9급 국가직 화학공학일반 기출문제 전 회차를 한 권으로 — PDF 전자책(문제집·정답해설집)

09년 1회차

총 20문항 · 객관식 · A4 약 1장

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9급 국가직 화학공학일반 기출문제모두CBT · moducbt.com

09년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

다음 중 3개의 유효숫자로 표현되어 있지 않은 것은?

15.12

20.51

35.10

450.0

정답 및 해설

유효숫자가 3개가 아닌 것은 0.51이다. 소수점 앞의 0은 자리만 나타내므로 유효숫자는 5와 1의 2개다.

5.12: 5, 1, 2 세 자리다.
5.10: 소수점 뒤 끝자리 0도 측정값이므로 세 자리다.
50.0: 소수점이 있으므로 0까지 모두 유효해 세 자리다.

0이 아닌 숫자 사이·소수점 뒤 끝의 0은 유효숫자에 포함된다.

문제 2

다음 중 압력차를 측정하여 유체의 유량을 측정하는 유량계가 아닌 것은?

1오리피스 미터

2벤투리 미터

3로터 미터

4피토우 관

정답 및 해설

압력차로 유량을 재는 유량계가 아닌 것은 로터미터다. 로터미터는 압력차가 거의 일정하고 유로 면적(부자 위치)이 변하는 면적식 유량계다.

오리피스 미터: 오리피스 전후 차압으로 유량을 구한다.
벤투리 미터: 축소부 전후 차압으로 유량을 구한다.
피토우 관: 전압과 정압의 차(동압)로 유속을 구한다.

앞의 세 가지는 모두 베르누이 식에 근거한 차압식이다.

문제 3

분체의 입도 분리용으로 산업적으로 많이 사용되는 100 mesh 체(sieve)의 1in²에는 몇 개의 체구멍이 있는가? 그리고 100mesh 체를 통과한 입자는 200mesh 체를 통과한 입자보다 큰가, 작은가?

1100, 작다

2100, 크다

310000, 작다

410000, 크다

정답 및 해설

100 mesh 체의 1 $\mathrm{in}^{2}$ 에는 10,000개의 구멍이 있고, 100 mesh 통과 입자는 200 mesh 통과 입자보다 크다.

mesh는 1 in 길이당 구멍 수이므로 면적당 구멍 수는 $100\times100=10000$ 개다. mesh 수가 작을수록 구멍이 커서 더 큰 입자도 통과한다.

100개, 작다: 길이당 구멍 수를 면적당 수로 착각했고 입자 크기 관계도 반대다.
100개, 크다: 길이당 구멍 수를 면적당 수로 착각한 것이다.
10,000개, 작다: 200 mesh 구멍이 더 작으므로 그 통과 입자가 더 작다.

문제 4

분진과 같은 미립자를 분리하는 장치들이다. 미립자가 포함된 기체를 용기 내에서 고속 회전시켜 발생하는 원심력을 이용하여 미립자를 용기 벽 주변에 침강시켜 분리하는 장치는?

1싸이클론(cyclone)

2코트렐(cottrel)

3백필터(bag filter)

4스크러버(scrubber)

정답 및 해설

원심력으로 미립자를 벽쪽에 침강시켜 분리하는 장치는 싸이클론이다. 기체를 선회시켜 원심력으로 입자를 벽에 부딪혀 아래로 떨어뜨린다.

구조가 간단하고 비교적 큰 입자의 전처리 집진에 널리 쓰인다.

코트렐: 코로나 방전으로 입자를 대전시켜 포집하는 전기집진기다.
백필터: 여과포로 입자를 걸러내는 여과 집진기다.
스크러버: 세정액과 접촉시켜 입자를 포집하는 세정 집진기다.

문제 5

이온용액의 총괄성을 계산할 때 K₂SO₄용액의 반트호프계수 (Van’t Hoff factor)는 얼마인가? (단, K₂SO₄는 용액 상태에서 완전 해리된다고 가정한다)

정답 및 해설

$\mathrm{K}_{2}$ S $\mathrm{O}_{4}$ 의 반트호프계수는 3이다. 완전 해리하면 화학식 1개당 이온 3개가 생긴다.

$K_2SO_4\rightarrow2K^{+}+SO_4^{2-}$

총괄성(삼투압·끓는점 오름 등)은 용질 입자 수에 비례하므로 i = 2 + 1 = 3이다.

문제 6

입자모양(particle shape)을 나타내는 구형도(sphericity)에 관여하는 직접적인 변수가 아닌 것은?

1입자의 상당지름

2한 개 입자의 표면적

3한 개 입자의 크기

4한 개 입자의 부피

정답 및 해설

구형도에 직접 관여하지 않는 변수는 한 개 입자의 크기다. 구형도는 같은 부피의 구의 표면적과 실제 입자 표면적의 비다.

$\Phi_s=\dfrac{6v_p}{D_ps_p}$ ( $v_p$ : 입자 부피, $s_p$ : 입자 표면적, $D_p$ : 상당지름)

입자의 상당지름: 정의식에 직접 들어간다.
한 개 입자의 표면적: 정의식의 분모에 들어간다.
한 개 입자의 부피: 정의식의 분자에 들어간다.

구형도는 크기와 무관한 형상 지표이며 구는 1이다.

문제 7

충전 흡수탑에서 에탄 1mole%를 포함하는 기체가 30℃, 전압 10 atm에서 탑 밑 부분에서 들어오고, 물은 액체 분사기로부터 충전물의 표면을 적시면서 탑 아래쪽으로 흘러 기체와 접촉하여 물질 전달이 이루어지고 있다. 평형에 도달하였다고 가정할 때 용해된 에탄의 몰 분율은? (단, 헨리 상수는 2.5 × 10⁴ atm이다)

110^-6

22 × 10^-6

33 × 10^-6

44 × 10^-6

정답 및 해설

용해된 에탄의 몰분율은 4 × 10⁻⁶이다. 헨리 법칙 $p=Hx$ 에서 기상 분압을 먼저 구한다.

$p=y P=0.01\times10=0.1\,\mathrm{atm}$
$x=\dfrac{p}{H}=\dfrac{0.1}{2.5\times10^{4}}=4\times10^{-6}$

전압이 아닌 에탄의 분압을 헨리 상수로 나눠야 한다.

문제 8

수력도약의 시각적 관찰과 수학적 해석방법으로부터 충격파를 다루는 데 사용하는 Froude 수에 포함되지 않는 것은?

1속도

2중력가속도

3길이

4압력

정답 및 해설

Froude 수에 포함되지 않는 것은 압력이다. Froude 수는 관성력과 중력의 비다.

$Fr=\dfrac{V^2}{gL}$ (또는 $V/\sqrt{gL}$ )

속도: 분자에 들어간다.
중력가속도: 분모에 들어간다.
길이: 분모의 대표 길이(수심 등)다.

문제 9

다음 중 빙햄(Bingham) 유체에 대한 설명으로 옳은 것은?

1시간에 따라 점도가 증가하는 유체

2작은 전단응력에는 무한대로 저항하지만 전단응력이 항복점을 넘어서면 쉽게 흐르는 유체

3속도 구배가 증가함에 따라 점도가 감소하는 유체

4전단응력이 작을 때는 아래로 오목해졌다가 전단응력이 커지면 거의 직선으로 퍼져 흐름이 어려운 유체

정답 및 해설

빙햄 유체는 항복응력 이하에서는 흐르지 않다가 항복점을 넘으면 흐르는 유체다.

$\tau=\tau_0+\mu_p\dfrac{du}{dy}$ ( $\tau>\tau_0$ 일 때). 치약·페인트·슬러리가 대표적인 빙햄 소성 유체다.

시간에 따라 점도가 증가: 레오펙틱(rheopectic) 유체의 성질이다.
속도 구배 증가에 따라 점도 감소: 의가소성(전단담화) 유체의 성질이다.
낮은 응력에서 곡선, 높은 응력에서 직선이 되는 흐름 곡선: 빙햄 유체의 직선형 응력–변형률 관계와 다르다.

문제 10

과열 증기를 이용하여 열교환기에 공급되는 액체의 온도를 50℃에서 100℃로 올리고 싶다. 과열 증기가 액체에 공급하는 열량은 500cal/kg이고, 액체는 1000 kg/hr로 공급되고 있다면 단위 시간당 요구되는 과열 증기의 양[kg]은? (단, 액체의 비열은 0.5 cal/kg∙℃로 가정한다)

150

260

380

4100

정답 및 해설

필요한 과열 증기량은 50 kg/hr이다. 액체가 얻는 열 = 증기가 주는 열로 놓는다.

$Q=\dot mC_p\Delta T=1000\times0.5\times(100-50)=25000\,\mathrm{cal\,hr^{-1}}$
$\dot m_s=\dfrac{25000}{500}=50\,\mathrm{kg\,hr^{-1}}$

증기 1 kg이 500 cal를 공급하므로 25,000 cal를 500으로 나눈다.

문제 11

진공 상태인 우주를 운항하는 우주선 표면의 적정 온도 유지를 위하여 가장 우선적으로 고려되어야 할 열 이동 현상은?

1전도

2대류

3복사

4확산

정답 및 해설

가장 우선 고려할 열 이동 현상은 복사다. 진공에는 열을 전달할 매질이 없어 전도와 대류가 일어나지 않는다.

전도: 매질(접촉한 물체)이 필요하다.
대류: 유체의 흐름이 필요하다.
확산: 물질 이동 현상으로 진공 중 열 손실 경로가 아니다.

우주선 표면 온도는 태양 복사 흡수와 우주 공간으로의 복사 방출로 결정된다.

문제 12

일정한 온도에서 시험편에 일정한 하중을 가한 후 시간이 경과함에 따른 시료의 길이변화를 측정하는 시험은?

1충격시험

2인장시험

3크리프시험

4피로시험

정답 및 해설

일정 온도·일정 하중에서 시간에 따른 길이 변화를 재는 시험은 크리프시험이다. 크리프는 일정 응력 아래에서 시간에 따라 변형이 계속 증가하는 현상이다.

고온에서 운전되는 장치 재료 선정에 크리프 특성이 중요하다.

충격시험: 순간 충격 하중으로 인성(흡수 에너지)을 측정한다.
인장시험: 하중을 증가시키며 강도·연신율을 측정한다.
피로시험: 반복 하중에 의한 파괴 수명을 측정한다.

문제 13

물질 전달을 나타내는 Fick의 법칙에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1물질 확산 계수의 단위는 m²/hr이다.

2단위시간당 전달된 물질의 양은 농도구배에 비례한다.

3액상에서 물질 확산 계수는 액상의 점도에 무관하다.

4전달되는 물질의 양은 전달 면적에 비례한다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 액상 확산계수가 점도와 무관하다는 진술이다. 액체 확산계수는 Stokes–Einstein 관계처럼 점도에 반비례한다.

$D_{AB}\propto\dfrac{T}{\mu}$

확산계수 단위가 $m^{2}$ /hr: 길이²/시간 차원이므로 맞다.
전달 속도가 농도구배에 비례: Fick 법칙 그 자체다.
전달량이 면적에 비례: 플럭스에 면적을 곱한 값이다.

문제 14

비중이 1.6g/cm³인 사염화탄소가 흐르는 관의 압력차를 비중이 13.6g/cm³인 수은으로 채워진 U자 형의 마노미터관으로 측정한다. 마노미터 수은의 높이 차이가 10 cm일때 압력차[N/m²]는? (단, g는 10m/sec²으로 가정한다)

11.52 × 10⁴

21.6 × 10⁴

31.36 × 10⁴

41.2 × 10⁴

정답 및 해설

압력차는 1.2 × 10⁴ N/ $m^{2}$ 이다. 마노미터 양쪽 위에 흐르는 유체가 있으므로 밀도 차를 쓴다.

$\Delta P=(\rho_{Hg}-\rho_{CCl_4})gR$
$=(13600-1600)\times10\times0.1=1.2\times10^{4}\,\mathrm{N\,m^{-2}}$

1.36 × 10⁴: 수은 밀도만 써서 측정 유체 기둥을 빼지 않은 값이다.
1.52 × 10⁴: 두 밀도를 빼지 않고 더해 계산한 값이다.
1.6 × 10⁴: 밀도 차로 계산한 값과 맞지 않는다.

문제 15

제조 원가 중에서 변동비로만 되어 있는 것은?

1원료비, 노무비, 감가상각비

2설비비, 판매경비, 감가상각비

3원료비, 노무비, 설비 보수비

4설비비, 원료비, 일반 관리비

정답 및 해설

변동비로만 된 것은 원료비, 노무비, 설비 보수비다. 생산량에 따라 사용량이 달라지는 직접 생산비 항목이다.

감가상각비·설비비·일반 관리비는 생산량과 관계없이 발생하는 고정비다.

원료비·노무비·감가상각비: 감가상각비가 고정비다.
설비비·판매경비·감가상각비: 설비비·감가상각비가 고정비다.
설비비·원료비·일반 관리비: 설비비와 일반 관리비가 고정비다.

문제 16

유체에 가해지는 열전달을 취급하는데 사용되는 무차원군이 아닌 것은?

1Graetz 수

2Peclet 수

3Fourier 수

4Weber 수

정답 및 해설

열전달 무차원군이 아닌 것은 Weber 수다. Weber 수는 관성력과 표면장력의 비로 액적·분무 등 유체역학에 쓰인다.

$We=\dfrac{\rho V^2L}{\sigma}$

Graetz 수: 관 입구 영역 층류 열전달에 쓰인다.
Peclet 수: 대류 열전달과 전도의 비(Re·Pr)다.
Fourier 수: 비정상 열전도의 무차원 시간이다.

문제 17

넓이가 1.0m² 인 평행한 2개의 흑판이 있다. 각각의 표면 온도가 127℃ 및 227℃ 일 때 복사에 의한 열전달량은 대략 몇 kW인가? (단, 스테판 볼츠만 상수 σ=5.0×10^-8W/m²∙K⁴, ε₁＝ε₂＝1)

12.0

25.0

310.0

420.0

정답 및 해설

복사 열전달량은 약 2.0 kW이다. 평행한 두 흑판(형태계수 1, ε = 1)이므로 Stefan–Boltzmann 식을 그대로 쓴다.

$T_1=127+273=400\,\mathrm{K}$ , $T_2=227+273=500\,\mathrm{K}$

$q=\sigma A(T_2^4-T_1^4)=5.0\times10^{-8}\times1.0\times(6.25\times10^{10}-2.56\times10^{10})$
$q=1845\,\mathrm{W}\approx2.0\,\mathrm{kW}$

반드시 절대온도로 바꿔 네제곱한다.

문제 18

노벽을 통하여 전열이 일어난다. 노벽의 두께는 600 mm, 평균 열전도도는 3kcal/m∙hr∙℃일 때 노벽 1m²당 전열저항[℃∙hr/kcal]은?

10.2

21.8

32.5

45.0

정답 및 해설

노벽 1 $m^{2}$ 당 전열저항은 0.2 ℃·hr/kcal이다. 평판 전도 저항은 두께를 열전도도와 면적의 곱으로 나눈 값이다.

$R=\dfrac{L}{kA}=\dfrac{0.6}{3\times1}=0.2\,\mathrm{^{\circ}C\,hr\,kcal^{-1}}$

두께 600 mm를 0.6 m로 바꿔 단위를 맞춘다.

문제 19

벤젠-톨루엔 혼합물이 90℃, 전압 700 mmHg에서 기-액 평형에 도달하였다. 벤젠과 톨루엔의 순성분증기압은 각각 1000mmHg, 500mmHg 이다. 벤젠의 액상 및 기상에서의 조성을 구하면? (순서대로 액상, 기상)

10.3, 0.37

20.3, 0.47

30.4, 0.57

40.4, 0.67

정답 및 해설

벤젠 조성은 액상 0.4, 기상 0.57이다. 라울 법칙으로 전압식을 세워 액 조성을 먼저 구한다.

$P=x P_B^{sat}+(1-x)P_T^{sat}$
$700=1000x+500(1-x)\;\Rightarrow\;x=0.4$

$y=\dfrac{xP_B^{sat}}{P}=\dfrac{0.4\times1000}{700}=0.571$

문제 20

화공기계의 제어에서 잔류편차(off-set)를 없애주고 reset시간도 단축할 수 있는 가장 적합한 제어기는?

1비례제어기

2비례미분제어기

3비례적분제어기

4비례적분미분제어기

정답 및 해설

가장 적합한 제어기는 비례적분미분(PID) 제어기다. 적분 동작이 잔류편차를 없애고, 미분 동작이 응답을 빠르게 안정시킨다.

P는 현재 오차, I는 누적 오차, D는 오차 변화율에 비례해 조작한다.

비례제어기: 잔류편차(offset)가 남는다.
비례미분제어기: 응답은 빠르지만 적분 동작이 없어 잔류편차가 남는다.
비례적분제어기: 잔류편차는 없지만 미분 동작이 없어 안정화가 느리다.

9급 국가직 화학공학일반 기출문제모두CBT · moducbt.com

09년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

다음 중 3개의 유효숫자로 표현되어 있지 않은 것은?

15.12

20.51

35.10

450.0

정답 및 해설

유효숫자가 3개가 아닌 것은 0.51이다. 소수점 앞의 0은 자리만 나타내므로 유효숫자는 5와 1의 2개다.

5.12: 5, 1, 2 세 자리다.
5.10: 소수점 뒤 끝자리 0도 측정값이므로 세 자리다.
50.0: 소수점이 있으므로 0까지 모두 유효해 세 자리다.

0이 아닌 숫자 사이·소수점 뒤 끝의 0은 유효숫자에 포함된다.

문제 2

다음 중 압력차를 측정하여 유체의 유량을 측정하는 유량계가 아닌 것은?

1오리피스 미터

2벤투리 미터

3로터 미터

4피토우 관

정답 및 해설

압력차로 유량을 재는 유량계가 아닌 것은 로터미터다. 로터미터는 압력차가 거의 일정하고 유로 면적(부자 위치)이 변하는 면적식 유량계다.

오리피스 미터: 오리피스 전후 차압으로 유량을 구한다.
벤투리 미터: 축소부 전후 차압으로 유량을 구한다.
피토우 관: 전압과 정압의 차(동압)로 유속을 구한다.

앞의 세 가지는 모두 베르누이 식에 근거한 차압식이다.

문제 3

1100, 작다

2100, 크다

310000, 작다

410000, 크다

정답 및 해설

100 mesh 체의 1 $\mathrm{in}^{2}$ 에는 10,000개의 구멍이 있고, 100 mesh 통과 입자는 200 mesh 통과 입자보다 크다.

mesh는 1 in 길이당 구멍 수이므로 면적당 구멍 수는 $100\times100=10000$ 개다. mesh 수가 작을수록 구멍이 커서 더 큰 입자도 통과한다.

100개, 작다: 길이당 구멍 수를 면적당 수로 착각했고 입자 크기 관계도 반대다.
100개, 크다: 길이당 구멍 수를 면적당 수로 착각한 것이다.
10,000개, 작다: 200 mesh 구멍이 더 작으므로 그 통과 입자가 더 작다.

문제 4

1싸이클론(cyclone)

2코트렐(cottrel)

3백필터(bag filter)

4스크러버(scrubber)

정답 및 해설

원심력으로 미립자를 벽쪽에 침강시켜 분리하는 장치는 싸이클론이다. 기체를 선회시켜 원심력으로 입자를 벽에 부딪혀 아래로 떨어뜨린다.

구조가 간단하고 비교적 큰 입자의 전처리 집진에 널리 쓰인다.

코트렐: 코로나 방전으로 입자를 대전시켜 포집하는 전기집진기다.
백필터: 여과포로 입자를 걸러내는 여과 집진기다.
스크러버: 세정액과 접촉시켜 입자를 포집하는 세정 집진기다.

문제 5

이온용액의 총괄성을 계산할 때 K₂SO₄용액의 반트호프계수 (Van’t Hoff factor)는 얼마인가? (단, K₂SO₄는 용액 상태에서 완전 해리된다고 가정한다)

정답 및 해설

$\mathrm{K}_{2}$ S $\mathrm{O}_{4}$ 의 반트호프계수는 3이다. 완전 해리하면 화학식 1개당 이온 3개가 생긴다.

$K_2SO_4\rightarrow2K^{+}+SO_4^{2-}$

총괄성(삼투압·끓는점 오름 등)은 용질 입자 수에 비례하므로 i = 2 + 1 = 3이다.

문제 6

입자모양(particle shape)을 나타내는 구형도(sphericity)에 관여하는 직접적인 변수가 아닌 것은?

1입자의 상당지름

2한 개 입자의 표면적

3한 개 입자의 크기

4한 개 입자의 부피

정답 및 해설

구형도에 직접 관여하지 않는 변수는 한 개 입자의 크기다. 구형도는 같은 부피의 구의 표면적과 실제 입자 표면적의 비다.

$\Phi_s=\dfrac{6v_p}{D_ps_p}$ ( $v_p$ : 입자 부피, $s_p$ : 입자 표면적, $D_p$ : 상당지름)

입자의 상당지름: 정의식에 직접 들어간다.
한 개 입자의 표면적: 정의식의 분모에 들어간다.
한 개 입자의 부피: 정의식의 분자에 들어간다.

구형도는 크기와 무관한 형상 지표이며 구는 1이다.

문제 7

110^-6

22 × 10^-6

33 × 10^-6

44 × 10^-6

정답 및 해설

용해된 에탄의 몰분율은 4 × 10⁻⁶이다. 헨리 법칙 $p=Hx$ 에서 기상 분압을 먼저 구한다.

$p=y P=0.01\times10=0.1\,\mathrm{atm}$
$x=\dfrac{p}{H}=\dfrac{0.1}{2.5\times10^{4}}=4\times10^{-6}$

전압이 아닌 에탄의 분압을 헨리 상수로 나눠야 한다.

문제 8

수력도약의 시각적 관찰과 수학적 해석방법으로부터 충격파를 다루는 데 사용하는 Froude 수에 포함되지 않는 것은?

1속도

2중력가속도

3길이

4압력

정답 및 해설

Froude 수에 포함되지 않는 것은 압력이다. Froude 수는 관성력과 중력의 비다.

$Fr=\dfrac{V^2}{gL}$ (또는 $V/\sqrt{gL}$ )

속도: 분자에 들어간다.
중력가속도: 분모에 들어간다.
길이: 분모의 대표 길이(수심 등)다.

문제 9

다음 중 빙햄(Bingham) 유체에 대한 설명으로 옳은 것은?

1시간에 따라 점도가 증가하는 유체

2작은 전단응력에는 무한대로 저항하지만 전단응력이 항복점을 넘어서면 쉽게 흐르는 유체

3속도 구배가 증가함에 따라 점도가 감소하는 유체

4전단응력이 작을 때는 아래로 오목해졌다가 전단응력이 커지면 거의 직선으로 퍼져 흐름이 어려운 유체

정답 및 해설

빙햄 유체는 항복응력 이하에서는 흐르지 않다가 항복점을 넘으면 흐르는 유체다.

$\tau=\tau_0+\mu_p\dfrac{du}{dy}$ ( $\tau>\tau_0$ 일 때). 치약·페인트·슬러리가 대표적인 빙햄 소성 유체다.

시간에 따라 점도가 증가: 레오펙틱(rheopectic) 유체의 성질이다.
속도 구배 증가에 따라 점도 감소: 의가소성(전단담화) 유체의 성질이다.
낮은 응력에서 곡선, 높은 응력에서 직선이 되는 흐름 곡선: 빙햄 유체의 직선형 응력–변형률 관계와 다르다.

문제 10

150

260

380

4100

정답 및 해설

필요한 과열 증기량은 50 kg/hr이다. 액체가 얻는 열 = 증기가 주는 열로 놓는다.

$Q=\dot mC_p\Delta T=1000\times0.5\times(100-50)=25000\,\mathrm{cal\,hr^{-1}}$
$\dot m_s=\dfrac{25000}{500}=50\,\mathrm{kg\,hr^{-1}}$

증기 1 kg이 500 cal를 공급하므로 25,000 cal를 500으로 나눈다.

문제 11

진공 상태인 우주를 운항하는 우주선 표면의 적정 온도 유지를 위하여 가장 우선적으로 고려되어야 할 열 이동 현상은?

1전도

2대류

3복사

4확산

정답 및 해설

가장 우선 고려할 열 이동 현상은 복사다. 진공에는 열을 전달할 매질이 없어 전도와 대류가 일어나지 않는다.

전도: 매질(접촉한 물체)이 필요하다.
대류: 유체의 흐름이 필요하다.
확산: 물질 이동 현상으로 진공 중 열 손실 경로가 아니다.

우주선 표면 온도는 태양 복사 흡수와 우주 공간으로의 복사 방출로 결정된다.

문제 12

일정한 온도에서 시험편에 일정한 하중을 가한 후 시간이 경과함에 따른 시료의 길이변화를 측정하는 시험은?

1충격시험

2인장시험

3크리프시험

4피로시험

정답 및 해설

고온에서 운전되는 장치 재료 선정에 크리프 특성이 중요하다.

충격시험: 순간 충격 하중으로 인성(흡수 에너지)을 측정한다.
인장시험: 하중을 증가시키며 강도·연신율을 측정한다.
피로시험: 반복 하중에 의한 파괴 수명을 측정한다.

문제 13

물질 전달을 나타내는 Fick의 법칙에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1물질 확산 계수의 단위는 m²/hr이다.

2단위시간당 전달된 물질의 양은 농도구배에 비례한다.

3액상에서 물질 확산 계수는 액상의 점도에 무관하다.

4전달되는 물질의 양은 전달 면적에 비례한다.

정답 및 해설

옳지 않은 것은 액상 확산계수가 점도와 무관하다는 진술이다. 액체 확산계수는 Stokes–Einstein 관계처럼 점도에 반비례한다.

$D_{AB}\propto\dfrac{T}{\mu}$

확산계수 단위가 $m^{2}$ /hr: 길이²/시간 차원이므로 맞다.
전달 속도가 농도구배에 비례: Fick 법칙 그 자체다.
전달량이 면적에 비례: 플럭스에 면적을 곱한 값이다.

문제 14

11.52 × 10⁴

21.6 × 10⁴

31.36 × 10⁴

41.2 × 10⁴

정답 및 해설

압력차는 1.2 × 10⁴ N/ $m^{2}$ 이다. 마노미터 양쪽 위에 흐르는 유체가 있으므로 밀도 차를 쓴다.

$\Delta P=(\rho_{Hg}-\rho_{CCl_4})gR$
$=(13600-1600)\times10\times0.1=1.2\times10^{4}\,\mathrm{N\,m^{-2}}$

1.36 × 10⁴: 수은 밀도만 써서 측정 유체 기둥을 빼지 않은 값이다.
1.52 × 10⁴: 두 밀도를 빼지 않고 더해 계산한 값이다.
1.6 × 10⁴: 밀도 차로 계산한 값과 맞지 않는다.

문제 15

제조 원가 중에서 변동비로만 되어 있는 것은?

1원료비, 노무비, 감가상각비

2설비비, 판매경비, 감가상각비

3원료비, 노무비, 설비 보수비

4설비비, 원료비, 일반 관리비

정답 및 해설

변동비로만 된 것은 원료비, 노무비, 설비 보수비다. 생산량에 따라 사용량이 달라지는 직접 생산비 항목이다.

감가상각비·설비비·일반 관리비는 생산량과 관계없이 발생하는 고정비다.

원료비·노무비·감가상각비: 감가상각비가 고정비다.
설비비·판매경비·감가상각비: 설비비·감가상각비가 고정비다.
설비비·원료비·일반 관리비: 설비비와 일반 관리비가 고정비다.

문제 16

유체에 가해지는 열전달을 취급하는데 사용되는 무차원군이 아닌 것은?

1Graetz 수

2Peclet 수

3Fourier 수

4Weber 수

정답 및 해설

열전달 무차원군이 아닌 것은 Weber 수다. Weber 수는 관성력과 표면장력의 비로 액적·분무 등 유체역학에 쓰인다.

$We=\dfrac{\rho V^2L}{\sigma}$

Graetz 수: 관 입구 영역 층류 열전달에 쓰인다.
Peclet 수: 대류 열전달과 전도의 비(Re·Pr)다.
Fourier 수: 비정상 열전도의 무차원 시간이다.

문제 17

12.0

25.0

310.0

420.0

정답 및 해설

복사 열전달량은 약 2.0 kW이다. 평행한 두 흑판(형태계수 1, ε = 1)이므로 Stefan–Boltzmann 식을 그대로 쓴다.

$T_1=127+273=400\,\mathrm{K}$ , $T_2=227+273=500\,\mathrm{K}$

$q=\sigma A(T_2^4-T_1^4)=5.0\times10^{-8}\times1.0\times(6.25\times10^{10}-2.56\times10^{10})$
$q=1845\,\mathrm{W}\approx2.0\,\mathrm{kW}$

반드시 절대온도로 바꿔 네제곱한다.

문제 18

노벽을 통하여 전열이 일어난다. 노벽의 두께는 600 mm, 평균 열전도도는 3kcal/m∙hr∙℃일 때 노벽 1m²당 전열저항[℃∙hr/kcal]은?

10.2

21.8

32.5

45.0

정답 및 해설

노벽 1 $m^{2}$ 당 전열저항은 0.2 ℃·hr/kcal이다. 평판 전도 저항은 두께를 열전도도와 면적의 곱으로 나눈 값이다.

$R=\dfrac{L}{kA}=\dfrac{0.6}{3\times1}=0.2\,\mathrm{^{\circ}C\,hr\,kcal^{-1}}$

두께 600 mm를 0.6 m로 바꿔 단위를 맞춘다.

문제 19

10.3, 0.37

20.3, 0.47

30.4, 0.57

40.4, 0.67

정답 및 해설

벤젠 조성은 액상 0.4, 기상 0.57이다. 라울 법칙으로 전압식을 세워 액 조성을 먼저 구한다.

$P=x P_B^{sat}+(1-x)P_T^{sat}$
$700=1000x+500(1-x)\;\Rightarrow\;x=0.4$

$y=\dfrac{xP_B^{sat}}{P}=\dfrac{0.4\times1000}{700}=0.571$

문제 20

화공기계의 제어에서 잔류편차(off-set)를 없애주고 reset시간도 단축할 수 있는 가장 적합한 제어기는?

1비례제어기

2비례미분제어기

3비례적분제어기

4비례적분미분제어기

정답 및 해설

가장 적합한 제어기는 비례적분미분(PID) 제어기다. 적분 동작이 잔류편차를 없애고, 미분 동작이 응답을 빠르게 안정시킨다.

P는 현재 오차, I는 누적 오차, D는 오차 변화율에 비례해 조작한다.

비례제어기: 잔류편차(offset)가 남는다.
비례미분제어기: 응답은 빠르지만 적분 동작이 없어 잔류편차가 남는다.
비례적분제어기: 잔류편차는 없지만 미분 동작이 없어 안정화가 느리다.