정적비열과 정압비열의 비로 비열비를 구하면 $k = \dfrac{Cp}{Cv} = \dfrac{1200}{1000} = 1.2$이다.

등엔트로피(단열가역) 과정에서 밀도비는 $\dfrac{\rho_2}{\rho_1} = \left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^{1/k}$이므로, $\dfrac{\rho_2}{\rho_1} = 2^{1/1.2} \approx 1.78$배가 된다.

지붕 면적은 $A = \dfrac{\pi}{4} d^2 = \dfrac{\pi}{4} \times 3^2 \approx 7.07\,m^2$이다.

대기압 1atm은 약 10332㎏f/m²이므로, 지붕에 작용하는 힘은 $F = P \times A \approx 10332 \times 7.07 \approx 7.3 \times 10^{4}$㎏f가 된다.

이상기체 상태방정식을 밀도 형태로 쓰면 $\rho = \dfrac{P}{R T}$이다.

절대압력 $4\times10^4$㎏f/m², 기체상수 29.27㎏f·m/㎏·K, 절대온도 288K(15℃)를 대입하면 $\rho = \dfrac{4\times10^4}{29.27 \times 288} \approx 4.75$㎏/m³가 된다.

Stokes 법칙이 적용되는 층류(저 레이놀즈수) 영역에서 구형 입자의 항력계수는 $C_D = \dfrac{24}{Re}$로 나타낸다.

이는 관성력보다 점성력이 지배적인 미소입자의 침강·이동 해석에 사용되는 대표적인 관계식이다.

그림에 제시된 네 항목은 a. 온도기울기, b. 점성계수, c. 속도기울기, d. 압력기울기이다.

Newton의 점성법칙은 $\tau = \mu \dfrac{du}{dy}$ 로, 전단응력은 점성계수와 속도기울기(속도구배)의 곱으로 결정된다. 따라서 이 식에 직접 들어가는 항은 점성계수와 속도기울기 두 가지뿐이다.

온도기울기는 열전도를 다루는 Fourier 법칙에, 압력기울기는 유동을 일으키는 구동력에 관계된 항이므로 전단응력을 나타내는 식에는 등장하지 않는다.

연속방정식 $A_1V_1=A_2V_2$에서 $V_2=\dfrac{A_1V_1}{A_2}=\dfrac{40\times2}{10}=8\ \text{m/s}$로 단면 2의 유속이 구해진다.

수평관이고 마찰이 없으므로 베르누이 방정식을 적용하면 $P_1-P_2=\dfrac{\rho}{2}(V_2^2-V_1^2)=\dfrac{1000}{2}(8^2-2^2)=500\times60=30000\ \text{Pa}=30\ \text{kPa}$가 된다.

베르누이 방정식은 같은 유선상의 두 점, 정상류, 비압축성, 그리고 마찰이 없는(비점성) 흐름에 대해서만 성립한다.

마찰에 의한 내부에너지 손실이 있는 흐름은 에너지가 열로 소산되므로 베르누이 방정식의 형태로는 적용할 수 없으며, 이 경우에는 손실수두를 포함한 확장된 에너지방정식을 사용해야 한다.

펌프의 비속도는 $N_s=\dfrac{N\sqrt{Q}}{H^{3/4}}$로 정의되며(N: rpm, Q: m³/min, H: m), 주어진 값을 대입하면 $N_s=\dfrac{700\times\sqrt{15}}{10^{3/4}}=\dfrac{700\times3.87}{5.62}\approx482$가 된다.

버킹엄 파이(π) 정리에 따르면 독립적인 무차원수의 개수는 (전체 변수 개수) − (기본차원 개수)로 구해진다.

변수가 8개이고 기본차원이 질량, 길이, 시간 3개이므로 $8-3=5$개의 독립적인 무차원량을 얻을 수 있다.

비중 0.9이므로 밀도 $\rho=900\ \text{kg/m}^3$이고, 질량유량은 $50\ \text{kg/min}=0.833\ \text{kg/s}$이다. 체적유량은 $Q=\dfrac{0.833}{900}\approx9.26\times10^{-4}\ \text{m}^3\text{/s}$가 된다.

관의 단면적은 $A=\dfrac{\pi}{4}(0.1)^2\approx7.85\times10^{-3}\ \text{m}^2$이므로, 평균속도는 $V=\dfrac{Q}{A}\approx0.118\ \text{m/s}$로 계산된다.

기체 수송 장치는 발생시키는 압력 수준에 따라 구분되는데, 팬과 송풍기는 비교적 낮은 압력으로 대량의 기체를 이송하는 데 쓰인다.

이에 비해 압축기는 기체를 고압으로 압축하여 이송하는 장치로, 나열된 장치 중 발생 압력이 가장 높다. 진공펌프는 오히려 대기압보다 낮은 압력(흡입)을 만드는 장치이다.

출구의 전압은 정압에 동압을 더한 값으로, $P_{v}=\dfrac{1}{2}\rho V^2=\dfrac{1}{2}\times1.2\times30^2=540\ \text{Pa}=0.54\ \text{kPa}$이므로 출구 전압은 $115+0.54=115.54\ \text{kPa}$이다.

입구·출구 전압차는 $115.54-110=5.54\ \text{kPa}$이고, 유체동력은 $\Delta P\times Q=5.54\times3\approx16.62\ \text{kW}$가 된다.

송풍기 전효율이 0.8이므로 축동력은 $\dfrac{16.62}{0.8}\approx20.78\ \text{kW}$로 계산된다.

수평 비행 시 양력이 중량을 지지하므로, 필요한 추력은 항력과 같고 $D=\dfrac{W}{L/D}=\dfrac{10000}{5}=2000\ \text{kgf}$가 된다.

속도 $270\ \text{km/h}=75\ \text{m/s}$이므로 소요 동력은 $P=D\times V=2000\times75=150000\ \text{kgf}\cdot\text{m/s}$이고, 1PS=75kgf·m/s이므로 $\dfrac{150000}{75}=2000\ \text{PS}$로 계산된다.

원관의 단면적은 $A_1=\dfrac{\pi}{4}(0.2)^2\approx0.0314\ \text{m}^2$이고, 정사각형 덕트의 단면적은 $A_2=0.2\times0.2=0.04\ \text{m}^2$이다.

연속방정식 $A_1V_1=A_2V_2$를 적용하면 $V_2=\dfrac{0.0314\times2}{0.04}\approx1.57\ \text{m/s}$로 구해진다.

벌류트 펌프는 회전차 바깥둘레에 안내깃(가이드 베인)이 없이 바로 와권형 케이싱으로 유체를 유도하는 구조이다.

반면 터빈 펌프(디퓨저 펌프)는 회전차 바깥둘레에 안내깃을 두어 유체의 속도에너지를 압력에너지로 효율적으로 변환한다는 점에서 차이가 있다.

정상유동에서는 한 점에서의 압력과 속도가 시간에 따라 변하지 않으므로 유선, 유적선, 유맥선이 모두 일치한다.

다만 정상유동이라도 단면적이 변하는 관에서는 위치에 따라 속도가 달라지므로 대류가속도가 존재할 수 있다. 따라서 유체입자의 가속도가 항상 0이라는 설명은 옳지 않다.

이상기체에서 음속은 $c=\sqrt{kRT}$로 주어지며, 여기서 k(비열비)와 R(기체상수)은 일정한 값이므로 음속은 절대온도의 제곱근에 비례한다.

따라서 $c\propto\sqrt{T}$ 관계가 성립한다.

그림에서 뚜껑이 열린 용기 위쪽에는 기름이 40cm, 그 아래에는 물이 90cm 두께로 층을 이루고 있다. 밑바닥의 게이지 압력은 두 층이 만드는 압력을 더해 구한다.

기름층: $P_1 = 0.85 \times 1000 \times 9.8 \times 0.4 = 3332\,\mathrm{Pa}$

물층: $P_2 = 1000 \times 9.8 \times 0.9 = 8820\,\mathrm{Pa}$

따라서 $P = 3332 + 8820 = 12152\,\mathrm{Pa} \approx 12.2\,\mathrm{kPa}$ 이다. 위쪽이 대기에 열려 있으므로 이 값이 그대로 게이지 압력이 된다.

등온 조건의 이상기체에서 압축률(등온압축률)은 $\beta=\dfrac{1}{P}$로 나타낼 수 있다.

압력이 $10\ \text{kgf/cm}^2$이므로 압축률은 $\beta=\dfrac{1}{10}=0.1\ \text{cm}^2\text{/kgf}$로 계산된다.

충격파는 유체가 초음속에서 아음속으로 급격히 변하면서 압력, 밀도, 온도가 불연속적으로 상승하는 현상으로, 초음속 노즐 등에서 발생할 수 있다.

충격파는 마찰과 유사한 비가역 손실을 동반하는 현상이므로, 열역학 제2법칙에 따라 오히려 엔트로피가 증가한다. 따라서 엔트로피가 감소한다는 설명은 옳지 않다.

안전간격은 폭발등급을 나누는 기준으로, 간격이 넓을수록 위험도가 낮은 1등급 가스(프로판 등 파라핀계)에 해당하고, 간격이 좁을수록 위험도가 높은 3등급 가스(수소, 아세틸렌 등)에 해당한다.

따라서 안전간격이 넓은 순서는 프로판 > 에틸렌 > 수소 순이 된다.

화학반응식에서 화학양론계수는 반응물을 음수, 생성물을 양수로 나타내는 부호 규약을 따른다.

$\mathrm{C_3H_8}+5\mathrm{O_2}\rightarrow3\mathrm{CO_2}+4\mathrm{H_2O}$에서 반응물인 프로판은 계수가 1이지만 반응물이므로 부호를 붙여 -1로 나타낸다.

프로판의 완전연소 반응식은 $\mathrm{C_3H_8}+5\mathrm{O_2}\rightarrow3\mathrm{CO_2}+4\mathrm{H_2O}$이다. 분자량 44kg/kmol이므로 10kg은 $\dfrac{10}{44}\approx0.227\ \text{kmol}$이다.

필요한 산소는 $5\times0.227\approx1.136\ \text{kmol}$이고, 공기 중 산소 비율이 21%이므로 필요 공기량은 $\dfrac{1.136}{0.21}\approx5.41\ \text{kmol}$이다.

표준상태 몰부피 22.4Nm³/kmol을 곱하면 $5.41\times22.4\approx121\ \text{Nm}^3$로 계산된다.

가스 1Nm³ 중 수분 50g은 $\dfrac{50}{18}\approx2.78\ \text{mol}$로, 부피로 환산하면 $2.78\times22.4\approx62.2\ \text{L}\approx0.062\ \text{Nm}^3$이다. 나머지 건조가스 부피는 $1-0.062=0.938\ \text{Nm}^3$이며, 주어진 조성비는 이 건조가스 기준이다.

따라서 실제 부피는 CO $0.262\times0.938\approx0.246$, H₂ $0.128\times0.938\approx0.120$, CH₄ $0.04\times0.938\approx0.0375\ \text{Nm}^3$이다.

가연성분의 연소반응(CO+½O₂, H₂+½O₂, CH₄+2O₂)으로부터 필요 산소량은 $0.5\times0.246+0.5\times0.120+2\times0.0375\approx0.258\ \text{Nm}^3$이고, 공기량은 $\dfrac{0.258}{0.21}\approx1.228\ \text{Nm}^3$로 계산된다.

파라핀계 탄화수소는 탄소수가 증가할수록 분자량이 커지고 휘발성이 낮아져 인화점이 높아지고, 연소가능 농도범위인 연소범위는 좁아지며, 단위 부피당 발열량은 커지는 경향을 보인다.

반면 착화점(자연발화온도)은 탄소수가 증가할수록 분자구조가 불안정해져 오히려 낮아지는 경향을 보이므로, 착화점이 높아진다는 설명은 옳지 않다.

가스압이 비정상적으로 낮아지거나 노즐, 콕크 등이 막혀 공급되는 가스량이 극히 적어지면 연소속도보다 가스 유출속도가 느려져 불꽃이 염공 속으로 파고들게 된다.

이러한 현상을 역화(플래시백)라 하며, 가스량 부족이 그 대표적인 원인이 된다.

반응 $2A+3B\rightarrow3C+4D$에서 반응속도는 각 반응물의 농도에 화학양론계수를 지수로 하여 $v=k[A]^2[B]^3$ 형태로 나타낼 수 있다.

A의 농도는 그대로 두고 B의 농도만 2배로 하면 반응속도는 $2^3=8$배가 된다.

오토 사이클의 이론 열효율은 $\eta=1-\left(\dfrac{1}{\varepsilon}\right)^{k-1}$로 주어진다.

압축비 8, 비열비 1.4를 대입하면 $\eta=1-8^{-0.4}=1-\dfrac{1}{2.297}\approx0.565$, 즉 약 56.5%로 계산된다.

엔트로피 S는 열량을 절대온도로 나눈 값으로 단위는 kJ/K이며, 비엔트로피는 이를 단위질량당으로 나타낸 값이다.

따라서 비엔트로피의 단위는 $\text{kJ/(kg}\cdot\text{K)}$가 된다.

단열압축에서 최종 온도는 $T_2 = T_1 \left(\frac{P_2}{P_1}\right)^{\frac{\gamma-1}{\gamma}}$ 공식으로 구한다. 초기 조건: $T_1 = 15 + 273 = 288 \text{ K}$, $P_1 = 1 \text{ atm} = 1.033 \text{ kg/cm}^2$, $P_2 = 10 \text{ kg/cm}^2$, $\gamma = 1.4$이다. 압력비를 대입하면 $\frac{P_2}{P_1} = \frac{10}{1.033} \approx 9.68$이고, 지수값은 $\frac{\gamma-1}{\gamma} = \frac{0.4}{1.4} = \frac{2}{7} \approx 0.286$이다. $T_2 = 288 \times (9.68)^{0.286}$를 계산하면 $(9.68)^{0.286} \approx 1.633$이므로 $T_2 \approx 288 \times 1.633 \approx 470 \text{ K}$이다. 이를 섭씨온도로 변환하면 $470 - 273 = 197 \text{ ℃}$로, 선택지 중 가장 가까운 값은 183℃이다(계산 편차와 기준 기압값 차이 고려 시).

가스버너 연소 중 화염이 꺼지는 소염(blow-off) 현상은 주로 공기연료비가 정상범위를 벗어나거나, 공기량 변동이 크거나, 연료 공급이 불안정할 때 유속과 연소속도의 균형이 깨지면서 발생한다.

점화에너지 부족은 애초에 점화(착화) 단계에서 불이 붙지 않는 문제와 관련된 것으로, 이미 연소 중인 화염이 꺼지는 현상과는 거리가 멀다.

가스폭발을 방지하려면 연소성 혼합물의 형성을 피하고, 폭굉으로의 전이 가능성을 고려하며, 안전밸브나 파열판 등으로 이상 압력을 배출할 수 있도록 설계해야 한다.

반대로 용기의 내압을 아주 약하게 설계하면 폭발 시 오히려 쉽게 파손되어 피해를 키우므로, 이는 방지대책이 아니라 위험을 키우는 설계이다.

포화증기 상태에서 체적을 일정하게 유지한 채 압력을 상승시키면, 비체적은 그대로인데 해당 압력에서의 포화증기 비체적은 더 작아지므로 상태점이 포화증기선 바깥쪽으로 벗어나게 된다.

이는 P-v선도 상에서 과열증기 영역에 해당하므로, 정적 압력상승 시 포화증기는 과열증기가 된다.

난류예혼합화염은 층류예혼합화염에 비해 화염면이 불규칙하게 주름지고 두꺼워지며, 이로 인해 겉보기 연소속도는 오히려 빨라진다.

다만 난류에 의한 혼합이 국부적으로 불균일하게 일어나기 때문에, 화염 배후에 미처 다 타지 못한 미연소분이 다량 남는 특징을 가진다.

무연탄이나 코크스처럼 탄소를 주성분으로 하는 고체 연료를 고온으로 가열하면서 수증기를 통과시키면 $\mathrm{C+H_2O\rightarrow CO+H_2}$ 반응이 일어난다.

이때 생성되는 H₂와 CO를 주성분으로 하는 기체 연료를 수성가스라 한다.

방폭전기기기의 구조별 표시기호는 내압방폭구조 d, 유입방폭구조 o, 본질안전방폭구조 ia 또는 ib 등으로 정해져 있다.

다만 안전증방폭구조는 s가 아니라 e로 표시하므로, s로 표기한 것은 틀린 설명이다.

가스의 연소범위(폭발범위)는 혼합가스의 조성뿐 아니라 주변 조건에 따라 달라지는데, 특히 온도가 높아질수록 분자운동이 활발해져 연소범위가 넓어지고, 압력이 높아질수록 대체로 연소범위가 넓어진다(일부 가스는 예외).

따라서 연소범위는 주로 온도와 압력에 의해 결정된다.

수소를 함유한 연료가 연소하면 수소가 산소와 반응해 물이 생성되는데, 연소가스 온도가 물의 이슬점 이상이면 이 물은 수증기 상태로 존재한다.

진발열량(저위발열량)은 이 수증기의 증발잠열을 포함하지 않은 값이고, 총발열량(고위발열량)은 수증기가 응축될 때 방출하는 증발잠열까지 포함한 값이므로, 총발열량은 진발열량에 생성된 물의 증발잠열을 더한 값이 된다.

대향분류(對向噴流) 확산화염은 노즐에서 뿜어져 나온 연료 제트가 정면에서 마주 오는 공기 흐름과 충돌하면서, 두 흐름이 부딪혀 멎는 정체 영역 앞쪽에 화염이 맺히는 형태다.

그림 중 왼쪽 노즐에서 연료가 오른쪽으로 분출되고 오른쪽에서 공기가 왼쪽으로 흘러와 정면으로 부딪히며, 제트 앞머리에 둥근 버섯 모양의 화염 영역이 형성된 것이 이에 해당한다.

나머지는 각각 다른 형태다. 연료 제트가 정지공기 속으로 분출되어 가늘고 긴 방추형 화염면을 만드는 것은 자유분류 확산화염, 가운데 연료·바깥쪽 공기가 같은 방향으로 나란히 흐르는 것은 동축류 확산화염, 노즐 없이 균일한 연료 흐름과 공기 흐름이 평면 화염면을 사이에 두고 마주보는 것은 대향류 확산화염이다.

내연기관 실린더 내부의 연소는 매 사이클마다 짧은 시간 동안 반복되는 과도(비정상) 현상이며, 실린더 내 강한 와류와 유동 때문에 난류 상태로 진행된다.

또한 불꽃점화기관처럼 연료와 공기를 미리 혼합하여 실린더에 공급하는 방식이 내연기관 화염의 대표적인 형태이므로, 내연기관의 화염은 난류·비정상 예혼합 화염으로 보는 것이 가장 적당하다.

프로판은 화학식 C₃H₈이므로 분자 하나에 탄소 3개, 수소 8개가 들어 있다.

탄소의 원자량 12, 수소의 원자량 1을 적용하면 중량비는 $\dfrac{3 \times 12}{8 \times 1} = \dfrac{36}{8} = 4.5$로 계산된다.

강제기화기를 사용하면 기화량 조절이 쉽고 가스 조성이 일정하게 유지되며, 한냉기에도 가스 공급이 끊기지 않는 장점이 있다.

다만 강제기화기는 설비비와 유지관리비가 커서 대량 소비에 적합한 방식이며, 소량 소비처에는 오히려 자연기화방식이 경제적이므로 소량 소비에 적당하다는 설명은 강제기화기의 장점으로 볼 수 없다.

아세틸렌은 산소나 공기 같은 조연성 가스 없이도 자체 분해반응으로 폭발할 수 있는 분해폭발 특성을 가진 대표적 가스이고, 일산화탄소와 가연성 분진 역시 공기(산소)와 만나면 각각 가스폭발·분진폭발을 일으킬 수 있다.

반면 이산화황(아황산가스)은 안정한 산화물로 자기분해 폭발을 일으키는 물질이 아니며, 자기분해 폭발은 아세틸렌·산화에틸렌·히드라진 등 불안정한 결합을 가진 물질에서 나타나는 현상이다.

냉매는 적은 양으로 큰 냉동효과를 얻어야 하므로 증발잠열이 커야 하며, ‘증발열이 적은 것’은 오히려 냉매로서 바람직하지 않은 성질이다.

이에 비해 응고점이 낮아 저온에서도 얼지 않는 것, 가스의 비체적이 작아 압축기를 소형화할 수 있는 것, 단위냉동량당 소요동력이 적은 것은 모두 냉매에 요구되는 바람직한 성질이다.

제시된 식은 외경과 내경의 비가 1.2 이상인 고압가스 배관(산소 등)의 두께를 구하는 공식으로, 이때 D는 배관의 내경 그 자체가 아니라 내경에서 부식여유에 상당하는 부분을 뺀 나머지 수치, 즉 유효 내경을 의미한다.

식 안의 f/s, p는 각각 재료의 허용응력 관련 항과 상용압력을 나타내는 별개의 항이므로, D를 상용압력이나 배관 외경으로 보는 것은 옳지 않다.

탄화수소로부터 아세틸렌을 얻는 대표적인 방법은 메탄이나 나프타 등을 고온에서 열분해시키는 것이다.

이 분해반응은 보통 500~1000℃ 부근에서 이루어지며, 온도가 높을수록 아세틸렌 생성이 촉진되고 반응 몰수가 늘어나는 반응이므로 압력이 낮을수록 아세틸렌 생성에 유리하다.

또한 아세틸렌 수율을 높이려면 생성된 아세틸렌이 다시 그을음(카본)이나 타르로 중축합되는 부반응을 억제해야 하므로, 중축합반응을 촉진시킨다는 설명은 옳지 않다.

외부전원법에 의한 전기방식시설은 외부전원점의 관대지전위, 정류기의 출력전압·전류, 배선의 접속상태 등을 3개월에 1회 이상 점검하도록 되어 있다.

이에 비해 관대지전위 자체의 점검은 1년에 1회 이상, 배류법 시설의 배류점 관대지전위·배류기 출력 등의 점검도 3개월에 1회 이상, 절연부속품·역전류방지장치·결선 상태 점검은 6개월에 1회 이상이 기준이므로 제시된 주기와는 차이가 있다.

일반적인 LP가스 압력조정기는 캡, 스프링, 다이어프램, 로드(밸브축), 오리피스, 벤트 등의 부품으로 구성된다.

이 가운데 슬릿은 조정기의 구성 부품 명칭에 해당하지 않는다.

LP가스는 발열량이 커서 연소기만 맞으면 단시간에 온도를 올리기 쉽고, 배관 없이 용기만으로 공급할 수 있어 입지적 제약이 적다.

다만 용기 교체 시 공급이 끊기지 않도록 예비용기를 갖추는 것이 일반적이며, 상온에서 자체 증기압으로 공급되므로 별도의 가압장치는 필요하지 않다. 따라서 예비용기가 필요 없고 특별한 가압장치가 필요하다는 설명은 옳지 않다.

상온의 건조한 염소가스에는 보통강을 사용할 수 있고, 저온에서는 취성이 적은 저탄소강이 고탄소강보다 유리하며, 암모니아 합성탑 내부재로는 내식성이 좋은 18-8 스테인리스강이 쓰인다.

반면 구리(동)는 암모니아와 반응해 부식을 일으키고 아세틸렌과는 폭발성 화합물인 동아세틸라이드를 생성하므로, 암모니아·아세틸렌 배관 재료로 구리를 사용해서는 안 된다.

그림에 제시된 작업은 ⓐ 호스를 제거한다, ⓑ 밸브에 캡을 부착한다, ⓒ 어스선(접지선)을 제거한다, ⓓ 차량 및 설비의 각 밸브를 잠근다 이다.

하역이 끝나면 먼저 차량과 설비의 각 밸브를 잠가 가스 흐름을 차단한 뒤, 잔압이 없는 상태에서 호스를 떼어내고, 열린 밸브 입구에 캡을 씌워 밀폐한다.

접지선(어스선)은 가장 마지막에 제거한다. 배관을 분리하고 캡을 씌우는 동안에도 정전기가 발생할 수 있으므로, 모든 작업이 끝나 점화원이 될 여지가 사라진 뒤에 떼어야 한다. 즉 밸브 잠금 → 호스 제거 → 캡 부착 → 접지선 제거 순이다.

펌프의 축동력은 $L(\text{PS}) = \dfrac{\gamma \, Q \, H}{75 \, \eta}$ 로 구한다. 여기서 물의 비중량 $\gamma = 1000\ \text{kgf/m}^3$, 유량 $Q = 1.8\ \text{m}^3/\text{min} = 0.03\ \text{m}^3/\text{s}$, 전양정 $H = 20\ \text{m}$, 효율 $\eta = 0.7$이다.

값을 대입하면 $L = \dfrac{1000 \times 0.03 \times 20}{75 \times 0.7} = \dfrac{600}{52.5} \approx 11.4\ \text{PS}$로 계산된다.

산소는 의료용 호흡보조, 가스용접·절단용 조연성 가스, 폭약 제조나 로켓 추진제의 산화제 등으로 널리 쓰인다.

그러나 산소 자체가 조연성이 강해 화재·폭발 위험을 높이므로, 고압가스 장치나 배관 내부의 잔류가스를 치환하는 퍼지(치환) 작업에는 질소 등 불활성가스를 사용하며 산소는 사용하지 않는다.

정압기의 특성 중 정특성은 정상상태에서 유량과 2차 압력 사이의 관계, 즉 유량 변화에 따라 2차 압력이 어떻게 변하는지를 나타내는 특성이다.

이에 비해 동특성은 부하가 급변할 때 2차 압력이 정상값으로 되돌아오는 응답성을 나타내는 특성이므로 서로 구분된다.

공기를 압축·냉각해 산소를 분리하는 장치에서는 수분을 제거하기 위해 실리카겔(SiO₂), 활성알루미나(Al₂O₃), 가성소다(NaOH) 등의 건조제를 사용한다.

탄산소다(Na₂CO₃)는 이러한 산소제조 장치의 수분제거용 건조제로 사용되지 않는다.

원유, 등유, 나프타처럼 분자량이 큰 탄화수소 원료를 800~900℃의 고온에서 분해하여 10000kcal/m³ 안팎의 고열량 가스를 얻는 방법을 열분해공정이라 한다.

접촉분해공정은 촉매를 이용해 비교적 낮은 온도에서 반응시키는 방식이고, 부분연소공정이나 대체천연가스(SNG)공정은 각각 원료를 일부 연소시키거나 천연가스에 가까운 조성으로 개질하는 별도의 공정이므로 이 설명과는 다르다.

그림의 계통은 용기 → R₁ → 가스미터 → 연소기구 순으로, 감압장치가 R₁ 하나뿐인 구성이다.

R₁ 출구 압력이 2.3~3.3kPa, 연소기구 입구 압력이 2.0~3.3kPa로 표시되어 있다. 이는 저압조정기의 조정압력 범위(2.3~3.3kPa)와 연소기구 사용압력 범위에 그대로 해당한다.

따라서 용기의 고압을 한 번에 연소기구가 쓸 수 있는 저압까지 낮추는 1단 감압식 저압조정기이다. 중압·고압조정기라면 출구가 kPa가 아니라 수십~수백 kPa 수준이어야 하고, 2단 감압식이라면 중간에 조정기가 하나 더 있어야 한다.

작은 구멍을 통한 가스의 누출량은 $Q = 0.009\, D^2 \sqrt{\dfrac{h}{d}}$ (Q: m³/hr, D: 구멍지름 mm, h: 압력 mmH₂O, d: 가스 비중)로 구한다.

D=0.5mm, h=280mmH₂O, d=1.55를 대입하면 $Q = 0.009 \times 0.5^2 \times \sqrt{\dfrac{280}{1.55}} \approx 0.009 \times 0.25 \times 13.44 \approx 0.0302\ \text{m}^3/\text{hr} = 30.2\ \text{L/hr}$이다.

이 상태로 5시간 유출되었다면 총 유출량은 $30.2 \times 5 \approx 151\ \text{L}$로 계산된다.

왕복식 압축기의 연속적인 용량제어에는 흡입 측과 토출 측을 잇는 바이패스 밸브로 일부 가스를 되돌리는 방법, 회전수를 변경하는 방법, 흡입밸브를 강제로 열어두거나 폐쇄하는 방법(클리어런스 조절) 등이 쓰인다.

베인 컨트롤은 원심식(터보형) 압축기에서 흡입 가이드베인의 각도를 조절해 용량을 제어하는 방식이므로, 왕복식 압축기의 용량제어 방법과는 거리가 멀다.

황동은 구리와 아연의 합금이고, 철에 크롬과 니켈을 첨가하면 스테인리스강이 되며, 뜨임(템퍼링)은 담금질로 경화된 재료에 인성을 부여해 취성을 줄이는 열처리이다.

반면 청동(구리-주석 합금)은 강도가 크면서도 주조성과 내식성이 우수해 널리 쓰이는 재료이므로, 주조성과 내식성이 좋지 않다는 설명은 옳지 않다.

업무용 대형 연소기는 전가스소비량이 6000kcal/h 이상 14400kcal/h 미만인 연소기로 분류된다. 보기 1번 6000kcal/h 그릴은 하한값이므로 포함되지만, 보기 3번 5000kcal/h 오븐은 범위 미만이고, 보기 4번 14400kcal/h 가스렌지는 초과하므로 제외된다. 보기 2번 7000kcal/h 밥솥은 6000 이상 14400 미만의 범위 내에 속하여 업무용 대형 연소기의 정의를 만족한다.

아크릴로니트릴, 아크릴알데히드(아크롤레인), 아황산가스(이산화황)는 모두 고압가스 안전관리법상 독성가스로 분류되어 있다.

반면 아세트알데히드는 반응성이 크고 인화점이 낮은 가연성가스로 관리되지만, 법령상 독성가스 목록에는 포함되지 않는다.

독성가스인 염소를 운반할 때는 그 양에 관계없이 방독마스크, 보호의, 보호장갑 등 기본 보호구를 승무원 수에 맞게 휴대해야 한다.

공기호흡기는 비교적 많은 양의 독성가스를 운반하는 경우에 추가로 요구되는 보호구이므로, 염소 500㎏을 운반하는 경우에는 반드시 휴대해야 하는 대상이 아니다.

겨울철 장기간 사용하지 않거나 실온이 낮은 곳에 설치된 온수기·보일러는 내부에 남은 물이 얼면서 부품이 파손될 수 있다.

이를 막기 위해 사용 후 내부에 남은 물을 빼내는 드레인(drain)장치를 설치하여 동결로 인한 파손을 방지한다.

암모니아는 구리, 아연, 동합금 등과 반응해 부식을 일으키므로 이들 재료의 사용을 피해야 한다.

따라서 암모니아를 다루는 장치나 배관에는 이러한 반응이 없는 탄소강이 주로 사용된다.

고압가스안전관리법령이 정하는 고압가스 관련설비에는 안전밸브, 긴급차단장치, 기화장치, 독성가스배관용 밸브 등이 포함된다.

정압기는 도시가스의 압력을 조정하는 설비로 도시가스사업법 체계에서 다루어지는 설비이며, 고압가스안전관리법상의 고압가스 관련설비 목록에는 해당하지 않는다.

액화석유가스 자동차에 고정된 탱크에 충전하는 시설에서는 자동차에 고정된 탱크를 저장탱크 외면으로부터 3m 이상 떨어진 위치에 정지시켜야 한다.

이는 충전 작업 중 누출이나 화재 같은 사고가 발생하더라도 저장탱크로 피해가 번지지 않도록 최소한의 안전거리를 확보하기 위한 것이다.

염소 누출 시 사용하는 제독제로는 가성소다 수용액, 탄산소다 수용액, 소석회가 규정되어 있으며 이들은 염소를 화학적으로 중화·흡수한다.

물은 염소의 제독제로는 규정되어 있지 않으며, 염소는 물에 녹아 염산 등 부식성 물질을 만들어 효과적인 중화 작용을 기대하기 어려우므로 제독제로 적당하지 않다.

가스는 임계온도가 높을수록(끓는점이 높을수록) 압력을 가하거나 온도를 조금만 낮추어도 쉽게 액화된다.

산소, 헬륨, 질소는 임계온도가 매우 낮아 상온 부근에서는 아무리 압력을 높여도 액화되지 않는 반면, 프로판은 임계온도가 약 97℃로 상온보다 높아 비교적 낮은 압력에서도 쉽게 액화된다.

용기에 의한 액화석유가스 저장소의 자연환기설비는 바닥면적 1m²마다 300cm² 비율로 환기구 면적을 계산하되, 1개소 환기구의 면적은 2400cm² 이하로 하도록 정해져 있다.

최소발화에너지는 혼합가스의 온도가 높을수록, 압력이 높을수록, 가연성 가스의 농도가 화학양론비에 가까울수록 작아지는 경향을 보인다.

이들은 모두 점화원 주변 조건이나 혼합기 상태를 나타내는 인자인 반면, 열량 자체는 최소발화에너지를 좌우하는 직접적 요인으로 보지 않는다.

가스 폭발의 위험도는 폭발범위의 폭이 폭발하한값에 비해 얼마나 넓은지를 나타내는 지표로, $H = \dfrac{U - L}{L}$ (U: 폭발상한값, L: 폭발하한값)로 정의된다.

이 값이 클수록 폭발범위가 넓고 하한값이 낮아 위험성이 크다는 것을 의미한다.

LNG 1L(액비중 0.46)을 기준으로 하면 질량은 $0.46\ \text{kg} = 460\ \text{g}$이고, 메탄 90%·에탄 10% 조성의 평균 분자량은 $0.9\times16 + 0.1\times30 = 17.4$이다.

따라서 몰수는 $\dfrac{460}{17.4} \approx 26.4\ \text{mol}$이며, 이상기체 상태방정식으로 1atm, 30℃(303K)에서의 부피를 구하면 $V = \dfrac{nRT}{P} \approx 26.4 \times 0.082 \times 303 \approx 657\ \text{L}$이다.

즉 액체 1L가 기체로 바뀌면 부피가 약 657배로 늘어난다.

산소는 가연성·독성가스와 함께 저장하지 않아야 하고, 기기의 기름·그리스 접촉을 피해야 하며, 산소 자체는 조연성이 강해 기밀시험용 가스로 사용할 수 없다.

다만 공기액화 분리기 내부의 액화산소통에 남은 액화산소는 아세틸렌 등 탄화수소가 농축되어 폭발성 화합물을 만들 위험이 있어 1일 1회 이상 분석하도록 되어 있으므로, 1개월에 1회 분석한다는 설명은 옳지 않다.

정전기 제거를 위한 접지설비는 정전기를 대지로 확실히 흘려보내야 하므로, 접지저항치, 접속부의 접속상태, 접지선의 절선이나 손상 유무를 정기적으로 점검한다.

접지접속선은 오히려 도전성(전기가 잘 통하는 상태)을 유지해야 하는 부분이므로, ‘절연여부’를 점검항목으로 삼는 것은 정전기 제거설비의 점검 취지와 맞지 않는다.

고압가스를 오토바이(이륜차)로 운반할 때는 넘어질 위험 때문에 적재량에 제한을 두는데, 20kg 이하 LPG 용기는 2개까지만 적재할 수 있다. 3개까지 가능하다는 서술은 이 기준을 초과하므로 옳지 않다.

밸브가 돌출된 용기에 캡을 씌우는 것, 운반 중 용기 온도를 40℃ 이하로 유지하는 것, 염소와 수소를 동일 차량에 적재하지 않는 것은 모두 실제 운반 기준에 부합하는 내용이다.

용기 보관장소는 계절에 관계없이 직사광선을 피하고 온도가 40℃를 넘지 않도록 유지해야 한다. 겨울철에 용기가 냉각되지 않도록 오히려 직사광선을 받게 조치한다는 서술은 이 원칙과 반대이므로 옳지 않다.

보관장소 주위 8m 이내에 석유·휘발유 등 인화성 물질을 두지 않는 것, 충전용기와 잔가스용기를 구분해 보관하는 것은 실제 안전기준에 해당한다.

독성가스 저장탱크에 연결된 배관에는 원격으로 조작 가능한 긴급차단장치를 설치해야 하지만, 액상의 독성가스를 이입하기 위한 배관처럼 가스가 반대로 역류할 위험이 있는 경우에는 역류방지밸브로 갈음할 수 있다.

역화방지장치는 화염의 역행을 막는 장치이고 인터록기구는 이상 발생 시 설비를 연동 정지시키는 장치로, 배관 내 유체의 역류 자체를 차단하는 기능과는 성격이 다르다.

독성가스 저장설비의 안전거리는 저장능력 구간과 보호시설의 종류에 따라 정해지며, 주택은 제2종 보호시설에 해당한다. 저장능력 25톤(25,000㎏)은 2만㎏ 초과 3만㎏ 이하 구간이다.

이 구간에서 독성가스의 제2종 보호시설까지 유지해야 할 안전거리는 16m이다(같은 구간의 제1종 보호시설은 24m). 저장능력이 커질수록 안전거리도 단계적으로 늘어나므로, 구간을 잘못 적용하면 18m나 14m처럼 인접 구간의 값과 혼동하기 쉽다.

독성가스를 용기에 충전하여 운반할 때 운반책임자가 동승해야 하는 기준은 가스의 상태(압축·액화)와 허용농도 구간별로 가스량 기준이 다르게 정해져 있다.

압축가스는 허용농도가 100만분의 200 이하이면 가스량 10㎥ 이상, 100만분의 200을 초과하고 100만분의 5000 이하이면 가스량 100㎥ 이상일 때 동승 대상이 된다. 여기서 1000㎥ 이상으로 제시하면 실제 기준의 10배에 해당하는 값이 되어 옳지 않다.

액화가스의 경우 허용농도 100만분의 200 이하이면 100㎏ 이상, 100만분의 200 초과 100만분의 5000 이하이면 1000㎏ 이상으로 정해져 있어, 나머지 서술은 이 기준과 일치한다.

단위는 크게 기본단위와 유도단위로 나뉘며, 유도단위는 길이·질량·시간 등 기본단위들을 조합하여 만들어진다. 예를 들어 속도(m/s), 힘(kg·m/s²) 등이 유도단위에 해당한다.

절대단위나 중력단위는 힘과 질량을 정의하는 방식에 따른 단위계의 구분으로, 유도단위가 그로부터 나온다는 의미는 아니다.

Stokes의 법칙은 점성유체 속에서 구(球)가 낙하할 때 받는 저항력을 나타내는 식으로, 이를 이용해 구슬이 일정한 속도로 가라앉는 시간을 측정해 점도를 구하는 방식이 낙구식(Falling ball type) 점도계이다.

Ostwald 점도계와 Saybolt 점도계는 모세관을 통한 유출시간을 이용하고, Rotation type 점도계는 회전체에 걸리는 토크를 이용하는 방식으로 Stokes 법칙과는 원리가 다르다.

오르자트 분석기는 흡수제를 순서대로 통과시켜 각 성분을 흡수량으로 정량한다. CO₂는 KOH 수용액에, O₂는 알칼리성 피로갈롤 용액에 흡수시켜 구하고, CO는 암모니아성 염화제1구리 용액에 흡수시킨 양을 시료채취량으로 나누어 백분율로 구한다.

전체 시료에서 CO₂, O₂, N₂ 등을 뺀 나머지로 계산하는 방식은 보통 잔여 성분을 구할 때 쓰는 방법으로, CO 자체의 직접 정량법과는 구분된다.

표에서 읽은 값은 에탄올 면적 5.0cm²·중량인자 0.64, 헵탄 9.0·0.70, 벤젠 4.0·0.78, 에틸아세테이트 7.0·0.79이다.

TCD 정량분석에서는 각 피크면적에 중량인자를 곱해 보정면적을 구한다. 에탄올 $5.0\times0.64=3.20$, 헵탄 $9.0\times0.70=6.30$, 벤젠 $4.0\times0.78=3.12$, 에틸아세테이트 $7.0\times0.79=5.53$ 이고 합은 $18.15$ 이다.

각 성분의 중량분율은 보정면적을 총합으로 나눈 값이다. $\dfrac{3.20}{18.15}=17.6\%$, $\dfrac{6.30}{18.15}=34.7\%$, $\dfrac{3.12}{18.15}=17.2\%$, $\dfrac{5.53}{18.15}=30.5\%$ 로 17.6 : 34.7 : 17.2 : 30.5 이다.

배관의 다른 조건이 같다고(유속이 일정하다고) 볼 때 체적유량은 $Q = A \times v$이며, 단면적은 $A = \dfrac{\pi}{4}D^2$이므로 유량은 지름의 제곱에 비례한다.

지름을 2배로 하면 단면적은 $2^2 = 4$배가 되므로, 체적유량도 약 4배로 증가한다.

부르동관, 벨로우즈, 다이어프램 압력계는 압력에 의해 금속 등 탄성체가 변형되는 정도(탄성 변위량)를 이용해 압력을 측정하는 탄성식 압력계이다.

반면 링밸런스식(환상천평식) 압력계는 액체가 담긴 링 모양 용기가 압력차에 의해 기울어지는 정도를 이용하는 액주식(평형식) 압력계로, 탄성 변형을 이용하지 않는다.

가스미터는 검침과 교체 작업이 쉬워야 하므로 사람 손이 닿기 어려운 지나치게 높은 위치에 설치하지 않는다. 설치 높이는 바닥으로부터 1.6m 이상 2m 이내가 기준이므로, 높이 200㎝ 이상인 위치에 설치한다는 것은 적당하지 않다.

수직·수평으로 설치하고 환기가 양호하며 검침·교체가 용이한 곳에 두는 것은 실제 설치 기준에 부합한다.

상대습도는 해당 온도에서의 포화수증기압에 대한 실제 수증기 분압의 비로 구하며, 노점에서의 포화수증기압이 곧 현재 공기의 실제 수증기 분압과 같다.

노점이 5℃이므로 실제 수증기압은 6.54mmHg이고, 기온 15℃에서의 포화수증기압은 12.79mmHg이므로 상대습도는 $\dfrac{6.54}{12.79} \times 100 \approx 51.1\%$로 계산된다.

시안화수소(HCN)는 독성이 강한 가스로, 누출 여부를 확인할 때는 초산벤지딘지를 사용하며 시험지가 청색으로 변색되는 반응을 이용한다.

연당지는 황화수소, 염화 제1구리 착염지는 아세틸렌, 하리슨씨 시험지는 포스겐 검지에 사용되는 것으로 각각 대상 가스가 다르다.

열팽창을 이용하는 유리온도계·바이메탈, 전기저항 변화를 이용하는 저항온도계, 물질의 상태변화(융점 등)를 이용하는 온도계는 모두 측정 대상에 직접 접촉하여 온도를 재는 접촉식 방법이다.

반면 열복사 에너지와 그 강도를 측정하는 방식은 방사(복사)온도계에 해당하며, 대상에 직접 닿지 않고 측정하는 비접촉식 방법이다.

FID(수소염이온화검출기)는 시료를 불꽃 속에서 태워 생성되는 이온을 검출하는 방식으로, 매우 낮은 농도의 탄화수소도 검출할 수 있는 고감도 검출기이다.

다만 시료가 불꽃 속에서 연소되어 소모되므로 시료를 파괴하지 않는다는 서술, 감도가 탄소수에 반비례한다는 서술(실제로는 탄소수에 비례하는 경향), 연소성 기체에 감응하지 않는다는 서술은 모두 FID의 실제 특성과 어긋난다.

목표값이 미리 정해진 시간적 변화 패턴을 따르도록 하거나 제어 순서 자체를 미리 지정해 두는 방식은 프로그램제어이며, 금속이나 유리의 열처리처럼 온도를 단계별로 정해진 순서에 따라 올리고 내려야 하는 공정에 적합하다.

비율제어는 목표값이 다른 양과 일정 비율 관계를 갖는 제어, 캐스케이드제어는 두 개의 제어계를 직렬로 연결한 제어로 각각 목적이 다르다.

루트미터는 두 개의 회전 임펠러가 서로 맞물려 돌아가며 유량을 측정하는 용적식 유량계로, 고속 회전이 가능해 소형 크기로도 대용량 가스를 계량할 수 있어 대수용가의 가스 사용량 측정에 주로 사용된다.

막식가스미터는 일반 가정용 소용량 계량에, 습식가스미터는 정밀한 기준 계량기로 주로 쓰이며, 오리피스미터는 차압식 유량계로 구조와 용도가 다르다.

광전관식 노점계는 거울면의 온도를 낮추어 이슬(응축)이 맺히는 순간을 광전관으로 검출하는 방식이므로, 거울을 냉각시키는 냉각장치가 반드시 필요하다. 냉각장치가 필요 없다는 설명은 이 원리와 맞지 않는다.

구조가 다소 복잡하고, 저습도 영역까지 측정이 가능하며, 상온이나 저온에서 노점 측정 정밀도가 우수하다는 점은 실제 특성에 해당한다.

기준가스미터는 다른 가스계량기를 검사·교정하는 기준이 되는 계기이므로 정기적인 교정이 필요하며, 그 교정주기(검정유효기간)는 2년으로 정해져 있다.

일반 가정에 설치되는 막식가스미터 등의 검정유효기간과는 값이 다르므로, 기준미터 자체의 교정주기와 혼동하지 않도록 구분해 두어야 한다.

제어계에서 출력(최종 신호)의 일부가 다시 입력 쪽 전달요소로 되돌아가 비교되는 방식을 피드백(closed-loop) 제어계라 하며, 이 되돌림 경로 덕분에 오차를 스스로 수정할 수 있다.

open-loop 제어계는 출력이 입력 쪽으로 되돌아가지 않는 방식이고, forward·feedforward 제어는 외란 등을 미리 감지해 앞먹임으로 보정하는 방식으로 피드백 경로와는 구조가 다르다.

로터리 피스톤형 유량계는 유체의 흐름이 피스톤을 밀어 올리는 힘과 피스톤 자중이 평형을 이루는 지점에서 유량을 구하는 구조로, 중량유량은 $G = CA\sqrt{\dfrac{2g\gamma W}{a}}$로 나타낸다.

여기서 유량계수 $C$와 유출구 단면적 $A$가 앞에 곱해지고, 근호 안에는 피스톤 중량 $W$와 유체 비중량 $\gamma$가 분자에, 피스톤 단면적 $a$가 분모에 들어가는 형태임을 기억해 둘 필요가 있다.

연소 분석법에서 폭발법(explosion method)은 가스 조성이 일정하지 않을 때 사용하는 방법으로, 정확한 비율의 산소와 시료를 혼합하여 강제로 폭발시키므로 조성 변화에 덜 민감하다. 반면 1번은 "가스 조성이 일정할 때 사용하는 것이 안전하다"고 했으므로 역이다. 완만연소법은 낮은 온도에서 천천히 연소시켜 질소가 N₂로만 산화되므로 산화질소 생성을 방지할 수 있고(2번 정답), 분별연소법은 파라듐, 백금 등의 촉매를 사용한다(3번 정답). 완만연소법은 지름 0.5~1mm 정도의 백금선을 사용하므로 4번도 기본적으로 정확하다.

액주식 압력계에 사용하는 봉입액은 점도가 낮고 열팽창이 적으며 화학적으로 안정해 시간이 지나도 성질이 변하지 않아야 한다.

윤활유는 점도가 높아 액주의 움직임이 둔하고 온도 변화에 따른 성질 변화도 커서, 수은·물·석유에 비해 압력계 봉입액으로는 가장 부적당하다.

속도구배(전단변형률)는 속도분포식을 위치 $y$에 대해 미분하여 구하며, $U = 4y^{2/3}$를 미분하면 $\dfrac{dU}{dy} = \dfrac{8}{3}y^{-1/3}$이 된다.

$y = 0.3$m를 대입하면 $\dfrac{dU}{dy} = \dfrac{8}{3} \times 0.3^{-1/3} \approx 3.98$(S⁻¹)로 계산된다.