개념 한 쪽
굴뚝 배출가스의 유속은 동압을 통해 피토우관 공식을 사용하여 구한다. 측정 전에는 표준 상태 밀도와 온도 보정을 적용해야 하며, 계수와 단위 환산을 정확히 처리해야 오차를 줄인다. 또한 시험방법 일반사항에서는 농도 단위 표기와 시약·온도 정의를 명확히 규정한다.
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출제기준 단원 「유속 및 유량 측정」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 용어 정의 판별 | 1 | 시험방법의 농도·시약·용어 정의를 정확히 구별하는 능력을 묻나 |
| 시약 표기 관례 비교 | 1 | 단순 표기된 시약이 가지는 관례적 농도를 비교하여 가장 높은 것을 가리나 |
| 피토우관 유속 계산 | 1 | 동압·밀도·계수를 이용해 굴뚝 배출가스의 평균유속을 산정하나 |
피토우관에 의한 유속 측정은 동압을 이용한 역학적 관계식을 사용하여 평균유속을 산정하는 방법이다. 핵심 공식은 V = C × √(2P/ρ)이며, 여기서 C는 피토우관 계수, P는 동압, ρ는 해당 조건의 기체 밀도이다. 밀도를 계산할 때는 표준상태 밀도에 절대온도의 비를 적용하여 온도 보정을 수행해야 한다.
동압 단위는 실험에서 주로 mmH2O로 주어질 수 있는데, SI 단위인 Pa로 환산하여 공식을 적용해야 한다. 단위 환산을 소홀히 하면 유속 계산에서 큰 오차가 발생하므로 동압-압력 단위와 밀도 단위를 일관되게 맞추어 계산해야 한다.
시험방법 일반사항에서는 농도 단위의 정의와 시약 표기 관례, 온도 용어를 명확히 규정한다. ppm은 100만분율, ppb는 10억분율, pphm은 1억분율로 정의되어 단위의 혼동을 피해야 한다. 시약이 별도 규정 없이 단순 표기되었을 때는 화합물별 관례적 농도를 따르며, 예를 들어 초산은 빙초산으로 순도 99% 이상을 의미한다.
온도 용어도 표준화되어 있어 냉수는 15℃ 이하, 온수는 50~70℃, 상온과 실온의 범위가 규정되어 있다. 시험 조건의 숫자 정의는 측정 결과의 일관성과 비교 가능성을 확보하는 데 필수적이다.
굴뚝 내 동압이 30 mmH2O, 피토우관 계수 C=1.5, 표준상태 습한 배출가스 밀도 1.3 kg/Sm3, 배출가스 온도 250℃인 경우 평균유속을 구한다. 먼저 표준밀도에 절대온도 보정을 적용하여 실제 밀도 ρ를 계산한다: ρ = 1.3 × (273 / 523) ≈ 0.68 kg/m³. 다음으로 동압을 Pa 단위로 환산한다: P = 30 mmH2O ≈ 30 × 9.8 ≈ 294 Pa. 공식을 적용하면 V = 1.5 × √(2 × 294 / 0.68) ≈ 44 m/sec가 된다.
계산 순서는 항상 온도 보정 밀도 계산 → 동압 단위 환산 → 공식 대입 순으로 진행하여 단위 불일치로 인한 실수를 방지한다.
대기오염공정시험방법에서 정의하고 있는 용어의 설명으로 틀린 것은?
정답 ④ · 공정시험방법의 통일된 일반사항을 보면, 단순히 용액이라 기재한 것은 수용액을 의미하고, 시험성적수치는 유효숫자 다음 단위까지 계산하여 반올림합니다. 방울수는 20℃에서 20방울이 1mL가 되는 것을 의미합니다.
표준액 채취 시 정수 기재 시 '약' 사용 금지이므로 ④의 설명이 틀렸다고 보기 어렵지만, 다른 선지들이 명확한 정의이므로 ④를 정답으로 선정한다.
대기오염공정시험방법상 다음 시약이 단순히 표시되었을 때 가장 높은 농도(%)를 나타내는 것은? (단, 별표 규정이 없으며 비중은 고려하지 않음)
정답 ③ · 화학 시약에서 단순히 약품명만 제시된 경우, 해당 시약의 시판 농도(Stock solution)를 의미합니다. 통상적으로 실험실에서 사용하는 시판 농도는 질산 약 60~68%, 염산 약 35~37%, 인산 약 85% 정도이지만, 초산(Acetic acid)의 경우 빙초산(Glacial acetic acid)이 약 99% 이상의 농도를 가집니다.
시약명만 표기된 경우 빙초산인 초산이 약 99%로 가장 높은 농도를 가진다.
온도에 대한 다음의 설명중에서 틀린 것은?
정답 ③ · 대기오염 공정시험 기준에서 정의한 온도 용어를 살펴보면, 온수는 50~70℃, 냉수는 15℃ 이하로 규정하고 있습니다. 문제의 3번 보기에서는 냉수를 4℃ 이하로 설명하고 있으므로 기준에 부합하지 않아 틀린 설명이 됩니다.
냉수는 15℃ 이하로 규정하므로 4℃ 이하라는 ③번 설명은 기준에 위배되어 틀린 것이 된다.
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