2023년 1회 기출복원 모의고사

제시된 특징은 흡입통풍에 해당한다.

연도 끝이나 연돌 하부에 배풍기를 설치해 연소가스를 빨아내므로 노 내와 연도의 압력이 대기압보다 낮은 부압으로 유지되고, 그래서 연소가스가 밖으로 새어 나오지 않는다.

다만 고온의 매연과 부식성 배기가스가 송풍기를 그대로 통과하기 때문에 날개 마모와 고장이 잦고 내열·내식 구조가 필요하다.

• 자연통풍은 송풍기 없이 연돌 안팎의 밀도 차만으로 통풍한다.
• 압입통풍은 연소실 앞쪽에 송풍기를 두어 노 내를 정압으로 만든다.
• 평형통풍은 압입과 흡입 송풍기를 함께 써서 노 내 압력을 조절한다.

회전식(로터리컵) 버너는 회전하는 컵에서 연료를 원심력으로 미립화하는 방식으로, 분무각이 비교적 넓어 대략 40~80° 정도에 이른다. 10~40° 정도라는 설명은 실제 분무각보다 좁게 서술되어 틀렸다.

유량조절범위가 약 1:5 수준이고, 회전수 제어로 자동제어에 유리한 구조이며, 별도의 무화용 공기·증기 없이도 화염을 짧고 안정적으로 얻을 수 있다는 설명은 로터리버너의 특징으로 옳다.

완전연소를 위해서는 연료를 착화온도 이상으로 유지해야 연소 반응이 지속된다. 착화온도 이하로 유지한다는 설명은 오히려 연소가 중단되거나 불완전연소를 초래하므로 완전연소 조건과 반대된다.

공기와 연료의 충분한 접촉, 좋은 통풍력, 공기 예열은 모두 연소 반응을 촉진해 완전연소를 돕는 조건이다.

미분탄 연소는 연료 표면적이 매우 크고 연소속도가 빨라 완전연소에 가깝지만, 그만큼 비산재(플라이애시) 발생이 많아 집진장치가 반드시 필요하므로 집진장치가 필요 없다는 설명은 옳지 않다.

적은 과잉공기로도 완전연소가 가능한 점, 고온의 예열공기를 사용할 수 있는 점, 점화·소화 시 연료 손실이 적은 점은 화격자 연소 대비 미분탄 연소의 실제 장점이다.

제시된 보기 중 석유계 가스에 속하지 않는 것은 코크스 가스다.

코크스 가스는 석탄을 건류할 때 발생하는 가스로 석탄계 도시가스에 분류되며, LPG 변성가스·나프타 분해가스·정제소 가스는 모두 석유를 원료로 하는 석유계 가스다.

배기가스 중 과잉산소농도가 주어졌을 때 공기비(m)는 $m=\dfrac{21}{21-\mathrm{O_2}}$ 로 구한다.

O2=10%를 대입하면 $m=\dfrac{21}{21-10}=\dfrac{21}{11}\approx1.9$ 가 되어, 이론공기량보다 약 1.9배의 공기를 공급하며 연소했음을 의미한다.

무게조성 C 84%, H 13%, O 0.5%, S 2%, W 0.5%를 듈롱(Dulong) 식에 넣어 고위발열량부터 구한다. 연료 중 산소는 이미 수소와 결합해 있으므로 O/8 만큼을 유효수소에서 뺀다.

$H_h=8100\mathrm{C}+34000\left(\mathrm{H}-\dfrac{\mathrm{O}}{8}\right)+2500\mathrm{S}$

$H_h=8100(0.84)+34000\left(0.13-\dfrac{0.005}{8}\right)+2500(0.02)=6804+4398.75+50=11252.75\ \mathrm{kcal/kg}$

저위발열량은 여기서 배기가스로 빠져나가는 수증기의 잠열분을 뺀 값이다. 수소는 연소하면 자기 무게의 9배에 해당하는 물을 만든다.

$H_l=H_h-600(9\mathrm{H}+\mathrm{W})=11252.75-600(9\times0.13+0.005)=11252.75-705=10547.75$

따라서 약 10547 kcal/kg이다. 수소분이 13%로 높아 잠열 공제항이 705 kcal/kg이나 되므로, 고위발열량과 저위발열량의 차이가 크게 벌어진다는 점이 이 문제의 핵심이다.

일산화탄소의 연소반응식은 $\mathrm{CO + 0.5O_2 \rightarrow CO_2}$이므로, CO 1Nm³ 연소에 필요한 이론산소량은 0.5Nm³이다.

공기 중 산소 농도를 21%로 보면 이론공기량은 다음과 같다.

$A_o = \dfrac{O_o}{0.21} = \dfrac{0.5}{0.21} \approx 2.38\ \mathrm{Nm^3}$

혼합가스의 연소하한계는 르샤틀리에(Le Chatelier)의 법칙으로 구한다. $\dfrac{1}{L}=\sum\dfrac{V_i}{L_i}$

메탄 50%, 에탄 25%, 프로판 25%와 각각의 하한계 5, 3, 2.1(V%)을 대입하면 $\dfrac{1}{L}=\dfrac{0.5}{5}+\dfrac{0.25}{3}+\dfrac{0.25}{2.1}\approx0.302$가 되어 $L\approx3.3$%로 계산된다.

염공이 부식으로 넓어지면 같은 유량에서 분출속도가 떨어져 역화가 쉽게 생긴다.

역화는 혼합기의 분출속도가 연소속도보다 느려져 화염이 염공 안으로 거꾸로 들어가는 현상이다.

• 공급압력이 높을 때 — 분출속도가 커져 오히려 리프팅(선화)이 생긴다.
• 염공에 비해 가스량이 많을 때 — 분출속도가 커져 오히려 리프팅(선화)이 생긴다.
• 강한 2차 공기 흐름 — 화염을 염공에서 떼어 놓는 쪽으로 작용한다.

가스 조성은 CO 8%, CO₂ 1%, H₂ 50%, CH₄ 37%, N₂ 4%이다. 가연분은 CO·H₂·CH₄뿐이므로 이론산소량은

$O_0 = 0.5(\mathrm{CO})+0.5(\mathrm{H_2})+2(\mathrm{CH_4}) = 0.5(0.08)+0.5(0.50)+2(0.37)=1.03$

$A_0 = \dfrac{1.03}{0.21} = 4.905\ \mathrm{Nm^3/Nm^3}$

이론습연소가스량은 공기에서 온 질소 + 연료 중 질소 + 가스 중 CO₂(연료에 들어 있던 몫 포함) + 생성 H₂O의 합이다. 공기 질소 0.79×4.905 = 3.875, 연료 질소 0.04, CO₂ = 0.01(연료 중) + 0.08(CO 연소) + 0.37(CH₄ 연소) = 0.46, H₂O = 0.50 + 2×0.37 = 1.24 이므로

$G_{0w} = 3.875+0.04+0.46+1.24 \approx 5.61\ \mathrm{Nm^3/Nm^3}$

수증기 1.24를 뺀 이론건연소가스량은 약 4.37 이므로, 습(wet)과 건(dry)을 혼동하면 답이 달라진다는 점에 주의한다. 특히 CH₄는 산소를 2배 쓰고 물을 2배 만들기 때문에 메탄 함량이 습가스량을 크게 좌우한다.

프로판의 완전연소 반응식은 $\mathrm{C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O}$이다. 이론산소량만으로 연소시키면 공기 중 질소가 개입하지 않으므로 생성되는 가스는 이산화탄소와 수증기뿐이다.

건연소가스량은 수증기를 제외한 이산화탄소만 해당하며, 프로판 1Nm³당 이산화탄소 3Nm³가 생성되므로 5Nm³ 연소 시 건연소가스량은 15Nm³이다.

프로판(C₃H₈)의 완전연소 반응식은 $\mathrm{C_3H_8+5O_2 \rightarrow 3CO_2+4H_2O}$이며, 프로판 1kmol(44kg)당 이론산소량은 $5\times22.4=112\,\mathrm{Nm^3}$이다.

연료 1kg당 이론산소량은 $\dfrac{112}{44}\approx2.55\,\mathrm{Nm^3/kg}$이고, 이론공기량은 $A_o=\dfrac{O_o}{0.21}\approx12.1\,\mathrm{Nm^3/kg}$이다.

프로판 2kg에 대해서는 $12.1\times2\approx24\,\mathrm{Nm^3}$의 이론공기량이 필요하다.

연소가 계속 유지되려면 연료에 산소(공기)를 지속적으로 공급하고, 반응이 스스로 진행될 수 있도록 온도를 착화(발화)온도 이상으로 유지해야 한다. 이 두 조건이 충족되지 않으면 연소반응은 소멸한다.

착화온도 이하로 억제하거나 발화온도 미만의 저온을 유지하는 것, 연소속도를 저하시키는 것은 오히려 연소를 지속시키지 못하게 하는 조건이다.

회분이 많은 연료는 연소되지 않는 무기물 성분이 많다는 뜻이므로, 발열량이 낮아지고 연소도 불균일해지며 잔류물(재)이 많이 남는다.

특히 회분이 녹아 굳으며 생기는 클링커가 화격자나 연도에 쌓여 통풍(공기·배가스 흐름)을 방해하는 것이 회분이 많은 연료의 대표적인 문제점이다.

증발배수는 연료 1kg을 연소했을 때 실제로 발생시킨 증기량(kg)의 비율, 즉 실제증발량을 연료소모량으로 나눈 값이다.

전열면 증발량은 전열면적당 증발량, 연소실 열부하는 연소실 체적당 발생열량, 상당증발량은 100℃ 포화수를 기준으로 환산한 증발량이라는 점에서 이 값과는 정의가 다르다.

중유 연소 성상 개선 첨가제가 아닌 것은 착화 지연제이다.

연소 성상 개선은 불꽃을 안정시키고 연소를 돕는 것이 목적이므로, 착화를 지연시키는 약품은 목적과 반대이다.

• 연소 촉진제는 연소를 돕는 첨가제이다.
• 슬러지 분산제는 저장·연소 중 슬러지 생성을 막는 첨가제이다.
• 회분 개질제는 회분의 성질을 바꿔 부착과 부식을 줄이는 첨가제이다.

연소가스 중 CO2와 CO의 합은 원료 기체 속 탄소량과 같으므로 8+2=10 Nm³이 되어, 원료 10 Nm³ 안의 분자당 탄소원자 수는 1개가 된다.

수증기 20 Nm³이 생기려면 원료 속 수소가 H2 기준으로 20 Nm³ 들어 있어야 하므로, 원료 10 Nm³당 H2가 20 Nm³, 즉 분자 1개당 H2 2개(수소원자 4개)가 된다. 따라서 이 기체연료는 탄소 1개, 수소 4개로 이루어진 메탄(CH4)이다.

메탄은 천연가스의 주성분으로 착화온도가 약 650℃ 내외에 이른다. 분자 구조가 단순해 결합을 끊는 데 큰 에너지가 필요하므로, 제시된 연료 가운데 착화온도가 가장 높다.

반면 갈탄은 250~300℃, 목탄은 300~400℃ 정도이며 중유도 500℃대 수준으로, 고체·액체 연료들은 모두 메탄보다 낮은 온도에서 착화한다.

$m=\dfrac{N_2}{N_2-3.76\,(O_2-0.5\,CO)}$ 이므로 N₂, O₂, CO 가 필요하다.

배기가스 분석에 의한 공기비는 질소를 기준으로 과잉 산소를 환산해 구하며, 불완전연소가 있으면 CO 연소에 더 필요했을 산소만큼 보정한다.

수증기는 건가스 분석에 나오지 않고, CO₂만으로 구하려면 연료 조성에서 정해지는 최대 CO₂가 따로 필요하다.

연료가 공급하는 열량은 $40000\ \mathrm{kJ/kg} \times 20\ \mathrm{kg/h} = 800000\ \mathrm{kJ/h}$이며, 이 열이 전부 일로 바뀐다고 하였으므로 발생 동력도 같은 값이다.

이를 kW로 환산하면 $\dfrac{800000}{3600} \approx 222\ \mathrm{kW}$가 된다.

교축(throttling)과정은 밸브나 오리피스 등 좁은 통로를 유체가 통과하며 급격히 압력이 강하하는 과정으로, 외부와 일·열의 출입이 없고 위치·속도 에너지 변화도 무시되는 정상류 에너지식에서 입구와 출구의 엔탈피가 서로 같게 유지된다.

이 과정에서 압력은 급격히 낮아지고, 엔트로피는 비가역성으로 인해 증가하며, 비체적도 압력·온도 변화에 따라 달라지므로 일정하게 유지되는 값은 엔탈피뿐이다.

엔트로피가 상태함수라는 것, 분자들의 무질서도 척도가 된다는 것, 고립계(우주)의 모든 자연현상이 총 엔트로피가 증가하는 방향으로 진행된다는 것은 모두 옳은 설명이다.

다만 자유팽창, 서로 다른 기체의 혼합, 액체 내 분자의 확산은 모두 대표적인 비가역과정으로, 이 과정에서 엔트로피는 변하지 않는 것이 아니라 오히려 증가한다.

물의 임계점은 약 374℃, 22MPa 부근으로 알려져 있으며, 이 압력을 넘으면 액상과 기상의 구분이 사라지는 초임계 상태가 된다. 보기 중 이 값에 가장 가까운 것은 22MPa이다.

1.03kPa과 100kPa은 대기압 수준의 매우 낮은 압력이고, 63MPa은 물의 임계압력보다 훨씬 높은 값이어서 임계압력과는 거리가 멀다.

폴리트로픽 변화 $PV^n=\mathrm{const}$에서 지수 n에 따라 상태변화 종류가 달라지는데, n=1일 때는 온도가 일정하게 유지되는 등온 변화($PV=\mathrm{const}$, 보일의 법칙)에 해당한다.

참고로 n=0이면 정압(등압) 변화, n=비열비(k)이면 단열 변화, n=∞이면 정적(등적) 변화에 해당하므로 나머지 선택지의 대응은 옳지 않다.

역카르노 냉동사이클의 성능계수는 절대온도로 $COP=\dfrac{T_L}{T_H-T_L}$이다. A상태는 저온부 -10℃, 고온부 40℃이므로 $COP_A=\dfrac{263.15}{313.15-263.15}\approx5.26$이다.

B상태는 저온부 0℃, 고온부 50℃이므로 $COP_B=\dfrac{273.15}{323.15-273.15}\approx5.46$이다.

두 사이클 모두 고온부와 저온부의 온도차는 50K로 같지만, 저온부 절대온도가 높은 B상태가 더 유리하다. 차이는 $5.46-5.26\approx0.2$로, B상태의 사이클이 약 0.2만큼 성능계수가 더 높다.

같은 온도·압력에서 같은 부피에 들어있는 이상기체의 몰수는 서로 같으므로, 동일 부피로 혼합하면 각 성분의 몰분율은 모두 같아진다.

따라서 혼합기체의 평균분자량은 각 분자량의 단순 산술평균으로 구할 수 있다: $\dfrac{16+28+32+44}{4} = \dfrac{120}{4} = 30$.

이 기체의 비열비는 약 1.29 입니다.

기체상수는 $R=\dfrac{8.314}{44}\approx 0.189\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}$,
정적비열은 $c_{v}=c_{p}-R\approx 0.657$ 이므로
$k=\dfrac{c_{p}}{c_{v}}=\dfrac{0.846}{0.657}\approx 1.29$ 입니다.

1.51 은 이 기체의 기체상수 대신 공기의 값 0.287 을 쓴 결과이고, 1.22 는 $\dfrac{c_{p}+R}{c_{p}}$ 로 잘못 계산한 값입니다.

그림은 가로축이 엔트로피, 세로축이 온도인 선도로, 왼쪽 아래에서 올라와 정점(임계점)을 지나 오른쪽 아래로 완만하게 내려가는 포화선이 그려져 있고, 그 위쪽 기체 영역의 한 점에서 세 방향으로 화살표가 뻗어 있다.

왼쪽으로 향한 Ⓐ는 엔트로피가 줄어드는 방향, 즉 열을 뽑아내면서 압축·냉각하는 과정으로 화살표 끝이 포화선에 닿는다. 곧게 아래로 내려간 Ⓑ는 엔트로피가 일정한 단열(등엔트로피) 팽창으로 온도가 크게 떨어져 역시 화살표 끝이 포화선에 닿는다. 두 경우 모두 증기가 포화 상태에 이르므로 액화가 이루어진다.

반면 오른쪽 아래로 비스듬히 나간 Ⓒ는 온도가 내려가면서 동시에 엔트로피가 늘어나는 비가역 팽창(교축)이다. 포화선 자체도 오른쪽으로 갈수록 내려가기 때문에, 엔트로피가 커지는 쪽으로 움직인 이 화살표는 포화선과의 간격을 좁히지 못하고 끝점이 여전히 포화선보다 위쪽인 과열증기 영역에 머문다. 포화 상태에 도달하지 못하므로 이 과정으로는 액화가 일어나지 않는다.

냉매는 같은 냉동능력을 얻는 데 필요한 순환량을 줄이기 위해 증발잠열이 커야 유리하다. 잠열이 작으면 그만큼 많은 냉매를 순환시켜야 하므로 압축기 부담이 커진다.

화학적으로 안정적이고, 임계온도가 높으며, 증발온도에서의 압력이 대기압보다 높아 외부 공기 침입을 막을 수 있어야 한다는 나머지 조건들은 모두 냉매가 갖추어야 할 바람직한 요건이다. 따라서 잠열이 작아야 한다는 서술이 요건과 거리가 멀다.

이상기체의 내부에너지와 엔탈피는 오직 온도만의 함수이다. 등온과정에서는 온도 변화가 없으므로 $\Delta U=0$, $\Delta H=0$이 된다.

체적과 압력이 변하더라도 온도가 일정하면 내부에너지와 엔탈피는 변하지 않는다는 이상기체의 특성이 핵심 근거이다.

등엔트로피 팽창 노즐에서 입구속도를 무시하면 에너지식에 의해 $V_2=\sqrt{2C_p(T_1-T_2)}$가 된다.

먼저 $T_2=T_1\left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^{\frac{k-1}{k}}=673\times(0.1)^{0.2857}\approx348.5\ \mathrm{K}$로 온도가 떨어지고, 이 온도강하를 대입하면 $V_2=\sqrt{2\times1000\times(673-348.5)}\approx805\ \mathrm{m/s}$가 된다.

열역학 제2법칙을 사이클에 적용한 것이 클라우지우스 적분(부등식)으로, 가역·비가역을 가리지 않고 모든 사이클에서 $\oint \dfrac{\delta Q}{T} \le 0$ 이 항상 성립한다.

여기서 등호는 가역 사이클일 때만 성립한다. 마찰이나 유한한 온도차를 통한 열전달 같은 비가역 요소가 있으면 적분값은 반드시 0보다 작아진다. 그러므로 두 경우를 모두 포괄해 항상 참인 관계는 0보다 작거나 같다는 부등식이다.

적분값이 0이라고만 쓰면 가역 사이클에만 맞는 특수한 경우이고, 0보다 크다거나 0 이상이라는 표현은 제2법칙에 정면으로 어긋나 성립할 수 없다. 이 부등식으로부터 엔트로피가 상태량으로 정의되고, 고립계의 엔트로피 증가 원리가 유도된다.

그림의 T-S 선도에서 1은 증발기를 나온 포화증기(압축기 입구), 2는 압축기 출구의 과열증기, 3은 응축기를 나온 포화액, 4는 교축팽창 후 증발기 입구 상태다. 즉 1→2 압축, 2→3 응축(방열), 3→4 교축팽창, 4→1 증발(흡열) 순서로 사이클이 돈다.

압축기·응축기·증발기는 모두 유체가 드나드는 정상유동(개방계) 장치이므로 각 과정의 에너지 수지는 내부에너지 u 가 아니라 엔탈피 h 의 차로 나타낸다. 증발기가 흡수하는 냉동효과는 $q_e=h_1-h_4$, 압축기에 넣어 준 일은 $w_c=h_2-h_1$ 이다.

따라서 냉동사이클의 성능계수는 $\varepsilon_R=\dfrac{q_e}{w_c}=\dfrac{h_1-h_4}{h_2-h_1}$ 로, 증발기 흡열량을 압축일로 나눈 값이다. 이 값을 뒤집은 형태는 히트펌프도 아닌 잘못된 식이고, 내부에너지 u 로 쓰면 유동일 $pv$ 가 빠져 개방계 해석에 쓸 수 없다.

그림은 P-V선도로 A→C는 압력이 일정한 수평선(부피 감소), C→B는 부피가 일정한 수직선(압력 상승), B→A는 곡선으로 그린 단열과정이며, 선도에 Q_CB = 75J, Q_BA = 0, Q_AC = −25J가 표기돼 있다.

한 사이클을 돌면 처음 상태로 되돌아오므로 내부에너지 변화가 0이고, 열역학 제1법칙에 따라 ΣQ = ΣW가 성립한다. 사이클 전체의 열량은 $(-25) + 75 + 0 = 50\,\mathrm{J}$ 이므로 사이클이 한 일의 총합도 50J이다.

A→C에서 계는 50J의 일을 받았으므로 계가 한 일은 W_AC = −50J이고, C→B는 부피가 일정한 정적과정이라 W_CB = 0이다. 따라서 $W_{BA} = 50 - (-50) - 0 = 100\,\mathrm{J}$ 로, 단열팽창 구간에서 계는 100J의 일을 한다.

속도차와 위치에너지를 무시한 정상유동 에너지식에서 터빈 출력은 $\dot{W}=\dot{m}(h_1-h_2)$ 이다. 입구 엔탈피는 3300 kJ/kg이며, 함께 주어진 내부에너지 3000 kJ/kg 은 이 계산에 쓰이지 않는 값이다.

출구는 100 kPa, 건도 0.9 인 습증기이므로 표의 엔탈피 행(포화수 420, 건포화증기 2680 kJ/kg)을 써서 $h_2=h_f+x(h_g-h_f)=420+0.9\times(2680-420)=420+2034=2454\ \mathrm{kJ/kg}$ 이다.

따라서 $\dot{W}=0.2\times(3300-2454)=0.2\times 846=169.2\ \mathrm{kW}$ 이다.

표의 내부에너지 행(420, 2510)으로 $u_2$ 를 구해 내부에너지 차로 계산하면 틀린다. 개방계인 터빈의 일은 엔탈피 차로 구해야 하며, 내부에너지 값은 오답을 유도하기 위한 자료이다.

가역단열(등엔트로피) 과정에서는 $\dfrac{T_2}{T_1} = \left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^{\frac{k-1}{k}}$가 성립하며, 비열비는 $k = \dfrac{C_p}{C_v} = \dfrac{5.21}{3.12} \approx 1.67$이다.

초기온도 $T_1 = 400+273 = 673\,\mathrm{K}$, 압력비 $\dfrac{P_2}{P_1} = \dfrac{500}{1000} = 0.5$를 대입하면 $T_2 = 673 \times 0.5^{0.4} \approx 510\,\mathrm{K}$이며, 이를 섭씨로 환산하면 약 237℃가 된다.

습증기의 엔탈피는 588.4 kcal/kg이다.

포화수 엔탈피에 건조도만큼의 증발잠열을 더해 구한다.

$h=h' + x\,(h''-h')$
$h=334+0.8\times(652-334)$
$h=334+254.4=588.4\,\mathrm{kcal/kg}$

• 427.5 kcal/kg은 위 식에 대입한 값보다 작아 맞지 않는다.
• 575.4 kcal/kg과 641.5 kcal/kg도 위 식에 대입한 값과 일치하지 않는다.

외기로 방출하는 열량은 약 11.52 kW 입니다.

역카르노 사이클에서는 $\dfrac{Q_{H}}{Q_{L}}=\dfrac{T_{H}}{T_{L}}$ 이므로
$Q_{H}=10\times\dfrac{303}{263}\approx 11.52\ \mathrm{kW}$ 입니다.

1.52 kW 는 압축기 동력만 구한 값이고, 11.32 kW 는 냉동기 대신 열펌프 성능계수로 동력을 구해 더한 값, 8.68 kW 는 온도비를 거꾸로 곱한 값입니다.

일정압력(정압) 과정이므로 팽창일은 $W = P \Delta V = 300 \times (0.7 - 0.5) = 60\ \mathrm{kJ}$이다.

열역학 제1법칙에 의해 공급된 열량은 내부에너지 증가분과 외부에 한 일의 합이므로 $Q = \Delta U + W = 50 + 60 = 110\ \mathrm{kJ}$이다.

국제단위계(SI)는 길이, 질량, 시간, 전류, 온도, 물질량, 광도의 일곱 가지 기본단위로 구성되며, 온도(켈빈, K)는 이 중 하나의 기본단위이다.

속도나 압력처럼 기본단위들의 조합으로 표현되는 유도단위와 달리, 온도는 다른 물리량으로부터 유도되지 않고 그 자체로 정의되는 기본단위에 해당한다.

제어편차는 목표치와 실제 제어량의 차이, 즉 목표치에서 제어량을 뺀 값으로 정의되며, 두 값을 더한 것이 아니다.

측정량, 값, 양에 대한 나머지 설명은 계측 용어의 일반적인 정의와 일치한다.

−200~500℃ 범위의 넓은 온도를 안정적으로 측정할 수 있는 측온저항체 소선으로는 백금선이 가장 널리 사용되며, 저항값이 온도에 대해 선형적이고 재현성이 우수하다.

구리선은 사용온도범위가 좁고, Ni선은 비선형성이 크며, 서미스터는 반도체 소자로 저항선식 백금 측온체와는 원리가 다르다.

부자식(면적) 유량계는 수직 배관에 설치되어 부자의 위치로 유량을 지시하며, 압력손실이 적고 정밀측정에는 부적합하다는 특징을 가진다.

다만 측정 가능한 유량 범위가 넓지 않아 대유량보다는 비교적 소·중유량 측정에 주로 사용되므로, 대유량 측정에 적합하다는 설명은 옳지 않다.

염화팔라듐지는 일산화탄소와 반응하여 팔라듐이 환원되면서 흑색으로 변한다.

• 연당지(초산납지) — 황화수소 검지용이다.
• 요오드화칼륨 전분지 — 염소 검지용이다.
• 적색 리트머스지 — 암모니아(청색 변색) 검지용이다.

아세틸렌은 염화제1구리 착염지로 검지한다.

동점성계수는 $\nu = \dfrac{\mu}{\rho}$로 구한다. 점성계수 $\mu = 0.85\ \mathrm{poise} = 0.085\ \mathrm{N \cdot s/m^2}$이므로(1 poise = 0.1 N·s/m²), $\nu = \dfrac{0.085}{85} = 0.001\ \mathrm{m^2/s}$가 된다.

밀도의 단위 N·s²/m⁴는 kg/m³와 같은 차원이므로 그대로 나누어도 m²/s 단위의 동점성계수가 얻어지며, 다른 값들은 이 계산 결과와 맞지 않는다.

비열($\mathrm{kJ/(kg \cdot K)}$), 압력($\mathrm{N/m^2}$), 열량($\mathrm{J}$)은 모두 질량·길이·시간·온도 등 기본단위의 조합으로 정의되는 유도단위이다.

반면 습도(특히 상대습도)는 두 수증기압(또는 수증기량)의 비로 나타내는 무차원량(%)으로, 기본단위의 조합으로 정의되는 유도단위와는 성격이 다르다.

연소열식은 가연성 가스를 연소시켜 발생하는 반응열이나 온도 변화를 측정하는 방식으로, 화학반응(연소)을 이용하는 화학적 가스분석법에 해당한다.

적외선 흡수식, 열전도율식, 자기식(O₂의 상자성을 이용)은 모두 가스 고유의 물리적 성질(광 흡수, 열전도도, 자화율)을 이용해 성분을 분석하는 물리적 가스분석법이다.

공기압식 신호전송은 배관(관로) 저항 때문에 전송거리가 길어질수록 지연이 커지며, 실용상 지연 없이 사용 가능한 거리는 대략 100~150m 이내로 알려져 있어 2000m까지 지연이 없다는 설명은 사실과 다르다.

공기압식 조절계는 통상 0.2~1.0kg/cm² 범위의 공기압을 신호로 사용하며, 신호용 공기는 습기와 먼지를 충분히 제거한 것을 사용해야 하므로 나머지 보기는 옳은 설명이다.

면적식 유량계는 유체가 흐르는 통로의 단면적이 유량에 따라 변하도록 하고, 그 면적 변화(플로트의 위치 변화)로부터 유량을 읽는 방식이다. 로터미터가 대표적인 면적식 유량계로, 수직관 내에서 플로트가 유량에 비례하여 위아래로 이동하는 위치를 눈금으로 읽는다.

오리피스미터·벤투리미터·플로노즐은 모두 관 단면적은 고정된 채 교축부 전후의 차압을 이용해 유량을 구하는 차압식(교축식) 유량계로, 면적식과는 원리가 다르다.

국제단위계(SI)의 기본단위는 길이(미터, m), 질량(킬로그램, kg), 시간(초, s), 전류(암페어, A), 온도(켈빈, K), 물질량(몰, mol), 광도(칸델라, cd)의 7가지이며, 여기서 전류의 단위는 암페어로 옳게 짝지어져 있다.

시간의 기본단위는 분이 아니라 초이고, 질량은 그램이 아니라 킬로그램, 길이는 밀리미터가 아니라 미터가 기본단위이므로 나머지는 모두 잘못 짝지어진 표현이다.

압전식 센서는 발생한 전하가 시간이 지나면 누설되어 사라지므로 일정하게 유지되는 정압을 오래 측정하는 데는 부적합하다.

수정·티탄산바륨 같은 결정에 압력이 가해질 때 표면에 생기는 전하를 검출하므로 응답이 매우 빨라 폭발압·연소압 같은 동적 압력 측정에 적합하다.

전하량이 미약해 전하 증폭기가 필요하다.

보상법은 측정하고자 하는 양과 거의 같은 크기의 기지량(분동 등)을 준비해 두고, 그 기지량과 측정량의 작은 차이만을 재어 측정량을 구하는 방식이다.

편위법은 지침의 편위(눈금)로 측정량을 직접 읽는 방식이고, 치환법은 측정량을 기지량으로 바꿔 놓아 같은 지시를 얻도록 비교하는 방식이며, 영위법은 기지량을 조절해 차이가 완전히 0이 되도록 평형시키는 방식으로 각각 원리가 다르다.

보일러 자동제어에서 인터록은 이상 발생 시 연료 공급을 차단해 위험을 방지하는 안전장치로, 대표적으로 저수위 인터록, 압력초과 인터록, 저연소 인터록, 불착화 인터록, 프리퍼지 인터록이 있다.

단순히 고온도를 검지 항목으로 하는 인터록은 이들 표준 인터록에 포함되지 않으므로 인터록의 종류로 보기 어렵다.

액주식 압력계는 액체 기둥의 높이차로 압력을 측정하는 방식으로, U자관형, 경사관식, 단관형(저수조식) 등이 이에 속한다.

벨로즈식은 주름진 금속관이 압력에 따라 신축하는 탄성식 압력계로, 액체 기둥을 이용하지 않으므로 액주식 압력계의 종류에 해당하지 않는다.

부르동관 압력계는 구부러진 관 내부에 압력이 가해지면 단면 형상이 펴지려는 탄성변형을 이용하는 방식으로, 구조가 견고하여 고압 측정에도 널리 사용된다.

반면 다이어프램식과 벨로스식은 얇은 막이나 주름관의 변위를 이용하므로 낮은 압력이나 미소한 차압 측정에 적합하고, 링밸런스식(환상천평식)도 저압의 통풍력이나 차압 측정용으로 쓰여 고압 측정에는 적합하지 않다.

그림은 왼쪽에서 오른쪽으로 흐르며 지름이 줄어드는 관이다. 유입쪽 (1) 단면의 지름이 0.6 m, 축소된 (2) 단면의 지름이 0.4 m 이고 (1)에서의 유속이 8 m/s 이다.

비압축성 유체의 연속방정식 $A_1V_1 = A_2V_2$ 에서 단면적은 지름의 제곱에 비례하므로
$V_2 = V_1\left(\dfrac{D_1}{D_2}\right)^2 = 8 \times \left(\dfrac{0.6}{0.4}\right)^2 = 8 \times 2.25 = 18\ \mathrm{m/s}$

지름이 1.5배 줄면 단면적은 2.25배 줄고, 같은 유량을 통과시키려면 유속은 그만큼 빨라진다.

피드백(폐루프) 제어는 목표값과 출력을 항상 비교하는 검출·비교부가 반드시 필요하며, 그 편차를 스스로 수정하므로 개루프 제어보다 정확도가 높고 보일러 급수제어처럼 정밀한 제어에 널리 쓰인다.

또한 피드백을 걸면 계의 대역폭이 넓어지고 특성 변화나 외란에 대한 감도가 낮아진다. 따라서 다른 제어계보다 제어 폭이 감소된다는 서술은 피드백 제어의 실제 특성과 반대되는 틀린 설명이다.

저항식 습도계는 감습막의 흡습에 따른 전기저항 변화를 측정하는데, 직류전압을 걸면 전기분해나 분극 현상으로 소자가 열화되기 쉬우므로 실제로는 교류전압을 사용하여 측정한다. 따라서 직류전압을 사용한다는 설명은 옳지 않다.

노점 습도계가 저습도 영역까지 측정 가능하다는 점, 모발 습도계가 주기적으로 모발을 교체해 주어야 한다는 점, 통풍 건습구 습도계가 일정 풍속(약 2.5~5 m/s) 이상의 통풍을 필요로 한다는 점은 모두 타당한 설명이다.

측정값들이 서로 가깝게 몰려 흩어짐(산포)이 작을수록 정밀(precision)하다고 하므로, 흩어짐이 큰 측정을 정밀하다고 한다는 설명은 정밀도의 정의와 반대되어 틀린 내용이다.

오차가 적어 참값에 가까운 것은 정확도(accuracy)가 높다고 하며, 계측기 고유의 오차는 기차, 눈금을 읽는 시선 방향 차이로 생기는 오차는 시차라고 하는데 이는 모두 옳은 설명이다.

에너지이용 합리화법에 따라 효율관리기자재의 제조업자·수입업자는 효율관리시험기관으로부터 측정 결과를 통보받거나 자체측정을 완료한 날부터 90일 이내에 그 결과를 한국에너지공단에 신고하여야 한다.

이 신고 절차는 시장에 유통되는 효율관리기자재가 신고된 효율등급·에너지소비효율 기준에 맞는지를 사후적으로 관리하기 위한 규정이다.

에너지이용합리화법상 에너지다소비사업자는 연료·열 및 전력의 연간 사용량을 합산한 값이 2,000 TOE(석유환산톤) 이상인 사업자를 말하며, 이 기준을 넘으면 에너지사용량 신고, 에너지진단 수검 등의 의무를 지게 된다.

이 기준량은 에너지다소비사업자 지정의 문턱값으로 법령에 명시된 수치이다.

암면은 최고안전사용온도가 400~600℃ 정도여서 300℃ 안팎인 유리면보다 높은 온도에 쓸 수 있다.

암면은 안산암·현무암 등을 녹여 섬유화한 무기질 보온재다.

• 세라믹 파이버보다 고온용 — 세라믹 파이버는 1,000℃를 넘는 고온용이라 암면보다 사용온도가 훨씬 높다.
• 강산에 강하고 알칼리에 약함 — 암면은 알칼리에는 강하나 강산에는 약하다.
• 진동에 강함 — 섬유가 거칠고 꺾어지기 쉬워 진동부나 보냉용으로 쓸 때는 보강·방습 처리가 필요하다.

배관의 열팽창에 의한 신축량은 $\Delta L=\alpha \cdot L \cdot \Delta t$로 나타낼 수 있으며, 여기서 $\alpha$는 관의 선팽창계수, $L$은 관의 길이, $\Delta t$는 온도차이다.

이 식에서 알 수 있듯이 신축량은 열팽창계수·길이·온도차 세 값이 모두 클수록 커지므로, 세 값 모두에 비례한다는 설명이 옳다. 세 값 중 어느 하나라도 반비례한다고 설명하는 다른 보기는 옳지 않다.

에너지이용합리화법 시행규칙의 검사유효기간 기준에서 보일러는 개조검사·설치장소 변경검사·재사용검사·계속사용(안전)검사가 모두 1년이고, 압력용기는 같은 검사들이 2년이다. 따라서 보일러의 개조검사를 2년이라고 한 설명이 기준과 어긋난다.

보일러의 계속사용검사가 1년, 압력용기의 계속사용검사가 2년, 보일러의 설치장소 변경검사가 1년이라는 나머지 설명은 모두 기준과 일치한다.

에너지이용 합리화법령상 검사에 불합격한 검사대상기기를 사용한 자는 1년 이하의 징역 또는 1천만원 이하의 벌금에 처하도록 규정되어 있다.

이는 검사대상기기의 안전한 사용을 담보하기 위한 벌칙 조항으로, 검사를 아예 받지 않거나 불합격한 상태로 기기를 계속 사용하는 행위를 제재하는 규정이다.

크롬벽돌이나 크롬-마그벽돌과 같은 크롬질 내화물은 고온에서 노 내의 산화철을 흡수하면 벽돌 조직 내에서 부피가 팽창한다.

이로 인해 벽돌 표면이 부풀어 오르고 벗겨져 떨어져 나가는 특유의 손상 현상을 버스팅(bursting)이라 하며, 크롬질 내화물에서 특징적으로 나타난다.

스폴링은 급격한 온도변화나 열응력에 의한 박리·균열을 가리키는 보다 일반적인 용어이고, 슬래킹은 마그네시아질·돌로마이트질 내화물이 공기 중 수분을 흡수해 소화(消化)되면서 표면이 갈라지고 분화하는 현상이며, 큐어링은 시공한 재료를 굳히는 양생 과정을 뜻해 모두 산화철 흡수와는 무관하다.

보온재는 재질에 따라 안전하게 사용할 수 있는 최고온도가 다른데, 우레탄 폼(폴리우레탄 폼)은 유기질 보온재로서 안전사용온도가 대체로 100℃ 이하에 그쳐 제시된 보기 중 가장 낮다.

석면, 규조토, 펄라이트는 무기질 보온재로 각각 수백 ℃ 이상의 높은 온도까지 견딜 수 있어 우레탄 폼보다 안전사용온도가 훨씬 높다.

윤요(輪窯, ring kiln)는 여러 개의 소성실을 고리 모양으로 연속 배치하고, 각 소성실 사이를 불에 잘 타는 종이 칸막이로 구획하여 소성 위치를 순차적으로 이동시키면서 연속적으로 벽돌·기와 등을 굽는 가마이다.

배가스의 열을 예열 구간에 재이용할 수 있어 열효율이 좋은 편이며, 석회 소성보다는 벽돌·기와류의 대량 연속 소성에 주로 사용되고, 소성실마다 위치가 달라 온도 편차가 생기기 쉬워 소성이 완전히 균일하다고 보기는 어렵다.

배관의 열팽창에 의한 이동을 구속·제한하는 장치로는 완전히 고정하는 앵커, 이동 범위를 제한하는 스톱, 축방향 이동은 허용하면서 옆으로 휘는 것을 막는 가이드가 대표적이다.

브레이스는 수격작용이나 지진, 진동 등 급격한 충격에 의한 배관의 흔들림을 억제하기 위한 지지물로, 열팽창에 의한 완만한 측면 이동을 구속하는 용도와는 목적이 다르다.

에너지이용 합리화법령상 일정 규모 이상의 개발사업을 시행하려는 자는 에너지사용계획을 수립하여 사전에 협의해야 하며, 사업 종류별로 협의대상이 되는 면적 기준이 각각 다르게 정해져 있다.

이 중 도시개발사업은 사업면적이 30만 제곱미터 이상인 경우 협의대상에 해당한다. 택지개발사업·공항개발사업·산업단지 개발사업 등 다른 사업 유형은 각각 별도로 정해진 면적 기준을 적용받으므로, 이 보기들에 제시된 수치와는 다르다.

에너지법상 열사용기자재는 연료 및 열을 사용하는 기기, 축열식 전기기기, 단열성 자재 중 기후에너지환경부령으로 정하는 것을 말한다. 즉 연료를 사용하는 기기와 열을 사용하는 기기가 정의의 핵심을 이룬다.

폐열 회수장치 및 전열장치는 이러한 열사용기자재 정의에 직접 포함되는 항목으로 규정되어 있지 않으므로, 정의 내용에 해당하지 않는다.

내화물은 화학적 성질에 따라 산성·중성·염기성으로 나뉘는데, 고알루미나질 내화물은 알루미나(Al₂O₃) 함량이 높아 중성내화물로 분류된다.

납석질·반규석질·샤모트질 내화물은 실리카(SiO₂) 계열 성분이 많아 산성내화물로 분류되어, 중성내화물인 고알루미나질과 구분된다.

열전달의 기본 방식은 전도, 대류, 복사 세 가지이며, 소성가마 내부에서도 이 세 가지 방식이 함께 작용해 소성물에 열을 전달한다.

전이(轉移)는 열전달 방식을 가리키는 용어가 아니므로, 소성가마 내 전열방법으로 가장 거리가 멀다.

에너지이용 합리화법령상 검사대상기기의 계속사용검사는 검사유효기간 안에 받는 것이 원칙이지만, 신청을 통해 일정 기간 연기할 수 있다.

이때 검사유효기간의 만료일이 9월 1일 이후인 경우에는 4개월 이내의 범위에서 계속사용검사를 연기할 수 있도록 정하고 있다.

연말에 가까워 유효기간이 끝나는 기기까지 무리하게 그 해 안에 검사를 받도록 강제하지 않기 위한 규정이다.

보일러가 처음부터 검사대상기기에 해당하여 설치될 때는 설치검사를 받지만, 원래는 검사대상이 아니었던 보일러가 사용연료의 변경으로 인해 새로 검사대상기기 기준에 포함되는 경우에도 그 시점에서 사실상 처음 검사대상기기로 편입되는 것이므로 설치검사를 받아야 한다.

이는 이미 검사대상이던 보일러의 형식·용량·연소방식 등을 바꾸는 개조검사나, 사용을 중단했던 기기를 다시 쓸 때 받는 재사용검사와는 적용 대상 자체가 다르다.

에너지이용 합리화법령에 따라 검사대상기기의 설치자가 변경된 경우, 새로운 설치자는 검사대상기기 설치자 변경신고서를 그 변경일로부터 15일 이내에 관할 기관에 제출하여야 한다.

이는 검사대상기기의 안전관리 책임 주체를 신속히 파악하기 위한 절차로, 설치신고나 검사신청 등 다른 신고 기한과 혼동하지 않도록 유의해야 한다.

체크밸브(역지밸브)는 유체가 한쪽 방향으로만 흐르도록 하여 배관 내 유체의 역류를 방지하는 밸브이다.

감압밸브는 1차측보다 낮은 2차측 압력을 유지시키는 밸브, 팽창밸브는 냉동 사이클 등에서 냉매를 감압·팽창시키는 밸브, 릴리프밸브는 설정압력 초과 시 유체를 방출해 압력을 낮추는 밸브로 각각 역류 방지와는 목적이 다르다.

보온효율은 보온을 하지 않은 나면(裸面)의 방산열량 대비, 보온을 함으로써 줄어든 방산열량의 비율로 계산한다.

$\eta = \dfrac{Q_1-Q_2}{Q_1}\times100 = \dfrac{1000-300}{1000}\times100 = 70\%$

따라서 이 보온재의 보온효율은 70%이다.

독립기공 구조는 결로 우려가 큰 보냉 용도에서도 함수에 의한 열전도율 증가가 작다.

각 기공이 막혀 있어 물과 수증기가 잘 스며들지 않기 때문이다.

• 흡음성 우수 — 기공 사이로 공기가 통해 흡음성이 좋은 것은 연속기공 구조의 특징이다.
• 모세관 흡수 — 모세관 흡수가 일어나는 것은 연속기공 구조의 특징이다.
• 대류 열전달 증가 — 기공이 막혀 있으면 기체 이동에 의한 대류도 억제된다.

탈기기는 보일러 급수 중에 용존된 가스, 특히 산소(O₂)를 가열·감압 등의 방법으로 제거해 배관과 보일러 내부의 부식을 방지하는 장치이다.

H₂S, SO₂, H₂SO₄ 같은 산성 가스나 화합물은 탈기기의 주된 제거 대상이 아니며, 급수 수질관리에서 별도의 화학적 처리로 다뤄진다.

저온(황산)부식은 배기가스 중 SO3가 수증기와 결합해 황산이 되고, 이 황산이 이슬점 이하의 저온 전열면(특히 공기예열기)에서 응축되어 발생한다. 따라서 연료 중 유황 성분을 줄이거나 첨가제로 SO3 생성을 억제하고, 공기예열기 전열면 온도를 노점 이상으로 높게 유지해 응축 자체를 막는 것이 대표적인 대책이다.

바나듐은 고온에서 전열면을 침식하는 고온부식의 원인 물질이지 저온부식과는 직접 관련이 없으므로, 배기가스 중 바나듐 성분 제거는 저온부식 대책으로 보기 어렵다.

epm(equivalents per million)은 물 1L 중에 용해되어 있는 성분의 양을 mg 당량수로 나타낸 단위이다.

단순 중량비로 나타내는 ppm과 달리, epm은 이온의 반응당량을 기준으로 하므로 서로 다른 성분끼리도 당량 개념으로 비교·합산할 수 있어 수질의 경도나 불순물 농도를 나타낼 때 사용된다.

정상상태에서는 어느 층에도 열이 쌓이지 않으므로 각 층을 통과하는 열유속 $q$ 는 모두 같다.

각 층에서 $q = k\dfrac{\Delta T}{L}$ 이므로
온도기울기 $\dfrac{\Delta T}{L} = \dfrac{q}{k}$ 는 열전도율이 작은 층일수록 크다.

온도차는 각 층의 열저항 $\dfrac{L}{k}$ 에 비례해 나뉜다.

노통보일러에서 갤러웨이관을 노통에 직각으로 설치하면 노통의 강도 보강, 보일러수 순환 촉진, 관 표면을 통한 전열면적 증가의 효과를 얻을 수 있다.

갤러웨이관은 수격작용(워터해머)을 방지하기 위한 장치가 아니므로, 이는 설치 이유로 적절하지 않다.

여열장치(폐열회수장치)는 배기가스의 폐열을 회수해 보일러 효율을 높이는 장치로, 공기예열기·절탄기·재열기가 이에 해당한다.

반면 송풍기는 연소용 공기를 공급하거나 배기가스를 배출시키는 통풍장치로서 열을 회수하는 기능이 없어 여열장치로 분류되지 않는다.

인젝터는 증기의 분출력을 이용해 급수를 밀어넣는 장치로, 구조가 간단하여 소형 보일러에 주로 사용되고 별도의 동력원 없이 소량의 고압증기만으로 다량의 급수를 공급할 수 있다는 장점이 있다.

다만 증기 압력과 급수 온도 등 운전 조건에 따라 작동이 민감하게 영향을 받아 급수량(송수량)을 세밀하게 조절하기가 어렵다는 단점이 있으므로, 송수량 조절이 용이하다는 설명은 인젝터의 특징과 맞지 않는다.

역류 방지는 체크밸브의 역할이므로, 다이어프램 밸브가 역류를 방지하기 위한 것이라는 설명이 틀렸다.

다이어프램 밸브는 고무 등의 격막(다이어프램)으로 유체와 구동부를 분리한 개폐·유량 조절용 밸브이다.

• 패킹 없이 기밀 유지 — 격막으로 유체와 구동부를 분리하므로 패킹 없이 기밀을 유지할 수 있다.
• 흐름 저항이 작음 — 유로가 단순해 흐름 저항이 작다.
• 부식 방지 — 부식성 화학약품이 금속부에 닿지 않게 차단하는 데 적합하다.

두 층으로 구성된 노벽의 열저항은 $R = \dfrac{L_1}{k_1} + \dfrac{L_2}{k_2} = \dfrac{0.15}{1.4} + \dfrac{0.10}{0.07} = 0.107 + 1.429 = 1.536\,\mathrm{m^2\cdot ^\circ C/W}$이다.

내외벽 온도차는 $\Delta t = 800-100=700\mathrm{^\circ C}$이므로, 단위면적당 손실열량은 $q = \dfrac{\Delta t}{R} = \dfrac{700}{1.536} \approx 456\,\mathrm{W/m^2}$로 계산된다.

실리카는 칼슘·마그네슘과 함께 규산염계 경질 스케일을 만들며, 이 스케일은 열전도율이 매우 낮고 산세척으로도 잘 녹지 않는다.

또 고압일수록 실리카가 증기에 용해·동반(캐리오버)되어 터빈 날개에 침착하므로 고압 보일러는 실리카를 엄격히 관리한다.

• 점식(피팅) — 주로 용존산소가 원인이다.
• 포밍 — 유지분·알칼리 과다가 원인이다.
• pH 저하 — 실리카가 pH를 크게 떨어뜨리지 않는다.

동일한 입출구 온도 조건에서 열교환기의 온도효율(전열 성능)은 두 유체가 서로 반대 방향으로 흐르는 향류식이 가장 높고, 직각으로 교차하는 직교류식이 중간, 같은 방향으로 흐르는 병류식이 가장 낮다.

향류는 두 유체의 온도차(구동력)가 유로 전체에 걸쳐 비교적 고르게 유지되는 반면, 병류는 출구 쪽으로 갈수록 온도차가 급격히 줄어들기 때문이다.

NaOH의 분자량은 40 g/mol이므로, 8 g에 포함된 몰 수는
$\frac{8}{40} = 0.2 \text{ mol}$이다. 200 L 수용액에 녹인 NaOH의 농도는
$\frac{0.2}{200} = 0.001 \text{ M} = 1 \times 10^{-3} \text{ M}$이다.

NaOH는 강염기로 완전히 이온화되므로 $[\text{OH}^-] = 1 \times 10^{-3} \text{ M}$이고,
$\text{pOH} = -\log(1 \times 10^{-3}) = 3$이다.

pH와 pOH의 관계식 $\text{pH} + \text{pOH} = 14$를 이용하면
$\text{pH} = 14 - 3 = 11$이다.

그림은 두께 10mm 판을 맞대기(그루브) 용접한 이음으로, 용접선 길이(판 폭)가 150mm이고 축방향 인장하중 3000kg이 작용한다.

맞대기 용접이음의 인장응력은 $\sigma=\dfrac{W}{t\,\ell}$이며, 목두께는 판 두께 t를 그대로 쓴다. 단위를 cm로 맞추면 t = 1cm, ℓ = 15cm이므로 단면적은 15cm²이다.

$\sigma=\dfrac{3000}{1\times15}=200\ \mathrm{kg/cm^2}$ 이므로 200kg/cm²이다. mm 단위로 두면 3000/(10×150) = 2kg/mm²인데 이는 같은 값을 다른 단위로 쓴 것일 뿐이므로, 숫자 2를 그대로 kg/cm² 답으로 고르지 않도록 단위 환산에 주의해야 한다.

중력에 의한 응축수 회수가 원활히 이루어지려면 응축수가 낮은 곳으로 자연스럽게 흘러 모이도록 탱크를 배치해야 하므로, 응축수 탱크는 응축수를 모아 오는 회수배관보다 낮은 위치에 설치하는 것이 가장 적절하다.

탱크를 배관보다 높게 두거나 증기관과 같은 높이에 두면 응축수가 중력만으로 탱크까지 흘러들지 못해 정체나 역류가 발생하기 쉽다.

맞대기 용접에서 그루브 형상은 모재 두께에 따라 달리 선택하는데, 두께가 두꺼워질수록 용착금속량과 변형을 줄이기 위해 양쪽에서 파는 형태를 사용한다.

판 두께가 50mm 이상인 경우(자동용접 제외)에는 양쪽 U형 형태인 H형 그루브를 적용하여 단면적을 최소화하고 잔류응력·변형을 줄인다.

V형은 비교적 얇은 판(약 6~19mm)에, U형은 중간 두께(약 16~50mm)에 적합한 형상으로 50mm 이상의 두꺼운 판에는 적용하지 않는다.

보일러 성능시험(열정산) 기준에서 증기건도의 판정 기준값은 보일러 재질에 따라 달리 규정되어 있어, 강철제 보일러와 주철제 보일러를 구분하여 적용한다.

측정은 통상 1시간보다 짧은 주기로 여러 차례 실시하며, 수위는 시험 전후로 동일한 수준을 유지하도록 하는 것이 원칙이고, 측정기록 및 계산 양식도 제조사가 임의로 정하는 것이 아니라 표준화된 서식을 따른다는 점에서 나머지 선택지는 성능시험 기준과 맞지 않는다.

레스트레인트는 열팽창에 의한 배관의 이동을 구속하거나 제한하는 장치로, 배관을 완전히 고정하는 앵커(Anchor), 특정 방향의 이동만 제한하는 스토퍼(Stopper), 배관이 축 방향으로만 이동하도록 유도하는 가이드(Guide)가 대표적인 종류이다.

반면 리지드(Rigid)는 배관의 자중 등을 지지하는 서포트(지지장치)의 한 종류로, 열팽창에 의한 이동을 구속·제한하는 레스트레인트와는 목적과 분류가 다르다.

보일러 급수 중에 녹아 있는 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)의 농도를 나타내는 척도는 경도(硬度)이며, 경도가 높은 물은 가열 시 스케일을 형성해 전열 효율을 떨어뜨리고 관내 부식을 유발할 수 있다.

탁도는 물의 흐림 정도, BOD는 유기물 오염 정도, pH는 산·알칼리성을 나타내는 지표로 Ca·Mg 농도와는 다른 성질이다.

수트 블로어는 전열면에 쌓인 그을음·재를 제거해 열전달을 유지시키고, 공기예열기와 절탄기는 배기가스의 폐열을 회수해 보일러 전체 효율을 높이는 장치이다.

인젝터는 증기의 분사력으로 급수를 보일러에 밀어넣는 급수장치일 뿐, 전열효율 향상과는 관련이 없다.

상당증발량, 보일러마력, 전열면적은 모두 보일러의 증발능력이나 크기를 나타내는 대표적인 용량 지표이다.

반면 재열계수는 재열사이클(터빈 재열)에서 재열 전후의 엔탈피 관계를 나타내는 열역학적 계수로, 보일러 자체의 용량을 산출하거나 표시하는 값으로는 사용되지 않는다.