에너지25년기출C

25년기출C

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

1️⃣급수제어장치 J1

보일러 자동제어 기본회로 중 3요소식 급수제어장치이다. 빈칸에 알맞은 말을 골라 쓰시오

종류	21A04	19C03
비례	25B04	20D04	17A04
종류	23A10	20D02
	19A02	20C01	18B03
보일러	19A09	21A09	17C10
	22A09	24b13	25C01
주의점	17C09

수위조절기
증기유량검출기
급수유량검출기
수위검출기

2️⃣착화지연시간 F2

착화지연시간에 대하여 설명하시오

액체연료	19A07
미분탄	22C15
점화	25B10	22A04	16A09	25C02

F2 착화지연 #점화

착화지연시간이란
어느 온도에서 가열하여 착화에 이를 때까지의 시간

온도가 상승할 수록
증기압 및 습도가 낮을때
압력이 높을수록
분자구조가 복잡할수록
발열량이 높을수록
산소 농도가 클수록

3️⃣상당증발량 C2

상당증발량 1.5[ton/h]이고 급수 비엔탈피42[kJ/kg], 발생증기의 비엔탈피가 2759[kJ/kg]일때 실제 증발량은 몇[kg/h] 인가

C2 상당증발량, 환산증발량(Ge)

\[G_e=\frac{G_a(h_2-h_1)}{539\times 4.186}=\frac{G_a(h_2-h_1)}{2256}\\=\frac{G_a(h_2-h_1)}{100[℃]증발잠열}=\frac{G_a(h_2-h_1)}{\gamma}\]

Ge:환산증발량, Ga:증발량, h:엔탈피, γ증발잠열

\[G_e=\frac{1.5\times(2759-42)}{539\times 4.186}=1245.49[kg/h]\]

4️⃣니플의 길이

호칭지름20A인 강관을 그림과 같이 연결하고자 한다. 다음 조건에서 니플의 최소 길이를 구하시오

20A 90도 엘보의 중심축에서 단면까지의 거리는 32mm이다.
45도 엘보 및 유니언의 중심축에서 단면까지의 거리는 25mm이다.
결합을 위한 최소 나사산 거리는 13mm이다.
계산과정 중 발생하는 소숫점은 반올림하여 정수로 한다

(1)129
(2)160
(3)126

5️⃣랭킨사이클 N2

다음표를 보고 랭킨사이클의 이론적 열효율을 계산하시오

	압력	온도	출구엔탈피	엔트로피
보일러	6	350	3043	6.333
터빈	0.5	151.9	2541	6.333
복수기	0.5	151.9	640.2	1.861

\[\eta=\frac{3043-2541}{3043-640.2}\times 100=20.89\% \]

N4 랭킨사이클(효율)

\[ \eta=\frac{W_T}{Q_1}\times 100=\frac{h_2-h_3}{h_2-h_4}\times 100 \]

6️⃣ 열판형열교환기(고조청간) E1

보일러수 열교환기 중에서 판형 열교환기의 장점을 3가지 쓰시오

E1 판형 #열교환기(고조청간)

장점

구조상 전열면적이 판 형태로 넓기 때문에 높은 열전달 능력을 가지고 있다
판의 매수조절이 가능하여 전열면적증감이 용이하다
전열면의 청소나 조립이 간단하다
시공이 간편하다

단점

압력손실이 크다
압력이 크면 사용이 불가능하다

7️⃣ 압력계 H1

상용압력이 0.7[MPa]이고 최고사용압력이 1.0[MPa]일때 압력계의 적정 표시범위를 쓰시오

1.5~3[MPa]

8️⃣ 정압비열 N6

이상기체 1kg이 0.7MPa 정적과정으로 30도에서 100도까지 가열되었다 공급된 열량이 700kJ이고 분자량이 2일때 정압비열을 구하시오.

정적비열계산

\[Q=m\cdot C_v\cdot\Delta T\] \[C_v=\frac{Q}{m\cdot\Delta T}=\frac{700[kJ]}{1\times 70}=10kJ/kg\cdot K\]

기체상수 구하기

\[R=\frac{R_u}{M}=\frac{8.314}{2}=4.157kJ/kg\cdot K\]

정압비열 구하기

\[C_p=C_v+R\] \[C_p=10+4.157=14.157kJ/kg\cdot K\]

9️⃣ 게이트밸브 D5

[보기]에서 설명하는 밸브에 관하여 각 질문에 답하시오

유체의 흐름을 단속하는 가장 일반적인 밸브로서 냉수, 온수, 난방배관 등에 광범위하게 사용되고, 완전히 열거나 닫도록 설계되어 있다. 밸브 개방 시 유체 흐름의 단면적의 변화가 없어 압력손실이 적은 특징이 있다.

게이트밸브

유체의 게이트 충돌및 와류현상으로인한 디스크 부분의 마모가 발생하기때문에

🔟 고위발열량 G5

탄소85%, 수소12%, 황1%, 산소0.5%,질소1%, 수분0.5%의 중량조성을 가지는 연료의 완전연소시킬 때 고위발열량[kj/kg]을 계산하시오

G5 #발열량 계산(Hh)

$$ H_h=8,100C+34,000(H-\frac{O}{8})+2,500S \\ H_h[kcal/kg]=H_l+600(9H+w) $$

$$ H_h=8,100C+34,000(H-\frac{O}{8})+2,500S \\ =8,100\times 0.85+34,000(0.12-\frac{0.005}{8})+2,500\times0.01 \\ =10,968.75kcal/kg$$

고위발열량=10,968.75*4.186=45,915.19kJ/kg

1️⃣1️⃣ 리프팅현상 F2

가스연료의 분출속도가 연소속도보다 빨라 불꽃이 버너 표면에서 떨어지는 현상에 대하여 설명하시오

F 블로우오프 선화

버너출구에서 가연성 기체의 유출속도가 연소속도보다 큰 경우 불꽃이 노즐에 장착되지 않고 꺼져버리는 현상

1️⃣2️⃣ 탈산소제 A9

탈산소제의 종류를 3가지만 쓰시오

아황산나트륨, 하이드라진, 타닌

A9 탈산소제

아황산나트륨, 히드라진, 타닌

$$ 2Na_2SO_3+O_2→2Na_2SO_4 $$

$$ (2000\times10^6)\times\frac{9}{10^6}=18000[g] $$

$$ 2\times 126[g]:32[g]=x[g]:18000[g] $$

$$ x=\frac{2\times 126\times 18000}{32}=141750[g] $$

1️⃣3️⃣ 복사전열량 D9

스테판볼츠만의 법칙을 이용하여 복사전열량을 구하시오

스테판 볼츠만 상수 σ=5.67*10-8[W/m²K⁴]
방사율 0.38
면적 0.5m*0.5m
내부온도 600도 외부온도 30도
단위변환 1/1000W->kW

D9 복사전열량

$$ q_1=\epsilon \sigma(T_1^4-T_2^4) $$

$$ Q=\epsilon\cdot C_b\cdot\{(\frac{T_1}{100})^4 – (\frac{T_2}{100})^4\}\cdot F_1 $$

\[Q=0.38\times(5.67\times 10^{-8})\times0.25\times(873^4-303^4)\\ =3,083.30W=3.08kW\]

1️⃣4️⃣ 냉동기의 성능계수를 구하시오

120,000kg/h의 물을 12도에서 7도까지 냉각시키는 냉동기가 있다. 이때 냉동기의 성능계수를 구하시오

(단, 380V, 440A인 냉동기이다.)

1.냉동능력구하기

\[Q_e=m\cdot C\cdot\Delta T=33.33\times4.186\times5=697.67\]

2.소비동력구하기

\[W=\sqrt3\times V\times I\\ \sqrt3\times380\times440=289,587.2\\ =289.59kW\]

3.성능계수 계산

\[COP=\frac{냉동능력(Q_e)}{소비동력(W)}\]

\[ COP=\frac{697.67}{289.59}=2.41 \]

1️⃣5️⃣ 대수평균온도차 E3

관류율이 69.78 인 대향류 유냉각기에서 100 의 기름이 유입온도70도 유출온도 30도 비열 2.09 냉각수는 유입온도20도, 질량 200, 비열 4.186 일때 다음 물음에 답하시오.

(1)t2을 구하시오. 29.99도
(2)대수평균온도차를 이용한 전열면적을 구하시오. 1.54m^2

E3 대수평온도차 #LMTD

\[LMTD=\frac{\Delta t_1-\Delta t_2}{\ln(\frac{\Delta t_1}{\Delta t_2})} \]

\[Q=m \cdot C \cdot (t_{in}-t_{out})\]

1️⃣6️⃣ 내화벽돌의 두께 D7

직육면체인 노의 내벽을 내화벽돌 1.0[W/m·℃]로 쌓고, 다음 0.3m의 두께로 단열벽돌0.2[W/m·℃]을 쌓은 다음, 0.15m 의 두께로 일반벽돌0.5[W/m·℃]을 쌓을려 한다. 노 내부의 온도가 1200도 이고 실내온도가 50도 라 할 때 단열벽돌의 내화도 때문에 단열벽돌의 온도를 900도 이하로 유지하려면 내화벽돌의 두께는 최소한 몇m로 쌓아야 하는가

#전도

D71 #전도 열계산

\[Q=K\cdot F\cdot\Delta T \\ =\frac{1}{R_1+\frac{b}{\lambda}+\frac{1}{\alpha}}\times F\times\Delta T \]

b:벽의두께, λ:열전도율, F:표면적, α:열전달률, R:열저항

2602

정상상태에서 각 벽을 통과하는 열유속은 모두 동일

단열벽돌과 일반벽돌을 통과하는 열유속 구하기

\[q=\frac{\Delta T}{\Sigma R}=\frac{900-50}{\frac{L_2}{k_2}+\frac{L_3}{k_3}}\]

\[q=\frac{850}{\frac{0.3}{0.2}+\frac{0.15}{0.5}}\\ =\frac{850}{1.5+0.3}=\frac{850}{1.8}=472.22W/m^2\]

내화벽돌의 최소두께 계산

\[q=\frac{1200-900}{\frac{L_1}{k_1}}\]

\[472.22=\frac{300}{\frac{L_1}{1.0}}\] \[L_1=\frac{300}{472.22}=0.635m\]

1️⃣7️⃣ 수관보일러 A1

다음은 수관식보일러에 대한 설명이다 빈칸에 알맞은 말을 순서대로 적으시오

수관식 보일러는 순환방식에 따라

자연순환식, 강제순환식, 관류식으로 구분된다.

#보일러

A13 수관 #보일러 순환방식

❶ 자연순환식 :
보일러수의 비중량차에 의하여 자연순환하는 형식.

❷ 강제순환식 :
순환펌프를 설치하여 보일러수를 강제로 순환시키는 형식
(베록스(velox), 라몬트(lamont) 보일러 )

❸ 관류식 :
증기드럼 폐지하고 긴관을 제작, 구성하여 관의 한 끝에서 펌프로 압송된 물을 가열, 증발, 과열의 과정을 거쳐 증기가 발생되는 형식

2601

1️⃣8️⃣ 최대유량 H2

아래 그림을 보고 벤투리미터에서 캐비테이션이 일어나지 않는 범위에서의 최대유량은 몇인가

#유량

I4 오리피스(계산)

교축비계산

$$ m=(\frac{D_2}{D_1})^2 $$

유량계산

$$ Q=C\times A\times \frac{1}{\sqrt{1-m^2}}\times \sqrt{2\times g\times h} $$

이 문제는 베르누이 방정식과 연속 방정식을 결합하여 벤투리미터 목(Throat, 수축부)에서의 압력이 물의포화증기압 이하로 떨어지지 않는 한계(캐비테이션 발생 임계점)를 이용해 최대 유량을 구하는 유체역학문제입니다.

1. 조건 정리 및 기호 정의

기준점 1 (하단 배관, 넓은 곳):
- 압력 ($P_1$) = $120 \text{ kPa} = 120,000 \text{ Pa}$
- 직경 ($D_1$) = $10 \text{ cm} = 0.1 \text{ m}$
- 높이 ($z_1$) = $0 \text{ m}$ (기준면)
기준점 2 (벤투리 목, 좁은 곳):
- 압력 ($P_2$) = 캐비테이션이 일어나지 않는 한계 압력이므로 $20^\circ\text{C}$ 물의 포화증기압과같습니다.

$$P_2 = 2.34 \text{ kPa} = 2,340 \text{ Pa}$$

직경 ($D_2$) = $2 \text{ cm} = 0.02 \text{ m}$
높이 ($z_2$) = $1 \text{ m}$
물성치:
- 물의 밀도 ($\rho$) = $1000 \text{ kg/m}^3$
- 중력가속도 ($g$) = $9.81 \text{ m/s}^2$

2. 연속 방정식 (Continuity Equation)

유량 Q = A_1 V_1 = A_2 V_2 이므로, 면적비는 직경의 제곱비와 같습니다.

$$V_1 = \left(\frac{D_2}{D_1}\right)^2 V_2 = \left(\frac{2}{10}\right)^2 V_2 = 0.04 V_2$$

3. 베르누이 방정식 (Bernoulli’s Equation)

기준점 1과 기준점 2 사이에 베르누이 방정식을 적용합니다.

$$\frac{P_1}{\rho} + \frac{V_1^2}{2} + g z_1 = \frac{P_2}{\rho} + \frac{V_2^2}{2} + g z_2$$

값들을 대입하고 V_1 = 0.04 V_2, z_1 = 0을 적용합니다.

$$\frac{120,000}{1000} + \frac{(0.04 V_2)^2}{2} = \frac{2,340}{1000} + \frac{V_2^2}{2} + (9.81 \times 1)$$ $$120 + 0.0008 V_2^2 = 2.34 + 0.5 V_2^2 + 9.81$$

V_2^2 항을 우변으로 몰아서 정리합니다.

$$120 – 2.34 – 9.81 = (0.5 – 0.0008) V_2^2$$ $$107.85 = 0.4992 V_2^2$$ $$V_2^2 = \frac{107.85}{0.4992} \approx 216.046$$ $$V_2 \approx 14.70 \text{ m/s}$$

4. 최대 유량 ($Q$) 계산

목(Throat) 부분의 단면적 A_2를 구한 후 유속 V_2를 곱해줍니다.

$$A_2 = \frac{\pi}{4} \times D_2^2 = \frac{\pi}{4} \times (0.02)^2 \approx 0.00031416 \text{ m}^2$$ $$Q = A_2 \times V_2 = 0.00031416 \times 14.70 \approx 0.00462 \text{ m}^3\text{s}$$

주로 자격증 시험 등에서 유량 단위로 많이 쓰는 [L/s] 단위로 환산하면 다음과 같습니다. (1m^3 = 1000L)

$$Q \approx 4.62 \text{ L/s}$$

정답

캐비테이션이 일어나지 않는 범위에서의 최대 유량은 약 $4.62 \times 10^{-3} \text{ m}^3\text{/s}$ (또는 $4.62 \text{ L/s}$) 입니다.