에너지 21년기출B

에너지 21년기출B’

🥇🥈🥉

20A‘	20B‘	20C
21A*	21B‘	21C
22A	22B“	22C*

1️⃣ 공기몰수계산

공기가 채워진 어떤 구형 기구의 반지름이 5[m]이고 내부압력이 100[kPa], 온도는 20[°C]일 때 기구 내에 채워진 공기의 몰수[kmol]를 구하시오.

(단, 공기의 기체상수는 287[J/kg·K]이고, 공기의 분자량은 28.97[g/mol]이다.)

►구형 용기 내용적 계산

$$ V=\frac{4}{3}\pi r^3 $$

$$ V=\frac{4}{3}\pi\times 5^3=523.598 $$

►구형 기구안의 공기 질량 계산

I1 압력환산 101324=10332=760

1ATM=1.01325bar=101324Pa
=10332kg/cm²=1.033mAq
=760mmHg

$$PV=nRT$$

$$ 100\times 523.6=n\times 8.314\times (273.15+20) \\ n=21.48[kmol] $$

►공기 몰수 계산

$$ n=\frac{622.7}{28.97}=21.5[kmol] $$

2️⃣ 과열증기 ☑️ B32

명칭	19C01	18C03
	24C02	20B03	17C05
과열기	23B08	21B02	19B03	20D03
				17A02
조절	18A08	18B06
절탄기 열불응연	25A01	23C08	20A01	18A10
공기예열 효불효연	23C04	20C03

포화증기에 비해 과열증기를 사용할 때의 장점 3가지를 쓰시오

B32 과열기(*장단-열수마부 일응손)

✲보일러에서 발생한 습포화증기를 가열하여 압력은 일정하게 유지하면서 증기 온도만을 올려서 과열증기를 만드는 장치

1)과열증기 사용 시의 단점

가열 표면의 일정 온도를 유지하기 곤란하다
가열장치에 큰 열응력이 발생한다
직접 가열 시 열손실이 증가한다
높은 온도로 인하여 제품의 손상 우려가 있다
과열기 표면에 고온부식이 발생할 우려가 있다

2)과열증기 사용 시의 장점

열효율이 증가한다
수격작용을 방지한다
관내 마찰저항이 감소한다
장치 내 부식을 방지한다
적은 증기로 많은 열을 얻을 수 있다

2601

3️⃣ 초음파 유량계 ☑️I2

면적	19a05	18A02
초음파	18A02	21B03	24a17	21B04
열선식	15B	11C

초음파식 유량계의 장점 4가지를 쓰시오

I2 초음파 유량계*

측정체가 유체와 접촉하지 않아 압력손실이 없다
정확도가 높고, 대유량 측정용으로 적합하다
고온, 고압, 부식성의 유체 측정이 가능하다
비전도성 액체의 유량측정이 가능하다

2601

4️⃣ 통풍 및 통풍장치 F4

자연통풍에서 통풍력이 증가되는 조건 4가지를 쓰시오

F4 통풍 및 통풍장치*

❶ 연돌의 높이를 높게한다
❷ 연돌의 단면적을 크게 한다
❸ 연돌의 굴곡부가 적게 한다
❹ 배기가스의 온도를 높게 유지한다

● 외기온도가 낮을수록
● 습도가 낮을수록
● 연도의 길이가 짧을 수록
● 배기가스의 비중량이 작을수록
● 외기의 비중량이 클수록

2601

5️⃣ 송풍기의 상사 F7

연소로로 공기를 공급하는 원심식 송풍기가 970[rpm]으로 회전할 때 축동력이 50[kW]이고, 풍량은 600[m³/min]이다. 연소로의 공기 공급량을 1000[m³/min]으로 증가시킬때 다음 물음에 답하시오. (단. 송풍기 임펠러 직경 크기는 변화가 없다.)

(1) 필요한 송풍기의 회전수[rpm]를 구하시오.
(2) (1)번에서 계산된 회전수를 적용할 때 송풍기의 축동력[kW]을 구하시오.

F7 송풍기의 상사

\[Q_2=Q_1\times \frac{N_2}{N_1}\times (\frac{D_2}{D_1})^3(풍량)\]

\[P_2=P_1\times (\frac{N_2}{N_1})^2\times (\frac{D_2}{D_1})^2(풍압)\]

\[L_2=L_1\times (\frac{N_2}{N_1})^3\times (\frac{D_2}{D_1})^5(축동력)\]

$$ Q_2=Q_1\times \frac{N_2}{N_1}\times (\frac{D_2}{D_1})^3 $$

$$ 1000=600\times \frac{N_2}{970} \\ N_2=\frac{970}{600}\times 1000=1616.666 $$

$$ P_2=P_1\times (\frac{N_2}{N_1})^2\times (\frac{D_2}{D_1})^2 $$

$$ L_2=L_1\times (\frac{N_2}{N_1})^3\times (\frac{D_2}{D_1})^5 $$

$$ L_2=50\times (\frac{1616.67}{970})^3=231.482[kW] $$

6️⃣ 보일러효율 C4 14

중유를 110[kg/h] 연소시키는 보일러가 있다. 이 보일러의 증기압력이 1[MPa], 급수온도가 50[°C], 실제 증발랑이 1500[kg/h]일 때 보일러의 효율[%]을 구하시오.

	24A02	21B06	18C15	16a15
	22B16	17B15	20B13
효율	25B02	23B17	23A02	17A12
	21C08

C4 보일러효율*

입출열법에 의한 효율

$$ \eta=\frac{G_a (h_2-h_1)}{G_f\times H_l}\times 100 $$

열손실법에 의한 효율

$$ \eta=(1-\frac{L_s}{H_h-Q})\times 100 $$

Ga실제증발량 h2포화증기엔탈피 h1급수엔탈피
Gf연료소비량 Hh연료의고위발전량

\[보일러의 효율 \\=\frac{열매체사용량\times 비열\times 열매체 입출구온도차}{연료소비량\times 연료의저위발열량}\times 100\]

2602

$$ \eta=\frac{G_a\times(h_2-h_1)}{G_f\times H_l}\times 100 $$

$$ =\frac{1500\times(2864-210)}{110\times 40950}\times 100 =88.378[\%] $$

7️⃣ 슬루스벨브 D5

다음에서 설명하는 밸브에 대해 각 물음에 답하시오.

체크밸브	22B08	18B04
게이트 밸브	21B07	18C08
스트레이너	21B08	18C07
신축이음	23C06	20C10	17B03

유체의 흐름을 단속하는 가장 일반적인 밸브로서 냉수,온수,난방 배관 등에 광범위하게 사용되고, 완전히 열거나 닫도록 설계되어 있다. 벨브 개방시 유체 흐름의 단면적 변화가 없어 압력손실이 적은 특징이 있다

(1) 이 벨브의 명칭을 쓰시오
(2) 벨브를 유량조절 용도로 절반만 열고 사용하는 것이 부적절한 이유를 쓰시오

D5 게이트벨브(슬루스벨브*)

✲유체의 흐름을 단속하는 가장 일반적인 밸브로서 냉수,온수,난방 배관 등 에 광범위하게 사용되고, 완전히 열거나 닫도록 설계되어 있다. 벨브 개방시 유체 흐름의 단면적 변화가 없어 압력손실이 적은 특징

게이트벨브 또는 사절변이라 한다
리프트가커서 개폐시간이 걸린다
밸브를 완전히 열면 밸브본체속에 관로의 단면적과 거의 같게된다
쐐기형의 밸브 본페가 밸브 시트안을 눌러 기밀을 유지한다
유로의 개폐용으로 사용한다
밸브를 절반 정도 열고 사용하면 와류가 생겨 유체의 저항이 커지기 때문에 유량조절에는 적합하지 않다.

2601

8️⃣ 배관재 및 밸브 ☑️D5

체크밸브	18b04	22b08
게이트 밸브	18c08	21b07
스트레이너	18c07	21b08
신축이음	17B03	20C10	23C06

펌프 등 배관계통에서 유체의 흐름 속에 이물질 등으로 인하여 설비의 파손 또는 오동작 그리고 흐름상 저항이 발생하는 것을 예방하기 위하여 주요 설비 전단에 설치하는 장치로서 Y형과 U형 등 형태로 배치되는 부속품의 명칭을 쓰시오.

스트레이너

9️⃣ 대수온도차 ☑️E3

응용	22C18	21B09
기본	21A11	20C18	17A15	16C14
	24b02

안지름 10[cm]인 원형관에 물이 속도 2[m/s], 20[°C]로 유입되어 80[°C]로 일정하게 유지되는 곳과 열교환하여 최종적으로 40[°C]로 나올 때 [보기]의 조건을 참고하여 열 교환용 배관 길이[m]를 계산하시오.

물의 평균비열 : 4180 [J/kg·K]
물의 밀도 : 1000 [kg/m³]
배관의 열관류율 : 10[kW/m²·K]
대수평균온도

E3 대수온도차

\[\Delta t_m=\frac{\Delta t_1-\Delta t_2}{\ln(\frac{\Delta t_1}{\Delta t_2})} \]

►대수평균온도 계산

$$ \Delta T_{lm}[°C]=\frac{\Delta T_o-\Delta T_i}{\ln\frac{\Delta T_o}{\Delta T_i}} $$

$$ =\frac{60-40}{\ln\frac{60}{40}}=49.326[°C] $$

►내부유체를 냉각하는데 사용된 물의 양계산

$$ m=\rho\times A\times V $$

$$ =1000\times (\frac{\pi}{4}\times 0.1^2)\times 2=15.707[kg/s] $$

►물을 이용하여 냉각한 열량 계산

$$ Q_1=m\times C\times \Delta T $$

$$ =15.71\times 4.180\times \{(273+40)-(273+20)\}=1313.356[kW] $$

►열교환용 배관 길이 계산

$$ Q_2=K\times F\times \Delta T_{lm} \\ =K\times (\pi\times D\times L)\times \Delta T_{lm} $$

$$ L=\frac{Q_2}{K\times \pi\times D\times\Delta T_{lm}}=\frac{1313.36}{10\times\pi\times 0.1\times(273+49.33)}=1.296[m] $$

🔟 탈산소제 ☑️K1

청관제	18A01	22B05
탈산소	19A03	21B10	23b07
	24a11	24b06

►급수 중의 용존산소를 제거하여 점식과 같은 부식을 방지하는 목적으로 사용하는 탈산소제의 종류 3가지를 쓰시오.

K2 탈산소제

아황산나트륨, 히드라진, 타닌

$$ 2Na_2SO_3+O_2→2Na_2SO_4 $$

$$ (2000\times10^6)\times\frac{9}{10^6}=18000[g] $$

$$ 2\times 126[g]:32[g]=x[g]:18000[g] $$

$$ x=\frac{2\times 126\times 18000}{32}=141750[g] $$

1️⃣1️⃣ 전도열계산 D7. 17

	17B14	17C12	18B11	20C17
중간온도	16B12	19A12	20A12
	22A07
중공원통	18C13	19C12	21B11
다층벽	22B18	21A18
구형용기	22C13	16A14	24B17
스케일	16C09

지름2[㎜], 길이 10[m] 전선에 전류 10[A], 전압 9[V]로 흐를 때 전선 내부와 플라스틱 피복 사이의 온도(tm)는 얼마인가?

(단, 외기 온도는 30[°C] 상태로 일정하며 플라스틱피복제는 두께 1[㎜], 표면 열전달계수(α) 15[W/m²·K], 열전도율 (λ) 0.15[W/m²·K]이며, 전선에서 발생되는 열량은 모두 외부로 방출된다.)

D8 전도열계산(중공원통)

$$ F_m=\frac{2\pi L(r_o-r_i)}{\ln\frac{r_o}{r_i}} $$

►전선에서 발생되는 열량

$$ Q=E\times I=9\times 10=90[J/s]=90[W] $$

$$ F_m=\frac{2\pi D(r_o-r_i)}{\ln\frac{r_o}{r_i}}=\frac{2\times\pi\times10\times(0.002-0.001)}{\ln\frac{0.002}{0.001}}=0.090[m^2] $$

$$ Q=KF_m\Delta T=\frac{1}{\frac{b}{\lambda}+\frac{1}{\alpha}}\times F_m\times(T_m-T_\alpha) $$

$$ T_m=T_\alpha+\frac{Q}{\frac{1}{\frac{b}{\lambda}+\frac{1}{\alpha}}\times F_m} \\ =273+30)+\frac{90}{\frac{1}{\frac{0.001}{0.15}+\frac{1}{15}}\times 0.09} \\ =376.33[K]-273=103.333[] $$

1️⃣2️⃣ 원심펌프의비교회전도 F5

원심펌프의 비교회전도를 구하는 공식을 쓰고 설명하시오

자연통풍	24C01	21B04
강제통풍	22B04
통풍력	24B14	21c09	19b15	19a11
	25A13
상사	21B05	21B12	17b06
축동력	25A17

F8 원심펌프 비교회전도

비교회전속도(비속도) : 토출량이 1[m³/min], 양정이 1[m]가 발생하도록 설계한 경우의 판상 임펠러의 분당 회전수를 나타낸다

$$ N_s=\frac{N\sqrt{Q}}{(\frac{H}{n})^{\frac{3}{4}}} $$

Ns 비교회전도, N회전수, Q유량, H양정, n단수

1️⃣3️⃣ 캐비테이션 ☑️ B24

이상현상	22C07	17C06
캐리오버	24C04	23B01	20C08
	20A04	17A05
프라이밍	23c02	21c17	16a08	16c01
포밍	23A05
캐비 테이션	21B13	16a06
수격작용	21B15	16A07

원심펌프에서 발생하는 캐비테이션(cavitation) 현상을 방지하는 방법 4가지를 쓰시오.

O4 캐비테이션*

❶ 2단펌프를 사용한다
❷ 흡입관의 손실수두를 줄인다
❸ 펌프의 위치를 낮춰 흡입양정을 짧게 한다
❹양흡입 펌프를 사용한다
●펌프의 회전수를 낮춘다

2601

1️⃣4️⃣ 관류 보일러 ☑️ A16

(종류)	24b05	20C02	17A03
(명칭)	21C11	20B07	17B05
(장단)	21B14	16C04

►관류 보일러의 장점 4가지를 쓰시오.

A5관류보일러(*장단점)

전열면적에 비하여 보유수량이 적다(관)
증기발생이 신속해 가동시간이 짧다.
고압 보일러에 적합하다.
관을 자유로이 배치할 수 있어 구조가 콤팩트하다.
순환비가 1이므로 드럼이 필요 없다.

완벽한 급수처리를 요한다.
정확한 자동제어 장치를 설치하여야 한다.
발생증기 중에 포함된 수분을 분리하기 위하여 기수분리기를 설치

2601

1️⃣5️⃣ 수격작용 ☑️ B25

이상현상	22C07	17C06
캐리오버	24C04	23B01	20C08
	20A04	17A05
프라이밍	23c02	21c17	16a08	16c01
포밍	23A05
캐비 테이션	21B13	16a06
수격작용	21B15	16A07

증기를 송기할 때 발생하는 수격작용(water hammer)에 대한 물음에 답하시오.

(1) 수격작용의 정의를 쓰시오.
(2) 수격작용 방지대책 3가지를 쓰시오.

O5 수격작용*

배관 내부에 체류하는 응축수가 송기 시에 고온 고압의 증기에 의해 배관을 심하게 타격하여 소음을 발생하는 현상으로 배관 및 밸브류가 파손될 수 있다

❶ 주증기 밸브를 서서히 개방할것
❷ 캐리오버를 방지할것
❸배관을 가능하면 직선으로 시공한다
● 증기배관의 보온을 철저히 할 것
● 응축수가 체류하는 곳에 증기트랩을 설치할 것
● 응축수 드레인 빼기를 철저히 할 것
● 송기 전에 소량의 증기로 배관을 예열할 것(난관조작)

2601

1️⃣6️⃣ 노즐속도 18

반지름 20[cm]인 곳에 3[m/s]의 속도로 물이 유입되고 있다. 입구압력 190[kPa], 출구압력 180[kPa]일 때, [보기]의 공식을 이용하여 입구와 출구 사이의 벽면이 받는 마찰력(Ff)[N]을 구하시오.

I5 노즐의속도

$$ w_2=\sqrt{2(h_1-h_2)+w_1^2} $$

$$ w_2=\sqrt{2\frac{k}{k-1}\times RT_1\times\{1-(\frac{P_2}{P_1})^{\frac{k-1}{k}}\}} $$

출구속도

$$ u_2=u_0\{1-(\frac{r}{R})^2\} \\ F_x=P_1A-P_2A-F_f=\frac{dP_{out}}{dt}-\frac{dP_{in}}{dt} $$

출구속도

$$ u_2=u_0\{1-(\frac{r}{R})^2\} \\ =2u_1\{1-(\frac{r}{R})^2\}=2\times3\times\{1-(\frac{0}{0.2})^2\}=6[m/s] $$

$$ \frac{\pi}{4}\times D^2_1\times u_1=\frac{\pi}{4}\times D^2_2\times u_2 $$

출구측 지름계산

$$ D_2=\sqrt{\frac{D^2_1\times u_1}{u_2}}=\sqrt{\frac{0.4^2\times3}{6}}=0.282[m] $$

마찰력계산

$$ F_x=P_1A-P_2A-F_f=\frac{dP_{out}}{dt}-\frac{dP_{in}}{dt}=\rho Q(u_2-u_1) \\ P_1A-P_2A-F_f=\rho Q(u_2-u_1) \\ F_f=P_1A-P_2A-\rho Q(u_2-u_1) \\ =(190\times10^3\times\frac{\pi}{4}\times0.4^2-180\times10^3\times\frac{\pi}{4}\times0.28^2) \\ -\{1000\times(\frac{\pi}{4}\times0.4^2\times3)\times(6-3)\} \\ =11661.591[N] $$

1️⃣7️⃣ 신,재생에너지 ☑️Q1

	23A04	21b17	20b06
열병합	17b04

[보기]에 주어진 것은 신 재생에너지 종류이다. 물음에 답하시오.

(1) 신에너지에 해당하는 것 2가지를 기호로 쓰시오.
(2) 재생에너지에 해당하는 것 5가지를 기호로 쓰시오.

해양에너지
지열에너지
수소에너지
풍력
연료전지
수력
태양에너지

Q1 신에너지, 재생에너지*

● 신에너지 :

수소에너지,
연료전지,
석탄을 액화, 가스화한 에너지,
중질잔사유를 가스화한 에너지

기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 수소, 산소 등의 화학반응을 통하여 전기 또는 열을 이용하는 에너지

● 재생에너지 :

태양에너지, 풍력, 수력, 해양에너지, 지열에너지,
폐기물에너지

햇빛, 물, 지열(地熱), 강수(降水), 생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지로서 다음 어느 하나에 해당하는 것을 말한다.

● 해양에너지에 관련된 신재생에너지 종류 2가지를 쓰시오.

조수, 파도, 해류, 온도차

● 바이오에너지의 범위

생물유기체를 변환시킨 바이오가스,
바이오에탄올,
바이오액화유
합성가스 쓰레기 매립장의 유기성 폐기물을 변환시킨 매립지 가스
동물·식물의 유지를 변환시킨 바이오디젤
생물유기체를 변환시킨 땔감, 목재칩 펠릿 및 목탄 등의 고제연료

2601

1️⃣8️⃣ 증발량 ☑️C2. 13

증발	16B16	22B02
실제환산 증발량	22A13	20D11	18B16	21B18
증기발생	16C12	19A15	18C17	17A13

100[kPa]에서 발생증기량은 10[kg/s], 포화수 엔탈피 420[kJ/kg], 포화증기 엔탈피 3000[kJ/kg], 증기의 건도가 0.9이다. 물의 증발잠열이 2225[kJ/kg]일 때 증발계수를 계산하시오. (단. 급수 엔탈피는 284[kJ/kg]이다)

C2 상당증발량, 환산증발량

\[G_e=\frac{G_a(h_2-h_1)}{539\times 4.1868}=\frac{G_a(h_2-h_1)}{100[℃]증발잠열}\] \[=\frac{G_a(h_2-h_1)}{\gamma}\]

►습포화증기 엔탈피 계산

$$h_2=h’+(h”-h’)x$$

$$=420+{3000-420}\times 0.9=2742[kJ/kg]$$

►증발계수 계산

$$=\frac{G_e}{G_a}=\frac{h_2-h_1}{\gamma}=\frac{h_2-h_1}{2225}\\ =\frac{2742-284}{2225}=1.104$$

에너지 21년기출B’

에너지 21년기출B