화공기사 실기 2013년 4회 필답

1. 복사능 $0.6$, 전열면적 $3\ m^2$, 온도 $100℃$ 인 물질이 복사능 $0.9$, 전열면적 $10\ m^2$, 온도 $300℃$ 인 물질 속에 둘러싸여 복사 전열이 일어날 때의 복사에너지의 크기는?

$\epsilon _{1} =0.6,\ A_{1} =3\ m^{2} ,\ T_{1} =373\ K$

$\epsilon _{2} =0.9,\ A_{2} =10\ m^{2} ,\ T_{2} =573\ K$

$F_{1,\ 2} =\cfrac{1}{\tfrac{1}{f_{1,\ 2}} +\left(\tfrac{1}{\epsilon _{1}} -1\right) +\tfrac{A_{1}}{A_{2}}\left(\tfrac{1}{\epsilon _{2}} -1\right)}$ 에서,

$\because A_{1} 이\ A_{2} 만\ 볼\ 결우\ f_{1,\ 2} =1$

$F_{1,\ 2} =\cfrac{1}{\tfrac{1}{1} +\left(\tfrac{1}{0.6} -1\right) +\tfrac{3\ m^{2}}{10\ m^{2}}\left(\tfrac{1}{0.9} -1\right)} =\cfrac{10}{17}$

$q=4.88A_{1} F_{1,\ 2}\left[\left(\cfrac{T_{1}}{100}\right)^{4} -\left(\cfrac{T_{2}}{100}\right)^{4}\right] =\begin{array}{ c|c|c }4.88
\ kcal & 3\ m^{2} & 10\\\hline
m^{2} \cdotp hr\cdotp K^{4} &  & 17
\end{array} \times \left[\left(\cfrac{373\ K}{100}\right)^{4} -\left(\cfrac{573\ K}{100}\right)^{4}\right] =7616.51\ kcal/hr$




2. 흡수탑에서 기체의 흡수를 증가시키는 3가지 방법은?
1.  $k_{L} ,\ k_{G}$ 값을 크게 한다. $( k_{L} =총괄액상물질전달계수,\ k_{G} =총괄기체물질전달계수)$
2. 기상과 액상의 접촉면적 및 접촉시간을 크게 한다.
3. 농도차나 분압차를 크게 한다.




3. 물이 있는 탱크의 높이가 $100\ cm$ 일 때 하부압력은? ($kg_f/cm^2$)

$P=P_{0} +\Delta P,\ \Delta P=\rho gh$

$P=\begin{array}{ c|c }
1\ atm & 101325\ Pa\\
\hline
 & atm
\end{array} \ +\ \begin{array}{ c|c|c }
1000\ kg & 9.8\ m & 1\ m\\
\hline
m^{3} & s &
\end{array} =111125\ Pa$ 에서,

$\begin{array}{ c|c|c }
111125\ kg & kg_{f} & ( 1m)^{2}\\
\hline
m\cdotp s^{2} & 9.8\ N & ( 100\ cm)^{2}
\end{array} =1.13\ kg_{f} /cm^{2}$




4. 펌프 효율 ($η$) $50\%$, 비중 $0.9$, 높이 $25\ m$, 유량 $30\ m3/hr$, 지름 $0.01\ m$ 일 때 펌프의 동력은? ($hp$)

$\eta W_{p} =\cfrac{\Delta P}{\rho } +\cfrac{\Delta u^{2}}{2} +g\Delta Z+h_{f}$ 에서,

$0.8\times W_{p} =[ 0] +\left[\cfrac{9.8\ m}{s} \times 25\ m\right] +\left[\cfrac{( 106.1033\ m/s)^{2}}{2}\right] +[ 0] =599.38\ kg_{f} \cdot m/s$이므로,

$W_{p} =\begin{array}{ c|c|c|c|c }
599.38\ kg_{f} \cdot m & 30\ m^{3} & hr & 900\ kg & \\
\hline
s & hr & 3600\ s & m^{3} & 0.5
\end{array} =8990.7\ kg_{f} \cdot m/s$

$\therefore W_{p} =\begin{array}{ c|c }
8990.7\ kg_{f} \cdot m & hp\\
\hline
s & 76\ kg_{f} \cdot m/s
\end{array} =118.30\ hp$




5. 정상상태이고 관경이 일정한 관 입구에서의 압력은 $\ 50kN/m^2$, 출구에서의 압력은 $90\ kN/m^2$ 이다.   관의 길이는 $400\ m$, 높이차는 $10\ m$ 이고, 레이놀즈수는 $40000$ 이다.   펌프가 한 일이 $150\ J/kg$ 일 때, 마찰손실은? (단, 유체는 물이다.)

$\eta W_{p} =\cfrac{\Delta P}{\rho } +\cfrac{\Delta u^{2}}{2} +g\Delta Z+h_{f}$ 에서,

$150\ J/kg=\left[\cfrac{( 90000-50000) \ N/m^{2}}{1000\ kg/m^{3}}\right] +\left[\cfrac{9.8\ m}{s} \times 10\ m\right] +[ 0] +h_{f}$이므로,

$\therefore h_{f} =12\ m^{2} /s^{2}$




6. 평판 A의 두께는 $10\ cm$, 열전도도는 $5\ kcal/m\cdot hr\cdot℃$ 이고,   평판 B의 두께는 $5\ cm$, 열전도도는 $0.1\ kcal/m\cdot hr\cdot ℃$ 이다.   평판 $A$쪽 내부 온도는 $200℃ $이고, 평판 $B$쪽 외부 온도가 $20℃ $일 때, 단위 면적당 열손실은?

$\cfrac{q}{A} =\cfrac{\Delta T}{\tfrac{l_{1}}{k_{1}} +\tfrac{l_{2}}{k_{2}}} =\cfrac{180℃ }{\tfrac{0.1\ m}{0.5\ kcal/m\cdotp hr\cdotp ℃ } +\tfrac{0.05\ m}{0.1\ kcal/m\cdotp hr\cdotp ℃ }} =346.15\ kcal/m^{2} \cdotp hr$




7. 차압식 유량계의 원리와 종류 3가지는?
1. 유체가 흐름으로써 생기는 차압을 이용하여 유체의 유량을 측정하는 방식
2. 오리피스, 벤츄리, 피토관, 노즐




8. 비중 $0.9$, 점도 $2\ cP$, 관 내경 $10\ cm$ 이고 유속이 $1\ m/s$ 일 때, 평균유속은?

$Re=\cfrac{D\nu \rho }{\mu } =\begin{array}{ c|c|c|c }
10\ cm & 100\ cm & 0.9\ g & cm\cdot s\\
\hline
 & s & cm^{3} & 0.02\ g
\end{array} =45000 >4000$ 이므로 난류.

$\because u_{average}( 난류) =0.8u_{max}$

$\therefore u_{average} =0.8\times 1\ m/s=0.8\ m/s$




9. 점도 $8\ P$, 평판 사이의 간격 $4\ mm$, 전단력 $0.1\ kg_f/cm^2$이고, 한 쪽 평판은 고정되어 있을 때 다른 쪽 판의 속도는? ($m/s$)

$\mu =8\ P=0.8\ kg/m\cdotp s$

$\tau =\begin{array}{ c|c|c }
0.1\ kg_{f} & ( 100\ cm)^{2} & 9.8\ kg\cdot m/s^{2}\\
\hline
cm^{2} & 1\ m^{2} & kg_{f}
\end{array} =9800\ kg/m\cdot s^{2}$

$\tau =-\mu \cfrac{du}{dy} \Longrightarrow \int\nolimits ^{0.004\ m}_{0} \tau dy=\int\nolimits ^{u}_{0} \mu du\Longrightarrow 0.004\ m\times 9800\ kg/m\cdot s^{2} =0.8\ kg/m\cdot s^{2}$

$\therefore u=49\ m/s$




10. 벤젠(B)과 톨루엔(T)의 혼합액이 있다. $1\ atm$ 에서 벤젠의 기상 몰분율은?   (단, 순수한 성분의 증기압은 각각 1520mmHg, 260mmHg이다.)

$P=x_{B} P'_{B} +( 1-x_{B}) P'_{T} \Longrightarrow x_{B} =0.3968$

$\therefore y_{B} =\cfrac{x_{B} P'_{B}}{P} =\cfrac{0.3968\times 1520\ mmHg}{760\ mmHg} =0.79$




11. $f = 0.0072$ 일 때 마찰손실은?




12. 밸브의 사용 목적 및 원리를 설명하시오.
1. 게이트 밸브
1. 유량의 개폐.
2. 유체 흐름과 직각으로 움직이는 문의 상하운동에 의해 유량 조절.
2. 글로브 밸브
1. 유량의 세밀한 조절.
2. 수도꼭지와 같으며, 유체가 밸브의 디스크 옆을 거쳐서 흐르게 되어 섬세한 유량을 조절할 수 있다.
3. 체크 밸브
1. 유체의 역류 억제.
2. 한 방향으로 흐르지만 역 발향으로는 자동적으로 폐새되어 유체 흐름 차단.
13. ?

끝.

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