개념 한 쪽
식품 공정은 물질과 에너지가 드나드는 흐름 위에서 돌아간다. 액체를 옮기고 섞는 일, 열을 가하고 단위를 바꾸는 일 모두 같은 원리 위에 있다. 펌프의 작동 방식과 혼합의 유동 특성, 그리고 에너지 단위 환산을 함께 익힌다.
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출제기준 단원 「물질수지, 에너지수지」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 왕복식 펌프 판별 | 1 | 피스톤 왕복 원리가 아닌 펌프를 가리기 |
| 혼합 저해 유동 구분 | 1 | 액체 혼합에 바람직하지 않은 유동 특성을 고르기 |
| 가열 영향 요인 구분 | 1 | 미생물 내열성과 거리가 먼 요인을 가리기 |
물질수지와 에너지수지는 공정에 들어오는 양과 나가는 양을 맞춰 계산하는 사고 틀이다. 액체를 이송하는 펌프도 결국 유체라는 물질을 한쪽에서 다른 쪽으로 옮기는 장치이고, 가열도 에너지를 넣고 빼는 과정이다.
펌프는 작동 원리에 따라 나뉜다. 실린더 속을 피스톤이 왕복하며 흡출·송출밸브를 거쳐 액체를 보내는 방식이 왕복식이다. 워싱 펌프, 프런저 펌프, 메터링 펌프가 이 원리를 공유한다. 스크류 펌프는 나사 모양의 스크루가 회전하며 액체를 밀어내는 회전식이므로 왕복식이 아니다.
액체 혼합에서는 유동의 성질이 효율을 가른다. 장애판은 흐름을 방해해 난류를 만들고, 원심력과 상승류는 유체를 순환시켜 섞임을 돕는다. 반면 와류는 유체가 중심을 따라 회전만 할 뿐 층 사이가 섞이지 않아 혼합을 방해한다.
에너지는 단위를 바꿔 표현한다. 1칼로리는 약 4.18줄에 해당하므로 줄을 칼로리로 바꾸려면 4.18로 나눈다. 예를 들어 50J은 50을 4.18로 나눈 약 12cal가 된다.
50J의 에너지를 칼로리로 환산한다. 1cal는 약 4.18J이므로 50 ÷ 4.18을 계산하면 약 11.97cal가 되고, 이는 약 12cal에 해당한다. 12kcal나 210cal는 이 계산과 맞지 않는다.
펌프 문제는 왕복식과 회전식을 뒤섞는다. 피스톤이 왕복하며 액체를 이송하는 펌프가 아닌 것을 고를 때는 회전 방식인 스크류 펌프를 찾는다. 혼합 문제에서는 혼합을 촉진하는 요소와 방해하는 요소를 갈라야 한다. 난류를 만드는 장애판, 유체를 순환시키는 원심력과 상승류는 촉진 요소이고, 층간 혼합을 저해하는 와류는 바람직하지 않은 요소이다.
흡출, 송출밸브가 설치된 실린더 속을 피스톤이 왕복하여 액체를 이송시키는 펌프가 아닌 것은?
정답 ④ · 왕복 동작을 하는 피스톤이 실린더 내부를 이동하면서 흡입 밸브와 토출 밸브를 통해 액체를 이송하는 방식을 왕복식 펌프(Reciprocating pump)라고 합니다. 워싱 펌프, 프런저 펌프, 메터링 펌프는 모두 이러한 피스톤의 왕복 운동 원리를 이용하는 펌프들입니다.
피스톤의 왕복 운동으로 액체를 이송하는 펌프가 아닌 것은 스크류 펌프이다.
다음 중 효과적인 액체 혼합에 바람직하지 않은 것은?
정답 ④ · 액체 혼합은 대류, 난류, 전단 등 다양한 유동 방식을 통해 균일하게 이루어져야 합니다. 장애판, 원심력, 상승류는 혼합 챔버 내에서 유체의 대류와 난류를 촉진하여 고른 혼합을 유도하는 효과적인 기전입니다.
액체 혼합 시 와류는 층간 혼합을 방해하는 비효율적 유동이며, 장애판 등은 난류를 유도해 혼합을 촉진합니다.
식품을 가열할 때 미생물에 영향을 주는 요인과 거리가 먼 것은?
정답 ① · 식품을 가열하여 미생물을 사멸시킬 때 영향을 미치는 주요 인자로는 식품의 pH, 이온 환경 및 수분활성도 등이 있어 가열 조건의 강도를 좌우합니다. '식품의 물질적 성질(물리적 성질)'은 열전도율 등 공정 효율에는 영향을 주지만 미생물 자체의 내열성과 직접적인 연관은 거리가 멉니다.
미생물 내열성은 pH, 이온, 수분활성도에 영향을 받으나 물질적 성질과는 직접적 연관이 적다.
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