화공기사 실기 2016년 2회 필답

1. 비중 $1.84$ 인 유체를 펌프를 이용하여 높이 $30\ m$로 유출시키려고 한다. 손실수두는 $20\ m$, 유입관경 $10\ cm$    출구관경이 $5\ cm$ 이고 입구에서의 속도 $50\ cm/s$이다 펌프의 효율이 $80%$ 일 때 실제 펌프의 동력은? (단위 : $W$)

$u_{2} =\cfrac{A_{1}}{A_{2}} u_{!} =\cfrac{( 0.1\ m)^{2}}{( 0.05\ m)^{2}} \times 0.5\ m/s=2\ m/s$ 이고,

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

$0.8\times W_{p} =[ 0] +\left[\cfrac{9.8\ m}{s} \times 30\ m\right] +\left[\cfrac{( 2\ m/s)^{2} -( 0.5\ m/s)^{2}}{2}\right] +\left[\cfrac{9.8\ m}{s} \times 20\ m\right]$이므로,

$W_{p} =614.84375\ m^{2} /s^{2}$

$\therefore P=W_{p} \cdot \dot{m} =\begin{array}{ c|c|c|c }618.84375\ J & 0.5\ m & \pi \cdot ( 0.1\ m)^{2} & 1840\ kg\\\hline kg & s & 4 & m^{3}\end{array} =4471.58\ W$  




2. ?




3. 외관의 내경 $0.33\ m$, 내관의 외경 $0.17\ m$, 관 길이 $200\ m$ 액체가 물일경우 이중관 유로에서 압력강하를 구하시오 ($\rho=1000\ kg/ms, \mu=0.001\ kg/m\cdot s, Q=1\ m^3/hr$)

$D_{e} =D_{o} -D_{i} =0.16\ m,\ A=\left(\cfrac{\pi \cdotp ( 0.33\ m)^{2}}{4}\right) -\left(\cfrac{\pi \cdotp ( 0.17m)^{2}}{4}\right) =0.0628\ m^{2} ,$

$u=\cfrac{Q}{A} =\cfrac{1}{0.0628\cdotp 3600} =4.067\times 10^{-3} \ m/s,$

$Re=650.72< 2100$ 이므로 층류흐름이고 $f=\cfrac{16}{Re} =0.024588$

$h_{f} =\cfrac{\Delta P}{\rho } =4f\cfrac{L}{D}\cfrac{u^{2}}{2} =\begin{array}{ c|c|c|c }4 & 0.024588 & 200\ m & ( 0.004067\ m/s)^{2}\\\hline &  & 0.16\ m & 2\end{array} =0.0010167\ m^{2} /s^{2}$

$\therefore \Delta P=0.0010167\ m^{2} /s^{2} \times 1000\ kg/m^{3} =1.02\ kg/m\cdotp s^{2}$ 




4. ?




5. 질량유량 $314\ g/s$ 이고 점도 $10\ cP$ 직경 $10\ cm$ 일 때 레이놀즈 수를 구하고 층류 및 난류인지 판별하라

$u=\cfrac{314\ g}{s} \times \cfrac{cm^{3}}{1\ g} \times \cfrac{4}{\pi \cdotp ( 10\ m)^{2}} =3.998\ cm/s$ 일 때,

$Re=\cfrac{D\nu \rho }{\mu } =\begin{array}{ c|c|c|c }10\ cm & 3.998\ cm & 1\ g & cm\cdot s\\\hline & s & cm^{3} & 0.1\ g\end{array} =399.8< 2100$ 이므로 층류.




6. $50℃$에서 포화습도가 $0.086$이고 포화수증기압 $60\%$일 때 절대습도를 구하시오

$\cfrac{P_{s}}{P-P_{s}} \times \cfrac{18}{29} =0.086\Longrightarrow P_{s} =92.5136\ mmHg$ 이면,

$\cfrac{P_{w}}{P_{s}} =0.6\Longrightarrow P_{w} =55.50816\ mmHg$ 이고,

$H_{a} =\cfrac{P_{w}}{P-P_{w}} \times \cfrac{18}{29} =\cfrac{55.50816}{760-55.50816} \times \cfrac{18}{29} =0.0489$




7. 반사율 $0.1$ 투과율 $0.2$ 일 때 흡수율을 구하시오

$\begin{array}{l} 0.1+0.2+흡수율=1\\ \therefore 흡수율=0.7 \end{array}$




8. $10\ wt\%\ NaOH\ 100\ kg$를 가지고 $80\ wt\%\ NaOH$를 만들 때 증발한 물의 양?

$10\ kg_{NaOH} =0.8L\Longrightarrow L=12.5\ kg_{solution}$

$m=90\ kg_{H_{2} O} -( 12.5\ kg_{solution} -10\ kg_{NaOH}) =87.5\ kg_{H_{2} O}$




9. 지름이 $0.5\ m$ 평균속도 $4.45\ m/s$ 길이가 $1000\ m$ 인 관 마찰계수 $f=0.03$일 때 손실수두($m$)는?

$h_{f} =4f\cfrac{L}{D}\cfrac{u^{2}}{2} =\begin{array}{ c|c|c|c } 4 & 0.03 & 1000\ m & ( 4.45\ m/s)^{2}\\ \hline  &  & 0.5\ m & 2 \end{array} =2376.3\ m^{2} /s^{2}$

$\therefore H=\begin{array}{ c|c } 2376.3\ m^{2} & s^{2}\\ \hline s^{2} & 9.8\ m \end{array} =242.48\ m$




10. 부피유량 $2\ m^3/hr$인 물이 $80℃$에서 $30℃$로 흐르고 다른 유체가 $15℃$에서 $60℃$로 향류조작으로 흐른다. 관은 직경이 $20\ mm$이고 길이는 $6m,\ U(총괄)=170\ kcal/m^2ㆍhrㆍ℃$일 때 관은 몇 개가 필요한가?

$q=\dot{m} \cdot C_{p} \cdot \Delta T=U\cdot A\cdot \Delta T_{LM}$ 에서,

$\dot{m} \cdot C_{p} \cdot \Delta T=\begin{array}{ c|c|c } 2000\ kg & 1\ kcal & ( 80-30) ℃ \\ \hline hr & kg\cdotp ℃  & \end{array} =100000\ kcal/hr$ 이고,

$\Delta T_{LM} =\cfrac{20-15}{\ln( 20/15)} =17.38℃ ,\ A=\pi DL\times n=\pi \times 0.02\ m\times 6\ m\times n=( 0.377\times n) \ m^{2}$ 이므로,

$U\cdot A\cdot \Delta T_{LM} =\begin{array}{ c|c|c } 170\ kcal & ( 0.377\times n) \ m^{2} & 17.38℃ \\ \hline m^{2} \cdotp hr\cdotp ℃  &  & \end{array} =100000\ kcal/hr$

$\therefore n=89.76\approx 90\ 개$




11. 벤젠 $0.45$ 톨루엔 $0.55$ $P_{Tol}=480\ mmHg, P_{Bz} =800\ mmHg$ 일 때 각성분의 증기 몰 분율($\%$)는?

$P=( 0.45\times 480\ mmHg) +( 0.55\times 800\ mmHg) =656\ mmHg$ 이므로,

$y_{B} =\cfrac{0.45\times 480\ mmHg}{656\ mmHg} =0.33,\ y_{T} =\cfrac{0.55\times 800\ mmHg}{656\ mmHg} =0.67$




12. ?
13. ?

끝.

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