에너지관리기사 실기(2024년4회)    필답형

1. 비수현상 방지법 3가지 쓰시오

(2013년 2회, 2020년 1회, 2023년 4회)

답) 1) 보일러수가 농축되지 않도록 한다

2) 과부하가 되지 않도록 한다

3) 수위를 고수위로 하지 않는다

4) 주증기 밸브를 급격히 개방하지 않는다

5) 비수방지관을 설치한다

6) 적절한 급수처리를 취한다

2. 절대압 200KPa, 온도 27℃ 인 이상기체 상태에서 공기 유량이 5〔kg/s〕로 흐를 때

유속〔m/s〕을 구하시오

(단, 배관의 내경은 300mm,이고 공기의 기체상수는 287J/kg·K 이다)

풀이) [eqn: pv=RT]

[eqn: v= {RT} over {p} = {0.287 LEFT [ {kJ} over {kg BULLET K} = {kN BULLET m} over {kg BULLET K} RIGHT ] TIMES (27+273) LEFT [ K RIGHT ]} over {200 LEFT [ KPa= {kN} over {m ^{2}} RIGHT ]}]

[eqn: =0.4305 LEFT [ m ^{3} /kg RIGHT ]]

[eqn: r= {1} over {v} = {1} over {0.4305} =2.3228 LEFT [ kg/m ^{3} RIGHT ]]

[eqn: Q= {pi D ^{2}} over {4} TIMES V TIMES r]

[eqn: V= {4Q} over {pi D ^{2} r} = {4 TIMES 5 LEFT [ kg/s RIGHT ]} over {pi TIMES 0.3 ^{2} LEFT [ m ^{2} RIGHT ] TIMES 2.3228 LEFT [ kg/m ^{3} RIGHT ]}]

[eqn: =30.45 LEFT [ m/s RIGHT ]]

답) 30.45〔m/s〕

3. 다음은 저온부식에 관한 내용이다. 빈 칸에 알맞은 말을 써넣으시오

【다음】

연료 중의 유황분이 연소되어 ( 가 )가 되고, 다시 ( 나 )과 반응하여

( 다 )으로 변하며, 이것은 나중에 ( 라 )과 결합하여 ( 마 )가 된다

(2018년 1회)

참고) 저온부식

연료가 보일러 내에서 연소되면 연료 중의 유황분이 아황산(SO[eqn: {} _{2}])

가스가 되고 그 일부가 무수황산(SO[eqn: {} _{3}])이 되면, 이것이 수증기와 결합하여

황산증기(H[eqn: {} _{2}]SO[eqn: {} _{4}])가 온도가 낮은 공기예열기 등의 전열면에 응축되어 부식

장애를 일으키는 현상.

S + O[eqn: {} _{2}] → SO[eqn: {} _{2}] (이산화황)

SO[eqn: {} _{2}] + [eqn: {1} over {2} _{}]O[eqn: {} _{2}] → SO[eqn: {} _{3}] (삼산화황, 무수 황산)

SO[eqn: {} _{3}] + H[eqn: {} _{2}]O → H[eqn: {} _{2}]SO[eqn: {} _{4}] (진한 황산) 과정을 거치게 된다

답) 가 : 아황산가스(SO[eqn: {} _{2}]) 또는 이산화황

나 : 산소(O[eqn: {} _{2}]) 또는 과잉공기

다 : 삼산화황(SO[eqn: {} _{3}]) 또는 무수황산

라 : H[eqn: {} _{2}]O 또는 수증기

마 :  H[eqn: {} _{2}]SO[eqn: {} _{4}] 또는 진한황산

4. 자연통풍 방식에서 통풍력이 증가되는 조건을 3개 쓰시오

(2014년 3회, 2021년 2회, 단답형 예상문제 47번)

답) 1) 굴뚝의 높이를 크게 한다

2) 배기가스 온도를 높인다.

3) 연도의 굴곡부를 최소화 한다

4) 굴뚝의 상부 단면적을 크게 한다.

5) 연도의 길이를 짧게 한다

6) 외기 온도가 낮을수록

5. 프로판을 완전연소 시켰을 때 고위발열량과 저위발열량의 차이는

몇 kJ/kg인지 구하시오. (단, 물의 증발잠열은 2257kJ/kg이다)

(2012년 3회)

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

44kg                    4×18=72kg

1kg                        [eqn: x]

[eqn: THEREFORE] [eqn: x]= [eqn: {4 TIMES 18} over {44}] = 1.636〔kg(물)/kg(프로판)〕

[eqn: THEREFORE] H[eqn: {} _{h}]-H[eqn: {} _{l}] = 2257〔kJ/kg(물)〕×1.636〔kg(물)/kg(프로판)〕= 3692.45〔kJ/kg(프로판)〕

답) 3692.45〔kJ/kg〕

☞ 단위는 kg(물)과 kg(프로판)을 이해하기 쉽게 구분하여 사용했으나 실제 시험에서는

구분치 말고 사용하면 됨

6.  다음 빈 칸에 알맞은 말을 순서대로 쓰시오.

(2020년 2회)

【다음】

보일러 배기가스의 여열을 이용하여 급수를 예열하는 장치를 ( ① )라 하고,

공기를 예열하는 장치를 ( ② )라 한다.

답) ① 절탄기 또는 급수가열기(급수예열기)

② 공기예열기

7. 바깥반지름 150mm, 안쪽 반지름 50mm인 중공원관이 있다. 열전도율

0.04w/m℃이고 내측 온도 300℃, 외부온도 30℃일 때 다음을 구하시오

1) 중공원관의 1m당 손실열량(W)

2) 관의 중간지점의 온도(℃)

(2014년 3회)

참고) 중간지점 반지름= 50+[eqn: {150-50} over {2}]= 100mm

풀이) 1) 중공원관의 열손실(W)

Q= [eqn: {lambda TIMES 2 pi L(T _{고} -T _{저} )} over {ln {r _{2}} over {r _{1}}}]= [eqn: {0.04 TIMES 2 TIMES pi TIMES 1 TIMES (300-30)} over {ln {0.15} over {0.05}}]= 61.77〔W〕

2) 관의 중간지점 온도(℃)

61.77= [eqn: {0.04 TIMES 2 TIMES pi TIMES 1 TIMES (300-x)} over {ln {0.1} over {0.05}}]

[eqn: THEREFORE] [eqn: x=] 129.64〔℃〕

답) 1) 61.77〔W〕

2) 129.64〔℃〕

8. 아래 연소식을 보고 C 1kg을 완전 연소시킬 때 다음을 구하시오

C     +    O[eqn: {} _{2}]         [eqn: ->]     CO[eqn: {}_{2}]   +  393.82[eqn: LEFT [ MJ RIGHT ]]

1) [eqn: O _{2} LEFT [ kg RIGHT ]]           2) [eqn: CO _{2} LEFT [ kg RIGHT ]]            3) [eqn: O _{2} LEFT [ Nm ^{3} RIGHT ]]

4) [eqn: CO _{2} LEFT [ Nm ^{3} RIGHT ]]       5) 발열량[eqn: LEFT [ MJ RIGHT ]]

풀이) 1) 중량식

C     +    O[eqn: {} _{2}]         [eqn: ->]     CO[eqn: {}_{2}]

12[eqn: LEFT [ kg RIGHT ]]      32[eqn: LEFT [ kg RIGHT ]]             44[eqn: LEFT [ kg RIGHT ]]

1[eqn: LEFT [ kg RIGHT ]]      [eqn: {32} over {12}]=2.67[eqn: LEFT [ kg RIGHT ]]       [eqn: {44} over {12}]=3.67[eqn: LEFT [ kg RIGHT ]]

2) 체적식

C     +    O[eqn: {} _{2}]         [eqn: ->]     CO[eqn: {}_{2}]

12[eqn: LEFT [ kg RIGHT ]]    22.4[eqn: LEFT [ Nm ^{3} RIGHT ]]          22.4[eqn: LEFT [ Nm ^{3} RIGHT ]]

1[eqn: LEFT [ kg RIGHT ]]    [eqn: {22.4} over {12}]=1.87[eqn: LEFT [ Nm ^{3} RIGHT ]]    [eqn: {22.4} over {12}]=1.87[eqn: LEFT [ Nm ^{3} RIGHT ]]

3) 발열량 : [eqn: {393.82} over {12}][eqn: =32.82 LEFT [ MJ RIGHT ]]

답) 1) 2.67[eqn: LEFT [ kg RIGHT ]]      2) 3.67[eqn: LEFT [ kg RIGHT ]]      3) 1.87[eqn: LEFT [ Nm ^{3} RIGHT ]]

4) 1.87[eqn: LEFT [ Nm ^{3} RIGHT ]]    5) 32.82[eqn: LEFT [ MJ RIGHT ]]

9. 보온재의 열전도율이 낮아지는 조건 3가지 쓰시오

(2014년 2회)

답) 1) 보온재의 흡수성 및 흡습성을 적게 한다

2) 보온재의 비중을 낮게 한다

3) 보온재를 다공질로 한다

4) 보온재의 두께를 두껍게 한다

5) 보온재의 기공을 균일하게 한다

10. 다음과 같은 조건에서 랭킨사이클의 열효율[eqn: LEFT [ % RIGHT ]]을 구하시오

【다음】

1) 보일러 입구 엔탈피 : 345[eqn: LEFT [ kJ/kg RIGHT ]]

2) 보일러 출구 엔탈피 : 3200[eqn: LEFT [ kJ/kg RIGHT ]]

3) 터빈 출구 엔탈피 : 2400[eqn: LEFT [ kJ/kg RIGHT ]]

4) 펌프 입구 엔탈피 : 340[eqn: LEFT [ kJ/kg RIGHT ]]

(필답형 200문제 중 11번 P364)

참고) [eqn: eta _{R}][eqn: =] [eqn: {(h _{4} -h _{5} )-(h _{2} -h _{1} )} over {h _{4} -h _{2}}]

[eqn: =] 1-[eqn: {h _{5} -h _{1}} over {h _{4} -h _{2}}]

풀이)

[eqn: eta _{R}][eqn: =]1-[eqn: {h _{5} -h _{1}} over {h _{4} -h _{2}}]

[eqn: =1- {(3200-2400)- LEFT ( 345-5 RIGHT )} over {3200-345}]

[eqn: =1- {2400-340} over {3200-345}]

[eqn: =]0.27845

[eqn: =27.85 LEFT [ % RIGHT ]]

답) 27.85[eqn: LEFT [ % RIGHT ]]

다른풀이법) [eqn: eta _{R}][eqn: =][eqn: {(h _{4} -h _{5} )-(h _{2} -h _{1} )} over {h _{4} -h _{2}}]

[eqn: =][eqn: {LEFT ( 3200-2400 RIGHT ) - LEFT ( 345-340 RIGHT )} over {3200-345}]

[eqn: =]0.27845

[eqn: =27.85 LEFT [ % RIGHT ]]

11. 다음 빈 칸에 알맞은 말을 써 넣으시오

【보기】

아래와 같은 유량계는 (     )유량계로 정도가 높고 고점도 유체 측정에

적합하며 대표적으로 오벌(oval)유량계가 있다

답) 용적식

12. 다음 중 압력계에 관한 질문에 답하시오

1) 압력계에는 물을 넣은 안지름 (  가  )mm 이상의 (  나  )을

부착하여 증기가 직접 들어가지 않도록 하여야 한다

2) 아래 압력계 중 보일러에 설치할 수 있는 제품을 고르시오

(단, 노통연관식 보일러 최고사용압력은 1MPa 이다)

* 제품 A : 압력계 외경 100mm, 압력계 최고눈금 2MPa

* 제품 B : 압력계 외경 75mm, 압력계 최고눈금 2.5MPa

* 제품 C : 압력계 외경 100mm, 압력계 최고눈금 3.5MPa

* 제품 D : 압력계 외경 100mm, 압력계 최고눈금 5MPa

3) 위의 2) 문제에서 압력계를 선정한 이유를 쓰시오

(2022년 2회)

답) 1) 가 : 6.5mm     나 : 사이폰관

2) 제품 A

3) 압력계 외경 100mm 이상이며 최고사용압력 1.5~3배(1.5~3MPa)

이어야 한다

13. 1일 8시간 가동하는 보일러의 시간당 급수량은 1000L이고, 시간당 응축수 회수량

이 400L, 급수의 허용고형분 농도가 20ppm, 보일러수의 허용 고형분 농도가 2000

ppm일 때, 이 보일러의 분출량〔L/day〕을 구하시오

(2014년 3회차)

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

[eqn: =][eqn: 1000 LEFT [ L/h RIGHT ] TIMES 8 LEFT [ h/day RIGHT ] TIMES {20 LEFT [ ppm RIGHT ]} over {(2000-20) LEFT [ ppm RIGHT ]} TIMES (1-0.4)]

[eqn: =][eqn: 48.48 LEFT [ L/day RIGHT ]]

답) 48.48〔L/day〕

14. 수주관과 보일러를 연결하는 관은 호칭지름 몇 A 이상이어야 하는가?

(단, 보일러 용량 2ton/h, 증기압력 0.5MPa 노통연관식 보일러이다)

(2012년 3회)

답) 20A 이상

15. 다음과 같은 다중유체 마노미터가 있다.  차압([eqn: P _{B}][eqn: -][eqn: P _{A}])은 몇 KPa인지 구하시오

(단, 마노미터 내 유체의 비중은 물 1, 수은 13.6, 글리세린 1.26, 오일 0.88이다)

(필답형 230문제 중 229번 P450)

참고) 1. [eqn: 1 LEFT [ N RIGHT ] =1 LEFT [ kg BULLET m/s ^{2} RIGHT ]], [eqn: 1 LEFT [ Pa RIGHT ] =1 LEFT [ N/m ^{2} RIGHT ]]

2. 1) 아래 방향으로 작용하는 압력 : [eqn: +]

2) 윗 방향으로 작용하는 압력 : [eqn: -]

3) 마노미터 종료 지점까지 계산한 후 한쪽 끝 압력과 같게 놓는다

풀이) [eqn: P _{A} +1 TIMES 1000 TIMES 9.8 TIMES 0.6+13.5 TIMES 1000 TIMES 9.8 TIMES 0.2][eqn: -1.26 TIMES 1000 TIMES 9.8 TIMES 0.45][eqn: +0.88 TIMES 1000 TIMES 9.8 TIMES 0.1=P _{B}]

[eqn: P _{B} -P _{A} =1000 TIMES 9.8 LEFT ( 1 TIMES 0.6+13.5 TIMES 0.2-1.26 TIMES 0.45+0.88 TIMES 0.1 RIGHT )]

[eqn: =9800 LEFT [ {kg} over {m ^{3}} TIMES {m} over {s ^{2}} RIGHT ]][eqn: TIMES 2.821 LEFT [ m RIGHT ]]

[eqn: =][eqn: 27645.8 LEFT [ {kg} over {m ^{3}} TIMES {m} over {s ^{2}} TIMES m= {kg BULLET m/s ^{2}} over {m ^{2}} =N/m ^{2} =Pa RIGHT ]]

[eqn: =27.65 LEFT [ KPa RIGHT ]]

답) [eqn: 27.65 LEFT [ KPa RIGHT ]]

16. 배관 내에 흐르는 물의 온도가 배관 입구에서 20℃, 출구에서 40℃로 상승

되었으며, 배관의 외면 온도는 80℃로 일정하였다. 물의 비열은 4180J/kg·k,

물의 밀도는 1000kg/m[eqn: {}^{3}], 배관의 열관류율은 10KW/m[eqn: {}^{2}]·k 일 때 배관의 길이

는 몇 m인지 구하시오. (단, 배관의 지름은 10cm이고 유속은 2m/s이다)

(2021년 2회)

참고) 1) 온도 : K=273+℃

2) 온도차 : K=℃

계산과정) [eqn: DELTA t _{m}]= [eqn: {DELTA t _{1} - DELTA t _{2}} over {ln {DELTA t _{1}} over {DELTA t _{2}}}]= [eqn: {60-40} over {ln {60} over {40}}]= 49.33℃

유량= A V= [eqn: {pi D ^{2}} over {4} TIMES V]= [eqn: {pi TIMES 0.1 ^{2}} over {4} TIMES 2]= 0.0157m[eqn: {}^{3}]/s

= 0.0157(m[eqn: {}^{3}]/s) × 1000(kg/m[eqn: {}^{3}]) = 15.7kg/s

Q= G C dT = K [eqn: pi] D L [eqn: DELTA t _{m}]

15.7[eqn: TIMES][eqn: {4180} over {1000}][eqn: TIMES](40-20) = 10[eqn: TIMES][eqn: pi][eqn: TIMES][eqn: {10} over {100}][eqn: TIMES][eqn: L][eqn: TIMES]49.33

[eqn: THEREFORE] [eqn: L][eqn: =][eqn: {15.7 LEFT [ kg/s RIGHT ] TIMES 4.18 LEFT [ kJ/kg BULLET K RIGHT ] TIMES 20 LEFT [ CENTIGRADE RIGHT ]} over {10 LEFT [ {kW} over {m ^{2} BULLET K} = {kJ/s} over {m ^{2} BULLET K} RIGHT ] TIMES pi TIMES 0.1 LEFT [ m RIGHT ] TIMES 49.33 LEFT [ CENTIGRADE RIGHT ]}]

[eqn: =] [eqn: 8.469 LEFT [ m RIGHT ]]

답) 8.47〔m〕

17. 실제증발량 4500kg/h, 효율 90%인 보일러가 있다. 이 보일러의 증발배수

를 구하시오

(단, 중유의 저위발열량 40500kJ/kg, 증기의 잠열 2055kJ/kg, 현열 698kJ/kg,

급수온도 60℃, 물의 비열 4.186kJ/kg℃이다)

풀이) [eqn: eta _{b} = {G LEFT ( h _{2} -h _{1} RIGHT )} over {G _{f} `H _{l}}]

[eqn: G _{f} = {G LEFT ( h _{2} -h _{1} RIGHT )} over {eta _{b} `H _{l}}]

[eqn: = {4500 LEFT [ kg/h RIGHT ] TIMES LEFT ( 2066+698-60 TIMES 4.186 RIGHT ) LEFT [ kJ/kg RIGHT ]} over {0.9 TIMES 40500 LEFT [ kJ/kg RIGHT ]}]

[eqn: =][eqn: 310.23 LEFT [ kg/h RIGHT ]]

∴ 증발배수[eqn: =][eqn: {G} over {G _{f}}]

[eqn: = {4500 LEFT [ kg/h RIGHT ]} over {310.23 LEFT [ kg/h RIGHT ]}]

[eqn: =14.51]

☞단위는 [eqn: kg/kg _{연료}]를 써도 무방하나 실제 시험에서 무차원수로 제시한 경우

무차원으로 쓰면 됨

18. 증기원동소에서 압력 100KPa에서 공급 증기 15t/h, 터빈입구 측 과열증기 엔탈피

2723.64kJ/kg, 터빈의 출구측 증기의 건도 0.93, 포화수 엔탈피 293kJ/kg, 포화증기

엔탈피가 2645kJ/kg이면 터빈의 출력은 몇 KW인가?

(단, 기계효율은 100%이다)

(2020년 4회)

풀이) 터빈입구 엔탈피[eqn: =] 2723.64 kJ/kg

터빈출구 엔탈피[eqn: =] 293+(2645-293)[eqn: TIMES]0.93= 2480.36kJ/kg

[eqn: THEREFORE] 터빈출력(kW)[eqn: =] [eqn: {15 TIMES 1000 LEFT [ kg/h RIGHT ] TIMES LEFT ( 2723.64-2480.36 RIGHT ) LEFT [ kJ/kg RIGHT ]} over {3600 LEFT [ {kJ/h} over {kW} RIGHT ]}]

[eqn: =1013.67 LEFT [ kW RIGHT ]]

답) 1013.67〔KW〕