은 기포들이 수면상으로 오르면서 물거품이 발생하여 수면에 달걀모양의 기포가 덮이는 현상
캐리오버(carry over) 현상 : 프라이밍, 포밍 현상에 의하여 발생된 물방울이 증기 속에 섞여 관내를 흐르는 현상으로 기수공발, 비수현상이라 한다.

1️⃣8️⃣ 보일러 계산

보일러 급수펌프의 전동기(motor)에 고장이 발생하여 교체하고자 한다. [보기]의 펌프 및 전동기 조건을 이용하여 물음에 답하시오

(1)교체할 전동기 용량을 계산하시오

(2)계산된 전동기 용량으로 보기에 제시된 기성품 전동기 중에서 최소 용량의 것을 선택하시오

C3 보일러 용량계산

\[ kW=\frac{P\times Q}{\eta_p}=\frac{(\gamma \times H)\times Q}{\eta_p}=\frac{(\rho\times g\times H)}{\eta_p} \]

$$ =\frac{(1000\times 9.81\times 15)\times(\frac{12000}{1000\times 3600})}{0.75}=654[W] $$

$$ 전동기용량=\frac{펌프축동력\times \alpha}{\eta_m}=\frac{0.65\times 2}{0.95}=1.368 $$

에너지 21년기출C

에너지21년기출C