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[공조냉동기계기사 필기] 26년 1회차
공조냉동기계기사 필기 기출문제

26년 1회차

총 80문항 · 객관식 · A4 약 1장

1 / 1
A4정답 포함
공조냉동기계기사 필기 기출문제모두CBT · moducbt.com

26년 1회차

80문항 · 객관식 · 정답·해설 포함
문제 1
열역학 과정을 비가역으로 만드는 인자가 아닌 것은?
1마찰
2열의 일당량
3유한한 온도 차에 의한 열전달
4두 개의 서로 다른 물질의 혼합
정답 및 해설

비가역성을 만드는 요인에는 마찰, 유한한 온도차에 의한 열전달, 서로 다른 물질의 혼합 등이 있다. 열의 일당량은 열과 일의 단위를 환산하는 상수일 뿐 비가역성을 유발하는 물리적 요인이 아니다.

문제 2
시간당 380ton의 물을 공급하여 수증기를 생산하는 보일러가 있다. 이 보일러에 공급하는 물의 엔탈피는 830kJ/kg이고, 생산되는 수증기의 엔탈피가 3230kJ/kg이라고 할 때, 발열량이 32000kJ/kg인 석탄을 시간당 34ton 씩 보일러에 공급한다면 이 보일러의 효율로 적절한 것은?
122.6%
239.5%
372.3%
483.8%
정답 및 해설

보일러 효율은 생산된 수증기의 총 열량 / 공급된 연료의 총 발열량으로 계산된다. 먼저 물을 수증기로 변환하는 데 필요한 에너지를 구하면, 시간당 380ton의 물에 대해 (3230 − 830) × 380,000kg = 912,400,000kJ이다. 다음으로 공급된 석탄의 총 발열량은 32,000kJ/kg × 34,000kg = 1,088,000,000kJ이다. 따라서 보일러 효율 = 912,400,000 ÷ 1,088,000,000 = 0.838 = 83.8%이다.

문제 3
다음 중 열병합발전시스템에 대한 설명으로 적절한 것은?
1증기 동력 시스템에서 전기와 함께 공정용 또는 난방용 스팀을 생산하는 시스템이다.
2증기 동력 사이클 상부에 고온에서 작동하는 수은 동력 사이클을 결합한 시스템이다.
3가스 터빈에서 방출되는 폐열을 증기동력 사이클의 열원으로 사용하는 시스템이다.
4한 단의 재열사이클과 여러 단의 재생사이클의 복합 시스템이다.
정답 및 해설

열병합발전(cogeneration)은 전력 생산과 동시에 유용한 열을 회수·활용하는 시스템이다. 보기 1은 증기 동력 시스템에서 발전기를 통해 전기를 생산하면서 동시에 공정용 또는 난방용 스팀을 추출하여 공급하는 것으로, 열병합발전의 정의와 정확히 일치한다. 보기 2의 수은 동력 사이클 결합은 밤톱 사이클(bottoming cycle)의 설명이며, 보기 3의 가스터빈 폐열 활용은 복합 사이클(combined cycle)의 설명이고, 보기 4의 재열·재생 사이클 복합은 랑킨 사이클의 효율 개선 기법일 뿐 열병합발전의 핵심 특징이 아니다.

문제 4
이상기체에 대한 설명으로 옳은 것은?
1이상기체 상태방정식은 충분히 낮은 밀도를 갖는 기체에 대해 적용할 수 있다.
2실제기체에 대해서 이상기체 상태방정식을 적용할 수 없다.
3압축성 계수가 0일 경우는 이상기체로 간주할 수 있다.
4공기는 항상 이상기체로 간주할 수 있다.
정답 및 해설

이상기체 상태방정식은 분자 자체의 부피와 분자 간 인력을 무시할 수 있다는 가정에서 유도되므로, 압력이 낮고 밀도가 충분히 낮은 영역에서 실제기체에도 근사적으로 잘 들어맞는다. 실제기체라도 이 조건이면 적용할 수 있으므로 적용 불가라는 서술은 옳지 않고, 이상기체로 볼 수 있는 조건은 압축성 계수가 0이 아니라 1에 가까울 때이며, 공기도 고압·저온에서는 이상기체로 볼 수 없다.

문제 5
10℃에서 160℃까지의 공기의 평균 정적비열이 0.7315kJ/kg·℃이다. 이 온도 변화에서 공기 1kg의 내부에너지 변화로 적절한 것은?
1107.1 kJ
2109.7 kJ
3120.6 kJ
4121.7 kJ
정답 및 해설

내부에너지 변화는 ΔU=mcvΔT\Delta U = m \cdot c_v \cdot \Delta T 공식으로 구한다. 주어진 평균 정적비열 0.7315 kJ/kg·℃를 사용하여 공기 1kg의 온도 변화 ΔT = 160 - 10 = 150℃에 대해 계산하면, ΔU=1×0.7315×150=109.725 kJ109.7 kJ\Delta U = 1 \times 0.7315 \times 150 = 109.725 \text{ kJ} \approx 109.7 \text{ kJ}이다. 따라서 공기 1kg의 내부에너지 변화는 약 109.7 kJ이다.

문제 6
교축과정(Throttling Process)에 있어서 처음 상태와 최종 상태의 엔탈피는 어떻게 되는가?
1처음 상태가 크다.
2최종 상태가 크다.
3같다.
4경우에 따라 다르다.
정답 및 해설

교축과정은 단열이며 외부에 일을 하지 않고 위치·운동에너지 변화도 무시할 수 있는 정상유동과정이므로 처음 상태와 최종 상태의 엔탈피는 서로 같다.

문제 7
1.2 MPa, 300℃의 과열증기가 있다. 이 증기의 질량유량 18,000 ㎏/h를 속도 30 m/s로 보내려면 지름 몇 cm의 관이 필요한가? (단, 1.2 MPa, 300℃ 과열증기의 비체적은 0.2183 m3/kg 이다.)
118.6
212.5
320.6
421.5
정답 및 해설

질량유량을 18000kg/h=5kg/s18000\,\mathrm{kg/h}=5\,\mathrm{kg/s}로 바꾸고 비체적을 곱하면 체적유량은 5×0.21831.092m3/s5\times0.2183\approx1.092\,\mathrm{m^3/s}이다. 속도 30 m/s로 나눈 단면적에서 지름을 구하면 d=4Aπ21.5cmd=\sqrt{\dfrac{4A}{\pi}}\approx21.5\,\mathrm{cm}이다.

문제 8
다음 ( ) 안의 물질 중 엔트로피가 증가한 경우는?
1컵에 있는 (물)이 증발하였다.
2목욕탕의 (수증기)가 차가운 타일 벽에 물로 응결되었다.
3실린더 안의 (공기)가 가역 단열적으로 팽창되었다
4뜨거운 (커피)가 식어서 주위온도와 같게 되었다.
정답 및 해설

물이 증발하여 기체(수증기)로 상변화하면 분자의 무질서도가 커져 그 물질 자체의 엔트로피가 증가한다. 응결·가역단열팽창·주위와 열평형은 각각 엔트로피 감소, 불변, 감소에 해당한다.

문제 9
초기온도와 압력이 50℃, 600kPa인 단위 중량의 질소가 100kPa까지 가역 단열팽창 하였다. 이 때 온도는 몇 K 인가? (단, 비열비 k=1.4 이다.)
1194
2294
3467
4539
정답 및 해설

가역단열(등엔트로피) 팽창에서는 T2=T1(P2P1)(k1)/kT_2=T_1\left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^{(k-1)/k}이다. T1=323KT_1=323\,\mathrm{K}, P2/P1=100/600P_2/P_1=100/600, k=1.4k=1.4를 대입하면 T2323×0.599194KT_2\approx323\times0.599\approx194\,\mathrm{K}이다.

문제 10
주위의 온도가 27℃일 때, -73℃에서 1kJ의 냉동효과를 얻으려 한다. 냉동 사이클을 구동하는데 필요한 최소일은 얼마인가?
12 kJ
21.5 kJ
31 kJ
40.5 kJ
정답 및 해설

카르노 냉동사이클의 성능계수는 COP=TLTHTL=200300200=2COP=\dfrac{T_L}{T_H-T_L}=\dfrac{200}{300-200}=2이다. 냉동효과 1 kJ을 얻는 데 필요한 최소일은 W=QL/COP=1/2=0.5kJW=Q_L/COP=1/2=0.5\,\mathrm{kJ}이다.

문제 11
전압기준 국부저항계수 ζT\zeta_T 와 정압기준 국부저항계수 ζS\zeta_S 와의 관계를 바르게 나타낸 것은? (단, 덕트 상류 풍속은 v1, 하류 풍속은 v2 이다.)
1
2
3
4
정답 및 해설

국부저항의 정압손실은 전압손실에서 동압 변화분을 뺀 값이므로, 상류 동압 기준으로 정리하면 ζT=ζS+1(v2v1)2\zeta_T = \zeta_S + 1 - \left(\dfrac{v_2}{v_1}\right)^2의 관계가 성립한다. 즉 상하류 풍속이 같을 때(v1=v2v_1 = v_2)에만 전압기준과 정압기준 국부저항계수가 일치한다.

문제 12
다음 중 열역학적 상태량이 아닌 것은?
1기체상수
2정압비열
3엔트로피
4압력
정답 및 해설

기체상수는 특정 기체마다 정해진 고유한 값(상수)일 뿐 계의 상태에 따라 달라지는 상태량이 아니다. 정압비열, 엔트로피, 압력은 모두 계의 상태에 따라 정해지는 열역학적 상태량이다.

문제 13
공기가 20 m/s의 속도로 풍차 속으로 유입되고, 6 m/s의 속도로 유출된다. 공기 1 kg 당 풍차가 한 일은?
1182 J/kg
2224 J/kg
3241 J/kg
4340 J/kg
정답 및 해설

풍차가 공기로부터 얻는 일은 유입·유출 속도의 운동에너지 차이로 계산한다. w=V12V222=202622=182J/kgw = \dfrac{V_1^2-V_2^2}{2} = \dfrac{20^2-6^2}{2} = 182\,\mathrm{J/kg}이다.

문제 14
동일한 덕트 장치에서 송풍기의 날개의 직경이 d1, 전동기 동력이 L1인 송풍기를 직경 d2로 교환했을 때 동력의 변화로 옳은 것은? (단, 회전수는 일정하다.)
1
2
3
4
정답 및 해설

송풍기 상사법칙에서 회전수가 일정할 때 풍량은 날개 직경의 세제곱, 압력은 제곱, 동력은 5제곱에 비례한다. 따라서 직경을 d1d_1에서 d2d_2로 바꾸면 동력은 L2=L1(d2d1)5L_2 = L_1\left(\dfrac{d_2}{d_1}\right)^5로 변화한다.

문제 15
초기에 300 K, 150 kPa 인 공기 0.5 m3을 등온과정으로 600 kPa까지 천천히 압축하였다. 이 과정동안 일을 계산하면?
1-104 kJ
2-208 kJ
3-52 kJ
4-312 kJ
정답 및 해설

등온과정의 일은 W=P1V1lnV2V1=P1V1lnP1P2W = P_1V_1\ln\dfrac{V_2}{V_1} = P_1V_1\ln\dfrac{P_1}{P_2}이다. P1V1=150×0.5=75kJP_1V_1=150\times0.5=75\,\mathrm{kJ}, P1/P2=150/600=0.25P_1/P_2=150/600=0.25를 대입하면 W=75ln0.25104kJW=75\ln0.25\approx-104\,\mathrm{kJ}로, 압축되므로 음(-)의 값이 된다.

문제 16
열교환기의 1차 측에서 100kPa의 공기가 50℃로 들어가서 30℃로 나온다. 공기의 질량유량은 0.1 kg/s이고, 정압비열은 1 kJ/kgㆍK로 가정한다. 2차 측에서 물은 10℃로 들어가서 20℃로 나온다. 물의 정압비열은 4 kJ/kgㆍK로 가정한다. 물의 질량유량은?
10.005 kg/s
20.01 kg/s
30.05 kg/s
40.10 kg/s
정답 및 해설

열교환기 1차측이 잃는 열량은 Q=m˙1Cp1Δt1=0.1×1×20=2kWQ=\dot m_1 C_{p1}\Delta t_1=0.1\times1\times20=2\,\mathrm{kW}이다. 이 열량을 2차측 물이 그대로 얻으므로 m˙2=Q/(Cp2Δt2)=2/(4×10)=0.05kg/s\dot m_2 = Q/(C_{p2}\Delta t_2)=2/(4\times10)=0.05\,\mathrm{kg/s}이다.

문제 17
6 냉동톤 냉동기의 성적계수가 3 이다. 이때 필요한 동력은 몇 kW인가? (단, 1 냉동톤은 3.85 kW이다.)
14.4
25.7
36.7
47.7
정답 및 해설

냉동부하는 QL=6×3.85=23.1kWQ_L=6\times3.85=23.1\,\mathrm{kW}이고, 성적계수 정의에서 소요동력은 W=QL/COP=23.1/3=7.7kWW=Q_L/COP=23.1/3=7.7\,\mathrm{kW}이다.

문제 18
카르노사이클로 작동되는 열기관이 200kJ의 열을 200℃에서 공급받아 20℃에서 방출한다면 이 기관의 일은 약 얼마인가?
120 kJ
276 kJ
3124 kJ
4180 kJ
정답 및 해설

카르노사이클의 열효율은 η=1TLTH=12934730.381\eta=1-\dfrac{T_L}{T_H}=1-\dfrac{293}{473}\approx0.381이므로 기관이 한 일은 W=ηQH=0.381×20076kJW=\eta Q_H=0.381\times200\approx76\,\mathrm{kJ}이다.

문제 19

덕트 설계법에 관한 설명으로 틀린 것은?

1정압재취득법은 각 취출구 직전마다 부스터 송풍기를 설치하여 부족한 정압을 보충하는 설계법이다.
2등마찰손실법(등압법)은 덕트 단위길이당 마찰손실이 일정하도록 치수를 정하며, 저속덕트 설계에 가장 널리 사용된다.
3일반 공조용 저속덕트를 등압법으로 설계할 때 단위 마찰손실은 약 1 Pa/m(0.1 mmAq/m)를 기준으로 한다.
4등속법은 덕트 각 구간의 풍속을 일정하게 유지하는 방법으로, 분진·시료 반송용 덕트에 적합하다.
정답 및 해설

정압재취득법은 주덕트에서 분기·취출될 때마다 풍속이 감소하면서 회복(재취득)되는 정압 상승분을 다음 구간의 마찰손실에 충당하도록 설계하는 방법으로, 각 취출구의 정압이 거의 균일해져 풍량 밸런싱에 유리하다. 부스터 송풍기를 설치하는 방식이 아니다. [근거] 덕트 설계법 — 등속법·등마찰손실법(0.08~0.15 mmAq/m 기준)·정압재취득법

문제 20

어느 천장 취출구에서 1차 공기 200 m³/h가 취출되면서 실내공기(2차 공기) 600 m³/h를 유인하여 혼합되었다. 이 취출구의 유인비는?

10.25
20.75
33
44
정답 및 해설

유인비 K=TAPA=1차공기+2차공기1차공기=200+600200=4K = \dfrac{TA}{PA} = \dfrac{1차공기 + 2차공기}{1차공기} = \dfrac{200+600}{200} = 4. 검산: 유인비 4 × 1차 공기 200 = 800 m³/h = 200 + 600으로 전공기량과 일치. 3은 2차/1차, 0.25는 1차/전공기로 잘못 계산한 값이다. [근거] 유인비 = 전공기량(TA)/1차 공기량(PA)

문제 21
에어컨을 이용하여 실내의 열을 외부로 방출하려한다. 실외 35℃, 실내 20℃인 조건에서 실내로부터 3kW의 열을 방출하려 할 때 필요한 에어컨의 동력은 얼마인가? (단, Carnot cycle을 가정한다.)
10.154 k
21.54 kW
315.4 kW
4154 kW
정답 및 해설

실내(20℃)에서 실외(35℃)로 열을 뽑아내는 카르노 냉동사이클의 성능계수는 COP=TLTHTL=29330829319.5COP=\dfrac{T_L}{T_H-T_L}=\dfrac{293}{308-293}\approx19.5이다. 필요한 동력은 W=QL/COP=3/19.50.154kWW=Q_L/COP=3/19.5\approx0.154\,\mathrm{kW}이다.

문제 22
수은주에 의해 측정된 대기압이 753mmHg일 때 진공도 90%의 절대 압력으로 적절한 것은? (단, 중력가속도는 9.8m/s2, 수은의 밀도는 13600kg/m3이다.)
1약 200.08kPa
2약 190.08kPa
3약 100.04kPa
4약 10.04kPa
정답 및 해설

대기압은 Patm=ρgh=13600×9.8×0.753100.4kPaP_{atm}=\rho g h=13600\times9.8\times0.753\approx100.4\,\mathrm{kPa}이다. 진공도 90%는 절대압력이 대기압의 10%임을 뜻하므로 Pabs=100.4×0.110.04kPaP_{abs}=100.4\times0.1\approx10.04\,\mathrm{kPa}이다.

문제 23
증기압축 냉동장치에서 증발기를 지나는 냉매의 물리적 변화로서 적절한 것은? (단, 냉동장치는 이상적인 냉동사이클을 따른다)
1압력이 증가한다.
2엔트로피가 감소한다.
3엔탈피가 증가한다.
4비체적이 감소한다.
정답 및 해설

증기압축 냉동장치의 이상적 냉동사이클(역 랭킹사이클)에서 증발기는 저압·저온 구간에 해당하며, 냉매가 액체에서 기체로 상변화하는 등온·등압 과정이다. 1번 압력은 증발기 내에서 일정하므로 증가하지 않는다. 2번 엔트로피는 액체가 기체로 변하면서 분자의 무질서도가 증가하여 증가한다(감소하지 않음). 4번 비체적(단위질량당 부피)은 액체에서 기체로 상변화하면서 크게 증가한다(감소하지 않음). 3번 엔탈피는 증발기에서 저온의 냉방실로부터 열을 흡수하는 과정이므로 엔탈피가 증가한다.

문제 24
8℃의 이상기체를 가역단열 압축하여 그 체적을 1/5로 하였을 때 기체의 온도는 몇 ℃로 되겠는가? (단, k=1.4 이다.)
1-125℃
2294℃
3222℃
4262℃
정답 및 해설

가역단열압축에서 T2=T1(V1V2)k1=281×50.4535KT_2=T_1\left(\dfrac{V_1}{V_2}\right)^{k-1}=281\times5^{0.4}\approx535\,\mathrm{K}이며, 섭씨로 환산하면 약 262℃이다.

문제 25
잘 단열된 노즐에서 공기가 0.45 MPa에서 0.15 MPa로 팽창한다. 노즐 입구에서 공기의 속도는 50 m/s, 온도는 150℃이며 출구에서의 온도는 45℃이다. 출구에서의 공기 속도는? (단, 공기의 정압비열과 정적비열은 1.0035 kJ/kgㆍK, 0.7165 kJ/kgㆍK 이다.)
1약 350 m/s
2약 363 m/s
3약 445 m/s
4약 462 m/s
정답 및 해설

단열노즐의 에너지식 V22=V12+2Cp(T1T2)V_2^2=V_1^2+2C_p(T_1-T_2)에서 V22=502+2×1003.5×(423318)213,235V_2^2=50^2+2\times1003.5\times(423-318)\approx213{,}235이므로 V2462m/sV_2\approx462\,\mathrm{m/s}이다.

문제 26
계가 비가역 사이클을 이룰 때 클라우지우스(Clausius)의 적분을 옳게 나타낸 것은? (단, T는 온도, Q는 열량이다.)
1
2
3
4
정답 및 해설

클라우지우스 부등식에 따라 사이클 적분 δQT\oint\dfrac{\delta Q}{T}는 가역 사이클에서 0이고, 비가역 사이클에서는 0보다 작다. 즉 비가역 사이클에서는 δQT<0\oint\dfrac{\delta Q}{T} < 0이 성립하며, 이는 엔트로피 증가 원리의 근거가 된다.

문제 27
물 2kg을 30℃에서 80℃까지 가열하였다. 이 과정 동안의 엔트로피 변화량으로 적절한 것은? (단, 물의 비열은 4.184kJ/kg· K로 일정하다.)
10.6391kJ/K
21.278kJ/K
34.100kJ/K
48.208kJ/K
정답 및 해설

물의 엔트로피 변화량은 ΔS=mcln(TfTi)\Delta S = m c \ln\left(\frac{T_f}{T_i}\right)로 구한다. 주어진 값: 질량 m = 2kg, 비열 c = 4.184kJ/(kg·K), 초기온도 T_i = 30℃ = 303.15K, 최종온도 T_f = 80℃ = 353.15K이다.
ΔS=2×4.184×ln(353.15303.15)=8.368×ln(1.1649)=8.368×0.1527=1.278 kJ/K\Delta S = 2 \times 4.184 \times \ln\left(\frac{353.15}{303.15}\right) = 8.368 \times \ln(1.1649) = 8.368 \times 0.1527 = 1.278 \text{ kJ/K}
엔트로피 변화량은 온도의 자연로그 비에 질량과 비열의 곱을 곱한 값으로, 절대온도를 사용하여 계산하면 약 1.278kJ/K이다.

문제 28
체적이 0.1m2인 피스톤-실린더 장치 안에 질량 0.5kg의 공기가 430.5kPa 하에 있다. 정압과정으로 가열하여 온도 가 400K가 되었다. 이 과정 동안의 일과 열전달량은? (단, 공기는 이상기체이며, 기체상수는 0.287kJ/kg-K, 정압비열은 1.004kJ/kg·K 이다.)
114.35kJ, 35.85kJ
214.35kJ, 50.20kJ
343.05kJ, 78.90kJ
443.05 kJ, 64.55 kJ
정답 및 해설

초기온도는 T1=PV/mR=430.5×0.1/(0.5×0.287)300KT_1=PV/mR=430.5\times0.1/(0.5\times0.287)\approx300\,\mathrm{K}이다. 정압과정이므로 일은 W=mRΔT=0.5×0.287×100=14.35kJW=mR\Delta T=0.5\times0.287\times100=14.35\,\mathrm{kJ}, 열전달량은 Q=mCpΔT=0.5×1.004×100=50.2kJQ=mC_p\Delta T=0.5\times1.004\times100=50.2\,\mathrm{kJ}이다.

문제 29
밀폐된 실린더 내의 기체를 피스톤으로 압축하여 300kJ의 열이 발생하였다. 압축일량이 400kJ이라면 내부에너지 증가는?
1100 kJ
2300 kJ
3400 kJ
4700 kJ
정답 및 해설

계가 방출한 열은 Q=300kJQ=-300\,\mathrm{kJ}, 압축으로 계에 가해진 일은 W=400kJW=-400\,\mathrm{kJ}(계 기준)이다. 에너지보존식 ΔU=QW\Delta U=Q-W에 대입하면 ΔU=300(400)=100kJ\Delta U=-300-(-400)=100\,\mathrm{kJ}로 내부에너지는 증가한다.

문제 30
증기압축식 냉동사이클용 냉매의 성질로 적당하지 않은 것은?
1증발잠열이 크다.
2임계온도가 상온보다 충분히 높다.
3증발압력이 대기압 이상이다.
4응고온도가 상온 이상이다.
정답 및 해설

냉매는 증발압력이 대기압보다 높고 응고온도가 상온보다 충분히 낮아야 저온에서도 얼지 않고 사용할 수 있다. 응고온도가 상온 이상이라는 것은 상온에서 냉매가 얼어버릴 수 있다는 뜻이므로 바람직한 성질이 아니다.

문제 31
카르노 사이클(Carnot cycle)은 다음 가역과정으로 이루어져 있다. 어느 것인가?
1두개의 등온과정과 두개의 단열과정
2두개의 정압과정과 두개의 정적과정
3두개의 정적과정과 두개의 단열과정
4두개의 등온과정과 두개의 정적과정
정답 및 해설

카르노사이클은 등온팽창, 단열팽창, 등온압축, 단열압축의 두 개의 등온과정과 두 개의 단열과정으로 이루어진 가역 사이클이다.

문제 32
실린더 내의 공기가 200 kPa, 10 ℃ 상태에서 600 kPa 이 될 때까지 "PV1.3 = 일정" 인 과정으로 압축된다. 공기의 질량이 3 kg 이라면 이 과정 중 공기가 한 일은?
1-23.5 kJ
2-235 kJ
312.5 kJ
4125 kJ
정답 및 해설

폴리트로픽 압축의 출구온도는 T2=T1(P2P1)(n1)/n=283×30.3/1.3365KT_2=T_1\left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^{(n-1)/n}=283\times3^{0.3/1.3}\approx365\,\mathrm{K}이다. 폴리트로픽 과정의 일은 W=mR(T1T2)n1=3×0.287×(283365)0.3235kJW=\dfrac{mR(T_1-T_2)}{n-1}=\dfrac{3\times0.287\times(283-365)}{0.3}\approx-235\,\mathrm{kJ}로, 압축이므로 음(-)의 값이 된다.

문제 33
일과 열의 출입이 없는 계에서 비가역과정(irreversible process)이 존재하면 엔트로피는?
1항상 일정하다.
2항상 감소한다.
3항상 증가한다.
4때로는 증가하고 때로는 감소한다.
정답 및 해설

일과 열의 출입이 없는 고립계에서는 전체 엔트로피가 감소할 수 없으며, 비가역과정이 존재하면 엔트로피는 항상 증가한다.

문제 34
0.5 MPa, 375℃의 수증기의 정압 비열(kJ/kg·K)은? (단, 0.5 MPa, 350℃에서 엔탈피 h=3167.7kJ/kg·K이고 0.5 MPa, 400℃에서 엔탈피 h=3271.9 kJ/kg·K이다. 수증기는 이상기체로 가정한다.)
11.042
22.084
34.168
48.742
정답 및 해설

정압비열은 압력이 일정한 상태에서 온도에 대한 엔탈피 변화율이므로 CpΔhΔT=3271.93167.7400350=104.2502.084kJ/kgKC_p\approx\dfrac{\Delta h}{\Delta T}=\dfrac{3271.9-3167.7}{400-350}=\dfrac{104.2}{50}\approx2.084\,\mathrm{kJ/kg\cdot K}이다.

문제 35
다음 중 터보압축기의 용량(능력)제어 방법이 아닌 것은?
1회전속도에 의한 제어
2흡입 댐퍼에 의한 제어
3부스터에 의한 제어
4흡입 가이드 베인에 의한 제어
정답 및 해설

터보압축기의 용량제어는 회전속도 제어, 흡입 댐퍼 제어, 흡입 가이드 베인 제어 등을 통해 흡입유량이나 냉매 흐름 특성을 조절하는 방식으로 이루어진다.

부스터는 저압측을 보강하기 위한 별도의 압축단 장치로, 터보압축기 자체의 용량제어 방법에는 해당하지 않는다.

문제 36
여름철 냉방으로 인한 전력 부하 상승은 발전 시스템에 큰 부담이 되고 있다. 이러한 관점에서 천연가스를 열원으로 사용하는 흡수식 냉동기에 관심이 집중되고 있다. 흡수식 냉동기에 대한 다음 설명 중 잘못된것은?
1일반적으로 암모니아를 냉매로 사용한다.
2액체를 가압하므로 소요되는 일이 매우 적다.
3증기 압축 냉동기에 비해 더 많은 정비가 필요하므로 장치가 복잡하다.
4흡수기에서 열을 발생시키기 위하여 열원이 필요하다.
정답 및 해설

흡수식 냉동기는 압축기 대신 흡수기·펌프·재생기(발생기)를 써서 천연가스 등의 열을 구동원으로 삼는 냉동기다. 작동 유체 쌍은 암모니아를 냉매로 하고 물을 흡수제로 하는 계와, 물을 냉매로 하고 리튬브로마이드 수용액을 흡수제로 하는 계가 대표적인데, 이 문항처럼 열역학 관점에서 다루는 흡수식 냉동기의 표준형은 암모니아-물 계이므로 일반적으로 암모니아를 냉매로 사용한다는 것은 잘못된 설명이 아니다(공조용 대형 냉수기에서는 물-리튬브로마이드 계가 널리 쓰인다). 또한 기체를 압축하는 대신 액체 상태의 용액을 펌프로 가압하므로 소요되는 일이 매우 작고, 증기 압축식보다 장치가 복잡해 정비 부담이 큰 것도 사실이다.

반면 외부 열원이 필요한 곳은 흡수기가 아니라 재생기다. 재생기에서는 열을 가해 용액으로부터 냉매 증기를 분리해 내며, 흡수기에서는 흡수 과정에서 오히려 열이 발생하므로 냉각수 등으로 열을 제거해 주어야 한다. 따라서 어느 작동 유체 계를 기준으로 하더라도, 흡수기에서 열을 발생시키기 위하여 열원이 필요하다는 설명이 유일하게 잘못된 것이다.

문제 37
프레온 냉매를 사용하는 냉동장치에 공기가 침입하면 어떤 현상이 일어나는가?
1고압 압력이 높아지므로 냉매 순환량이 많아지고 냉동능력도 증가한다.
2냉동톤당 소요동력이 증가한다.
3고압 압력은 공기의 분압만큼 낮아진다.
4배출가스의 온도가 상승하므로 응축기의 열통과율이 높아지고 냉동능력도 증가한다.
정답 및 해설

프레온 냉동장치에 불응축가스인 공기가 침입하면 응축기 내 전체 압력은 냉매 분압과 공기 분압의 합이 되어 고압(응축압력)이 상승한다. 응축압력이 오르면 압축기의 압축비가 커지고, 이로 인해 냉동능력에 대한 소요동력, 즉 냉동톤당 소요동력이 증가한다.

이때 냉동능력 자체는 커지지 않으며 오히려 성능이 저하되므로, 고압이 높아지면서 냉동능력도 증가한다거나 고압이 공기 분압만큼 낮아진다는 설명은 옳지 않다.

문제 38
100kPa, 20℃의 물을 매시간 3000kg씩 500kPa로 공급하기 위하여 소요되는 펌프의 동력은 약 몇 kW인가? (단, 펌프의 효율은 70%로 물의 비체적은 0.001m3/kg으로 본다.)
10.33
20.48
31.32
42.48
정답 및 해설

펌프 동력은 W=m˙vΔPηW=\dfrac{\dot m \cdot v \cdot \Delta P}{\eta}이다. m˙=3000/36000.833kg/s\dot m=3000/3600\approx0.833\,\mathrm{kg/s}, ΔP=400kPa\Delta P=400\,\mathrm{kPa}를 대입하면 W=0.833×0.001×4000.70.48kWW=\dfrac{0.833\times0.001\times400}{0.7}\approx0.48\,\mathrm{kW}이다.

문제 39

27℃의 이상기체를 가역 단열 압축하여 체적을 처음의 1/4로 줄였을 때 기체의 온도는 약 몇 ℃가 되는가? (단, 비열비 k = 1.4이다.)

1189℃
2209℃
3229℃
4249℃
정답 및 해설

가역 단열과정에서 T2=T1(V1V2)k1T_2 = T_1\left(\dfrac{V_1}{V_2}\right)^{k-1} T1=300KT_1 = 300\,\mathrm{K}, 체적비 V1V2=4\dfrac{V_1}{V_2} = 4이므로 T2=300×40.4=300×20.8300×1.741=522.3K249CT_2 = 300 \times 4^{0.4} = 300 \times 2^{0.8} \fallingdotseq 300 \times 1.741 = 522.3\,\mathrm{K} \fallingdotseq 249\,^\circ\mathrm{C} [검산·역산] 522.3300=1.741\dfrac{522.3}{300} = 1.741, log1.741=0.2408=0.4×log4(=0.4×0.6021)\log 1.741 = 0.2408 = 0.4 \times \log 4\,(=0.4 \times 0.6021) ✓ [근거] 가역 단열과정 온도-체적 관계식 T·V^(k-1)=일정

문제 40

랭킨(Rankine) 사이클의 열효율에 대한 설명으로 옳은 것은?

1응축기의 압력을 낮추면 이론 열효율이 증가한다
2보일러의 압력을 높이면 이론 열효율은 감소한다
3터빈 입구의 증기 온도를 높이면 이론 열효율은 감소한다
4재열사이클을 적용하면 열효율과는 무관하며 터빈 출구의 건도만 감소한다
정답 및 해설

랭킨 사이클의 열효율은 보일러 압력(초압)을 높일수록, 터빈 입구 증기온도(초온)를 높일수록, 응축기 압력(배압)을 낮출수록 증가한다. 따라서 응축기의 압력을 낮추면 이론 열효율이 증가한다는 설명이 옳다. 보일러의 압력을 높이면 열효율이 감소한다는 설명과 터빈 입구의 증기 온도를 높이면 열효율이 감소한다는 설명은 반대로 틀렸으며, 응축압력을 낮추면 방열 평균온도가 낮아져 효율이 올라가는 대신 터빈 출구 건도가 낮아지는 문제가 있다. 재열사이클은 터빈 출구 건도를 높이면서(습분 감소) 열효율도 개선하므로, 재열사이클이 열효율과 무관하며 터빈 출구 건도만 감소시킨다는 설명도 틀리다. [근거] 랭킨 사이클 열효율 향상 조건(초압↑·초온↑·배압↓)과 재열의 효과

문제 41
공기조화 덕트설계와 관계가 없는 것은?
1공기의 온도[℃]
2풍속[㎧]
3풍량[m3/h]
4마찰손실[㎜Aq]
정답 및 해설

덕트설계는 필요풍량, 허용풍속, 단위길이당 마찰손실을 바탕으로 덕트 치수를 정하는 과정이며, 공기의 온도는 덕트 치수 산정과는 직접적인 관계가 없다.

문제 42
다음의 공조기 냉수코일 설계에 대한 설명 중 틀린 것은?
1공기류와 수류의 방향은 역류가 되도록 한다.
2대수평균온도차는 가능한한 작게 한다.
3코일을 통과하는 공기의 전면풍속은 2 ~3로 한다.
4코일의 설치는 관이 수평으로 놓이게 한다.
정답 및 해설

냉수코일은 공기와 냉수가 역류하도록 배치하고 코일을 통과하는 전면풍속은 2~3 m/s, 관은 수평으로 설치하는 것이 기본이다. 대수평균온도차(LMTD)는 오히려 크게 확보해야 열교환 성능과 코일 크기 면에서 유리하므로 작게 한다는 설명은 틀렸다.

문제 43
증기난방 방식에 대한 설명 중 틀린 것은?
1배관방법에 따라 단관식과 복관식이 있다.
2환수방식에 따라 중력환수식과 진공환수식, 가계환수식으로 구분한다.
3제어성이 온수에 비해 양호하다.
4부하기기에서 증기를 응축시켜 응축수만을 배출한다.
정답 및 해설

증기난방은 단관식·복관식 배관과 중력환수·진공환수·기계환수 방식으로 구분되며 부하기기에서 응축된 응축수만 배출하는 것은 맞지만, 증기의 응축잠열을 이용하는 특성상 부하 변동에 따른 세밀한 방열량 조절이 어려워 제어성은 온수난방보다 오히려 떨어진다.

문제 44
다음 증기난방의 분류법에 해당되지 않는 것은?
1응축수 환수법
2증기 공급법
3증기 압력
4지역냉난방법
정답 및 해설

증기난방은 응축수 환수법, 증기 공급법(배관방식), 증기 압력(고압·저압)에 따라 분류한다. 지역냉난방법은 열원 공급 범위에 대한 분류로 증기난방 자체의 분류기준이 아니다.

문제 45
각종 공기조화방식 중에서 개별방식의 특징으로 적절한 것은?
1수명은 대형기기에 비하여 짧다.
2외기냉방이 어느 정도 가능하다.
3실 건축구조 변경이 어렵다.
4냉동기를 내장하고 있으므로 일반적으로 소음이 작다.
정답 및 해설

개별방식(개별공조)은 각 실마다 독립적인 소형 냉난방기(window unit, split unit 등)를 설치하는 방식이다. 보기 1번 수명이 짧다는 것이 정답인 이유는 소형 기기들이 대형 중앙식 냉동기보다 단위당 운전 부하가 집중되고 유지보수가 어려워 상대적으로 수명이 단축되기 때문이다. 보기 2번 외기냉방은 중앙공조에서 가능한 특징이고, 보기 3번 실 구조 변경은 다른 방식들에 비해 개별방식이 배관·덕트 최소화로 오히려 유연하다. 보기 4번은 소형 냉동기 내장으로 실내기와 실외기 간 진동·압축기 소음이 발생하므로 부정확하다.

문제 46
다음은 습공기의 습도 표시 방법을 설명한 것이다. 적절하지 못한 것은?
1절대습도는 건공기중에 포함된 수증기량을 나타낸다.
2수증기분압은 절대습도에 반비례 관계가 있다.
3상대습도는 습공기의 수증기 분압과 포화공기의 수증기 분압과의 비로 나타낸다.
4비교습도는 습공기의 절대습도와 포화공기의 절대습도와의 비로 나타낸다.
정답 및 해설

수증기분압은 절대습도가 클수록 함께 커지는 정비례(비례) 관계이지 반비례 관계가 아니다.

문제 47
덕트의 부속품에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
1댐퍼는 통과풍량의 조정 또는 개폐에 사용되는 기구이다.
2분기덕트 내의 풍량제어용으로는 주로 익형 댐퍼를 사용한다.
3덕트의 곡부에 있어서 덕트의 곡률 반지름이 덕트의 긴변의 1.5배 이내일 때는 가이드 베인을 설치하여 저항을 적게 한다.
4가이드 베인은 곡부의 기류를 세분해서 와류의 크기를 적게 하는 것이 목적이다.
정답 및 해설

분기덕트의 풍량제어에는 주로 스플릿댐퍼(분기댐퍼)나 볼륨댐퍼가 쓰이며, 익형댐퍼는 저항을 적게 하면서 유량을 조절해야 하는 주덕트 등에 주로 사용된다.

문제 48
다음 가습 방법 중 수(木)분무식이 아닌 것은?
1원심식
2초음파식
3분무식
4적외선식
정답 및 해설

수분무식 가습에는 물을 직접 뿌리는 분무식, 원심력으로 물을 흩뿌리는 원심식, 초음파 진동으로 물을 미립화하는 초음파식이 있다. 적외선식은 물을 직접 분무하는 방식이 아니다.

문제 49
지하의 일정깊이로 내려가면 온도가 거의 일정하다는 원리를 이용하여 에너지를 절감하는 지열을 이용한 히트펌프 방식에 대한 특징 중 틀린 것은?
1시스템을 방영구적으로 사용할 수 있다,
2가연성 연료사용으로 인한 폭발이나 화재의 위험이 없다.
3냉난방 비용이 기존 전기나 경유를 이용한 냉난방에 비하여 절약된다.
4연중 냉난방과 온수를 마음대로 사용할 수 없으며 실별 실내온도 조절이 가능하다.
정답 및 해설

지열 히트펌프는 연중 안정적인 지중열원을 이용해 냉난방과 급탕을 자유롭게 사용할 수 있고 실별 온도 조절도 가능한 것이 장점이므로, 이를 사용할 수 없다고 서술한 것은 틀렸다.

문제 50
덕트에 관한 설명 중 올바르지 못한 것은?
1덕트의 아스팩트비는 일반적으로 4 : 1 이하로 하는 것이 좋다.
2곡부의 저항은 이와 동일한 마찰저항이 생기는 직선덕트의 길이로 표현된다. 이를 국부저항의 상당길이라 한다.
3덕트의 국부저항은 곡부 및 분기부 등에서 생기는 와류의 에너지 소비에 따르는 압력손실과 마찰에 의한 압력손실을 합한 것이다.
4원형덕트와 동일한 풍량, 동일한 단위길이당 마찰저항에서 구한 장방형 덕트의 단면적은 원형덕트의 단면적과 같다.
정답 및 해설

동일 풍량, 동일 단위마찰저항 조건에서 원형덕트를 상당 장방형덕트로 바꾸면 형상에 따른 손실을 보완하기 위해 단면적이 원형덕트보다 커지므로, 두 단면적이 같다는 설명은 틀렸다.

문제 51
공기중의 수증기가 응축하기 시작할 때의 온도 즉, 공기가 포화상태로 될 때의 온도는 어느 것인가?
1건구온도
2노점온도
3습구온도
4상당외기온도
정답 및 해설

공기 중 수증기가 응축을 시작하는, 즉 그 절대습도에서 포화상태가 되는 온도를 노점온도라 한다.

문제 52
다음 중 증기 사용압력이 가장 낮은 것은?
1연관 보일러
2수관 보일러
3관류 보일러
4입형 보일러
정답 및 해설

입형보일러는 구조가 간단하고 소용량이며 사용압력이 낮은 편으로, 제시된 보일러 중 증기 사용압력이 가장 낮다.

문제 53
덕트 시공에서 올바르지 않은 것은?(단, R은 곡율 반경이고, W는 덕트의 폭이다.)
1덕트의 아스펙트 비는 4 이내로 한다.
2굽힘부분은 되도록 큰 곡율반경을 취한다.
3덕트 확대각도는 15도(고속덕트에서는 8도)이하, 축소각도는 30도(고속덕트에서는 15도)이내로 한다.
4덕트의 굴곡부에서 R/W가 2.0 이상일 때에는 가이드 베인을 설치한다.
정답 및 해설

덕트 굴곡부는 곡률반경(R)이 덕트 폭(W)에 비해 작을 때(R/W가 작을 때) 와류 저항이 커지므로 가이드베인을 설치해 저항을 줄인다. R/W가 2.0 이상으로 곡률반경이 충분히 크면 가이드베인 없이도 저항이 적어 별도 설치가 필요하지 않다.

문제 54
1000명을 수용하는 극장에서 1인당 CO2 토출량이 15L/h이면 실내 CO2량을 0.1%로 유지하는데 필요 환기량은? (단, 외기의 CO2량은 0.04%이다.)
12500m3/h
225000m3/h
33000m3/h
430000m3/h
정답 및 해설

1인당 CO2_2 발생량으로 전체 발생량은 1000×15=15000L/h=15m3/h1000\times15=15000\,\mathrm{L/h}=15\,\mathrm{m^3/h}이다. 필요환기량은 Q=MCiCo=150.0010.0004=25000m3/hQ=\dfrac{M}{C_i-C_o}=\dfrac{15}{0.001-0.0004}=25000\,\mathrm{m^3/h}이다.

문제 55
다음의 각종 기기 중 온수난방 설비용기기가 아닌 것은?
1릴리프 밸브
2순환펌프
3관말트랩
4팽창탱크
정답 및 해설

온수난방 설비는 가열→순환→팽창 대응의 주요 기기로 구성된다. 릴리프 밸브는 과압 방지를, 순환펌프는 온수 순환을, 팽창탱크는 온수 팽창에 따른 압력 흡수를 담당하는 온수난방 설비의 필수 기기다. 반면 관말트랩(condensate trap)스팀난방이나 응축수 배출 용도의 기기로, 온수난방 설비에서는 사용되지 않는다.

문제 56
풍량 5000㎏/h의 공기(절대습도 0.002㎏/㎏')를 온수 분무로 절대습도 0.00375㎏/㎏'까지 가습할 때의 분무 수량은 얼마인가?(단, 가습효율은 60%라 한다.)
15.25㎏/h
28.75㎏/h
314.58㎏/h
420.01㎏/h
정답 및 해설

이상적으로 필요한 가습수량은 Δx×G=(0.003750.002)×5000=8.75kg/h\Delta x \times G = (0.00375-0.002)\times5000 = 8.75\,\mathrm{kg/h}이다. 가습효율이 60%이므로 실제 분무수량은 8.75/0.614.58kg/h8.75/0.6\approx14.58\,\mathrm{kg/h}이다.

문제 57
어느 건물의 서쪽의 유리면적이 30m2이다. 안쪽에 크림색의 베니션 블라인드를 설치한 유리면에서의 취득 열량은 몇 kcal/h 인가? (단, 외기는 32℃, 실내는 26℃, 유리의 열통과율은 K = 5.5kcal/m2h℃, 유리창의 복사량은 Igr=450kcal/m2h, 차폐계수 k5=0.74 이다.)
1990
24075
39990
410980
정답 및 해설

차폐물이 있는 유리창의 취득열량은 전도열량과 일사취득열량의 합으로 계산한다. Q=KAΔt+AIgrks=(5.5×30×6)+(30×450×0.74)=990+9990=10980kcal/hQ=KA\Delta t+A\cdot I_{gr}\cdot k_s=(5.5\times30\times6)+(30\times450\times0.74)=990+9990=10980\,\mathrm{kcal/h}이다.

문제 58
200kVA 변압기 5대를 수용할 수 있는 건물 변전실이 있다. 변압기 최대 시의 효율을 98%로 하고, 전력이 피크일 때의 전건물의 변압기 역률은 94%라면, 이때의 변압기 발열량은 얼마인가?
167680 kJ/h
2211720 kJ/h
3216040 kJ/h
4331730 kJ/h
정답 및 해설

변압기 총 용량 1000kVA1000\,\mathrm{kVA}에 효율손실분(2%)과 역률(94%)을 곱해 발열량을 구하면 1000×0.02×0.94=18.8kW1000\times0.02\times0.94=18.8\,\mathrm{kW}이고, 이를 시간당 열량으로 환산하면 18.8×360067680kJ/h18.8\times3600\approx67680\,\mathrm{kJ/h}이다.

문제 59

단상 유도전동기의 기동방식을 기동토크가 큰 것부터 순서대로 나열한 것은?

1반발기동형 > 콘덴서기동형 > 분상기동형 > 셰이딩코일형
2콘덴서기동형 > 반발기동형 > 셰이딩코일형 > 분상기동형
3분상기동형 > 콘덴서기동형 > 반발기동형 > 셰이딩코일형
4셰이딩코일형 > 분상기동형 > 콘덴서기동형 > 반발기동형
정답 및 해설

단상 유도전동기의 기동토크 크기 순서는 반발기동형 > 반발유도형 > 콘덴서기동형 > 분상기동형 > 셰이딩코일형이다. 반발기동형은 정류자와 브러시를 이용해 큰 기동토크를 내고, 콘덴서기동형은 콘덴서로 기동권선 전류의 위상을 앞세워 분상기동형보다 큰 기동토크와 좋은 역률을 얻는다. 셰이딩코일형은 구조가 간단하지만 기동토크가 가장 작아 소형 팬 등에 쓰인다. [근거] 단상 유도전동기 기동방식별 기동토크 순위(반발기동 > 콘덴서기동 > 분상기동 > 셰이딩코일)

문제 60

권수비가 20인 단상 변압기의 2차 전압이 110V, 2차 전류가 5A일 때, 1차 전압과 1차 전류는 각각 약 얼마인가? (단, 변압기의 손실은 무시한다.)

11차 전압 550V, 1차 전류 1A
21차 전압 2200V, 1차 전류 1A
31차 전압 2200V, 1차 전류 0.25A
41차 전압 1100V, 1차 전류 0.5A
정답 및 해설

권수비 a = N₁/N₂ = V₁/V₂ = I₂/I₁ 이다. 1차 전압 V₁ = a × V₂ = 20 × 110 = 2200V, 1차 전류 I₁ = I₂/a = 5/20 = 0.25A. 검산: 손실을 무시하면 1·2차 피상전력이 같아야 하므로 V₁I₁ = 2200 × 0.25 = 550VA, V₂I₂ = 110 × 5 = 550VA로 일치한다. [근거] 변압기 권수비 관계식(a = V₁/V₂ = I₂/I₁, 입출력 전력 보존)

문제 61
4KΩ의 저항에 25mA의 전류를 흘리는 데 필요한 전압은 몇 [V] 인가?
110V
2100V
3160V
4200V
정답 및 해설

옴의 법칙에 따라 필요한 전압은 V=IR=0.025A×4000Ω=100VV=IR=0.025\,\mathrm{A}\times4000\,\Omega=100\,\mathrm{V}이다.

문제 62
3상 유도전동기의 출력이 5kW, 전압 200V, 역률 80%, 효율이 90%일 때 유입되는 선전류(A)는?
114
217
320
425
정답 및 해설

3상 유도전동기의 입력 전력은 P = √3 × V × I × cosθ × η 이므로, 선전류는

I=P3Vcosθη=50003×200×0.8×0.920AI = \dfrac{P}{\sqrt{3}\, V \cos\theta \cdot \eta} = \dfrac{5000}{\sqrt{3} \times 200 \times 0.8 \times 0.9} \fallingdotseq 20\,\mathrm{A}

따라서 유입되는 선전류는 약 20A이다.

문제 63
내부저항이 20kΩ이고, 최대눈금이 200V인 전압계와 내부저항이 15kΩ이고, 최대눈금이 200V인 전압계를 직렬로 접속하여 측정할 때 최대 몇 V 까지 측정할 수 있는가?
1250
2300
3350
4400
정답 및 해설
직렬 접속이므로 두 전압계에 같은 전류가 흐르며, 각 계기가 최대 눈금을 가리킬 때의 전류는 200/20kΩ = 10mA, 200/15kΩ = 13.3mA다. 작은 쪽인 10mA가 한계 전류이므로 측정 가능한 최대 전압은 10mA × (20kΩ + 15kΩ) = 350V다.
문제 64
R=100[Ω], L=20[mH], C=47[μF]인 R-L-C 직렬회로에 순시전압 v=141.4sin 377t[V]를 인가하면 이 회로의 임피던스는 약 몇 [Ω]인가?
197
2111
3122
4130
정답 및 해설

리액턴스는 XL=ωL=377×0.027.54ΩX_L=\omega L=377\times0.02\approx7.54\,\Omega, XC=1ωC=1377×47×10656.4ΩX_C=\dfrac{1}{\omega C}=\dfrac{1}{377\times47\times10^{-6}}\approx56.4\,\Omega이다. 임피던스는 Z=R2+(XLXC)2=1002+48.92111ΩZ=\sqrt{R^2+(X_L-X_C)^2}=\sqrt{100^2+48.9^2}\approx111\,\Omega이다.

문제 65
측정하고자 하는 양을 표준향과 서로 평형을 이루도록 조절하여 표준량의 값에서 측정량을 구하는 측정방식은?
1편위법
2보상법
3치환법
4영위법
정답 및 해설

측정량을 이미 알고 있는 표준량과 평형(균형)을 이루도록 조절해 표준량의 값으로부터 측정값을 읽어내는 방식을 영위법이라 한다.

문제 66
변압기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
1변압기의 2차측 권선수가 1차측 권선수보다 적은 경우에는 1차측의 전압보다 2차측의 전압이 낮다.
2변압기의 1차측 전압이 2차측 전압보다 높을 경우, 2차측에 부하가 연결되면, 흐르는 전류는 1차측에서 공급되는 전류값 보다 크다.
3변압기의 1차측 권선수와 전압, 2차측 권선수와 전압을 이용하여 권수비를 구할 수 있다.
4변압기의 1차측과 2차측의 권선수가 다를 경우에는 1차측에 인가한 전압의 주파수와 2차측에 나타나는 전압의 주파수는 다르다.
정답 및 해설

변압기는 1차측과 2차측의 권선수가 달라도 전압의 크기만 변압될 뿐 주파수는 변하지 않고 1차측과 2차측이 항상 같다.

문제 67
입력단자 A, B 중 모두 “OFF” 되어야 출력이 “ON” 되고, 그 중 어느 한 단자라도 “ON” 되면 출력이 “OFF“ 되는 회로는?
1AND회로
2OR회로
3NOT회로
4NOR회로
정답 및 해설

입력 A, B가 모두 "OFF"(0)일 때만 출력이 "ON"(1)이 되고, 둘 중 하나라도 "ON"(1)이면 출력이 "OFF"(0)가 되는 논리는 NOR(NOT OR) 회로다. NOR 회로의 진리표를 보면 A=0, B=0일 때 출력=1이고, A=0 B=1, A=1 B=0, A=1 B=1 모두 출력=0이므로 문제 조건과 정확히 일치한다. AND 회로는 모두 "ON"일 때만 출력이 "ON"이고, OR 회로는 하나라도 "ON"이면 출력이 "ON"이며, NOT 회로는 입력이 하나뿐이므로 해당하지 않는다.

문제 68
다음 중 불연속 제어계는?
1ON-OFF 제어
2비례 제어
3미분 제어
4적분 제어
정답 및 해설

ON-OFF 제어는 조작량이 On 또는 Off 두 값만을 취하는 불연속(단속) 제어이며, 비례·미분·적분 제어는 조작량이 연속적으로 변하는 연속제어이다.

문제 69
뒤진 역률 80%, 1000kW의 3상부하가 있다. 이것에 콘덴서를 설치하여 역률을 95%로 개선하려고 한다. 필요한 콘덴서의 용량은 몇 kVA 인가?
1422
2633
3844
41266
정답 및 해설
역률 개선용 콘덴서 용량은 개선 전후 무효전력의 차이로 구한다. Qc = P(tanθ1 − tanθ2) = 1000 × (0.6/0.8 − 0.3122/0.95) = 1000 × (0.75 − 0.329) ≈ 422 kVA이다.
문제 70
전기자 전류가 100A일 때 50kgㆍm의 토크가 발생하는 전동기가 있다. 전동기의 자계의 세기가 80%로 감소되고 전기자 전류가 120A로 되었다면 토크[kgㆍm]는?
139
243
348
452
정답 및 해설

토크는 자속과 전기자전류의 곱에 비례한다(TΦIaT\propto\Phi I_a). 자속이 80%로 줄고 전류가 120A로 늘면 T2=50×0.8×120100=48kgmT_2=50\times0.8\times\dfrac{120}{100}=48\,\mathrm{kg\cdot m}이다.

문제 71
기계기구의 상태나 신호의 전달 및 시퀀스의 구성을 나타내는 것은?
1타임챠트
2논리회로
3전개접속도
4블럭선도
정답 및 해설

블록선도는 신호의 흐름과 각 요소의 상태·연결관계, 시퀀스의 구성을 도식적으로 나타내는 대표적인 방법이다.

문제 72
직류발전기를 역회전 시키면?
1단락이 일어난다.
2정회전 때와 같다.
3발전하지 않는다.
4과대 전압이 유기된다.
정답 및 해설

자여자 직류발전기를 역회전시키면 잔류자기와 전기자전류가 만드는 자속의 방향이 서로 상쇄되도록 작용해 여자가 형성되지 못하므로 발전이 이루어지지 않는다.

문제 73
다음 중 프로세스제어에 속하는 제어량은?
1온도
2전류
3전압
4장력
정답 및 해설

프로세스제어에 속하는 제어량은 온도이며, 전류·전압은 자동조정제어, 장력은 서보기구 제어에 속하는 제어량이다.

문제 74
보온재의 구비조건으로 틀린 것은?
1표면시공이 좋아야 한다.
2재질자체의 모세관 현상이 커야 한다.
3보냉 효율이 좋아야 한다.
4난연성이나 불연성이어야 한다.
정답 및 해설

좋은 보온재는 열전도율이 낮고 흡습성이 작아야 보냉·보온 효율을 유지할 수 있다.

재질 자체의 모세관 현상이 크면 수분을 쉽게 흡수하여 열전도율이 높아지고 단열 성능이 떨어지므로, 모세관 현상은 오히려 작아야 좋은 보온재의 조건이 된다.

표면시공성이 좋고, 보냉 효율이 우수하며, 난연성·불연성을 갖추는 것은 보온재가 갖추어야 할 바람직한 조건이다.

문제 75
제어계의 구성도에서 시퀀스제어계에는 없고, 피드백 제어계에는 있는 요소는?
1조작량
2목표값
3검출부
4제어대상
정답 및 해설

피드백제어계는 목표값과 제어량을 비교하기 위해 제어량을 검출하는 검출부(피드백 요소)를 반드시 갖추지만, 개루프 방식인 시퀀스제어계에는 이러한 검출부가 없다.

문제 76
목표값이 미리 정해진 시간적 변화를 하는 경우 제어량을 그것에 추종시키기 위한 제어는?
1시퀀스제어
2정지제어
3비율제어
4프로그래밍제어
정답 및 해설

목표값이 미리 정해진 시간적 변화를 따르고 제어량이 이를 추종하도록 하는 제어를 프로그래밍제어(프로그램제어)라 한다.

문제 77
극수가 4 이고 슬립이 6%인 유도전동기를 어느 공장에서 운전하고자 할 때 예상되는 회전수는 약 몇 rpm 인가?
11300
21400
31700
41800
정답 및 해설

동기속도는 Ns=120fP=120×604=1800rpmN_s=\dfrac{120f}{P}=\dfrac{120\times60}{4}=1800\,\mathrm{rpm}이다. 슬립 6%를 적용하면 회전수는 N=Ns(1s)=1800×0.941700rpmN=N_s(1-s)=1800\times0.94\approx1700\,\mathrm{rpm}이다.

문제 78
전력에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
1단위는 J/s 이다.
2단위시간의 전기 에너지이다.
3공률과 같은 단위를 갖는다.
4열량으로 환산할 수 있다.
정답 및 해설
전력은 단위시간당 전기에너지, 즉 일률이므로 단위가 W = J/s이고 공률(일률)과 같은 단위를 갖는다. 열량으로 환산되는 것은 전력에 시간을 곱한 전력량이므로, 전력 자체를 열량으로 환산할 수 있다는 설명은 옳지 않다.
문제 79

배관의 세정 방식에 관한 설명으로 틀린 것은?

1화학(산) 세정 후에는 중화·방청 처리를 생략하고 즉시 통수하여 사용해도 된다.
2플러싱(flushing)은 관 내에 물을 높은 유속으로 흘려보내 이물질을 관 밖으로 배출하는 방법이다.
3피그(pig) 세정은 관 내에 피그를 삽입하고 유체 압력으로 이동시켜 관 내면의 부착물을 긁어내는 방법이다.
4화학 세정은 산·알칼리 등의 세정액을 순환시켜 스케일이나 녹을 용해·제거하는 방법이다.
정답 및 해설

산 세정 후 관 내에는 산 잔류액과 활성화된 금속면이 남아 그대로 통수하면 급격한 재부식(플래시 러스트)이 일어난다. 반드시 수세(린스) 후 중화제로 중화하고 방청(부동태화) 처리까지 마친 다음 통수해야 하므로, 화학(산) 세정 후 중화·방청 처리를 생략하고 즉시 통수해도 된다는 설명이 틀리다. 고유속으로 이물질을 배출하는 플러싱, 유체 압력으로 피그를 관 내로 통과시켜 부착물을 긁어내는 피그 세정, 산·알칼리 세정액으로 스케일을 용해하는 화학 세정의 정의는 모두 옳다. [근거] 배관 세정 일반 — 산세정 표준 공정(세정→수세→중화→방청), 플러싱·피그 세정 정의

문제 80

배관용 도료에 관한 설명으로 틀린 것은?

1광명단 도료는 연단을 보일유에 개어 만들며 밀착력이 좋아 녹 방지 초벌(프라이머)용으로 널리 쓰인다.
2알루미늄 도료는 알루미늄 분말과 유성 바니시로 만들며 열을 잘 반사하므로 방열기 표면 도장에 적합하다.
3합성수지 도료 중 프탈산계·실리콘수지계 도료는 내열성이 있어 증기관 등의 도장에 사용된다.
4광명단 도료는 인체에 무해하므로 음료수(상수) 배관의 내면 도장에 적합하다.
정답 및 해설

광명단(연단, Pb₃O₄)은 납 화합물로 유독하므로 음료수 배관의 내면 등 위생이 요구되는 곳에는 사용할 수 없다. 따라서 광명단 도료가 인체에 무해하여 음료수(상수) 배관의 내면 도장에 적합하다는 설명이 틀리다. 광명단이 밀착력·방청력이 우수하여 다른 도료의 초벌(프라이머)용으로 쓰인다는 설명, 알루미늄(은분) 도료가 열 반사·확산성이 좋아 방열기 표면 도장에 적합하다는 설명, 프탈산계·실리콘수지계 합성수지 도료가 내열성이 있어 증기관 등의 도장에 사용된다는 설명은 모두 옳다. [근거] 배관 도료 일반 — 광명단(연단)=납계 유독·프라이머용, 알루미늄 도료=열반사 방열기용, 합성수지 도료=내열용

공조냉동기계기사 필기 기출문제모두CBT · moducbt.com

26년 1회차

80문항 · 객관식 · 정답·해설 포함
문제 1
열역학 과정을 비가역으로 만드는 인자가 아닌 것은?
1마찰
2열의 일당량
3유한한 온도 차에 의한 열전달
4두 개의 서로 다른 물질의 혼합
정답 및 해설

비가역성을 만드는 요인에는 마찰, 유한한 온도차에 의한 열전달, 서로 다른 물질의 혼합 등이 있다. 열의 일당량은 열과 일의 단위를 환산하는 상수일 뿐 비가역성을 유발하는 물리적 요인이 아니다.

문제 2
시간당 380ton의 물을 공급하여 수증기를 생산하는 보일러가 있다. 이 보일러에 공급하는 물의 엔탈피는 830kJ/kg이고, 생산되는 수증기의 엔탈피가 3230kJ/kg이라고 할 때, 발열량이 32000kJ/kg인 석탄을 시간당 34ton 씩 보일러에 공급한다면 이 보일러의 효율로 적절한 것은?
122.6%
239.5%
372.3%
483.8%
정답 및 해설

보일러 효율은 생산된 수증기의 총 열량 / 공급된 연료의 총 발열량으로 계산된다. 먼저 물을 수증기로 변환하는 데 필요한 에너지를 구하면, 시간당 380ton의 물에 대해 (3230 − 830) × 380,000kg = 912,400,000kJ이다. 다음으로 공급된 석탄의 총 발열량은 32,000kJ/kg × 34,000kg = 1,088,000,000kJ이다. 따라서 보일러 효율 = 912,400,000 ÷ 1,088,000,000 = 0.838 = 83.8%이다.

문제 3
다음 중 열병합발전시스템에 대한 설명으로 적절한 것은?
1증기 동력 시스템에서 전기와 함께 공정용 또는 난방용 스팀을 생산하는 시스템이다.
2증기 동력 사이클 상부에 고온에서 작동하는 수은 동력 사이클을 결합한 시스템이다.
3가스 터빈에서 방출되는 폐열을 증기동력 사이클의 열원으로 사용하는 시스템이다.
4한 단의 재열사이클과 여러 단의 재생사이클의 복합 시스템이다.
정답 및 해설

열병합발전(cogeneration)은 전력 생산과 동시에 유용한 열을 회수·활용하는 시스템이다. 보기 1은 증기 동력 시스템에서 발전기를 통해 전기를 생산하면서 동시에 공정용 또는 난방용 스팀을 추출하여 공급하는 것으로, 열병합발전의 정의와 정확히 일치한다. 보기 2의 수은 동력 사이클 결합은 밤톱 사이클(bottoming cycle)의 설명이며, 보기 3의 가스터빈 폐열 활용은 복합 사이클(combined cycle)의 설명이고, 보기 4의 재열·재생 사이클 복합은 랑킨 사이클의 효율 개선 기법일 뿐 열병합발전의 핵심 특징이 아니다.

문제 4
이상기체에 대한 설명으로 옳은 것은?
1이상기체 상태방정식은 충분히 낮은 밀도를 갖는 기체에 대해 적용할 수 있다.
2실제기체에 대해서 이상기체 상태방정식을 적용할 수 없다.
3압축성 계수가 0일 경우는 이상기체로 간주할 수 있다.
4공기는 항상 이상기체로 간주할 수 있다.
정답 및 해설

이상기체 상태방정식은 분자 자체의 부피와 분자 간 인력을 무시할 수 있다는 가정에서 유도되므로, 압력이 낮고 밀도가 충분히 낮은 영역에서 실제기체에도 근사적으로 잘 들어맞는다. 실제기체라도 이 조건이면 적용할 수 있으므로 적용 불가라는 서술은 옳지 않고, 이상기체로 볼 수 있는 조건은 압축성 계수가 0이 아니라 1에 가까울 때이며, 공기도 고압·저온에서는 이상기체로 볼 수 없다.

문제 5
10℃에서 160℃까지의 공기의 평균 정적비열이 0.7315kJ/kg·℃이다. 이 온도 변화에서 공기 1kg의 내부에너지 변화로 적절한 것은?
1107.1 kJ
2109.7 kJ
3120.6 kJ
4121.7 kJ
정답 및 해설

내부에너지 변화는 ΔU=mcvΔT\Delta U = m \cdot c_v \cdot \Delta T 공식으로 구한다. 주어진 평균 정적비열 0.7315 kJ/kg·℃를 사용하여 공기 1kg의 온도 변화 ΔT = 160 - 10 = 150℃에 대해 계산하면, ΔU=1×0.7315×150=109.725 kJ109.7 kJ\Delta U = 1 \times 0.7315 \times 150 = 109.725 \text{ kJ} \approx 109.7 \text{ kJ}이다. 따라서 공기 1kg의 내부에너지 변화는 약 109.7 kJ이다.

문제 6
교축과정(Throttling Process)에 있어서 처음 상태와 최종 상태의 엔탈피는 어떻게 되는가?
1처음 상태가 크다.
2최종 상태가 크다.
3같다.
4경우에 따라 다르다.
정답 및 해설

교축과정은 단열이며 외부에 일을 하지 않고 위치·운동에너지 변화도 무시할 수 있는 정상유동과정이므로 처음 상태와 최종 상태의 엔탈피는 서로 같다.

문제 7
1.2 MPa, 300℃의 과열증기가 있다. 이 증기의 질량유량 18,000 ㎏/h를 속도 30 m/s로 보내려면 지름 몇 cm의 관이 필요한가? (단, 1.2 MPa, 300℃ 과열증기의 비체적은 0.2183 m3/kg 이다.)
118.6
212.5
320.6
421.5
정답 및 해설

질량유량을 18000kg/h=5kg/s18000\,\mathrm{kg/h}=5\,\mathrm{kg/s}로 바꾸고 비체적을 곱하면 체적유량은 5×0.21831.092m3/s5\times0.2183\approx1.092\,\mathrm{m^3/s}이다. 속도 30 m/s로 나눈 단면적에서 지름을 구하면 d=4Aπ21.5cmd=\sqrt{\dfrac{4A}{\pi}}\approx21.5\,\mathrm{cm}이다.

문제 8
다음 ( ) 안의 물질 중 엔트로피가 증가한 경우는?
1컵에 있는 (물)이 증발하였다.
2목욕탕의 (수증기)가 차가운 타일 벽에 물로 응결되었다.
3실린더 안의 (공기)가 가역 단열적으로 팽창되었다
4뜨거운 (커피)가 식어서 주위온도와 같게 되었다.
정답 및 해설

물이 증발하여 기체(수증기)로 상변화하면 분자의 무질서도가 커져 그 물질 자체의 엔트로피가 증가한다. 응결·가역단열팽창·주위와 열평형은 각각 엔트로피 감소, 불변, 감소에 해당한다.

문제 9
초기온도와 압력이 50℃, 600kPa인 단위 중량의 질소가 100kPa까지 가역 단열팽창 하였다. 이 때 온도는 몇 K 인가? (단, 비열비 k=1.4 이다.)
1194
2294
3467
4539
정답 및 해설

가역단열(등엔트로피) 팽창에서는 T2=T1(P2P1)(k1)/kT_2=T_1\left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^{(k-1)/k}이다. T1=323KT_1=323\,\mathrm{K}, P2/P1=100/600P_2/P_1=100/600, k=1.4k=1.4를 대입하면 T2323×0.599194KT_2\approx323\times0.599\approx194\,\mathrm{K}이다.

문제 10
주위의 온도가 27℃일 때, -73℃에서 1kJ의 냉동효과를 얻으려 한다. 냉동 사이클을 구동하는데 필요한 최소일은 얼마인가?
12 kJ
21.5 kJ
31 kJ
40.5 kJ
정답 및 해설

카르노 냉동사이클의 성능계수는 COP=TLTHTL=200300200=2COP=\dfrac{T_L}{T_H-T_L}=\dfrac{200}{300-200}=2이다. 냉동효과 1 kJ을 얻는 데 필요한 최소일은 W=QL/COP=1/2=0.5kJW=Q_L/COP=1/2=0.5\,\mathrm{kJ}이다.

문제 11
전압기준 국부저항계수 ζT\zeta_T 와 정압기준 국부저항계수 ζS\zeta_S 와의 관계를 바르게 나타낸 것은? (단, 덕트 상류 풍속은 v1, 하류 풍속은 v2 이다.)
1
2
3
4
정답 및 해설

국부저항의 정압손실은 전압손실에서 동압 변화분을 뺀 값이므로, 상류 동압 기준으로 정리하면 ζT=ζS+1(v2v1)2\zeta_T = \zeta_S + 1 - \left(\dfrac{v_2}{v_1}\right)^2의 관계가 성립한다. 즉 상하류 풍속이 같을 때(v1=v2v_1 = v_2)에만 전압기준과 정압기준 국부저항계수가 일치한다.

문제 12
다음 중 열역학적 상태량이 아닌 것은?
1기체상수
2정압비열
3엔트로피
4압력
정답 및 해설

기체상수는 특정 기체마다 정해진 고유한 값(상수)일 뿐 계의 상태에 따라 달라지는 상태량이 아니다. 정압비열, 엔트로피, 압력은 모두 계의 상태에 따라 정해지는 열역학적 상태량이다.

문제 13
공기가 20 m/s의 속도로 풍차 속으로 유입되고, 6 m/s의 속도로 유출된다. 공기 1 kg 당 풍차가 한 일은?
1182 J/kg
2224 J/kg
3241 J/kg
4340 J/kg
정답 및 해설

풍차가 공기로부터 얻는 일은 유입·유출 속도의 운동에너지 차이로 계산한다. w=V12V222=202622=182J/kgw = \dfrac{V_1^2-V_2^2}{2} = \dfrac{20^2-6^2}{2} = 182\,\mathrm{J/kg}이다.

문제 14
동일한 덕트 장치에서 송풍기의 날개의 직경이 d1, 전동기 동력이 L1인 송풍기를 직경 d2로 교환했을 때 동력의 변화로 옳은 것은? (단, 회전수는 일정하다.)
1
2
3
4
정답 및 해설

송풍기 상사법칙에서 회전수가 일정할 때 풍량은 날개 직경의 세제곱, 압력은 제곱, 동력은 5제곱에 비례한다. 따라서 직경을 d1d_1에서 d2d_2로 바꾸면 동력은 L2=L1(d2d1)5L_2 = L_1\left(\dfrac{d_2}{d_1}\right)^5로 변화한다.

문제 15
초기에 300 K, 150 kPa 인 공기 0.5 m3을 등온과정으로 600 kPa까지 천천히 압축하였다. 이 과정동안 일을 계산하면?
1-104 kJ
2-208 kJ
3-52 kJ
4-312 kJ
정답 및 해설

등온과정의 일은 W=P1V1lnV2V1=P1V1lnP1P2W = P_1V_1\ln\dfrac{V_2}{V_1} = P_1V_1\ln\dfrac{P_1}{P_2}이다. P1V1=150×0.5=75kJP_1V_1=150\times0.5=75\,\mathrm{kJ}, P1/P2=150/600=0.25P_1/P_2=150/600=0.25를 대입하면 W=75ln0.25104kJW=75\ln0.25\approx-104\,\mathrm{kJ}로, 압축되므로 음(-)의 값이 된다.

문제 16
열교환기의 1차 측에서 100kPa의 공기가 50℃로 들어가서 30℃로 나온다. 공기의 질량유량은 0.1 kg/s이고, 정압비열은 1 kJ/kgㆍK로 가정한다. 2차 측에서 물은 10℃로 들어가서 20℃로 나온다. 물의 정압비열은 4 kJ/kgㆍK로 가정한다. 물의 질량유량은?
10.005 kg/s
20.01 kg/s
30.05 kg/s
40.10 kg/s
정답 및 해설

열교환기 1차측이 잃는 열량은 Q=m˙1Cp1Δt1=0.1×1×20=2kWQ=\dot m_1 C_{p1}\Delta t_1=0.1\times1\times20=2\,\mathrm{kW}이다. 이 열량을 2차측 물이 그대로 얻으므로 m˙2=Q/(Cp2Δt2)=2/(4×10)=0.05kg/s\dot m_2 = Q/(C_{p2}\Delta t_2)=2/(4\times10)=0.05\,\mathrm{kg/s}이다.

문제 17
6 냉동톤 냉동기의 성적계수가 3 이다. 이때 필요한 동력은 몇 kW인가? (단, 1 냉동톤은 3.85 kW이다.)
14.4
25.7
36.7
47.7
정답 및 해설

냉동부하는 QL=6×3.85=23.1kWQ_L=6\times3.85=23.1\,\mathrm{kW}이고, 성적계수 정의에서 소요동력은 W=QL/COP=23.1/3=7.7kWW=Q_L/COP=23.1/3=7.7\,\mathrm{kW}이다.

문제 18
카르노사이클로 작동되는 열기관이 200kJ의 열을 200℃에서 공급받아 20℃에서 방출한다면 이 기관의 일은 약 얼마인가?
120 kJ
276 kJ
3124 kJ
4180 kJ
정답 및 해설

카르노사이클의 열효율은 η=1TLTH=12934730.381\eta=1-\dfrac{T_L}{T_H}=1-\dfrac{293}{473}\approx0.381이므로 기관이 한 일은 W=ηQH=0.381×20076kJW=\eta Q_H=0.381\times200\approx76\,\mathrm{kJ}이다.

문제 19

덕트 설계법에 관한 설명으로 틀린 것은?

1정압재취득법은 각 취출구 직전마다 부스터 송풍기를 설치하여 부족한 정압을 보충하는 설계법이다.
2등마찰손실법(등압법)은 덕트 단위길이당 마찰손실이 일정하도록 치수를 정하며, 저속덕트 설계에 가장 널리 사용된다.
3일반 공조용 저속덕트를 등압법으로 설계할 때 단위 마찰손실은 약 1 Pa/m(0.1 mmAq/m)를 기준으로 한다.
4등속법은 덕트 각 구간의 풍속을 일정하게 유지하는 방법으로, 분진·시료 반송용 덕트에 적합하다.
정답 및 해설

정압재취득법은 주덕트에서 분기·취출될 때마다 풍속이 감소하면서 회복(재취득)되는 정압 상승분을 다음 구간의 마찰손실에 충당하도록 설계하는 방법으로, 각 취출구의 정압이 거의 균일해져 풍량 밸런싱에 유리하다. 부스터 송풍기를 설치하는 방식이 아니다. [근거] 덕트 설계법 — 등속법·등마찰손실법(0.08~0.15 mmAq/m 기준)·정압재취득법

문제 20

어느 천장 취출구에서 1차 공기 200 m³/h가 취출되면서 실내공기(2차 공기) 600 m³/h를 유인하여 혼합되었다. 이 취출구의 유인비는?

10.25
20.75
33
44
정답 및 해설

유인비 K=TAPA=1차공기+2차공기1차공기=200+600200=4K = \dfrac{TA}{PA} = \dfrac{1차공기 + 2차공기}{1차공기} = \dfrac{200+600}{200} = 4. 검산: 유인비 4 × 1차 공기 200 = 800 m³/h = 200 + 600으로 전공기량과 일치. 3은 2차/1차, 0.25는 1차/전공기로 잘못 계산한 값이다. [근거] 유인비 = 전공기량(TA)/1차 공기량(PA)

문제 21
에어컨을 이용하여 실내의 열을 외부로 방출하려한다. 실외 35℃, 실내 20℃인 조건에서 실내로부터 3kW의 열을 방출하려 할 때 필요한 에어컨의 동력은 얼마인가? (단, Carnot cycle을 가정한다.)
10.154 k
21.54 kW
315.4 kW
4154 kW
정답 및 해설

실내(20℃)에서 실외(35℃)로 열을 뽑아내는 카르노 냉동사이클의 성능계수는 COP=TLTHTL=29330829319.5COP=\dfrac{T_L}{T_H-T_L}=\dfrac{293}{308-293}\approx19.5이다. 필요한 동력은 W=QL/COP=3/19.50.154kWW=Q_L/COP=3/19.5\approx0.154\,\mathrm{kW}이다.

문제 22
수은주에 의해 측정된 대기압이 753mmHg일 때 진공도 90%의 절대 압력으로 적절한 것은? (단, 중력가속도는 9.8m/s2, 수은의 밀도는 13600kg/m3이다.)
1약 200.08kPa
2약 190.08kPa
3약 100.04kPa
4약 10.04kPa
정답 및 해설

대기압은 Patm=ρgh=13600×9.8×0.753100.4kPaP_{atm}=\rho g h=13600\times9.8\times0.753\approx100.4\,\mathrm{kPa}이다. 진공도 90%는 절대압력이 대기압의 10%임을 뜻하므로 Pabs=100.4×0.110.04kPaP_{abs}=100.4\times0.1\approx10.04\,\mathrm{kPa}이다.

문제 23
증기압축 냉동장치에서 증발기를 지나는 냉매의 물리적 변화로서 적절한 것은? (단, 냉동장치는 이상적인 냉동사이클을 따른다)
1압력이 증가한다.
2엔트로피가 감소한다.
3엔탈피가 증가한다.
4비체적이 감소한다.
정답 및 해설

증기압축 냉동장치의 이상적 냉동사이클(역 랭킹사이클)에서 증발기는 저압·저온 구간에 해당하며, 냉매가 액체에서 기체로 상변화하는 등온·등압 과정이다. 1번 압력은 증발기 내에서 일정하므로 증가하지 않는다. 2번 엔트로피는 액체가 기체로 변하면서 분자의 무질서도가 증가하여 증가한다(감소하지 않음). 4번 비체적(단위질량당 부피)은 액체에서 기체로 상변화하면서 크게 증가한다(감소하지 않음). 3번 엔탈피는 증발기에서 저온의 냉방실로부터 열을 흡수하는 과정이므로 엔탈피가 증가한다.

문제 24
8℃의 이상기체를 가역단열 압축하여 그 체적을 1/5로 하였을 때 기체의 온도는 몇 ℃로 되겠는가? (단, k=1.4 이다.)
1-125℃
2294℃
3222℃
4262℃
정답 및 해설

가역단열압축에서 T2=T1(V1V2)k1=281×50.4535KT_2=T_1\left(\dfrac{V_1}{V_2}\right)^{k-1}=281\times5^{0.4}\approx535\,\mathrm{K}이며, 섭씨로 환산하면 약 262℃이다.

문제 25
잘 단열된 노즐에서 공기가 0.45 MPa에서 0.15 MPa로 팽창한다. 노즐 입구에서 공기의 속도는 50 m/s, 온도는 150℃이며 출구에서의 온도는 45℃이다. 출구에서의 공기 속도는? (단, 공기의 정압비열과 정적비열은 1.0035 kJ/kgㆍK, 0.7165 kJ/kgㆍK 이다.)
1약 350 m/s
2약 363 m/s
3약 445 m/s
4약 462 m/s
정답 및 해설

단열노즐의 에너지식 V22=V12+2Cp(T1T2)V_2^2=V_1^2+2C_p(T_1-T_2)에서 V22=502+2×1003.5×(423318)213,235V_2^2=50^2+2\times1003.5\times(423-318)\approx213{,}235이므로 V2462m/sV_2\approx462\,\mathrm{m/s}이다.

문제 26
계가 비가역 사이클을 이룰 때 클라우지우스(Clausius)의 적분을 옳게 나타낸 것은? (단, T는 온도, Q는 열량이다.)
1
2
3
4
정답 및 해설

클라우지우스 부등식에 따라 사이클 적분 δQT\oint\dfrac{\delta Q}{T}는 가역 사이클에서 0이고, 비가역 사이클에서는 0보다 작다. 즉 비가역 사이클에서는 δQT<0\oint\dfrac{\delta Q}{T} < 0이 성립하며, 이는 엔트로피 증가 원리의 근거가 된다.

문제 27
물 2kg을 30℃에서 80℃까지 가열하였다. 이 과정 동안의 엔트로피 변화량으로 적절한 것은? (단, 물의 비열은 4.184kJ/kg· K로 일정하다.)
10.6391kJ/K
21.278kJ/K
34.100kJ/K
48.208kJ/K
정답 및 해설

물의 엔트로피 변화량은 ΔS=mcln(TfTi)\Delta S = m c \ln\left(\frac{T_f}{T_i}\right)로 구한다. 주어진 값: 질량 m = 2kg, 비열 c = 4.184kJ/(kg·K), 초기온도 T_i = 30℃ = 303.15K, 최종온도 T_f = 80℃ = 353.15K이다.
ΔS=2×4.184×ln(353.15303.15)=8.368×ln(1.1649)=8.368×0.1527=1.278 kJ/K\Delta S = 2 \times 4.184 \times \ln\left(\frac{353.15}{303.15}\right) = 8.368 \times \ln(1.1649) = 8.368 \times 0.1527 = 1.278 \text{ kJ/K}
엔트로피 변화량은 온도의 자연로그 비에 질량과 비열의 곱을 곱한 값으로, 절대온도를 사용하여 계산하면 약 1.278kJ/K이다.

문제 28
체적이 0.1m2인 피스톤-실린더 장치 안에 질량 0.5kg의 공기가 430.5kPa 하에 있다. 정압과정으로 가열하여 온도 가 400K가 되었다. 이 과정 동안의 일과 열전달량은? (단, 공기는 이상기체이며, 기체상수는 0.287kJ/kg-K, 정압비열은 1.004kJ/kg·K 이다.)
114.35kJ, 35.85kJ
214.35kJ, 50.20kJ
343.05kJ, 78.90kJ
443.05 kJ, 64.55 kJ
정답 및 해설

초기온도는 T1=PV/mR=430.5×0.1/(0.5×0.287)300KT_1=PV/mR=430.5\times0.1/(0.5\times0.287)\approx300\,\mathrm{K}이다. 정압과정이므로 일은 W=mRΔT=0.5×0.287×100=14.35kJW=mR\Delta T=0.5\times0.287\times100=14.35\,\mathrm{kJ}, 열전달량은 Q=mCpΔT=0.5×1.004×100=50.2kJQ=mC_p\Delta T=0.5\times1.004\times100=50.2\,\mathrm{kJ}이다.

문제 29
밀폐된 실린더 내의 기체를 피스톤으로 압축하여 300kJ의 열이 발생하였다. 압축일량이 400kJ이라면 내부에너지 증가는?
1100 kJ
2300 kJ
3400 kJ
4700 kJ
정답 및 해설

계가 방출한 열은 Q=300kJQ=-300\,\mathrm{kJ}, 압축으로 계에 가해진 일은 W=400kJW=-400\,\mathrm{kJ}(계 기준)이다. 에너지보존식 ΔU=QW\Delta U=Q-W에 대입하면 ΔU=300(400)=100kJ\Delta U=-300-(-400)=100\,\mathrm{kJ}로 내부에너지는 증가한다.

문제 30
증기압축식 냉동사이클용 냉매의 성질로 적당하지 않은 것은?
1증발잠열이 크다.
2임계온도가 상온보다 충분히 높다.
3증발압력이 대기압 이상이다.
4응고온도가 상온 이상이다.
정답 및 해설

냉매는 증발압력이 대기압보다 높고 응고온도가 상온보다 충분히 낮아야 저온에서도 얼지 않고 사용할 수 있다. 응고온도가 상온 이상이라는 것은 상온에서 냉매가 얼어버릴 수 있다는 뜻이므로 바람직한 성질이 아니다.

문제 31
카르노 사이클(Carnot cycle)은 다음 가역과정으로 이루어져 있다. 어느 것인가?
1두개의 등온과정과 두개의 단열과정
2두개의 정압과정과 두개의 정적과정
3두개의 정적과정과 두개의 단열과정
4두개의 등온과정과 두개의 정적과정
정답 및 해설

카르노사이클은 등온팽창, 단열팽창, 등온압축, 단열압축의 두 개의 등온과정과 두 개의 단열과정으로 이루어진 가역 사이클이다.

문제 32
실린더 내의 공기가 200 kPa, 10 ℃ 상태에서 600 kPa 이 될 때까지 "PV1.3 = 일정" 인 과정으로 압축된다. 공기의 질량이 3 kg 이라면 이 과정 중 공기가 한 일은?
1-23.5 kJ
2-235 kJ
312.5 kJ
4125 kJ
정답 및 해설

폴리트로픽 압축의 출구온도는 T2=T1(P2P1)(n1)/n=283×30.3/1.3365KT_2=T_1\left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^{(n-1)/n}=283\times3^{0.3/1.3}\approx365\,\mathrm{K}이다. 폴리트로픽 과정의 일은 W=mR(T1T2)n1=3×0.287×(283365)0.3235kJW=\dfrac{mR(T_1-T_2)}{n-1}=\dfrac{3\times0.287\times(283-365)}{0.3}\approx-235\,\mathrm{kJ}로, 압축이므로 음(-)의 값이 된다.

문제 33
일과 열의 출입이 없는 계에서 비가역과정(irreversible process)이 존재하면 엔트로피는?
1항상 일정하다.
2항상 감소한다.
3항상 증가한다.
4때로는 증가하고 때로는 감소한다.
정답 및 해설

일과 열의 출입이 없는 고립계에서는 전체 엔트로피가 감소할 수 없으며, 비가역과정이 존재하면 엔트로피는 항상 증가한다.

문제 34
0.5 MPa, 375℃의 수증기의 정압 비열(kJ/kg·K)은? (단, 0.5 MPa, 350℃에서 엔탈피 h=3167.7kJ/kg·K이고 0.5 MPa, 400℃에서 엔탈피 h=3271.9 kJ/kg·K이다. 수증기는 이상기체로 가정한다.)
11.042
22.084
34.168
48.742
정답 및 해설

정압비열은 압력이 일정한 상태에서 온도에 대한 엔탈피 변화율이므로 CpΔhΔT=3271.93167.7400350=104.2502.084kJ/kgKC_p\approx\dfrac{\Delta h}{\Delta T}=\dfrac{3271.9-3167.7}{400-350}=\dfrac{104.2}{50}\approx2.084\,\mathrm{kJ/kg\cdot K}이다.

문제 35
다음 중 터보압축기의 용량(능력)제어 방법이 아닌 것은?
1회전속도에 의한 제어
2흡입 댐퍼에 의한 제어
3부스터에 의한 제어
4흡입 가이드 베인에 의한 제어
정답 및 해설

터보압축기의 용량제어는 회전속도 제어, 흡입 댐퍼 제어, 흡입 가이드 베인 제어 등을 통해 흡입유량이나 냉매 흐름 특성을 조절하는 방식으로 이루어진다.

부스터는 저압측을 보강하기 위한 별도의 압축단 장치로, 터보압축기 자체의 용량제어 방법에는 해당하지 않는다.

문제 36
여름철 냉방으로 인한 전력 부하 상승은 발전 시스템에 큰 부담이 되고 있다. 이러한 관점에서 천연가스를 열원으로 사용하는 흡수식 냉동기에 관심이 집중되고 있다. 흡수식 냉동기에 대한 다음 설명 중 잘못된것은?
1일반적으로 암모니아를 냉매로 사용한다.
2액체를 가압하므로 소요되는 일이 매우 적다.
3증기 압축 냉동기에 비해 더 많은 정비가 필요하므로 장치가 복잡하다.
4흡수기에서 열을 발생시키기 위하여 열원이 필요하다.
정답 및 해설

흡수식 냉동기는 압축기 대신 흡수기·펌프·재생기(발생기)를 써서 천연가스 등의 열을 구동원으로 삼는 냉동기다. 작동 유체 쌍은 암모니아를 냉매로 하고 물을 흡수제로 하는 계와, 물을 냉매로 하고 리튬브로마이드 수용액을 흡수제로 하는 계가 대표적인데, 이 문항처럼 열역학 관점에서 다루는 흡수식 냉동기의 표준형은 암모니아-물 계이므로 일반적으로 암모니아를 냉매로 사용한다는 것은 잘못된 설명이 아니다(공조용 대형 냉수기에서는 물-리튬브로마이드 계가 널리 쓰인다). 또한 기체를 압축하는 대신 액체 상태의 용액을 펌프로 가압하므로 소요되는 일이 매우 작고, 증기 압축식보다 장치가 복잡해 정비 부담이 큰 것도 사실이다.

반면 외부 열원이 필요한 곳은 흡수기가 아니라 재생기다. 재생기에서는 열을 가해 용액으로부터 냉매 증기를 분리해 내며, 흡수기에서는 흡수 과정에서 오히려 열이 발생하므로 냉각수 등으로 열을 제거해 주어야 한다. 따라서 어느 작동 유체 계를 기준으로 하더라도, 흡수기에서 열을 발생시키기 위하여 열원이 필요하다는 설명이 유일하게 잘못된 것이다.

문제 37
프레온 냉매를 사용하는 냉동장치에 공기가 침입하면 어떤 현상이 일어나는가?
1고압 압력이 높아지므로 냉매 순환량이 많아지고 냉동능력도 증가한다.
2냉동톤당 소요동력이 증가한다.
3고압 압력은 공기의 분압만큼 낮아진다.
4배출가스의 온도가 상승하므로 응축기의 열통과율이 높아지고 냉동능력도 증가한다.
정답 및 해설

프레온 냉동장치에 불응축가스인 공기가 침입하면 응축기 내 전체 압력은 냉매 분압과 공기 분압의 합이 되어 고압(응축압력)이 상승한다. 응축압력이 오르면 압축기의 압축비가 커지고, 이로 인해 냉동능력에 대한 소요동력, 즉 냉동톤당 소요동력이 증가한다.

이때 냉동능력 자체는 커지지 않으며 오히려 성능이 저하되므로, 고압이 높아지면서 냉동능력도 증가한다거나 고압이 공기 분압만큼 낮아진다는 설명은 옳지 않다.

문제 38
100kPa, 20℃의 물을 매시간 3000kg씩 500kPa로 공급하기 위하여 소요되는 펌프의 동력은 약 몇 kW인가? (단, 펌프의 효율은 70%로 물의 비체적은 0.001m3/kg으로 본다.)
10.33
20.48
31.32
42.48
정답 및 해설

펌프 동력은 W=m˙vΔPηW=\dfrac{\dot m \cdot v \cdot \Delta P}{\eta}이다. m˙=3000/36000.833kg/s\dot m=3000/3600\approx0.833\,\mathrm{kg/s}, ΔP=400kPa\Delta P=400\,\mathrm{kPa}를 대입하면 W=0.833×0.001×4000.70.48kWW=\dfrac{0.833\times0.001\times400}{0.7}\approx0.48\,\mathrm{kW}이다.

문제 39

27℃의 이상기체를 가역 단열 압축하여 체적을 처음의 1/4로 줄였을 때 기체의 온도는 약 몇 ℃가 되는가? (단, 비열비 k = 1.4이다.)

1189℃
2209℃
3229℃
4249℃
정답 및 해설

가역 단열과정에서 T2=T1(V1V2)k1T_2 = T_1\left(\dfrac{V_1}{V_2}\right)^{k-1} T1=300KT_1 = 300\,\mathrm{K}, 체적비 V1V2=4\dfrac{V_1}{V_2} = 4이므로 T2=300×40.4=300×20.8300×1.741=522.3K249CT_2 = 300 \times 4^{0.4} = 300 \times 2^{0.8} \fallingdotseq 300 \times 1.741 = 522.3\,\mathrm{K} \fallingdotseq 249\,^\circ\mathrm{C} [검산·역산] 522.3300=1.741\dfrac{522.3}{300} = 1.741, log1.741=0.2408=0.4×log4(=0.4×0.6021)\log 1.741 = 0.2408 = 0.4 \times \log 4\,(=0.4 \times 0.6021) ✓ [근거] 가역 단열과정 온도-체적 관계식 T·V^(k-1)=일정

문제 40

랭킨(Rankine) 사이클의 열효율에 대한 설명으로 옳은 것은?

1응축기의 압력을 낮추면 이론 열효율이 증가한다
2보일러의 압력을 높이면 이론 열효율은 감소한다
3터빈 입구의 증기 온도를 높이면 이론 열효율은 감소한다
4재열사이클을 적용하면 열효율과는 무관하며 터빈 출구의 건도만 감소한다
정답 및 해설

랭킨 사이클의 열효율은 보일러 압력(초압)을 높일수록, 터빈 입구 증기온도(초온)를 높일수록, 응축기 압력(배압)을 낮출수록 증가한다. 따라서 응축기의 압력을 낮추면 이론 열효율이 증가한다는 설명이 옳다. 보일러의 압력을 높이면 열효율이 감소한다는 설명과 터빈 입구의 증기 온도를 높이면 열효율이 감소한다는 설명은 반대로 틀렸으며, 응축압력을 낮추면 방열 평균온도가 낮아져 효율이 올라가는 대신 터빈 출구 건도가 낮아지는 문제가 있다. 재열사이클은 터빈 출구 건도를 높이면서(습분 감소) 열효율도 개선하므로, 재열사이클이 열효율과 무관하며 터빈 출구 건도만 감소시킨다는 설명도 틀리다. [근거] 랭킨 사이클 열효율 향상 조건(초압↑·초온↑·배압↓)과 재열의 효과

문제 41
공기조화 덕트설계와 관계가 없는 것은?
1공기의 온도[℃]
2풍속[㎧]
3풍량[m3/h]
4마찰손실[㎜Aq]
정답 및 해설

덕트설계는 필요풍량, 허용풍속, 단위길이당 마찰손실을 바탕으로 덕트 치수를 정하는 과정이며, 공기의 온도는 덕트 치수 산정과는 직접적인 관계가 없다.

문제 42
다음의 공조기 냉수코일 설계에 대한 설명 중 틀린 것은?
1공기류와 수류의 방향은 역류가 되도록 한다.
2대수평균온도차는 가능한한 작게 한다.
3코일을 통과하는 공기의 전면풍속은 2 ~3로 한다.
4코일의 설치는 관이 수평으로 놓이게 한다.
정답 및 해설

냉수코일은 공기와 냉수가 역류하도록 배치하고 코일을 통과하는 전면풍속은 2~3 m/s, 관은 수평으로 설치하는 것이 기본이다. 대수평균온도차(LMTD)는 오히려 크게 확보해야 열교환 성능과 코일 크기 면에서 유리하므로 작게 한다는 설명은 틀렸다.

문제 43
증기난방 방식에 대한 설명 중 틀린 것은?
1배관방법에 따라 단관식과 복관식이 있다.
2환수방식에 따라 중력환수식과 진공환수식, 가계환수식으로 구분한다.
3제어성이 온수에 비해 양호하다.
4부하기기에서 증기를 응축시켜 응축수만을 배출한다.
정답 및 해설

증기난방은 단관식·복관식 배관과 중력환수·진공환수·기계환수 방식으로 구분되며 부하기기에서 응축된 응축수만 배출하는 것은 맞지만, 증기의 응축잠열을 이용하는 특성상 부하 변동에 따른 세밀한 방열량 조절이 어려워 제어성은 온수난방보다 오히려 떨어진다.

문제 44
다음 증기난방의 분류법에 해당되지 않는 것은?
1응축수 환수법
2증기 공급법
3증기 압력
4지역냉난방법
정답 및 해설

증기난방은 응축수 환수법, 증기 공급법(배관방식), 증기 압력(고압·저압)에 따라 분류한다. 지역냉난방법은 열원 공급 범위에 대한 분류로 증기난방 자체의 분류기준이 아니다.

문제 45
각종 공기조화방식 중에서 개별방식의 특징으로 적절한 것은?
1수명은 대형기기에 비하여 짧다.
2외기냉방이 어느 정도 가능하다.
3실 건축구조 변경이 어렵다.
4냉동기를 내장하고 있으므로 일반적으로 소음이 작다.
정답 및 해설

개별방식(개별공조)은 각 실마다 독립적인 소형 냉난방기(window unit, split unit 등)를 설치하는 방식이다. 보기 1번 수명이 짧다는 것이 정답인 이유는 소형 기기들이 대형 중앙식 냉동기보다 단위당 운전 부하가 집중되고 유지보수가 어려워 상대적으로 수명이 단축되기 때문이다. 보기 2번 외기냉방은 중앙공조에서 가능한 특징이고, 보기 3번 실 구조 변경은 다른 방식들에 비해 개별방식이 배관·덕트 최소화로 오히려 유연하다. 보기 4번은 소형 냉동기 내장으로 실내기와 실외기 간 진동·압축기 소음이 발생하므로 부정확하다.

문제 46
다음은 습공기의 습도 표시 방법을 설명한 것이다. 적절하지 못한 것은?
1절대습도는 건공기중에 포함된 수증기량을 나타낸다.
2수증기분압은 절대습도에 반비례 관계가 있다.
3상대습도는 습공기의 수증기 분압과 포화공기의 수증기 분압과의 비로 나타낸다.
4비교습도는 습공기의 절대습도와 포화공기의 절대습도와의 비로 나타낸다.
정답 및 해설

수증기분압은 절대습도가 클수록 함께 커지는 정비례(비례) 관계이지 반비례 관계가 아니다.

문제 47
덕트의 부속품에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
1댐퍼는 통과풍량의 조정 또는 개폐에 사용되는 기구이다.
2분기덕트 내의 풍량제어용으로는 주로 익형 댐퍼를 사용한다.
3덕트의 곡부에 있어서 덕트의 곡률 반지름이 덕트의 긴변의 1.5배 이내일 때는 가이드 베인을 설치하여 저항을 적게 한다.
4가이드 베인은 곡부의 기류를 세분해서 와류의 크기를 적게 하는 것이 목적이다.
정답 및 해설

분기덕트의 풍량제어에는 주로 스플릿댐퍼(분기댐퍼)나 볼륨댐퍼가 쓰이며, 익형댐퍼는 저항을 적게 하면서 유량을 조절해야 하는 주덕트 등에 주로 사용된다.

문제 48
다음 가습 방법 중 수(木)분무식이 아닌 것은?
1원심식
2초음파식
3분무식
4적외선식
정답 및 해설

수분무식 가습에는 물을 직접 뿌리는 분무식, 원심력으로 물을 흩뿌리는 원심식, 초음파 진동으로 물을 미립화하는 초음파식이 있다. 적외선식은 물을 직접 분무하는 방식이 아니다.

문제 49
지하의 일정깊이로 내려가면 온도가 거의 일정하다는 원리를 이용하여 에너지를 절감하는 지열을 이용한 히트펌프 방식에 대한 특징 중 틀린 것은?
1시스템을 방영구적으로 사용할 수 있다,
2가연성 연료사용으로 인한 폭발이나 화재의 위험이 없다.
3냉난방 비용이 기존 전기나 경유를 이용한 냉난방에 비하여 절약된다.
4연중 냉난방과 온수를 마음대로 사용할 수 없으며 실별 실내온도 조절이 가능하다.
정답 및 해설

지열 히트펌프는 연중 안정적인 지중열원을 이용해 냉난방과 급탕을 자유롭게 사용할 수 있고 실별 온도 조절도 가능한 것이 장점이므로, 이를 사용할 수 없다고 서술한 것은 틀렸다.

문제 50
덕트에 관한 설명 중 올바르지 못한 것은?
1덕트의 아스팩트비는 일반적으로 4 : 1 이하로 하는 것이 좋다.
2곡부의 저항은 이와 동일한 마찰저항이 생기는 직선덕트의 길이로 표현된다. 이를 국부저항의 상당길이라 한다.
3덕트의 국부저항은 곡부 및 분기부 등에서 생기는 와류의 에너지 소비에 따르는 압력손실과 마찰에 의한 압력손실을 합한 것이다.
4원형덕트와 동일한 풍량, 동일한 단위길이당 마찰저항에서 구한 장방형 덕트의 단면적은 원형덕트의 단면적과 같다.
정답 및 해설

동일 풍량, 동일 단위마찰저항 조건에서 원형덕트를 상당 장방형덕트로 바꾸면 형상에 따른 손실을 보완하기 위해 단면적이 원형덕트보다 커지므로, 두 단면적이 같다는 설명은 틀렸다.

문제 51
공기중의 수증기가 응축하기 시작할 때의 온도 즉, 공기가 포화상태로 될 때의 온도는 어느 것인가?
1건구온도
2노점온도
3습구온도
4상당외기온도
정답 및 해설

공기 중 수증기가 응축을 시작하는, 즉 그 절대습도에서 포화상태가 되는 온도를 노점온도라 한다.

문제 52
다음 중 증기 사용압력이 가장 낮은 것은?
1연관 보일러
2수관 보일러
3관류 보일러
4입형 보일러
정답 및 해설

입형보일러는 구조가 간단하고 소용량이며 사용압력이 낮은 편으로, 제시된 보일러 중 증기 사용압력이 가장 낮다.

문제 53
덕트 시공에서 올바르지 않은 것은?(단, R은 곡율 반경이고, W는 덕트의 폭이다.)
1덕트의 아스펙트 비는 4 이내로 한다.
2굽힘부분은 되도록 큰 곡율반경을 취한다.
3덕트 확대각도는 15도(고속덕트에서는 8도)이하, 축소각도는 30도(고속덕트에서는 15도)이내로 한다.
4덕트의 굴곡부에서 R/W가 2.0 이상일 때에는 가이드 베인을 설치한다.
정답 및 해설

덕트 굴곡부는 곡률반경(R)이 덕트 폭(W)에 비해 작을 때(R/W가 작을 때) 와류 저항이 커지므로 가이드베인을 설치해 저항을 줄인다. R/W가 2.0 이상으로 곡률반경이 충분히 크면 가이드베인 없이도 저항이 적어 별도 설치가 필요하지 않다.

문제 54
1000명을 수용하는 극장에서 1인당 CO2 토출량이 15L/h이면 실내 CO2량을 0.1%로 유지하는데 필요 환기량은? (단, 외기의 CO2량은 0.04%이다.)
12500m3/h
225000m3/h
33000m3/h
430000m3/h
정답 및 해설

1인당 CO2_2 발생량으로 전체 발생량은 1000×15=15000L/h=15m3/h1000\times15=15000\,\mathrm{L/h}=15\,\mathrm{m^3/h}이다. 필요환기량은 Q=MCiCo=150.0010.0004=25000m3/hQ=\dfrac{M}{C_i-C_o}=\dfrac{15}{0.001-0.0004}=25000\,\mathrm{m^3/h}이다.

문제 55
다음의 각종 기기 중 온수난방 설비용기기가 아닌 것은?
1릴리프 밸브
2순환펌프
3관말트랩
4팽창탱크
정답 및 해설

온수난방 설비는 가열→순환→팽창 대응의 주요 기기로 구성된다. 릴리프 밸브는 과압 방지를, 순환펌프는 온수 순환을, 팽창탱크는 온수 팽창에 따른 압력 흡수를 담당하는 온수난방 설비의 필수 기기다. 반면 관말트랩(condensate trap)스팀난방이나 응축수 배출 용도의 기기로, 온수난방 설비에서는 사용되지 않는다.

문제 56
풍량 5000㎏/h의 공기(절대습도 0.002㎏/㎏')를 온수 분무로 절대습도 0.00375㎏/㎏'까지 가습할 때의 분무 수량은 얼마인가?(단, 가습효율은 60%라 한다.)
15.25㎏/h
28.75㎏/h
314.58㎏/h
420.01㎏/h
정답 및 해설

이상적으로 필요한 가습수량은 Δx×G=(0.003750.002)×5000=8.75kg/h\Delta x \times G = (0.00375-0.002)\times5000 = 8.75\,\mathrm{kg/h}이다. 가습효율이 60%이므로 실제 분무수량은 8.75/0.614.58kg/h8.75/0.6\approx14.58\,\mathrm{kg/h}이다.

문제 57
어느 건물의 서쪽의 유리면적이 30m2이다. 안쪽에 크림색의 베니션 블라인드를 설치한 유리면에서의 취득 열량은 몇 kcal/h 인가? (단, 외기는 32℃, 실내는 26℃, 유리의 열통과율은 K = 5.5kcal/m2h℃, 유리창의 복사량은 Igr=450kcal/m2h, 차폐계수 k5=0.74 이다.)
1990
24075
39990
410980
정답 및 해설

차폐물이 있는 유리창의 취득열량은 전도열량과 일사취득열량의 합으로 계산한다. Q=KAΔt+AIgrks=(5.5×30×6)+(30×450×0.74)=990+9990=10980kcal/hQ=KA\Delta t+A\cdot I_{gr}\cdot k_s=(5.5\times30\times6)+(30\times450\times0.74)=990+9990=10980\,\mathrm{kcal/h}이다.

문제 58
200kVA 변압기 5대를 수용할 수 있는 건물 변전실이 있다. 변압기 최대 시의 효율을 98%로 하고, 전력이 피크일 때의 전건물의 변압기 역률은 94%라면, 이때의 변압기 발열량은 얼마인가?
167680 kJ/h
2211720 kJ/h
3216040 kJ/h
4331730 kJ/h
정답 및 해설

변압기 총 용량 1000kVA1000\,\mathrm{kVA}에 효율손실분(2%)과 역률(94%)을 곱해 발열량을 구하면 1000×0.02×0.94=18.8kW1000\times0.02\times0.94=18.8\,\mathrm{kW}이고, 이를 시간당 열량으로 환산하면 18.8×360067680kJ/h18.8\times3600\approx67680\,\mathrm{kJ/h}이다.

문제 59

단상 유도전동기의 기동방식을 기동토크가 큰 것부터 순서대로 나열한 것은?

1반발기동형 > 콘덴서기동형 > 분상기동형 > 셰이딩코일형
2콘덴서기동형 > 반발기동형 > 셰이딩코일형 > 분상기동형
3분상기동형 > 콘덴서기동형 > 반발기동형 > 셰이딩코일형
4셰이딩코일형 > 분상기동형 > 콘덴서기동형 > 반발기동형
정답 및 해설

단상 유도전동기의 기동토크 크기 순서는 반발기동형 > 반발유도형 > 콘덴서기동형 > 분상기동형 > 셰이딩코일형이다. 반발기동형은 정류자와 브러시를 이용해 큰 기동토크를 내고, 콘덴서기동형은 콘덴서로 기동권선 전류의 위상을 앞세워 분상기동형보다 큰 기동토크와 좋은 역률을 얻는다. 셰이딩코일형은 구조가 간단하지만 기동토크가 가장 작아 소형 팬 등에 쓰인다. [근거] 단상 유도전동기 기동방식별 기동토크 순위(반발기동 > 콘덴서기동 > 분상기동 > 셰이딩코일)

문제 60

권수비가 20인 단상 변압기의 2차 전압이 110V, 2차 전류가 5A일 때, 1차 전압과 1차 전류는 각각 약 얼마인가? (단, 변압기의 손실은 무시한다.)

11차 전압 550V, 1차 전류 1A
21차 전압 2200V, 1차 전류 1A
31차 전압 2200V, 1차 전류 0.25A
41차 전압 1100V, 1차 전류 0.5A
정답 및 해설

권수비 a = N₁/N₂ = V₁/V₂ = I₂/I₁ 이다. 1차 전압 V₁ = a × V₂ = 20 × 110 = 2200V, 1차 전류 I₁ = I₂/a = 5/20 = 0.25A. 검산: 손실을 무시하면 1·2차 피상전력이 같아야 하므로 V₁I₁ = 2200 × 0.25 = 550VA, V₂I₂ = 110 × 5 = 550VA로 일치한다. [근거] 변압기 권수비 관계식(a = V₁/V₂ = I₂/I₁, 입출력 전력 보존)

문제 61
4KΩ의 저항에 25mA의 전류를 흘리는 데 필요한 전압은 몇 [V] 인가?
110V
2100V
3160V
4200V
정답 및 해설

옴의 법칙에 따라 필요한 전압은 V=IR=0.025A×4000Ω=100VV=IR=0.025\,\mathrm{A}\times4000\,\Omega=100\,\mathrm{V}이다.

문제 62
3상 유도전동기의 출력이 5kW, 전압 200V, 역률 80%, 효율이 90%일 때 유입되는 선전류(A)는?
114
217
320
425
정답 및 해설

3상 유도전동기의 입력 전력은 P = √3 × V × I × cosθ × η 이므로, 선전류는

I=P3Vcosθη=50003×200×0.8×0.920AI = \dfrac{P}{\sqrt{3}\, V \cos\theta \cdot \eta} = \dfrac{5000}{\sqrt{3} \times 200 \times 0.8 \times 0.9} \fallingdotseq 20\,\mathrm{A}

따라서 유입되는 선전류는 약 20A이다.

문제 63
내부저항이 20kΩ이고, 최대눈금이 200V인 전압계와 내부저항이 15kΩ이고, 최대눈금이 200V인 전압계를 직렬로 접속하여 측정할 때 최대 몇 V 까지 측정할 수 있는가?
1250
2300
3350
4400
정답 및 해설
직렬 접속이므로 두 전압계에 같은 전류가 흐르며, 각 계기가 최대 눈금을 가리킬 때의 전류는 200/20kΩ = 10mA, 200/15kΩ = 13.3mA다. 작은 쪽인 10mA가 한계 전류이므로 측정 가능한 최대 전압은 10mA × (20kΩ + 15kΩ) = 350V다.
문제 64
R=100[Ω], L=20[mH], C=47[μF]인 R-L-C 직렬회로에 순시전압 v=141.4sin 377t[V]를 인가하면 이 회로의 임피던스는 약 몇 [Ω]인가?
197
2111
3122
4130
정답 및 해설

리액턴스는 XL=ωL=377×0.027.54ΩX_L=\omega L=377\times0.02\approx7.54\,\Omega, XC=1ωC=1377×47×10656.4ΩX_C=\dfrac{1}{\omega C}=\dfrac{1}{377\times47\times10^{-6}}\approx56.4\,\Omega이다. 임피던스는 Z=R2+(XLXC)2=1002+48.92111ΩZ=\sqrt{R^2+(X_L-X_C)^2}=\sqrt{100^2+48.9^2}\approx111\,\Omega이다.

문제 65
측정하고자 하는 양을 표준향과 서로 평형을 이루도록 조절하여 표준량의 값에서 측정량을 구하는 측정방식은?
1편위법
2보상법
3치환법
4영위법
정답 및 해설

측정량을 이미 알고 있는 표준량과 평형(균형)을 이루도록 조절해 표준량의 값으로부터 측정값을 읽어내는 방식을 영위법이라 한다.

문제 66
변압기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
1변압기의 2차측 권선수가 1차측 권선수보다 적은 경우에는 1차측의 전압보다 2차측의 전압이 낮다.
2변압기의 1차측 전압이 2차측 전압보다 높을 경우, 2차측에 부하가 연결되면, 흐르는 전류는 1차측에서 공급되는 전류값 보다 크다.
3변압기의 1차측 권선수와 전압, 2차측 권선수와 전압을 이용하여 권수비를 구할 수 있다.
4변압기의 1차측과 2차측의 권선수가 다를 경우에는 1차측에 인가한 전압의 주파수와 2차측에 나타나는 전압의 주파수는 다르다.
정답 및 해설

변압기는 1차측과 2차측의 권선수가 달라도 전압의 크기만 변압될 뿐 주파수는 변하지 않고 1차측과 2차측이 항상 같다.

문제 67
입력단자 A, B 중 모두 “OFF” 되어야 출력이 “ON” 되고, 그 중 어느 한 단자라도 “ON” 되면 출력이 “OFF“ 되는 회로는?
1AND회로
2OR회로
3NOT회로
4NOR회로
정답 및 해설

입력 A, B가 모두 "OFF"(0)일 때만 출력이 "ON"(1)이 되고, 둘 중 하나라도 "ON"(1)이면 출력이 "OFF"(0)가 되는 논리는 NOR(NOT OR) 회로다. NOR 회로의 진리표를 보면 A=0, B=0일 때 출력=1이고, A=0 B=1, A=1 B=0, A=1 B=1 모두 출력=0이므로 문제 조건과 정확히 일치한다. AND 회로는 모두 "ON"일 때만 출력이 "ON"이고, OR 회로는 하나라도 "ON"이면 출력이 "ON"이며, NOT 회로는 입력이 하나뿐이므로 해당하지 않는다.

문제 68
다음 중 불연속 제어계는?
1ON-OFF 제어
2비례 제어
3미분 제어
4적분 제어
정답 및 해설

ON-OFF 제어는 조작량이 On 또는 Off 두 값만을 취하는 불연속(단속) 제어이며, 비례·미분·적분 제어는 조작량이 연속적으로 변하는 연속제어이다.

문제 69
뒤진 역률 80%, 1000kW의 3상부하가 있다. 이것에 콘덴서를 설치하여 역률을 95%로 개선하려고 한다. 필요한 콘덴서의 용량은 몇 kVA 인가?
1422
2633
3844
41266
정답 및 해설
역률 개선용 콘덴서 용량은 개선 전후 무효전력의 차이로 구한다. Qc = P(tanθ1 − tanθ2) = 1000 × (0.6/0.8 − 0.3122/0.95) = 1000 × (0.75 − 0.329) ≈ 422 kVA이다.
문제 70
전기자 전류가 100A일 때 50kgㆍm의 토크가 발생하는 전동기가 있다. 전동기의 자계의 세기가 80%로 감소되고 전기자 전류가 120A로 되었다면 토크[kgㆍm]는?
139
243
348
452
정답 및 해설

토크는 자속과 전기자전류의 곱에 비례한다(TΦIaT\propto\Phi I_a). 자속이 80%로 줄고 전류가 120A로 늘면 T2=50×0.8×120100=48kgmT_2=50\times0.8\times\dfrac{120}{100}=48\,\mathrm{kg\cdot m}이다.

문제 71
기계기구의 상태나 신호의 전달 및 시퀀스의 구성을 나타내는 것은?
1타임챠트
2논리회로
3전개접속도
4블럭선도
정답 및 해설

블록선도는 신호의 흐름과 각 요소의 상태·연결관계, 시퀀스의 구성을 도식적으로 나타내는 대표적인 방법이다.

문제 72
직류발전기를 역회전 시키면?
1단락이 일어난다.
2정회전 때와 같다.
3발전하지 않는다.
4과대 전압이 유기된다.
정답 및 해설

자여자 직류발전기를 역회전시키면 잔류자기와 전기자전류가 만드는 자속의 방향이 서로 상쇄되도록 작용해 여자가 형성되지 못하므로 발전이 이루어지지 않는다.

문제 73
다음 중 프로세스제어에 속하는 제어량은?
1온도
2전류
3전압
4장력
정답 및 해설

프로세스제어에 속하는 제어량은 온도이며, 전류·전압은 자동조정제어, 장력은 서보기구 제어에 속하는 제어량이다.

문제 74
보온재의 구비조건으로 틀린 것은?
1표면시공이 좋아야 한다.
2재질자체의 모세관 현상이 커야 한다.
3보냉 효율이 좋아야 한다.
4난연성이나 불연성이어야 한다.
정답 및 해설

좋은 보온재는 열전도율이 낮고 흡습성이 작아야 보냉·보온 효율을 유지할 수 있다.

재질 자체의 모세관 현상이 크면 수분을 쉽게 흡수하여 열전도율이 높아지고 단열 성능이 떨어지므로, 모세관 현상은 오히려 작아야 좋은 보온재의 조건이 된다.

표면시공성이 좋고, 보냉 효율이 우수하며, 난연성·불연성을 갖추는 것은 보온재가 갖추어야 할 바람직한 조건이다.

문제 75
제어계의 구성도에서 시퀀스제어계에는 없고, 피드백 제어계에는 있는 요소는?
1조작량
2목표값
3검출부
4제어대상
정답 및 해설

피드백제어계는 목표값과 제어량을 비교하기 위해 제어량을 검출하는 검출부(피드백 요소)를 반드시 갖추지만, 개루프 방식인 시퀀스제어계에는 이러한 검출부가 없다.

문제 76
목표값이 미리 정해진 시간적 변화를 하는 경우 제어량을 그것에 추종시키기 위한 제어는?
1시퀀스제어
2정지제어
3비율제어
4프로그래밍제어
정답 및 해설

목표값이 미리 정해진 시간적 변화를 따르고 제어량이 이를 추종하도록 하는 제어를 프로그래밍제어(프로그램제어)라 한다.

문제 77
극수가 4 이고 슬립이 6%인 유도전동기를 어느 공장에서 운전하고자 할 때 예상되는 회전수는 약 몇 rpm 인가?
11300
21400
31700
41800
정답 및 해설

동기속도는 Ns=120fP=120×604=1800rpmN_s=\dfrac{120f}{P}=\dfrac{120\times60}{4}=1800\,\mathrm{rpm}이다. 슬립 6%를 적용하면 회전수는 N=Ns(1s)=1800×0.941700rpmN=N_s(1-s)=1800\times0.94\approx1700\,\mathrm{rpm}이다.

문제 78
전력에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
1단위는 J/s 이다.
2단위시간의 전기 에너지이다.
3공률과 같은 단위를 갖는다.
4열량으로 환산할 수 있다.
정답 및 해설
전력은 단위시간당 전기에너지, 즉 일률이므로 단위가 W = J/s이고 공률(일률)과 같은 단위를 갖는다. 열량으로 환산되는 것은 전력에 시간을 곱한 전력량이므로, 전력 자체를 열량으로 환산할 수 있다는 설명은 옳지 않다.
문제 79

배관의 세정 방식에 관한 설명으로 틀린 것은?

1화학(산) 세정 후에는 중화·방청 처리를 생략하고 즉시 통수하여 사용해도 된다.
2플러싱(flushing)은 관 내에 물을 높은 유속으로 흘려보내 이물질을 관 밖으로 배출하는 방법이다.
3피그(pig) 세정은 관 내에 피그를 삽입하고 유체 압력으로 이동시켜 관 내면의 부착물을 긁어내는 방법이다.
4화학 세정은 산·알칼리 등의 세정액을 순환시켜 스케일이나 녹을 용해·제거하는 방법이다.
정답 및 해설

산 세정 후 관 내에는 산 잔류액과 활성화된 금속면이 남아 그대로 통수하면 급격한 재부식(플래시 러스트)이 일어난다. 반드시 수세(린스) 후 중화제로 중화하고 방청(부동태화) 처리까지 마친 다음 통수해야 하므로, 화학(산) 세정 후 중화·방청 처리를 생략하고 즉시 통수해도 된다는 설명이 틀리다. 고유속으로 이물질을 배출하는 플러싱, 유체 압력으로 피그를 관 내로 통과시켜 부착물을 긁어내는 피그 세정, 산·알칼리 세정액으로 스케일을 용해하는 화학 세정의 정의는 모두 옳다. [근거] 배관 세정 일반 — 산세정 표준 공정(세정→수세→중화→방청), 플러싱·피그 세정 정의

문제 80

배관용 도료에 관한 설명으로 틀린 것은?

1광명단 도료는 연단을 보일유에 개어 만들며 밀착력이 좋아 녹 방지 초벌(프라이머)용으로 널리 쓰인다.
2알루미늄 도료는 알루미늄 분말과 유성 바니시로 만들며 열을 잘 반사하므로 방열기 표면 도장에 적합하다.
3합성수지 도료 중 프탈산계·실리콘수지계 도료는 내열성이 있어 증기관 등의 도장에 사용된다.
4광명단 도료는 인체에 무해하므로 음료수(상수) 배관의 내면 도장에 적합하다.
정답 및 해설

광명단(연단, Pb₃O₄)은 납 화합물로 유독하므로 음료수 배관의 내면 등 위생이 요구되는 곳에는 사용할 수 없다. 따라서 광명단 도료가 인체에 무해하여 음료수(상수) 배관의 내면 도장에 적합하다는 설명이 틀리다. 광명단이 밀착력·방청력이 우수하여 다른 도료의 초벌(프라이머)용으로 쓰인다는 설명, 알루미늄(은분) 도료가 열 반사·확산성이 좋아 방열기 표면 도장에 적합하다는 설명, 프탈산계·실리콘수지계 합성수지 도료가 내열성이 있어 증기관 등의 도장에 사용된다는 설명은 모두 옳다. [근거] 배관 도료 일반 — 광명단(연단)=납계 유독·프라이머용, 알루미늄 도료=열반사 방열기용, 합성수지 도료=내열용