에너지관리기사 실기(2025년 2회)    필답형

1. 외경 0.4m, 길이 2m인 증기관에 두께 0.05m의 보온재를 시공하였다. 관의

표면온도 100℃, 보온재의 표면온도 30℃인 경우 손실열량〔kJ/h〕을 구하시오

(단, 보온재의 열전도율 0.42W/m·℃이다)                         (2018년 4회 유사)

참고) 1kW=3600kJ/h, 1W=3.6kJ/h 로 단위 계산에 유의

풀이) [eqn: Q]=[eqn: {2 pi L LEFT ( t _{1} -t _{2} RIGHT )} over {{1} over {lambda } ln {r _{2}} over {r _{1}}}]

=[eqn: {2 TIMES pi TIMES 2 LEFT [ m RIGHT ] TIMES (100-30) LEFT [ CENTIGRADE RIGHT ]} over {{1} over {0.42 LEFT [ W/m CENTIGRADE RIGHT ]} TIMES ln {0.25} over {0.2}}][eqn: TIMES 3.6 LEFT [ {kJ/h} over {W} RIGHT ]]

[eqn: =1655.67 LEFT [ W RIGHT ] TIMES 3.6 LEFT [ {kJ/h} over {W} RIGHT ]]

[eqn: =5960.41 LEFT [ kJ/h RIGHT ]]

답) [eqn: 5960.41 LEFT [ kJ/h RIGHT ]]

다른풀이) [eqn: r _{1} = {0.4} over {2} =0.2 LEFT [ m RIGHT ]]

[eqn: r _{2} = {0.4} over {2} +0.05=0.25 LEFT [ m RIGHT ]]

대수평균면적(A[eqn: {} _{m}]) =[eqn: {2 pi L(r _{2} -r _{1} )} over {ln {r _{2}} over {r _{1}}}]

=[eqn: {2 TIMES pi TIMES 2 TIMES LEFT ( 0.25-0.2 RIGHT )} over {ln {0.25} over {0.2}}]=[eqn: 2.815759][eqn: LEFT [ m ^{2} RIGHT ]]

[eqn: Q=K`A _{m} ` DELTA t]

[eqn: = {lambda } over {d} BULLET A _{m} BULLET DELTA t]

[eqn: = {0.42 LEFT [ W/m CENTIGRADE RIGHT ]} over {0.05 LEFT [ m RIGHT ]} TIMES 2.815759 LEFT [ m ^{2} RIGHT ] TIMES (100-30) LEFT [ CENTIGRADE RIGHT ]][eqn: TIMES 3.6 LEFT [ {kJ/h} over {W} RIGHT ]]

[eqn: =1655.67 LEFT [ W RIGHT ] TIMES 3.6 LEFT [ {kJ/h} over {W} RIGHT ]]

[eqn: =5960.41 LEFT [ kJ/h RIGHT ]]

답) [eqn: 5960.41 LEFT [ kJ/h RIGHT ]]

2. 작동원리에 따른 증기 트랩의 종류 3가지 쓰시오        (2013년 2회 동영상)

참고) 증기 트랩의 종류

1) 기계식  :      플로트 트랩,  버킷트랩

2) 온도조절식 :  바이메탈식,  벨로즈식,  액체 팽창식

3) 열역학식 :     디스크트랩,  오리피스트랩

답) 1) 기계식

2) 온도조절식

3) 열역학식

3. 증기발생량 840kg/h, 연료소비량 140kg/h, 저위발열량 19260kJ/kg, 발생증기

엔탈피 2763kJ/kg, 급수엔탈피 251kJ/kg인 보일러의 효율[eqn: LEFT [ % RIGHT ]]을 구하시오

(2015년 1회, 2020년 4회 유사)

풀이) [eqn: eta _{B}]= [eqn: {G(h _{2} -h _{1} )} over {G _{f} TIMES H _{l}}]×100[eqn: LEFT [ % RIGHT ]]

=[eqn: {840 LEFT [ kg/h RIGHT ] TIMES (2763-251) LEFT [ kJ/kg RIGHT ]} over {140 LEFT [ kg/h RIGHT ] TIMES 19260 LEFT [ kJ/kg RIGHT ]} TIMES 100````` LEFT [ % RIGHT ]]

=78.255[eqn: LEFT [ % RIGHT ]]

답) 78.26[eqn: LEFT [ % RIGHT ]]

4. 배관을 보온재로 시공하기 전 열손실량 2500kJ/h, 시공 후 열손실량 0.12kW

일 때, 보온재의 보온 효율[eqn: LEFT [ % RIGHT ]]을 구하시오        (필답형 500문제 41번 유사)

참고) 1kW=3600kJ/h

0.12〔[eqn: kW]〕×3600〔[eqn: {kJ/h} over {kW}]〕= [eqn: 432 LEFT [ kJ/h RIGHT ]]

풀이) 보온 효율([eqn: eta])=[eqn: {Q _{1} -Q _{2}} over {Q _{1}}]

= [eqn: {2500-432} over {2500} TIMES 100` LEFT [ % RIGHT ]]

= [eqn: 82.72 LEFT [ % RIGHT ]]

답) [eqn: 82.72 LEFT [ % RIGHT ]]

5. 연속동작 중 비례동작의 특징을 3가지 쓰시오             (2012년 1회, 2017년 1회)

답) 1) 제어편차에 비례하여 조작량의 크기를 결정

2) 잔류편차(오프셋)가 발생한다

3) 잔류편차를 없애주기 위해서 적분동작을 함께 사용한다

4) 부하 변화가 작은 곳에 사용된다

5) 외란이 큰 제어계에는 부적당하다

6) 제어량이 주기적으로 변화하는 사이클링을 제거할 수 있다

6. 보일러 가동시 공기비를 1.35에서 1.15로 개선하였을 때 다음 조건을 고려하여

연료절감률[eqn: LEFT [ % RIGHT ]]을 구하시오

(2015년 1회, 2023년 2회)

【조건】

* 이론공기량 : 10.8Nm[eqn: {} ^{3}]/kg          * 배기가스비열 : 1.674kJ/Nm[eqn: {} ^{3}]℃

* 연료발열량 : 40820kJ/kg           * 배기가스온도 : 295℃

* 연소용 공기온도 : 15℃

풀이) 이론습배기가스량을 G[eqn: {}_{od}]Nm[eqn: {} ^{3}]/kg라 하면,

G[eqn: {} _{d1}] = G[eqn: {} _{0d}] + (m-1)A[eqn: {} _{0}] = G[eqn: {} _{0d}]+(1.35-1)×10.8 = G[eqn: {} _{0d}]+3.78Nm[eqn: {} ^{3}]/kg

G[eqn: {} _{d2}] = G[eqn: {} _{0d}] + (m-1)A[eqn: {} _{0}] = G[eqn: {} _{0d}]+(1.15-1)×10.8 = G[eqn: {} _{0d}]+1.62Nm[eqn: {} ^{3}]/kg

[eqn: G _{d1} -G _{d2} =](G[eqn: {} _{0d}]+3.78)-(G[eqn: {} _{0d}]+1.62)=[eqn: 2.16]Nm[eqn: {} ^{3}]/kg

∴ [eqn: DELTA Q= DELTA G`C``dt]

[eqn: =2.16 LEFT [ Nm ^{3} /kg RIGHT ] TIMES 1.674 LEFT [ kJ/Nm ^{3} CENTIGRADE RIGHT ] TIMES (295-15) LEFT [ CENTIGRADE RIGHT ]]

[eqn: =1012.4352 LEFT [ kJ/kg RIGHT ]]

∴ 연료절감률= [eqn: {열손실절감량} over {연료발열량}][eqn: TIMES 100`` LEFT [ % RIGHT ]]

=[eqn: {1012.4352 LEFT [ kJ/kg RIGHT ]} over {40820 LEFT [ kJ/kg RIGHT ]} TIMES 100`` LEFT [ % RIGHT ]]

= 2.4802[eqn: LEFT [ % RIGHT ]]

답) 2.48[eqn: LEFT [ % RIGHT ]]

7. 예열대, 소성대, 냉각대로 구성되어 있는 연속식 소성로는?   (2019년 3회)

답) 터널요

8. 다음 그림은 스털링 사이클(stirling cycle)의 T-S선도를 나타내고 있다. 압축비 6,

T[eqn: {}_{3}] 1420[eqn: LEFT [ CENTIGRADE RIGHT ]], T[eqn: {}_{1}] 20[eqn: LEFT [ CENTIGRADE RIGHT ]] 일 때 다음 물음에 대한 답을 구하시오.

(단, 기체상수는 0.287[eqn: LEFT [ kJ/kg BULLET K RIGHT ]]이다)

(2021년 1회 연습문제)

1) 2-3-4 과정 공급열량[eqn: LEFT [ kJ/kg RIGHT ]]

2) 4-1-2과정 방출열량[eqn: LEFT [ kJ/kg RIGHT ]]

3) 한 사이클에서 계가 한 일[eqn: LEFT [ kJ/kg RIGHT ]]

4) 열효율[eqn: LEFT [ % RIGHT ]]

참고) 1) 등온과정

[eqn: dQ=dU+PdV=PdV][eqn: =RT {dV} over {V}][eqn: =RT BULLET ln {V _{2}} over {V _{1}}]

2) 압축비[eqn: LEFT ( epsilon RIGHT )]

[eqn: epsilon = {V _{1}} over {V _{2}} = {V _{4}} over {V _{3}}][eqn: =6]

1. 2-3-4 과정 공급열량

[eqn: SIGMA Q _{234} =Q _{23~} +Q _{34}][eqn: =C _{V} LEFT ( T _{3} -T _{2} RIGHT )]+[eqn: RT _{3} BULLET ln {V _{4}} over {V _{3}}]

[eqn: =0.718 TIMES (1420-20)+0.287 TIMES (1420+273) TIMES ln6]

[eqn: =1005.2 LEFT [ kJ/kg RIGHT ] +870.60 LEFT [ kJ/kg RIGHT ]]

[eqn: =1875.8 LEFT [ kJ/kg RIGHT ]]

[eqn: W _{23} =P`dV=0]  ([eqn: BECAUSE] 등적과정)

[eqn: W _{34} =Q _{34} =870.60 LEFT [ kJ/kg RIGHT ]] ([eqn: BECAUSE] 등온과정)

2. 4-1-2과정 방출열량([eqn: Q _{12} =W _{12}])

[eqn: SIGMA Q _{412}][eqn: =Q _{41} +Q _{12}][eqn: =][eqn: C _{V} LEFT ( T _{1} -T _{4} RIGHT )]+[eqn: RT _{1} ln {V _{2}} over {V _{1}}]

[eqn: =C _{V} LEFT ( T _{1} -T _{4} RIGHT ) -RT _{1} ln {V _{1}} over {V _{2}}]

[eqn: =0.718 TIMES (20-1420)-0.287 TIMES (20+273) TIMES ln6]

[eqn: =-1005.2 LEFT [ kJ/kg RIGHT ]][eqn: -150.67 LEFT [ kJ/kg RIGHT ]]

[eqn: =-1155.87 LEFT [ kJ/kg RIGHT ]] : 방출열량

[eqn: W _{41} =P`dV=0]  ([eqn: BECAUSE] 등적과정)

[eqn: W _{12} =Q _{12} =-150.67 LEFT [ kJ/kg RIGHT ]]([eqn: BECAUSE] 등온과정)

3. 한 사이클에서 계가 한 일[eqn: LEFT ( W RIGHT )]

[eqn: SIGMA][eqn: W=][eqn: W _{23} +W _{34} +W _{41} +W _{12}]

[eqn: =0+870.60][eqn: +0+(-150.67)]

[eqn: =719.93 LEFT [ kJ/kg RIGHT ]]

([eqn: SIGMA W][eqn: =][eqn: SIGMA Q _{234} - SIGMA Q _{412}][eqn: =1875.8-1155.87=719.93 LEFT [ kJ/kg RIGHT ]]로도 계산 가능)

4. 열효율([eqn: eta])[eqn: LEFT [ % RIGHT ]]

[eqn: eta = {SIGMA W} over {SIGMA Q _{234}}][eqn: = LEFT ( {719.93} over {1875.8} RIGHT ) TIMES 100][eqn: =38.38 LEFT [ % RIGHT ]]

답) 1) 2-3-4 과정 공급열량 : 1875.8〔kJ/kg〕

2) 4-1-2과정 방출열량 : 1155.87〔kJ/kg〕

3) 한 사이클에서 계가 한 일[eqn: LEFT ( W RIGHT )] : 719.93〔kJ/kg〕

4) 열효율([eqn: eta]) : 38.38〔%〕

9. 단열재 구비조건 4가지 쓰시오                (2017년 4회, 2022년 2회)

참고) 단열재 구비조건과 보온재 구비조건은 동일 함

답) 1) 열전도율이 작을 것

2) 부피[eqn: BULLET]비중이 작을 것

3) 다공성이며 기공이 균일할 것

4) 흡수성, 흡습성이 적을 것

5) 내구성이 좋아야 한다

6) 기계적 강도가 클 것

7) 시공성이 양호할 것

8) 독립기포의 다공질일 것

10. 보일러 운전시 점화불량의 원인 5가지를 쓰시오            ( 2022년 1회)

답) 1) 연료의 노즐이 막힌 경우

2) 전압의 이상

3) 버너의 무화 불량

4) 점화 버너의 가스압력 이상

5) 공기비 조정 불량

6) 점화용 트랜스 불량

7) 보염기의 위치 불량

8) 공기압력이 너무 낮거나 높음

11. 고온부식의 방지대책을 3개 쓰시오

(단답형 300문제 중 193번, 2013년 2회, 2018년 2회)

답) 1) 첨가제인 회분 개질제를 사용하여 바나듐의 융점을 높인다

2) 중유 중에 포함된 바나듐 성분을 제거한다

3) 고온의 전열면에 보호피막을 씌운다

4) 연소가스 온도를 바나듐의 융점 이하로 유지한다

12. 피토관이 설치된 배관 내 물이 흐르고 있다. 관로 중 설치된 U자관에 나타난

수은주의 높이가 75mm일 때 배관 내 물의 유속〔m/s〕을 구하시오.

(단, 수은의 비중 13.6, 물의 비중은 1이다)                   (2018년 1회)

풀이) [eqn: V]= [eqn: C][eqn: sqrt {2gh( {gamma _{s}} over {gamma } -1)}]

= [eqn: sqrt {2 TIMES 9.8 LEFT [ m/s RIGHT ] ^{2} TIMES 0.075 LEFT [ m RIGHT ] TIMES LEFT ( {13.6 TIMES 1000 LEFT [ kg/m ^{3} RIGHT ]} over {1000 LEFT [ kg/m ^{3} RIGHT ]} -1 RIGHT )}]

=[eqn: 4.30 LEFT [ m/s RIGHT ]]

답) 4.30[eqn: LEFT [ m/s RIGHT ]]

13. 프로판(C[eqn: {}_{3}]H[eqn: {}_{8}]) 1kg을 완전 연소시킬 때 프로판가스의 발열량〔MJ/kg〕을 구하시오

(단,  C+O[eqn: {} _{2}]→CO[eqn: {} _{2}]+393.5kJ/mol, H[eqn: {} _{2}]+[eqn: {1} over {2}]O[eqn: {} _{2}]→H[eqn: {} _{2}]O+240kJ/mol)

(2023년 2회, 필답형 500문제 중 476번 유사, 2022년 2회 필기)

풀이) 발열량= [eqn: 3 TIMES 393.5 LEFT [ kJ/mol RIGHT ] +4 TIMES 240 LEFT [ kJ/mol RIGHT ]]

= [eqn: 2140.5 LEFT [ kJ/mol RIGHT ]]

=[eqn: {2140.5 LEFT [ kJ/mol RIGHT ] TIMES 1000 LEFT [ g/kg RIGHT ]} over {1000 LEFT [ kJ/MJ RIGHT ] TIMES 44 LEFT [ g/mol RIGHT ]}]

=[eqn: 48.647 LEFT [ MJ/kg RIGHT ]]

답) 48.65〔MJ/kg〕

다른풀이법) C[eqn: {} _{3}]H[eqn: {} _{8}] + 5O[eqn: {} _{2}] → 3CO[eqn: {} _{2}] + 4H[eqn: {} _{2}]0

44〔g〕           3×393.5+4×240〔kJ〕

1〔g〕               [eqn: x]

∴ [eqn: x= {3 LEFT [ mol RIGHT ] TIMES 393.5 LEFT [ kJ/mol RIGHT ] +4 LEFT [ mol RIGHT ] TIMES 240 LEFT [ kJ/mol RIGHT ]} over {44 LEFT [ g RIGHT ]}]

[eqn: =48.65 LEFT [ kJ/g RIGHT ]]

([eqn: 1 LEFT [ kJ/g RIGHT ] =1 LEFT [ MJ/kg RIGHT ]]이므로)

[eqn: =48.65 LEFT [ MJ/kg RIGHT ]]

14. 분출량 24000kg/day, 보일러수의 허용 고형분농도 2500ppm, 급수 허용

고형분농도 110ppm 일 때 보일러 분출량〔kg/day〕을 구하시오

(단, 응축수는 회수하지 않는다)               (2014년 3회, 2024년 4회)

풀이) 분출량([eqn: y])[eqn: =][eqn: x][eqn: TIMES][eqn: {a} over {b-a}][eqn: TIMES][eqn: eta]

[eqn: =][eqn: 24000 LEFT [ kg/day RIGHT ] TIMES {110 LEFT [ ppm RIGHT ]} over {(2500-110) LEFT [ ppm RIGHT ]}]×[eqn: 1]

[eqn: =1104.60 LEFT [ kg/day RIGHT ]]

답) [eqn: 1104.60 LEFT [ kg/day RIGHT ]]

15. 연소로로 공기를 공급하는 송풍기가 970rpm으로 회전하면, 축동력이 50KW이고,

이때의 유량은 600m[eqn: {}^{3}]/min이다. 연소로의 공기유량을 1000m[eqn: {}^{3}]/min로 증가시킬 때,

다음 물음에 답하시오. (단, 송풍기의 임펠러 직경의 크기는 변경하지 않는다)

(2021년 2회)

가.  필요한 송풍기의 회전수를 구하시오

나.  위 가항의 회전수를 적용한 경우 송풍기의 축동력(KW)을 구하시오

참고) 1) [eqn: {Q _{2}} over {Q _{1}}] = [eqn: {N _{2}} over {N _{1}}]

2) [eqn: {P _{2}} over {P _{1}}] = [eqn: LEFT ( {N _{2}} over {N _{1}} RIGHT ) ^{2}]

3) [eqn: {L _{2}} over {L _{1}}] = [eqn: LEFT ( {N _{2}} over {N _{1}} RIGHT ) ^{3}]

계산과정) 1) [eqn: N _{2}]= [eqn: {Q _{2}} over {Q _{1}}]×[eqn: N _{1}]= [eqn: {1000} over {600} TIMES 970]= 1616.67rpm

2) L[eqn: {}_{2}]= [eqn: LEFT ( {N _{2}} over {N _{1}} RIGHT ) ^{3}]×[eqn: L _{1}]= [eqn: LEFT ( {1616.67} over {970} RIGHT ) ^{3}]×50= 231.48KW

답) 가.  1616.67rpm

나.  231.48KW

16. 증기 터빈에서 증기의 질량유량 10kg/h, 포화증기 엔탈피 2717.34kJ/kg,

급수엔탈피 84kJ/kg, 포화수엔탈피 84kJ/kg, 증기건도 0.9일 때 출구에서

습증기 배출열량[eqn: LEFT [ kJ/h RIGHT ]]을 구하시오

풀이) 출구에서의 습증기 엔탈피([eqn: h _{x}])

[eqn: h _{x} =h _{1} +(h _{2} -h _{1} ) TIMES x]

[eqn: =84+(2717.34-84) TIMES 0.9]

[eqn: =2454 LEFT [ kJ/kg RIGHT ]]

[eqn: Q=m TIMES (h _{x} -급수엔탈피)]

[eqn: =10 LEFT [ kg/h RIGHT ] TIMES (2454-84) LEFT [ kJ/kg RIGHT ]]

[eqn: =23700 LEFT [ kJ/h RIGHT ]]

답) [eqn: 23700 LEFT [ kJ/h RIGHT ]]

☞지문 내용 및 수치가 다른 부분이 있으면 알려 주십시오 !

17. LNG 539.8 toe/년, 연소율 0.995, 탄소(C) 배출계수 0.637 ton C/toe 인 경우

다음을 구하시오                          (필답형 230문제 중 152번 유사)

1) 탄소(C) 배출량 〔ton C/년〕

2) CO[eqn: {}_{2}] 배출량 〔ton CO[eqn: {}_{2}]/년〕

풀이) 1) 탄소(C) 배출량 〔ton C/년〕

539.8〔toe/년〕[eqn: TIMES]0.995×0.637〔ton C/toe〕

= 342.13〔ton C/년〕

2) CO[eqn: {}_{2}] 배출량 〔ton CO[eqn: {}_{2}]/년〕

= 탄소배출량×[eqn: {CO _{2} 분자량} over {탄소(C)분자량}]

= 342.13〔ton C/년〕[eqn: TIMES][eqn: LEFT ( {44} over {12} RIGHT )]

([eqn: 44][eqn: CO _{2}], [eqn: 12C] 로 계산하면 [eqn: ton`CO _{2}]로 변환)

= 1254.48〔ton CO[eqn: {}_{2}]/년〕

답) 1) 342.13〔ton C/년〕

2) 1254.48〔ton CO[eqn: {}_{2}]/년〕

18. 다음 빈 칸에 알맞은 말을 써 넣으시오

【보기】

철금속 가열로 설치검사 등 기준에서 노의 범위는 예열대, 냉각대를 포함한

노의 본체와 (  가   ), (  나   ), (  다   ), (   라  ) 및 이와 관련한 배관

까지로 한다

참고) 열사용기자재의 검사 및 검사면제에 관한 기준

(산업통상자원부 고시 2023-1호)

1.2.4 철금속가열로의 적용범위

제6편 철금속가열로 설치검사등 기준에서 노의 범위는 예열대, 냉각대를

포함한 노의 본체와 연소장치, 통풍장치, 배열회수장치, 냉각장치 및 이와

관련한 배관까지로 한다

답) 가 : 연소장치

나 : 통풍장치

다 : 배열회수장치

라 : 냉각장치