👍보일러의효율 1️⃣ 시간당 증발랑이 400[kg]인 보일러가 저위발열량 10,000[kcaI/kg]인 연료를 사용하여 효율 80[%]로 운전되는 경우 연료소비량[kg/h]은 얼마인가? (단, 발생증기 엔탈피는 670[kcaI/kg], 급수온도는 20[°C]이다)
$$ \eta=\frac{G_a\times (h_2-h_1)}{G_f\times H_l}\times 100 $$
$$ G_f=\frac{G_a\times (h_2-h_1)}{\eta\times H_l}\times 100=\frac{400\times(670-20)}{1000\times0.8}=32.5[kg/h] $$
👍열전도율 2️⃣ 온도가 400[℃]인 배기가스가 시간당 2500[kg]이 연도로 배출되면서 연도에 설치된 급수가열기와 열교환하여 0[℃] 급수 180[kg/h]이 포화증기가 되면서 배기가스는 150[℃]로 낮아져 연돌로 배출되고 있다. 이 때 배기가스에서 회수하지 못하고 손실 되는 열량[kcal/h]은 얼마인가? (단, 포화증기 엔탈피는 640[kcal/kg], 배기가스 평균비열은 0.24[kcal/kg·℃]이다.)
$$ Q_1=K\times F\times \Delta t \\ =2500\times0.24\times(400-150)=150000[kcal/h] $$
$$ Q_2=G_a\times h”=180\times640=115200[kcal/h]
$$
$$ Q=Q_1-Q_2=150000-115200=34800 $$
✋랭킨사이클(열효율) 3️⃣ 랭킨 사이클로 작동하는 증기원동소에서 과열증기 엔탈피 660[kcaI/kg], 습증기 엔탈피 530[kcal/kg], 포화수 엔탈피 80.87[kcal/kg]일 때 열효율[%]을 계산하시오.
$$ \eta=\frac{W_T}{Q_1}\times 100=\frac{h_2-h_3}{h_2-h_4}\times 100 $$
$$ =\frac{660-530}{660-80.87}\times 100=22.447 $$
👍절탄기 4️⃣ 보일러 배기가스 여열(餘熱)을 이용하여 급수를 예열하면 보일러 열효율이 향상되고 연료가 절감되며, 급수와 관수의 온도차로 인한 열응력을 감소시키는 장치의 명칭을 쓰시오
절탄기
👍D9 복사전열량, 대류전열량 5️⃣ 외기온도 25[°C]일 때 표면온도 230[°C]인 관 표면에서 방사에 의한 전열량은 자연대류에 의한 전열량의 몇 배가 되는지 계산하시오.
(단, 방사율은 0.9, 스테판-볼츠만 상수는 5.67×10-8[W/㎡·K], 대류 열전달률은 5.56[W/㎡·K]이다.)
● 관 표면적 1[㎡]당 방사 전열량 계산
$$ Q_1=\epsilon \sigma(T_1^4-T_2^4)\{복사전열량\} $$
$$ Q_1=\epsilon C_b\{(\frac{T_1}{100})^4-(\frac{T_2}{100})^4\}(방사전열량) $$
$$ =0.9\times(5.67\times10^{-8})\times\{(\frac{273+230}{100})^4-(\frac{273+25}{100})^4\} \\ =2864.181[W/m^2] $$
● 관표면적 1[㎡]단 대류 전열량 계산
$$ Q_2=\alpha\times(T_1-T_2) $$
$$ =5.56\times\{(273+230)-(273+25)\}=1139.8[W/m^2] $$
● 전열량비교
$$ =\frac{Q_1}{Q_2}=\frac{2864.181}{1139.8}=2.512 $$
6️⃣ 열수송 및 저장설비 평균 표면온도의 목표치는 주위온도에 몇[°C]를 더한 값 이하로 하여야 하는가?
30[°C]
👍D8 전도열전달 7️⃣ 배관 외경이 30[mm]인 길이 15[m]의 증기관에 두께 15[mm]의 보온재를 시공하였다 관 표면온도 100[℃], 보온재 외부온도 20[℃]일 때 단위 시간당 손실열량은 몇[kJ]인가? (단, 보온재의 열전도율은 0.2093[kJ/m·h·℃]이다.)
보온재 피복 후 외측 반지름 및 강관 외측 반지름 계산
$$ r_o=\frac{0.03}{2}+0.015=0.03[m] \\ r_i=\frac{0.03}{2}=0.015[m] $$
보온관 표면적 계산(대수평균면적)
$$ F_m=\frac{2\pi L(r_o-r_i)}{\ln\frac{r_o}{r_i}} $$
$$ =\frac{2\pi\times15\times(0.03-0.015)}{\ln\frac{0.03}{0.015}}=2.039 $$
방열량 계산
$$ Q=K\times F\times \Delta t $$
$$ =\frac{1}{\frac{15}{0.2093}}\times 2.04\times (100-20)=2277.184[kJ/h] $$
✋I2 피토관 8️⃣ 피토관(Pito tube)의 측정원리를 설명하시오.
배관 내에 흐르는 유체의 전압과 정압을 측정하여 그 차이인 동압을 이용하여 베르누이 방정식에 의해 속도수두에서 유속을 구하고 그 값에 관로 단면적을 곱하여 유량을 측정하는 것이다.
9️⃣ 부식의 분류 중 균열을 동반하지 않는 국부부식의 종류 5가지를 쓰시오.
점식, 틈새부식, 입계부식, 이종금속 접촉부식, 탈성분부식
✋ 랭킨사이클(터빈출력계산) 🔟 최고압력 1400[kPa], 최고온도 350[°C], 배압이 100[kPa]로 작동되는 증기원동소 랭킨사이클의 증기소비량이 500[kg/h]일 때 터빈의 출력[kW]을 계산하시오. (단, 1400[kPa], 350[°C]의 과열증기 엔탈피는 3149.5[kJ/kg], 100[kPa]에서의 포화증기 엔탈피는 2675.5[kJ/kg], 포화수 엔탈피는 417.46[kJ/kg]이고, 터빈 출구 증기의 건도는 0.97 이다.)
👆N5 터빈출구의 습포화증기 엔탈피계산
$$ h_3=h’+x(h”-h’) \\
$$
$$ =417.46+0.97\times(2675.5-417.46)=2607.758 $$
터빈 출력계산
$$ N_T=\frac{m(h_2-h_3)}{3600} \\ =\frac{500\times(3149.5-2607.76)}{3600}=75.241[kW] $$
✋N7엔트로피의 변화
1️⃣1️⃣ 압력이 0.1[MPa], 온도가 27[°C]인 증기 1[kg]이 PVn=C(일정)이고 n=1.3인 폴리트로픽 변화를 거쳐 300[℃]가 되었을 때 엔트로피[kcal/K]변화를 계산하시오. (단, 비열비k=1.4, 정적비열 Cv=0.17[kcaI/kg K], 압력은 절대압력이다.)
$$ \frac{T_2}{T_1}=(\frac{V_1}{V_2})^{n-1}=(\frac{P_2}{P_1})^{\frac{n-1}{n}} $$
$$ \frac{T_2}{T_1}=\frac{273+300}{273+27}=1.91 $$
$$ (\frac{P_2}{P_1})^{\frac{n-1}{n}}=(\frac{P_2}{P_1})^{\frac{1.3-1}{1.3}}=(\frac{P_2}{P_1})^{0.230} $$
$$ 1.91=(\frac{P_2}{P_1})^{0.230} \\ \frac{P_2}{P_1}=^{0.230}\sqrt{1.91} \\ P_2=P_1\times^{0.230}\sqrt{1.91}=1.67[MPa] $$
👍E9 리벳이음의 효율 1️⃣2️⃣ 강판 두께가 18[mm]이고, 리벳의 지름이 20[mm]이며, 피치 54[mm]로 한줄 겹치기 리벳 조인트에서 한 피치마다 하중이 800[kgf] 작용하면 이 강판에 생기는 인장응력[kgf/mm]과 리벳 이음효율[%]을 구하시오.
인장응력 계산
$$ \sigma_t=\frac{W}{t(P-d)} $$
$$ =\frac{800}{18(54-20)}=1.31[kgf/mm] $$
리벳 이음 효율 계산
$$ \eta=(1-\frac{d}{P})\times 100 $$
$$ =(1-\frac{20}{54})\times 100=62.96[\%] $$
😽I 오르자트법 1️⃣보일러 연도에서 배기가스 시료를 채취하여 분석기 내부의 성분 흡수제에 흡수시켜 체적변화를 측정하여 CO₂ – O₂ – CO 순서로 분석하는 분석기 명칭을 쓰시오. 오르사트(Orsat)법 분석기
👍판형열교환기(고조청압) 2️⃣ 판형 열교환기의 장점 2가지를 쓰시오.
● 고난류 유동에 의한 열교환기 능력을 향상시킨다 ● 판의 매수조절이 가능하여 전열면적증감이 용이하다 ● 전열면의 청소나 조립이 간단하고, 고점도 유체에도 적용가능하다 ● 높은 사용압력과 내식성, 내구성이 우수하다
✋N6 재생사이클 재열사이클
3️⃣ 증기 원동소의 이상 사이클인 랭킨(Rankine)사이클을 개선한 재열 사이클과 재생 사이클을 각각 설명하시오 ● 재열사이클 : 증기의 초압을 높이면서 팽창후의 증기 건조도가 낮아지지 않도록한 것으로 효율증대보다는 터빈의 복수장해를 방지하여 수명연장에 주안점을 둔 사이클
● 재생사이클 : 팽창 도중의 증기를 터빈에서 추출하여 급수의 가열에 사용하는 사이클로 열효율이 랭킨 사이클에 비해 증가한다
스팀헤더 4️⃣보일러 송기장치인 스팀 헤더(증기 헤더)의 사용 목적을 쓰시오.
보일러 주증기관과 사용 측 증기관 사이에 설치하여 사용처에 증기를 공급해 주는 압력용기이다
스팀헤더 (steam header) 장점 및 크기 (1) 장점 ® 증기 사용처에 증기 공급 및 차단이 용이하다. ® 증기 수요에 대응하기 쉽다. ® 불필요한 배관에 증기가 공급하지 않기 때문에 열 손실을 방지할 수 있댜 (2) 크기 : 증기 헤더에 부착되는 지름이 가장 큰 배관의 2배가 되도록 한다.
👍대수온도차 5️⃣ 대향류식 공기예열기에 240[℃]의 배기가스가 들어가서 160[℃]로 나오고, 연소용 공기는 20[℃]로 들어가서 90[℃]로 나올 때 이 공기예열기의 대수 평균은도차[℃]를계산하시오.
$$ \Delta t_m=\frac{\Delta t_1-\Delta t_2}{\ln(\frac{\Delta t_1}{\Delta t_2})} $$
$$ =\frac{(240-90)-(160-20)}{\ln(\frac{150}{140})} \\ =144.94[℃] $$
6️⃣ 액체 연료 배관 중에 설치하는 유수분리기의 기능에 대하여 설명하시오.
보일러액체 연료공급 배관중에 설치하여 액체 연료와 물과의 비중차이를 이용하여 액체 연료 중에 함유되어 있는 물을 분리하는 장치(기기)이다.
😽J3 인터록 7️⃣ 보일러에 적용하는 자동제어 중 인터록(interlock) 명칭을 쓰시오. (1) 보일러 수위가 안전 저수위에 도달할 때 전자밸브를 닫아 보일러 기동을 정지시키는 역할을 한다 (2) 증기압력이 일정 압력에 도달할 때 전자밸브를 닫아 보일러의 가동을 정지시키는 역할을 한다 (3) 버너 착화 시 점화되지 않거나 운전 중 실화가 될 경우 전자밸브를 닫아 연료공급을 중지하여 보일러 가동을 정지시키는 역할을 한다.
저수위인터록, 압력초과인터록, 불착화인터록
8️⃣ 내경 25[mm]인 원관에 20[℃]물이 임계레이놀즈수 2320으로 흐르고 있을 때 유속[m/s]은 얼마인가? (단, 20[℃] 물에서의 동점성계수는 1.5 X 10 -6[m/s]이다.)
$$ Re=\frac{\sigma DV}{\mu}=\frac{DV}{v} $$
$$ V=\frac{Rev}{D}=\frac{2320\times1.5\times10^{-6}}{0.025}=0.139[m/s] $$
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