FtZ

에너지25년기출B

—

제공

4
안
목차
23A23B23C
24A24B24C
25A25B25C

1️⃣열전도 D7

안지름이 40[cm]인 원통형 배관에 두께가 5[cm]의 단열재가 부착되어 있다. 이 단열재가 열전도율이 0.42[W/m·℃]이며 길이는 2[m]일때, 고온 측 온도는 100[℃], 저온 측 온도는 30[℃]이다. 이때 전도열량[kJ/h]은 얼마인다.

20C1718B1117C1217B14
중간온도16B1219A1220A1222A07
중공원통25B0118C1319C1216C11
21B11
다층벽24A0521A1820D1223B12
23A1322B18
구형용기 22C1316A1424B17
스케일 16C0920D16

D72 전도 열계산 (중공원통)

$$ Q[W]=\frac{2\pi L(t_o-t_i)}{\frac{1}{\lambda}\ln\frac{r_o}{r_i}}\\ =\frac{2\pi L(t_o-t_i)\times \lambda}{\ln\frac{r_o}{r_i}} $$

1. 원통 벽 전도 열량 공식

원통형 배관을 통과하는 전도 열량(q) 공식은 다음과 같습니다.

$$q = \frac{2\pi \cdot L \cdot (T_1 – T_2)}{\frac{1}{\lambda}\ln(r_2 / r_1)}$$

여기서 각 기호의 의미와 주어진 조건은 다음과 같습니다.

  • λ: 단열재의 열전도율 = 0.42[W/m·℃]
  • L: 배관의 길이 = 2m
  • T₁: 고온 측 온도 = 100 ℃
  • T₂: 저온 측 온도 = 30 ℃
  • r₁: 안쪽 반지름 (배관의 외경 반지름)
    = 40 cm / 2 = 20 cm = 0.2 m
  • r₂: 바깥쪽 반지름 (배관 반지름 + 단열재 두께)
    = 안쪽 반지름 + 단열재 두께 = 20 cm + 5 cm = 25 cm = 0.25 m

2. 계산 과정

① [W] 단위로 열량(q) 계산

$$q = \frac{2\pi \times 0.42 \times 2 \times (100 – 30)}{\ln(0.25 / 0.2)}$$
  • 분자: 2 × π × 0.42 × 2 × (100 – 30) ≈ 369.451
  • 분모: ln(0.25 / 0.2) = ln(1.25) ≈ 0.22314
$$q \approx \frac{369.451}{0.22314} \approx 1,655.60 \text{ W} = 1,655.60 \text{ J/s}$$

② 요구하는 단위인 [kJ/h]로 환산

  • 1 W = 1 J/s
  • 1 J = 10^{-3} kJ
  • 1 hour = 3,600 seconds

따라서 W 단위에 3.6을 곱해주면 kJ/h가 됩니다.

$$q_{\text{kJ/h}} = 1,655.60 \times 3.6 \approx 5,960.16 \text{ kJ/h}$$

2️⃣보일러효율 C4

연료소비량 140[kg/h], 발열량 19,260[kJ/kg], 100[℃]의 포화수엔탈피 251[kJ/kg], 과열증기엔탈피 2,763[kJ/kg], 증기 발생량 840[kg/h]라고 할 때 이 보일러의 효율[%]을 구하시오

24A0221B0618C1516a15
22B1617B1520B13
효율25B0223B1723A0217A12
21C08

C4 보일러 #효율 (η)

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

\[\eta_B=\frac{G(h_2-h_1)}{G_f\times H_L}\\ =\frac{840\times(2,763-251)}{140\times19,260}=0.7826\]

3️⃣보온재효율 D2

보온재를 설치하기 전 열손실은 2,500[kJ/h]였다. 보온재를 설치한 후 열손실이 0.12[kW]가 되었을 때, 보온재의 효율[%]은 얼마인가.

보온재의효율 계산
\[2,500[kJ/h]=2,500/3,600=0.6944[kJ/s]\] \[\eta=(1-\frac{Q_2}{Q_1})\times 100\\ =(1-\frac{0.12}{0.6944})\times100=82.72[\%]\]

4️⃣비례동작 J1

비례동작의 특징 3가지를 쓰시오

종류21A0419C03
비례25B0420D0417a04
종류23A1020D0216b0116A03
19A0220C0118B03
보일러19A0921A0917C10
22A0924b13
주의점17C09

J1 자동 제어 (비례동작의 특징)
  • 다른 동작과 함께 사용하여야 한다
  • 외란이 있으면 잔류편차(off set)가 발생한다
  • 조작량은 편차량에 비례한다
  • 부하변화가 작은 프로세스에 적합하다
  • 공기조화기, 직접난방의 증기 유량제어, 액면제어 등에 사용된다.
  • 비례대를 좁게 하면 조작량(밸브의 움직임)이 커진다.  
  • 비례대가 좁게 되면 2위치 동작과 같게 된다.

5️⃣스팀트랩 B1

스팀트랩의 작동원리에 따른 구분 3가지를 쓰시오

기계식 트랩, 온도조절 트랩, 열역학적 트랩

B12 #증기 트랩(종류)

✲증기관의 도중에 설치하여 증기를 사용하는 설비의 배관 내에 고여있는 응축수 (증기의 일부가 드레인된 상태)를 자동배출시키는 장치

❶기계식트랩 : 볼플로트식, 버킷식

❷열역학식 : 오리피스식, 디스크식 

✲증기와 응축수의 열역학적 유체역학적 특성차를 이용한 것이다

❸온도조절식 : 바이메탈식, 벨로즈식

6️⃣연료절감률 B4

연소에 필요한 이론공기량이 10.8[kg]이고 공기의 비열은 1.674[kJ/kg·℃]이다. 온도는 15[℃]에서 295[℃]로 상승한다고 할때, 공기비를 1.35에서 1.15로 개선하였다고 한다. 이때 공기비 개선에 따른 절감률을 구하시오.(단, 연료의 발열량은 40,820[kJ]이다)

효율20D1816B1422C02★
절감율16C1024B1821A1425B06
온도23A0116A1322A14
감소량23A1518A1325A0525A06
손실감소24A1023A0722B0920C15
절감금액23B10

실제습연소가스량=이론습연소가스량+과잉공기량

B41 폐열회수 계산

$$ Q_1=G_w\times C_w\times\Delta t \\ =(G_{0w}+(m-1)\times A_0)\times C_w\times\Delta t \\ $$

\[G=(m_1-m_2)\times A_0 \\=(1.35-1.15)\times10.8=2.16[kg]\]

\[Q=GC\Delta t=2.16\times1.674\times(295-15)\\=1,012.44[kJ/kg]\]

\[\frac{1,012.44}{40,820}\times100=2.48[\%]\]

7️⃣터널요 D1

요업 공정에 주로 사용하고 있는 화물 소성로 중 예열대, 소성대, 냉각대의 주요 3부분으로 구성되어 있으며, 요 밖에서 대차에 적재된 피소성품을 예열대 측 입구에서 순차적으로 요에 장입되어 연속적으로 열처리를 하는 설비의 명칭을 쓰시오

슬래킹21C0416A10
온도22A1123A1120C0418B07
가마울림22C0323B0325A12
요로20B0216B08
23B0220A06

D1 터널요의 구조부, 구성장치 #요로
  • 예열대, 소성대, 냉각대
  • 대차, 샌드실, 푸셔

8️⃣스털링 사이클 N3

사이클의 최저온도와 최고온도가 각각 20[℃], 1420[℃]이고, 압축비가 6인 이상적인 공기표준 스털링 사이클로 작동되는T-S선도이다. 다음 물음에 답하시오(단, 기체상수는 0.287[kJ/kg·K], 정압비열은 1.005[kJ/kg·K], 정적비열은 0.718[kJ/kg·K]이다.)

1)2→3→4에서 공급된 열량[kJ/kg]을구하시오
2)4→1→2에서 공급된 열량[kJ/kg]을구하시오
3)계가 한 순일량[kJ/kg]을 구하시오
4)사이클의 이론 열효율[%]을 구하시오

주어진조건 및 온도환산
  • 최저온도 (Tmin=T₁=T₂) = 20℃+273.15 = 293.15 K
  • 최고온도 (Tmax=T₃=T₄) = 1420℃+273.15 = 1693.15 K
  • 압축비 (r) = V₁ / V₂ = V₄ / V₃ = 6
  • 기체상수 (R) = 0.287 kJ/kg·K
  • 정적비열 (Cv) = 0.718 kJ/kg·K
1) 2 → 3 → 4 과정에서 공급된 열량 [kJ/kg]

이 과정은 정적가열 과정(2->3)과 등온팽창 과정(3->4)의 합입니다.

  • 정적가열 열량 (Q23):
$$Q_{23} = C_v \cdot (T_3 – T_2) = 0.718 \times (1693.15 – 293.15) \\ = 1,005.20\text{ kJ/kg}$$
  • 등온팽창 열량 (Q34):
$$Q_{34} = R \cdot T_{max} \cdot \ln(r) = 0.287 \times 1693.15 \times \ln(6)\\ \approx 870.68\text{ kJ/kg}$$
  • 전체공급열량 (Q234):
$$Q_{234} = Q_{23} + Q_{34} = 1005.20 + 870.68\\ = \mathbf{1,875.88\text{ kJ/kg}}$$
2) 4 → 1 → 2 과정에서 공급된 열량 [kJ/kg] (실제 방출된 열량)

이 과정은 정적냉각 과정(4->1)과 등온압축 과정(1->2)의 합이며, 실제로는 계 밖으로 열을 방출(손실)하는 과정입니다.

  • 정적냉각 열량 (Q41):
$$Q_{41} = C_v \cdot (T_1 – T_4) = 0.718 \times (293.15 – 1693.15) \\ = -1,005.20\text{ kJ/kg}$$
  • 등온압축 열량 (Q12):
$$Q_{12} = R \cdot T_{min} \cdot \ln\left(\frac{1}{r}\right) = 0.287 \times 293.15 \times \ln\left(\frac{1}{6}\right)\\ \approx -150.75\text{ kJ/kg}$$
  • 전체방출열량 (Q412):
$$Q_{412} = Q_{41} + Q_{12} = -1005.20 – 150.75\\ = \mathbf{-1,155.95\text{ kJ/kg}}$$
3) 계가 한 순일량 [kJ/kg]

사이클이 한 순일량은 총 공급된 열량과 총 방출된 열량의 대수적 합입니다. (정적 과정의 열량 Q23과 Q41은 크기가 같고 부호가 반대이므로 서로 상쇄됩니다.)

$$W_{net} = Q_{34} + Q_{12} = 870.68 – 150.75 = \mathbf{719.93\text{ kJ/kg}}$$

4) 사이클의 이론 열효율 [%]

이상적인 스털링 사이클은 내부 재생기(Regenerator) 효율이 100%인 공기표준 사이클을 가리키므로, 그 이론 열효율은 카르노(Carnot) 사이클의 열효율과 동일합니다.

$$\eta = 1 – \frac{T_{min}}{T_{max}} = 1 – \frac{293.15}{1693.15} \approx 0.8269$$

따라서 백분율로 나타내면 82.69%입니다.

9️⃣단열재 구비조건 D1

단열재의 구비조건 3가지를 쓰시오

조건25B0922B11 20B10 17C07
전내흡
비온두		22C0916c03
원인17a0724c1219A06
내화물23C0124A0916A01

D2 보온재 구비조건 #전내흡비온,두
  • 열전도율이 작을것
  • 적당한 내구성을 가질것
  • 흡습성 흡수성이 작을것
  • 부피, 비중이 작을것
  • 안전 사용온도 범위에 적합할것
  • 시공성이 좋을것
  • 내열성 내약성이 있을것

🔟보일러 점화불량 F2

보일러 운전 시 점화불량의 원인을 5가지 쓰시오

액체연료19A07
미분탄22C15
점화25B1022A0416A09

F2 #점화 불량 #비료소검봉
  • ❶공기비가 나쁠때
  • ❷ 연료의 온도가 높을때
  • ❸ 연소실 온도가 낮을때
  • ❹ 화염검출기의 기능이 불량할때
  • ❺ 점화봉 삽입위치가 불량할때
  • ● 통풍이 적당하지 않을때
  • ● 점화용 트랜스의 전기 스파크가 불량할때

2601

1️⃣1️⃣고온부식 J4

고온부식의 방지대책 3가지만 쓰시오

고온25B1118B05
저온24C05 21A0818A09
22B0720A05
보일러22A1619B0518C01
부식계산22C08
보존법25A07

J4 고온 #부식
  • 연료를 전처리하여 바나듐 성분을 제거할 것
  • 배기가스온도를 바나듐 융점인 550도 이하가 되도록 유지
  • 연료에 첨가제를 사용하여 바나듐의 융점을 높인다
  • 부착물의 성상을 바꾸어 전열면에 부착하지 못하도록 한다
  • 고온의 전열면을 내식재료로 피복한다
  • 전열면의 온도가 높아지지 않도록 설계온도 이하로 유지

1️⃣2️⃣보일러분출량(블로우다운) B26

급수사용량이 24000[L/day]이다 보일러수의 불순물의 허용농도가 2500[ppm]이고 급수의 불순물의 허용농도가 110[ppm]일때, 보일러 분출량은 몇[L/day] 인가.

\[=\frac{24000\times110}{(2500-110)}=1104.60[L/day]\]

1️⃣3️⃣습증기엔탈피 C2

발생증기량은 시간당 10[kg], 급수엔탈피와 내부에너지는 84[kJ/kg]로 같다. 포화수 내부 에너지는 420[kJ/kg], 포화증기 내부에너지 2510[kJ/kg], 포화수 엔탈피 420[kJ/kg], 포화증기 엔탈피 2680[kJ/kg]이다. 건도는 0.9라고 할 때, 증기가 흡수한 열량을 구하시오.

습포화증기의 비엔탈피
\[h_x=h’+x(h”-h’)=h’+x\gamma[kJ/kg]\]

x:건조도 γ:물의증발열
h’:포화수비엔탈피 h”:건포화증기비엔탈피

1. 습포화증기의 엔탈피 (h_x) 계산

건도(x)가 0.9인 습포화증기의 비엔탈피는 포화수 엔탈피(h_f)와 포화증기 엔탈피(h_g)를 이용하여 다음과 같이 구합니다.

$$h_x = h_f + x \cdot (h_g – h_f)$$
  • h_f (포화수 엔탈피) = 420kJ/kg
  • h_g (포화증기 엔탈피) = 2,680kJ/kg
  • x (건도) = 0.9
$$h_x = 420 + 0.9 \times (2,680 – 420) \\ = 420 + 0.9 \times 2,260 = 420 + 2,034 \\ = 2,454 \text{ kJ/kg}$$

2. 증기가 흡수한 총 열량 (Q) 계산

증기가 흡수한 열량은 생성된 습포화증기의 엔탈피와 처음 들어온 급수 엔탈피의 차이에 총 증기 발생량을 곱하여 구합니다.

$$Q = G \cdot (h_x – h_{\text{feed}})$$
  • G (증기량) = 10 kg/h
  • h (급수 엔탈피) = 84kJ/kg
$$Q = 10 \times (2,454 – 84) = 10 \times 2,370 = \mathbf{23,700 \text{ kJ/h}}$$

\[Q=m\Delta h \\=10\times (2,454-84)=23,700[kJ/h]\]

1️⃣4️⃣ 발열량계산

프로판(C₃H₈) 1[kg]당 발열량[MJ/kg]을 구하시오

\[C+O_2\rightarrow=CO_2+393.5[kJ/mol\] \[H_2+\frac{1}{2}O_2\rightarrow=H_2O+240[kJ/mol\]

\[3\times393.5+4\times240=2140.5[kJ/mol]\] \[2140.5\times\frac{1[mol]}{44[g]}\times\frac{1000[g]}{1[kg]}\times\frac{1[MJ]}{1000[kJ]} \\=48.647[MJ/kg]\]

1️⃣5️⃣ CO₂배출량

LNG의 연간소비량이 539.8[TOE/년]이고 LNG연소율은 0.995, 탄소배출계수는 0.637[tonC/TOE]이라고 할 때, 다음에 답하시오

1)탄소배출량[tonC/년]
2)CO2배출량[tonC/년]

\[탄소배출량 \\=연간소비량\times LNG연소율\times 탄소배출계수\]

\[CO_2배출량=탄소배출량\times\frac{CO_2분자량}{C분자량}\]

1️⃣6️⃣ 송풍기상사 F5

송풍기의 풍량이 600[m³/min], 축동력 50[kW]일때 임펠러의 회전수는 970[rpm]이다 이송풍기에서 풍향을 1000[m³/min]으로 변결한 경우에 다음 물음에 답하시오

자연통풍24C0121B04
강제통풍22B04
통풍력24B1421c0919b1519a11 
25A13
상사21B0521B12 17b06 
축동력25A17

1)회전수를 구하시오
2)축동력을 구하시오

F5 송풍기의 상사법칙

\[Q_2=Q_1\times \frac{N_2}{N_1}\times (\frac{D_2}{D_1})^3(풍량)\]
\[P_2=P_1\times (\frac{N_2}{N_1})^2\times (\frac{D_2}{D_1})^2(풍압)\]
\[L_2=L_1\times (\frac{N_2}{N_1})^3\times (\frac{D_2}{D_1})^5(축동력)\] \[L=Q\times P\]

1) 변경된 회전수(N_2) 구하기

풍량과 회전수의 비례 관계식을 이용합니다.

$$\frac{Q_2}{Q_1} = \frac{N_2}{N_1} \implies N_2 = N_1 \times \frac{Q_2}{Q_1}$$
  • 기존 풍량 (Q_1) = 600 [m³/min]
  • 변경 풍량 (Q_2) = 1,000 [m³/min]
  • 기존 회전수 (N_1) = $970 rpm
$$N_2 = 970 \times \frac{1000}{600} = 970 \times 1.6667 \approx \mathbf{1,616.67 \text{ rpm}}$$
2) 변경된 축동력(P_2) 구하기

축동력은 회전수의 3제곱(또는 풍량의 3제곱)에 비례하므로 아래 식을 이용합니다.

$$P_2 = P_1 \times \left(\frac{N_2}{N_1}\right)^3 = P_1 \times \left(\frac{Q_2}{Q_1}\right)^3$$
  • 기존 축동력 (P_1) = 50 kW
$$P_2 = 50 \times \left(\frac{1000}{600}\right)^3 = 50 \times (1.6667)^3 = 50 \times 4.6296\\ \approx \mathbf{231.48 \text{ kW}}$$

1️⃣7️⃣ 유속계산 H2

수평으로 흐르는 물의 관에 피토관을 삽입하여 유속을 측정하였다. 피토관의 정압부와 전압부 사이에 연결된 U자형 안에 비중이 13.6인 수은의 높이차가 75[mm]라고 할 때, 유속을 구하여라

H2 정압계산(*피토관)

\[ V=\sqrt{2g\frac{P_t-P_s}{\gamma}} \]
\[V=\sqrt{2gh\frac{\gamma_m-\gamma}{\gamma}} \]
\[ \gamma(물의 비중량) : 1000[kgf/m^3] \]
\[ 1[atm]=760[mmHg]\] \[=10332[mmHO]=101.325[kPa] \]

Pt 전압 Ps정압 γ공기밀도

2601

\[\Delta=(\rho_{수은}-\rho_{물})g\Delta h \\=9.8\times(13600-1000)\times0.075=9261[Pa]\]

\[v=\sqrt{2gh}=\sqrt{2\times\frac{\Delta[Pa]}{\rho}} \\=\sqrt{2\times\frac{9261}{1000}}=4.30[m/s]\]

18열사용기자재검사 및 검사 면제에 관한 기준

빈칸에 알맞은 말을 적으시오

철금속가열로 설치검사등 기준에서 노의 범위는 예열대, 냉각대를 포함한 노의 본체와(연소장치), (통풍장치), (배열회수장치), (냉각장치) 및 이와 관련한 배관까지로 한다.

코멘트

답글 남기기

이메일 주소는 공개되지 않습니다. 필수 필드는 *로 표시됩니다