[에너지관리기사 필기] 15년 2회차 시험지 PDF 다운로드
15년 2회차
흡출통풍은 연도 출구쪽에 송풍기(흡출기)를 두어 배기가스를 직접 흡인·배출하는 방식으로, 로 내부는 항상 부압(음압) 상태로 유지되고 연돌의 높이와 관계없이 연소를 지속할 수 있다.
다만 고온의 배기가스가 송풍기를 그대로 통과하므로 팬 재질이 내열성을 갖추어야 하고 동력 소비도 크다. 가열된 연소용 공기를 이용하여 경제적이라는 것은 연소용 공기를 미리 가열해 밀어 넣는 압입통풍 쪽의 특징이므로, 흡출통풍의 설명으로는 맞지 않는다.
탄소의 완전연소 반응은 이며, 탄소 1kmol(12kg)당 산소 1kmol(22.4Nm³)이 필요하다.
따라서 탄소 1kg에 대한 이론산소량은 이 된다.
탄소 1kg의 이론산소량은 이므로 이론공기량은 이다.
탄소가 이론공기로 완전연소하면 반응에서 산소 몰수가 그대로 이산화탄소 몰수로 바뀌어 가 생성되고, 공기 중 질소는 그대로 배출되어 가 된다.
따라서 총 연소가스량은 로, 이는 이론공기량과 같은 값이 된다.
인화점이 50℃ 이상인 원유·경유 등 비교적 인화점이 높은 유류의 인화점 측정에는 펜스키마텐스 밀폐식이 사용된다. 밀폐된 시료컵 안에서 시료를 저어 가며 가열하고, 일정 온도 간격마다 뚜껑을 열어 시험 불꽃을 대어 증기가 순간적으로 인화하는 최저온도를 인화점으로 잡는 방식이다.
태그 밀폐식과 아벨펜스키 밀폐식은 휘발유·등유처럼 인화점이 낮은 경질유의 측정에 쓰이고, 클리브랜드 개방식은 뚜껑 없이 개방된 컵을 사용하는 방식으로 중유·윤활유처럼 인화점이 매우 높은 시료에 적용된다.
탄화수소계 기체연료의 연소속도는 당량비가 1.0을 약간 넘는 지점(대략 1.05~1.1 부근)에서 최대가 된다. 문제의 설명은 이를 "최저"라고 뒤집어 서술하고 있으므로 틀린 설명이다.
나머지 설명은 모두 타당하다. 연소속도는 가연한계 내 혼합기체의 농도에 크게 영향을 받고, 초기온도가 올라가면 반응속도가 빨라져 연소속도도 증가하며, 보통의 탄화수소-공기 혼합기체의 연소속도는 수십 cm/s 수준으로 비교적 느린 편이다.
연소실의 열발생률(열발생율)은 단위 시간당 투입된 연료의 발열량을 연소실 체적으로 나눈 값이다.
공기 예열에 의한 열량은 무시하므로 연료가 가진 저위발열량만으로 계산하면 위와 같은 값이 된다.
여과식 집진기(백필터)는 함진가스를 직물이나 여과재에 통과시켜 입자를 걸러내는 방식인데, 가스에 수분이 많으면 여과재가 젖어 눈막힘(blinding)이 일어나고 통기저항이 급증하며 여과재 손상·부식으로 이어진다. 따라서 습한 함진가스에는 부적당하다.
반대로 스크러버는 세정액을 이용해 입자를 포집하는 습식 집진장치이므로 습한 가스에 오히려 적합하고, 사이클론·멀티클론과 같은 원심력식 집진기는 습도에 크게 구애받지 않고 사용할 수 있다.
가연성 액체 표면에서 발생한 증기와 공기의 혼합기가 연소범위 내에 있을 때, 여기에 불꽃을 가까이 대면 순간적으로 불이 붙는 최저온도를 인화점(인화온도)이라 한다.
기화온도는 액체가 기체로 상변화하는 온도, 착화온도(발화점)는 외부 점화원 없이 스스로 불이 붙는 온도, 임계온도는 기체를 아무리 압축해도 액화되지 않는 온도로 각각 인화온도와는 구분되는 개념이다.
C : 84%, H : 13%, O : 0.5%, S : 2%, W : 0.5%
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.
저위발열량은 여기서 배기가스로 빠져나가는 수증기의 잠열분을 뺀 값이다. 수소는 연소하면 자기 무게의 9배에 해당하는 물을 만든다.
따라서 약 10547 kcal/kg이다. 수소분이 13%로 높아 잠열 공제항이 705 kcal/kg이나 되므로, 고위발열량과 저위발열량의 차이가 크게 벌어진다는 점이 이 문제의 핵심이다.
배기가스 중 질소산화물을 제거하는 건식 방법(촉매환원 등)에서는 암모니아, 탄화수소, 일산화탄소 등을 환원제로 사용하여 NOx를 질소와 물 등으로 환원시킨다.
질소가스는 그 자체가 반응의 최종 생성물(환원 결과물)이지 다른 물질을 환원시키는 환원제로 쓰이지 않으므로, 환원제에 해당하지 않는다.
과잉공기가 지나치게 많아지면 연소에 관여하지 않는 여분의 공기(질소 등)가 배기가스량을 늘려 배기가스가 가지고 나가는 열량, 즉 배기가스 열손실이 커진다.
반대로 과잉공기가 과다하면 연소가스가 희석되어 이산화탄소 비율은 오히려 낮아지고, 연소온도도 낮아지며, 열손실 증가로 보일러 효율도 떨어진다.
로터리 버너는 회전하는 컵(로터리컵)의 원심력으로 중유를 미립화하는 방식이므로, 분무 품질은 주로 회전수와 유체 점도에 좌우되며 오일 공급 압력을 높이는 것은 분무 개선과 직접적인 관계가 없다(유압 분무식 버너에서나 의미가 있는 조치이다).
반면 중유를 예열해 점도를 낮추는 것, 수분을 제거하는 것, 스트레이너로 이물질을 걸러 노즐 막힘을 방지하는 것은 모두 로터리 버너의 분무 상태를 실제로 개선하는 조치이다.
마그네시아(산화마그네슘, MgO)는 습식 탈황(마그네시아 세정법)과 건식 탈황(건식 흡수제 분사) 양쪽 방식에서 모두 흡수제로 사용될 수 있는 물질이다.
수산화나트륨은 습식 세정에, 활성산화망간은 건식 흡수에 주로 쓰이는 등 나머지 보기는 한쪽 방식에 치우쳐 사용되는 흡수제들이다.
액체연료의 유동점(pour point)은 시료를 냉각했을 때 유동성을 잃기 직전의 온도이고, 응고점(응결점)은 완전히 굳어 흐르지 않게 되는 온도이다. 통상적으로 유동점은 응고점보다 높은 것으로 다룬다.
공기비 은 실제 공급공기량을 이론공기량으로 나눈 값이고, 당량비 는 실제 연료-공기비를 이론(화학양론) 연료-공기비로 나눈 값이므로, 두 값은 서로 역수 관계에 있다.
즉 공기비 1.0은 이론공기량만으로 연소하는 화학양론적 상태를 뜻하므로, 이때 당량비 역시 1.0이 된다.
연소가스 조성식은 각 성분의 부피를 전체 가스량으로 나눠 백분율로 나타낸 것이다. 산소는 과잉공기에만 남으므로 0.21(m−1)Lo, 질소는 연료 중 질소분(22.4/28 = 0.8N)과 공기에서 온 질소 0.79mLo의 합인 (0.8N + 0.79mLo), 최대탄산가스율은 이론 건연소가스량 Go를 분모로 두고 오르사트 분석에서 함께 잡히는 SO2분(22.4/32 = 0.7S)을 더한 (1.867C + 0.7S)/Go×100 으로 쓴다. 이 셋은 모두 옳다.
반면 탄산가스율은 탄소 1kg이 만드는 CO2 부피 1.867C(= 22.4/12 × C)를 가스량 G로 나눈 값이다.
조성식은 완전연소를 전제로 유도하므로 연료 중 탄소는 전량 CO2가 되어 분자에 1.867C를 그대로 쓴다. 분모 G에는 이미 모든 성분이 포함되어 있어 분자에서 (CO)를 따로 차감할 근거도 없다. 따라서 1.867C에서 (CO)를 뺀 형태로 쓴 탄산가스율 식이 틀린 식이다.
소형 사이클론 여러 개를 병렬로 배치하여 원심력 집진 효율을 높인 장치는 멀티사이클론(멀티클론)이라 부르며, 이는 세정액을 이용하는 스크러버와는 다른 원심력식 건식 집진기이다. 따라서 이를 "멀티 스크러버"라 부르고 직렬 배치라 한 설명은 틀린 설명이다.
전기집진기가 방전극을 음극, 집진극을 양극으로 하여 쿨롱력으로 하전 입자를 포집한다는 설명과, 여과 집진기가 여과재에 가스를 통과시켜 입자를 분리한다는 설명은 모두 맞는 내용이다.
액체연료는 고체연료 대비 회분 함유량이 매우 적고, 연소효율 및 열효율이 우수하며, 저장·운반·취급이 간편하다는 장점이 있다. 반면 1번은 오류인데, 액체연료는 고체연료보다 화재·폭발·역화 등의 위험이 더 크다. 액체연료는 휘발성이 높아 착화성이 우수한 반면, 이로 인해 누출·증발·착화 위험이 증가하고 특히 유증기 폭발 위험이 있으므로 고체연료보다 안전성 측면에서 열악하다.
연료 중 수소가 연소하면서 생성하는 수분(및 연료 속 수분)이 기화하면서 증발잠열을 흡수하는데, 고위발열량은 이 수증기의 응축잠열까지 포함한 값이고 저위발열량은 이를 제외한 값이다. 그 관계는 kcal/kg 기준으로 로 나타내며, 여기서 는 수소 연소로 생성되는 수분량을 뜻한다.
따라서 고위발열량과 저위발열량의 차이는 수소 성분과 직접 관련된다.
포화수가 포화증기로 상변화하는 과정은 절대온도 에서 일정하게 일어나므로, 엔트로피 증가량은 엔탈피 증가량을 절대온도로 나누어 구한다.
증발잠열은 온도가 올라갈수록 점차 작아져 임계온도에서는 0이 되므로, 온도에 따라 증가하지 않는(오히려 감소하는) 성질이다.
반면 포화액의 내부에너지, 포화증기의 엔탈피, 포화액의 엔트로피는 모두 온도가 올라갈수록 함께 증가하는 성질들이다.
표준냉동사이클에서 냉동능력(단위 질량당 냉동효과)은 냉매의 증발잠열에 크게 좌우되는데, 암모니아는 R-12, R-22, R-113 등 프레온계 냉매에 비해 증발잠열이 훨씬 크기 때문에 같은 순환량 대비 냉동능력이 가장 우수하다.
정상류 혼합 과정이므로 에너지 균형식을 세우면, 과열증기 1kg과 포화수 kg이 섞여 포화증기 kg이 되어 나가며, 포화증기의 엔탈피는 이다.
표준대기압은 이고, 공기 중 산소의 부피(몰) 분율은 약 21%이므로 돌턴의 분압 법칙에 따라 산소의 분압은 다음과 같다.
동일한 압력에서 포화수(포화액)와 포화증기는 같은 포화온도를 갖는다. 따라서 "포화증기의 온도가 포화수보다 높다"는 설명은 틀린 내용이다.
동일압력에서 건포화증기를 더 가열하면 과열증기가 되어 온도가 포화온도보다 높아진다는 것, 그리고 습포화증기와 건포화증기가 같은 압력에서 같은(포화) 온도를 갖는다는 설명은 모두 맞는 내용이다.
정압과정이므로 계가 외부에 한 일은 이다.
열역학 제1법칙 에 따라 내부에너지 증가는 이다.
이상기체의 내부에너지는 오직 온도만의 함수이며 압력이나 부피와는 무관하다(줄의 법칙). 문제의 설명은 이를 반대로 서술하고 있으므로 틀린 내용이다.
분자 사이의 거리가 매우 멀어 인력이 없다고 가정하는 것, 압축인자(압축성인자)가 1인 것은 모두 이상기체의 기본 가정에 해당한다.
질량비 1:1로 혼합하므로, 혼합액의 비체적은 각 액체의 비체적을 산술평균한 값이 된다. 첫 번째 액체의 비체적은 이고, 두 번째 액체의 비체적은 이다.
시량적(용량성, extensive) 성질은 물질의 양(질량)에 비례해서 값이 변하는 성질로, 체적·질량·에너지 등이 이에 해당한다.
압력, 절대온도, 조성(농도)은 물질의 양과 무관하게 정해지는 시강적(intensive) 성질이므로 구분된다.
엔진의 열효율은 얻은 출력(일)을 투입한 연료의 열량으로 나눈 값이다. 매시간 소모되는 연료의 열량은 이며, 이를 초당 열량으로 환산하면 이다.
건도는 습증기 전체 질량 중 증기(기상)가 차지하는 질량비율이다. 포화수 1kg과 포화증기 4kg을 섞으면 전체 질량은 5kg이고 이 중 증기 성분은 4kg이므로 건도는 다음과 같다.
냉매는 냉동사이클에서 저압부(증발기)에서는 쉽게 증발하고, 상온·비교적 낮은 압력에서도 쉽게 응축(액화)되는 성질이 요구된다. 응축이 잘 되어야 응축기 설계와 압축비를 무리 없이 유지할 수 있기 때문이다.
따라서 "저온, 저압에서 응축이 되지 않을 것"이라는 조건은 바람직한 냉매 특성과 반대되는 서술이며, 임계온도가 높을 것, 증발열이 클 것, 인화·폭발 위험성이 낮을 것은 모두 실제로 요구되는 냉매의 구비조건이다.
"에너지는 한 형태에서 다른 형태로 바뀔 뿐"이라는 서술은 에너지 보존을 말하는 열역학 제1법칙의 내용이지, 열의 이동 방향성(비가역성)을 다루는 제2법칙의 설명이 아니다.
하나의 열원에서 받은 열을 전부 일로 바꿀 수 없다는 것(켈빈-플랑크 표현), 제2종 영구기관이 불가능하다는 것, 저온에서 고온으로 열을 저절로 이동시킬 수 없다는 것(클라우지우스 표현)은 모두 제2법칙을 나타내는 대표적 서술이다.
카르노사이클의 열효율은 로 나타나며, 여기서 은 고온 열저장조, 는 저온 열저장조의 절대온도이다. 즉 효율은 작동유체의 종류와 무관하게 고온부와 저온부 두 열원의 온도에만 의존한다.
탱크의 비체적은 이다.
건도는 로 계산된다.
응축기(배기) 압력을 낮춰 배기온도를 낮추면 터빈 내에서의 팽창 폭이 커지면서 터빈 출구의 증기는 오히려 습분이 늘어나 건도가 낮아진다. 문제의 설명은 이를 반대로 서술하고 있으므로 틀린 내용이다.
응축기 압력이 낮아지면 방출열량이 줄어 열효율이 증가한다는 것, 보일러 압력이 높아지면 열효율이 증가한다는 것, 과열도가 높을수록 출력과 열효율이 함께 증가한다는 것은 모두 랭킨사이클의 압력·온도 영향에 대한 옳은 설명이다.
일반적인 가스 액화 과정은 기체를 압축한 뒤 등압냉각으로 열을 방출시키고, 이어서 팽창시켜 압축액이나 습증기(포화혼합물) 상태로 얻어지는 흐름을 거친다.
이때 액화를 위한 팽창은 교축(등엔탈피) 팽창이나 단열팽창의 형태로 이루어지므로, 등온팽창과정은 일반적인 가스 액화 과정과 가장 거리가 멀다.
가스터빈의 이상적인 공기표준사이클로서, 연소(열공급) 과정이 일정한 압력에서 이루어진다고 가정하는 사이클을 브레이턴(Brayton) 사이클이라 하며, 이 때문에 정압연소 사이클이라고도 불린다.
PVn = 일정 은 폴리트로픽 과정이다. 밀폐계(비유동계)가 하는 절대일은 이므로 을 넣어 적분한다.
즉 (처음 상태의 PV − 나중 상태의 PV)를 (n−1)로 나눈 값이다. 이상기체이면 PV = mRT 이므로 로도 쓴다.
부호를 뒤집어 P2V2 − P1V1 형태로 쓰면 팽창(V2 > V1, P2 < P1)일 때 일이 음수로 나와 계가 일을 한다는 사실과 어긋나고, (n−1)로 나누지 않은 형태나 지수가 n−1로 남은 형태는 적분 결과가 아니다. 참고로 개방계(정상유동)의 공업일은 여기에 n을 곱한 이다.
가스크로마토그래피에서 시료를 수소 불꽃 속에서 이온화시켜 생성된 이온전류를 검출하는 방식은 FID(Flame Ionization Detector, 수소염이온화검출기)이다.
피토관은 유속이 매우 낮은 유체(대략 이하)에서는 동압 차이가 작아 측정 정밀도가 떨어져 부적당하며, 더스트나 미스트가 많은 유체에서는 오히려 선단 구멍이 막히기 쉬워 부적합하다. 문제의 서술은 이를 반대로 "적합하다"고 표현하고 있어 틀린 설명이다.
피토관의 헤드부는 유동방향과 나란하게(평행하게) 부착해야 정확한 유속을 측정할 수 있고, 흐름에 의한 압력이나 진동에 견딜 수 있도록 충분한 강도를 가져야 한다는 설명은 모두 옳다.
열전대는 서로 다른 두 금속선의 양 접점에 온도차가 있을 때 회로에 기전력이 발생하는 제벡 효과(Seebeck effect)를 이용한 온도계이다. 두 접점의 온도차에 비례하여 발생하는 전위차(기전력)를 측정하여 온도로 환산한다.
열팽창율 차를 이용하는 것은 바이메탈식 온도계, 전기저항 차를 이용하는 것은 저항온도계이며, 압력 차를 이용하는 것은 압력식(봉입식) 온도계로 열전대와는 원리가 다르다.
열전대와 보상도선을 연결할 때는 열전대 단자의 (+),(-) 극성과 보상도선의 (+),(-) 극성을 같은 극끼리 맞추어 결선해야 한다. 극성을 반대로 연결하면 냉접점 보상이 정상적으로 이루어지지 않아 지시값에 큰 오차가 발생하므로, 단자와 보상도선의 극성을 반대로 결선한다는 설명은 잘못된 내용이다.
복사열의 영향을 차단하고, 보호관을 적절히 선택·관리하며, 삽입 구멍으로 냉기가 들어가지 않도록 밀폐하는 것은 모두 열전대 온도계 설치·사용 시 실제로 지켜야 할 사항이다.
액위계는 액면에 직접 접촉하는 부재의 위치나 움직임으로 액위를 읽는 직접식과, 압력·정전용량·초음파·방사선 등 간접적인 물리량 변화를 이용하는 간접식으로 나뉜다. 플로트(부자)식은 액면에 뜬 부자의 상하 위치를 직접 지시하는 방식이므로 직접식에 해당한다.
초음파식, 방사선식, 정전용량식은 모두 액면과 직접 접촉하지 않고 신호의 반사·투과·정전용량 변화 등을 이용해 액위를 간접적으로 측정하는 방식이다.
벤투리미터는 관 단면을 서서히 좁혀 목(throat) 부분에서 유속을 높이고 압력강하를 이용해 유량을 구하는 차압식 유량계이다. 유로 형상이 완만하게 변하기 때문에 오리피스에 비해 압력손실이 적고 측정 정도(정확도)가 높다는 것이 가장 큰 장점이다.
다만 완만한 형상 때문에 제작이 까다로워 오리피스보다 가격이 비싸고 설치에 필요한 공간(길이)도 더 크며, 목 부분의 지름은 제작 시 고정되므로 사용 중 파이프와 목의 지름비를 임의로 바꿀 수 없다.
색온도계는 고온체에서 방사되는 빛의 파장(색)별 강도비를 이용해 온도를 구하는 방식으로, 이 비율은 방사율의 영향을 거의 받지 않는다는 점이 큰 장점이다. 따라서 방사율의 영향이 크다는 설명은 색온도계의 실제 특징과 반대되는 내용이다.
반면 응답속도가 빠르고 측정경로상의 광흡수에 비교적 영향을 적게 받는 것은 사실이며, 구조가 복잡하고 주위 빛의 반사에 영향을 받기 쉬운 것도 색온도계의 알려진 단점에 해당한다.
공업용 표준 백금 측온저항체(Pt100)는 0℃에서 100Ω이 되도록 만든 것을 표준으로 삼는다. 따라서 0℃에서 500Ω을 표준으로 한다는 설명은 실제 표준값과 달라 틀린 내용이다.
백금 측온저항체는 약 500℃ 부근까지 사용 가능하고, 저항온도계수가 비교적 작지만 경년변화가 적어 안정성이 우수하며, 저항 변화를 검출하는 방식의 특성상 지시에 다소 시간 지연이 있는 것은 실제 특징에 해당한다.
방사온도계(복사온도계)는 측정 대상에서 방사되는 에너지를 렌즈로 모아 검출하므로, 측정거리가 변하면 검출 시야(면적)가 달라져 오히려 오차가 발생하는 것으로 알려져 있다. 따라서 측정거리에 따라 오차발생이 적다는 설명은 방사온도계의 실제 특성과 어긋난다.
방사율에 대한 보정이 크게 필요하고, 발신부(검출부)의 온도 상승을 막기 위해 필요 시 냉각하며, 측정경로 중의 수증기·탄산가스 등이 방사를 흡수·산란시켜 오차를 유발하므로 주의해야 하는 것은 방사온도계의 실제 특징이다.
액주식(경사관식) 압력계는 액체 기둥의 높이차로 압력을 직접 지시하는 방식으로, 특히 경사관식은 관을 기울여 눈금 간격을 확대함으로써 미소한 압력 변화도 정밀하게 읽을 수 있어 정도(정밀도)가 가장 높은 편에 속한다.
부르동관식, 다이어프램식, 링밸런스식은 탄성체나 격막의 변형·회전을 이용하는 2차 지시 방식으로, 구조상 액주식보다 정밀도가 떨어진다.
동점성계수는 로 구한다. 점성계수 이므로(1 poise = 0.1 N·s/m²), 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.
산소(O2)는 다른 일반 기체와 달리 상자성(常磁性, 자기성)을 띠는 특성이 있어, 자기장 내에서 산소 농도에 비례한 힘(자기풍)이 발생한다. 이 성질을 이용해 산소 농도를 분석하는 것이 자기식 O2계이다.
CO2계와 SO2계는 주로 적외선 흡수법을, 가스 크로마토그래피는 흡착·분리 특성을 이용하는 분석법으로 자기성과는 원리가 다르다.
전자개폐기, 전동밸브, 댐퍼는 제어신호를 받아 동작하여 유체의 흐름이나 회로를 조작하는 자동조작(액추에이터) 장치에 해당한다.
반면 안전밸브는 설정압력을 초과하면 스스로 개방되어 압력을 방출하는 안전장치로, 제어신호에 의해서가 아니라 유체 압력 자체에 의해 기계적으로 작동하므로 자동조작장치로 분류하지 않는다.
침종식(벨식) 압력계는 미세한 저압을 측정하는 예민한 계기이므로, 압력 취출구에서 압력계까지의 배관은 지연과 오차를 줄이기 위해 가능한 한 짧게 하는 것이 원칙이다. 따라서 배관을 가능한 길게 한다는 설명은 실제와 반대되는 내용이다.
봉입액은 오염되면 지시 오차가 커지므로 자주 세정·교환해 청정을 유지해야 하고, 계기는 수평으로 정확히 설치해야 하며, 봉입액의 양이 변하면 지시값이 틀어지므로 일정하게 유지해야 하는 것은 실제 사용상 주의사항이다.
세라믹(지르코니아)식 O2계는 고온에서 산소 이온 전도성을 갖는 지르코니아 소자의 기전력 차이로 산소 농도를 연속 측정하는 방식으로, 배기가스 중의 산소 농도, 즉 연소관리용 O2 측정에 주로 사용된다. 저농도 가연성 가스의 분석에 적합하고 대기오염관리 등에서 사용된다는 설명은 가연성가스 검지기(접촉연소식 등)의 용도에 가까워 세라믹식 O2계의 특징과는 맞지 않는다.
측정가스 유량이나 주위 온도 변화의 영향이 적고, 연속측정이 가능하며 측정범위가 넓은 점, 소자를 일정 고온으로 유지하기 위해 온도조절용 전기로가 필요한 점은 세라믹식 O2계의 실제 특징이다.
수분흡수법으로 습도를 측정할 때는 수분을 강하게 흡수하는 오산화인, 실리카겔, 진한 황산 등이 흡수제로 사용된다.
활성탄은 냄새나 유기물 등을 흡착하는 데 주로 쓰이는 흡착제로, 수분 흡수를 통한 습도 측정용 흡수제로는 적절하지 않다.
피토관으로 측정한 유속은 마노미터 수주 높이 를 이용해 로 구한다.
수주 높이 를 대입하면 가 되어, 이 값이 계산된 유속에 해당한다.
캐스케이드 제어는 1차(주) 제어계의 출력(제어명령)을 2차(부) 제어계의 목표값(설정값)으로 사용하여 두 개의 제어루프를 직렬로 조합하는 방식이다. 외란에 대한 응답성을 높이기 위해 공정제어에서 널리 쓰인다.
정치제어는 목표값이 일정한 제어, 추치제어는 목표값이 시간에 따라 변하는 제어이고, 피드백제어는 출력을 입력측으로 되돌려 비교하는 일반적인 제어 개념으로, 두 개의 루프를 종속시키는 캐스케이드 제어와는 구분된다.
헴펠(Hempel)식 분석법은 오르자트법과 마찬가지로 흡수액을 이용한 흡수법에 더해, 탄화수소·수소 등을 태워 부피 감소로 정량하는 연소법을 조합한 가스 분석법이다. 이 조합을 통해 CO2, 탄화수소, 산소, CO, 질소(잔량)까지 폭넓게 분석할 수 있다.
오르자트 분석법은 흡수법만으로 CO2·O2·CO 세 성분을 측정하고 나머지를 질소로 처리하는 방식이어서 탄화수소를 별도로 분석하지 못한다. 분젠-실링법은 가스가 작은 구멍을 빠져나가는 시간을 재어 가스의 비중을 구하는 방법이고, 정커스식은 가스의 발열량을 측정하는 열량계 방식이어서 이 문제의 성분 분석법과는 다르다.
피드백제어는 출력측의 신호(제어량)를 입력측으로 되돌려 목표값과 비교하고, 그 차이(편차)를 이용해 제어동작을 수정하는 폐루프(closed loop) 제어 방식이다.
인터록은 정해진 조건이 충족되지 않으면 다음 동작을 저지하는 안전 연동장치이고, 시퀀스제어는 미리 정해진 순서에 따라 순차적으로 진행되는 제어이며, 리셋은 편차를 없애는 적분동작 등을 가리키는 용어로 피드백제어와는 개념이 다르다.
전로(converter)는 별도의 연료를 사용하지 않고, 고로에서 나온 용선(선철)이 가지고 있는 보유열과, 용선 속 불순물(탄소·규소·인 등)이 산소와 반응하며 내는 산화열만으로 노 내 온도를 유지하면서 정련을 진행해 용강을 얻는 제강로이다.
평로와 반사로는 외부 연료를 연소시켜 가열하는 방식이고, 고로는 선철을 생산하는 제선로여서, 연료 없이 산화열만으로 온도를 유지하는 전로와는 원리가 다르다.
내화도를 나타내는 제게르콘(SK) 번호는 번호가 클수록 견딜 수 있는 용융온도가 높아지며, 각 번호에는 표준으로 정해진 대응 온도가 있다. SK-26번이 약 1580℃에 대응하는 표준 대응표에 따르면 SK-30번은 약 1670℃의 내화도에 해당한다.
나머지 온도값들은 SK-30번의 표준 대응 온도와 맞지 않는다.
인정검사대상기기조종자(교육이수자)가 조종할 수 있는 범위는 압력용기, 온수를 발생하거나 열매체를 가열하는 보일러로서 용량이 581.5kW 이하인 것, 그리고 최고사용압력이 1MPa 이하이면서 전열면적이 10㎡ 이하인 증기보일러로 한정되어 있다.
따라서 최고사용압력이 2MPa인 증기보일러는 전열면적이 5㎡로 작더라도 압력 기준을 넘어서므로 인정검사대상기기조종자의 조종범위에 들어가지 않고, 해당 국가기술자격을 가진 조종자가 맡아야 한다.
캐스터블 내화물은 결합제(시멘트 등)와 골재를 섞어 성형·경화시키는 부정형 내화물로, 골재의 종류에 따라 경화 후 부피비중이 달라진다. 크롬질 골재는 다른 골재(점토질, 고알루미나질, 내화단열질)보다 비중이 높아, 크롬질 캐스터블 내화물의 경화 건조 후 부피비중이 가장 크다.
내화단열질은 기공률을 높여 단열성을 강조한 재료로 부피비중이 오히려 가장 작은 편에 속한다.
원관 내 층류 유동의 유량은 하겐-푸아죄유(Hagen-Poiseuille) 식 로 나타낸다. 이 식에서 유량은 점성계수 가 클수록 작아지고 작을수록 커지므로, 점성계수에 반비례해서 증가한다는 설명이 옳다.
실제로는 유량이 반지름의 4제곱()에 비례하고, 압력강하 에는 비례하며, 관의 길이 에는 반비례하므로 나머지 설명들은 식의 관계와 맞지 않는다.
제강 평로(open hearth furnace)는 배기가스가 지나가는 통로에 내화벽돌을 쌓은 축열실(격자벽돌, 체커실)을 두어, 배기가스가 지날 때 벽돌에 현열을 흡수시켰다가 유로를 바꾸어 공기나 연료가스가 지날 때 그 열을 방출해 예열하는 축열식(재생식) 배열회수 방식을 채용한다.
환열실(레큐퍼레이터)은 격벽을 사이에 두고 연속적으로 열을 주고받는 방식이고, 폐열보일러와 판형 열교환기는 배기가스 열을 회수해 증기를 발생시키거나 다른 유체를 가열하는 장치로, 평로에서 전통적으로 채용해 온 축열식 방식과는 구분된다.
효율관리기자재의 광고를 할 때는 소비자가 에너지 효율 수준을 인지할 수 있도록 에너지 소비효율을 광고 내용에 포함시키도록 정하고 있다.
에너지 최저효율, 에너지 사용량, 평균소비량과 같은 수치는 법령에서 요구하는 광고 필수 표기 항목이 아니다.
푸셔식, 워킹빔식, 회전로상식 가열로는 소재를 연속적으로 장입·이동시키면서 가열하는 연속가열로에 속한다.
반면 대차식 가열로는 소재를 대차에 실어 노 안에 넣고 일정 시간 정지시킨 채 가열한 뒤 꺼내는 방식으로, 소재가 연속적으로 이동하지 않는 뱃치(batch)식 가열로에 해당한다.
용접검사가 면제되는 대상기기로는 용접이음이 없는 강관을 동체로 한 헤더, 최고사용압력이 0.35MPa 이하이고 동체 안지름이 600mm 이하인 전열교환식 1종 압력용기, 전열면적이 18㎡ 이하이고 최고사용압력이 0.35MPa 이하인 온수보일러 등이 규정되어 있다.
반면 전열면적이 30㎡ 이하인 유류용 주철제 증기보일러는 용접검사가 아니라 계속사용검사 중 운전성능검사의 면제 대상으로 구분되는 항목이므로, 용접검사 면제 대상을 묻는 이 문제에서는 해당하지 않는다.
보온재의 열전도율은 일반적으로 밀도가 작을수록(기공이 많을수록) 작아지는 것이 원칙이므로, 밀도가 클수록 열전도율이 작아진다는 설명은 실제 경향과 반대되어 틀린 내용이다.
재료 온도가 낮을수록, 재료 내 수분 함유량이 적을수록 열전도율이 작아지는 것은 실제 경향과 일치하며, 다공질 보온재는 두께가 두꺼워질수록 내부 복사에 의한 열전달 비중이 줄어들어 겉보기 열전도율이 작아지는 경향을 보인다.
검사대상기기 조종자는 선임된 날부터 6개월 이내에 관련 교육을 이수하도록 정하고 있다.
이는 조종자로 선임된 후 실제 안전관리 능력을 갖추도록 하기 위한 법정 교육 이행기한으로, 이보다 짧거나 긴 기간은 정해진 기준과 맞지 않는다.
에너지사용계획을 수립해 제출해야 하는 시설 규모 기준은 사업주관자의 성격에 따라 다르게 정해져 있는데, 공공사업주관자의 경우 민간사업주관자보다 낮은 기준인 연간 2천5백 티오이(TOE) 이상의 연료 및 열을 사용하는 시설을 대상으로 한다.
연간 5천 티오이 이상 등 더 큰 규모의 기준은 민간사업주관자에게 적용되는 별도 기준이다.
냉난방온도 제한건물(판매시설 및 공항은 제외)의 냉방제한온도는 26℃ 이상으로 정해져 있다. 실내를 지나치게 낮은 온도로 냉방하지 못하도록 하한선을 두는 방식이다.
같은 기준에서 난방제한온도는 20℃ 이하로 상한선을 두므로, 18℃ 이하나 22℃ 이하, 20℃ 이상과 같은 값은 냉방제한온도로 정해진 기준과 맞지 않는다.
내압 p를 받는 원통에서 축 방향 응력은 관 단면에 작용하는 힘 를 관 벽의 환상 단면적 가 부담하는 것으로 보아 로 유도된다.
여기서 압력은 kg/cm², 응력은 kg/mm² 로 단위계가 다르다. 이므로 가 된다.
같은 방법으로 원주(후프) 방향 응력은 로 축 방향의 2배다. 분자에 가 남아 있는 식은 유도 과정에서 원의 가 서로 약분되므로 성립하지 않는다.
에너지사용계획 검토 결과에 따른 조치요청을 이행하기 위해 제출하는 이행계획에는 누가, 어떤 방법으로, 언제까지 이행할 것인지를 밝히는 이행주체, 이행방법, 이행시기 등이 포함되어야 한다.
이행이 이루어지는 물리적 장소는 이행계획서에 별도로 요구되는 필수 항목이 아니다.
검사에 불합격한 검사대상기기를 사용한 자에게는 1년 이하의 징역 또는 1천만원 이하의 벌금에 처하는 벌칙이 적용된다.
이는 안전성이 확인되지 않은 검사대상기기를 사용하는 행위를 규제하기 위한 벌칙 규정으로, 다른 금액·형량 기준은 이 위반행위에 해당하는 벌칙과 일치하지 않는다.
검사대상기기 조종자를 해임(또는 선임)한 경우에는 그 사유가 발생한 날부터 30일 이내에 관할 기관에 신고해야 한다.
이보다 짧은 7일, 10일, 20일은 실제 정해진 신고기한과 다르다.
법령에서 에너지사용자란 에너지사용시설의 소유자 또는 관리자를 말한다고 정의하고 있다. 따라서 에너지를 전환하여 사용하는 자라고 설명한 것은 법령상 정의와 다른 틀린 내용이다.
에너지를 연료·열 및 전기로 정의하는 것, 연료를 석유·가스·석탄 그 밖에 열을 발생하는 열원으로 정의하는 것, 에너지사용기자재를 열사용기자재나 그 밖에 에너지를 사용하는 기자재로 정의하는 것은 법령상 정의와 일치한다.
세라믹 화이버(ceramic fiber)는 실리카·알루미나 등의 무기질 원료를 고온에서 용융한 뒤 섬유화하여 만든 보온재로, 화학적으로 안정해 내약품성이 뛰어나고 최고사용온도가 1100℃ 안팎에 이르는 고온용 단열재이다.
유리섬유(글라스울)도 용융·섬유화 방식으로 만들지만 최고사용온도가 300℃ 수준으로 훨씬 낮아 고온부 보온에는 적합하지 않다.
펄라이트는 화산암을 팽창시켜 만든 분말·입상 무기질 단열재이고, 석면은 천연 섬유상 광물이어서 '녹여 만든다'는 설명과 맞지 않으며 발암성 문제로 사용도 제한된다.
수산화나트륨(가성소다)은 보일러수의 pH를 높여 알칼리도를 조정하는 약품으로, 용존산소와 반응시켜 제거하는 탈산소제와는 역할이 다르다.
반면 아황산나트륨과 히드라진은 용존산소와 직접 반응해 무해한 화합물로 바꾸는 대표적인 탈산소제이고, 탄닌 역시 유기계 탈산소제로 쓰인다.
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.
내화물의 기계적 성질은 외력에 대한 저항성을 나타내는 지표로 압축강도, 인장강도, 탄성률 등이 이에 해당한다.
반면 용적변화(체적변화)는 가열·소성 과정에서 부피가 수축·팽창하는 정도를 나타내는 열적(부피) 성질이므로, 힘에 대한 저항성을 다루는 기계적 성질과는 구분된다.
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.
집진장치는 분리 원리에 따라 건식(중력식·관성력식·원심력식·여과식), 습식(세정식), 전기식(전기집진)으로 구분한다.
'전자식'은 이러한 분류에 쓰이지 않는 명칭이므로, 분리 방식에 따른 집진장치의 종류로 볼 수 없다.
필렛 용접에서 루트 간격이 1.5~4.5mm로 벌어졌을 때는 그대로 용접하되 벌어진 간격만큼 각장을 크게 하여 보강해야 강도를 확보할 수 있다. 각장을 오히려 작게 한다는 설명은 실제 보수 원칙과 반대된다.
맞대기 이음에서 간격이 좁을 때 덧붙이 후 깎아 맞추는 방법, 간격이 매우 클 때 판을 교체하는 방법, 필렛 용접 간격이 1.5mm 이하일 때 그대로 용접하는 방법은 모두 실제 보수 기준과 일치한다.
원통형 압력용기의 최대사용압력은 로 구한다. 여기서 는 허용인장응력, 는 판두께, 는 이음효율, 는 내경이다.
값을 대입하면 이고, 이므로 이를 환산하면 가 된다.
유속은 로 구하며, 관의 단면적은 이다.
유량은 이므로 로 계산된다.
용접 후 급격한 냉각·수축으로 발생한 잔류응력을 제거하기 위해서는 일정 온도까지 가열한 뒤 서서히 냉각시키는 풀림(annealing), 즉 응력제거풀림을 실시한다.
뜨임은 담금질 후 인성을 회복시키는 후속 처리, 담금질은 경도를 높이는 급랭 처리, 불림은 결정립을 미세화·균일화하는 처리로, 모두 잔류응력 제거를 주목적으로 하지 않는다.
1줄 겹치기 리벳이음에서 강판(모재)의 효율은 리벳 구멍으로 줄어든 단면적의 비율로 나타내며 로 계산한다. 여기서 는 리벳 구멍의 피치, 는 리벳(구멍)의 지름이다.
값을 대입하면 가 된다.
다층벽의 열관류율은 실내측 표면열전달저항, 각 재료층의 열저항, 실외측 표면열전달저항을 모두 더한 값의 역수로 구한다.
실내측 표면, 플라스터 5mm, 모르타르 10mm, 벽돌 200mm, 외측 모르타르 15mm, 실외측 표면 순으로 대입하면 가 되고, 역수를 취하면 가 된다.
그을음(매연)은 연료가 불완전연소될 때 미연소 탄소분이 남아 발생하며, 통풍력 부족·연소실 온도 저하·연소장치 불량은 모두 불완전연소를 유발하는 대표적인 원인이다.
반면 연소실 면적이 큰 경우는 연소가스가 충분히 체류하며 완전연소될 여유를 주므로, 오히려 그을음 발생을 줄이는 방향으로 작용해 발생 원인으로 보기 어렵다.
관 스테이 1개가 지지하는 면적 A(cm²)에서 관 구멍 합계 면적 a(cm²)를 뺀 유효 면적에 최고사용압력 P(kgf/cm²)가 작용하므로, 스테이 1개가 받는 하중은 이다.
보일러 구조 설계 기준에서 관 스테이의 허용 인장응력을 5 kgf/mm² 로 두므로, 필요한 최소 단면적은 하중을 허용응력으로 나눈 로 계산한다.
분모가 10인 식은 허용응력을 두 배로 잡아 단면적을 절반만 확보하는 셈이 되어 위험하고, 가 분모로 내려간 식들은 지지 면적이 넓을수록 오히려 스테이가 가늘어진다는 뜻이 되어 물리적으로 성립하지 않는다.
정상상태 평면벽을 통한 손실열량은 로 구한다. 적벽돌과 단열벽돌 두 층의 열저항을 합하면 이다.
노내외 온도차는 이므로 로 계산된다.
증류법은 해수를 가열·증발시킨 뒤 다시 응축시켜 불순물 없는 청수를 얻는 방법으로, 설비비·운전비가 많이 드는 대신 매우 양질의 급수를 얻을 수 있다.
이 때문에 보급수량이 적은 소형 보일러나 육상 담수 공급이 어려운 선박용 보일러에서 해수로부터 청수를 만드는 방법으로 주로 채택된다.
여과법·석회소오다법·이온교환법은 주로 담수 중의 부유물이나 경도 성분을 제거하는 처리법으로 해수 담수화에는 적합하지 않다.
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.
기동 시 트랩에서 필요로 하는 응축수량은 강관을 외부온도에서 포화온도까지 데우는 데 드는 열량을 증발잠열로 나누어 구한다. 강관 총중량 , 강관 비열 , 온도차 를 대입하면 이다.
이 열량을 증발잠열로 나누면 응축수량은 이 된다.
연관보일러에서 관 구멍 사이의 최소피치는 관판의 두께 와 관 구멍의 지름 로부터 로 구한다.
값을 대입하면 가 된다.
식에서 알 수 있듯이 관판이 두꺼울수록 계수가 1에 가까워져 최소피치가 작아지고, 관판이 얇을수록 구멍 사이를 더 넓게 띄워야 관판의 강도를 확보할 수 있다.
연속방정식 에서 내경을 풀면 이고, 이때 D의 단위는 m 이다.
구하려는 값은 mm 단위 내경이므로 1000을 곱한다. 가 된다.
즉 계수 1128 안에 이미 와 단위환산 1000이 모두 들어 있다. 따라서 근호 안에 를 다시 넣은 식은 를 두 번 반영한 것이고, Q와 V를 뒤집은 식은 유량이 클수록 관이 가늘어진다는 뜻이 되어 틀린다.
압력용기는 1개소 이상 접지하고, 기초가 내려앉거나 갈라지지 않도록 견고해야 하며, 화상 위험이 있는 고온배관은 보온해야 한다. 여기까지는 설치기준과 일치하는 내용이다.
다만 본체와 바닥 사이는 바닥으로부터 100mm 이상의 높이를 확보하도록 정하고 있다. 30mm 이상이라는 서술은 기준보다 훨씬 낮은 값이므로 틀린 내용이며, 바닥에서 충분히 띄워야 하부 점검과 통풍이 가능해 부식을 막을 수 있다.