가스산업기사 필수 계산 문제 26선

[연소 공학 및 계산]

1. 최대 탄산가스량 계산식

연도가스를 분석한 결과 값이 각각 $CO_2$ 12.6[%], $O_2$ 6.4[%]일 때 $CO_{2max}$ 값은?

수식: $$\mathrm{CO}_{2max} = \frac{21 \times \mathrm{CO}_2}{21 - \mathrm{O}_2}$$ 변수 설명:

$\mathrm{CO}_{2max}$: 이론상 발생 가능한 최대 $\mathrm{CO}_2$ 농도 (%)
$\mathrm{CO}_2$: 측정된 배기가스 중 이산화탄소 농도 (%)
$\mathrm{O}_2$: 측정된 배기가스 중 산소 농도 (%)
21: 공기 중 산소의 부피 농도 (상수)

풀이 및 단계별 상세 설명:

1단계: 실제 연소에 소모된 산소 비율 계산
- $21 - 6.4 = 14.6$
- 공기 중 산소 분율(21)에서 남은 산소(6.4)를 빼서 실제 반응한 산소량인 14.6을 구합니다.
2단계: 이론적 최대 농도 산출
- $(21 \times 12.6) / 14.6 = 18.123...$
- 소모된 산소 대비 발생한 $CO_2$의 비를 전체 공기 성분(21)에 대입하여 18.1을 얻습니다.

계산기 입력:

(21 * 12.6) / (21 - 6.4) = 약 18.1 [%]

암기 필수 데이터:
• 기체 명칭: $\mathrm{O}_2$(산소), $\mathrm{CO}_2$(이산화탄소), $\mathrm{N}_2$(질소)
• 공기 조성(부피): 산소 21%(0.21), 질소 79%(0.79)
• 공식 포인트: 분모는 '공기 중 산소(21)' - '배기가스 중 산소'

2. 이론공기량 공식 (중량 기준)

탄소 2[kg]이 완전연소할 경우 이론공기량은 약 몇 [kg]인가?

수식: $$A_0 = \frac{(C / 12) \times 32}{0.232}$$ 변수 설명:

$A_0$: 이론공기량 (kg)
$C$: 탄소의 질량 (kg)
12: 탄소 원자량 / 32: 산소 분자량
0.232: 공기 중 산소의 중량 분율

풀이 및 단계별 상세 설명:

※ 계산 기준 선택 가이드

구분	체적(L, m³) 질문 시	질량(g, kg) 질문 시
기준 값	22.4 (아보가드로 법칙)	분자량 (또는 원자량)
대상	기체만 가능	기체, 고체, 액체 모두 해당

1단계: 이론산소량 계산
- $(2 / 12) \times 32 = 5.333...$ [kg]
- 탄소 2kg에 필요한 산소 질량인 5.33kg을 구합니다.
2단계: 이론공기량 환산
- $5.333 / 0.232 = 22.987...$ [kg]
- 산소 질량을 산소 중량비 0.232로 나누어 공기량 23을 얻습니다.

계산기 입력:

(2 / 12 * 32) / 0.232 = 약 23 [kg]

암기 필수 데이터:
• 원자량: $\mathrm{C}$(12), $\mathrm{H}$(1), $\mathrm{S}$(32), $\mathrm{O}$(16)
• 공기 조성(중량): 산소 23.2%(0.232)
• 계산 팁: 질량(kg) 문제이므로 부피비(0.21)가 아닌 중량비(0.232) 사용

3. 과잉공기량 계산식

$\mathrm{C}_2\mathrm{H}_4$가 10[g] 연소할 때 표준상태인 공기는 160[g] 소모되었다. 이때 과잉공기량은 약 몇 [g]인가?(단, 공기 중의 산소의 중량비는 23.2[%]이다)

수식: $$과잉공기량 = 실제공기량 - 이론공기량$$ 변수 설명:

과잉공기량: 연소에 사용되지 않고 남은 공기량 (g)
실제공기량: 실제 공급된 공기량 (g)
이론공기량: 완전연소에 필요한 최소 공기량 (g)

풀이 및 단계별 상세 설명:

1단계: 이론공기량 계산
- $(10 / 28 \times 3 \times 32) / 0.232 = 147.783...$ [g]
- 연료 10g에 대한 이론공기량인 147.78g을 구합니다.
2단계: 차이 계산
- $160 - 147.78 = 12.217...$ [g]
- 실제 공급량에서 이론량을 빼서 과잉량 12.22를 얻습니다.

계산기 입력:

160 - ((10 / 28 * 3 * 32) / 0.232) = 약 12.22 [g]

암기 필수 데이터:
• 분자량: $\mathrm{C}_2\mathrm{H}_4$(에틸렌) = $12 \times 2 + 1 \times 4 = 28$
• 반응식: $\mathrm{C}_2\mathrm{H}_4 + 3\mathrm{O}_2 \rightarrow 2\mathrm{CO}_2 + 2\mathrm{H}_2\mathrm{O}$ (산소 3몰 필요)
• 과잉공기: 실제 공급된 양 - 이론적으로 필요한 양

4. 고체연료 이론공기량 공식 (A0)

다음과 같은 질량 조성을 가진 석탄의 완전연소에 필요한 이론공기량[kg/kg]은 얼마인가? [ C : 64.0[%], H : 5.3[%], S : 0.1[%], O : 8.8[%], N : 0.8[%], Ash : 12.0[%], Water : 9.0[%] ]

수식: $$A_0 = \frac{1}{0.232} \times [2.667C + 8(H - \frac{O}{8}) + S]$$ 변수 설명:

$A_0$: 이론공기량 (kg/kg)
$C, H, O, S$: 각 성분의 질량 분율 (예: 64% = 0.64)
0.232: 공기 중 산소의 중량 분율
2.667: 탄소 연소 시 산소비 (32/12)
8: 수소 연소 시 산소비 (16/2)

풀이 및 단계별 상세 설명:

1단계: 유효수소 및 필요 산소량 계산
- $2.667 \times 0.64 + 8 \times (0.053 - 0.088 / 8) + 0.001 = 2.043...$ [kg]
- 총 필요한 산소량인 2.043kg을 구합니다.
2단계: 공기량 환산
- $2.043 / 0.232 = 8.806...$ [kg/kg]
- 산소량을 중량 분율로 나누어 공기량 8.81을 얻습니다.

계산기 입력:

(1 / 0.232) * (2.667 * 0.64 + 8 * (0.053 - 0.088 / 8) + 0.001) = 약 8.81 [kg/kg]

암기 필수 데이터:
• 원소 기호: $\mathrm{C}$(탄소), $\mathrm{H}$(수소), $\mathrm{O}$(산소), $\mathrm{S}$(황)
• 산소 요구량비: 탄소(2.667), 수소(8), 황(1)
• 공기 중 산소 중량비: 23.2% (0.232)
• 유효수소: $H - (O/8)$ (연료 자체 산소로 연소되는 수소 제외)

5. 이론 습연소가스량 (Gw) 계산 공식

순수한 탄소 1[kg]을 이론공기량으로 완전연소시켜 나오는 연소가스량은?

수식: $$G_w = \frac{22.4}{12} \times C + (A_0 \times 0.79)$$ 변수 설명:

$G_w$: 이론 습연소가스량 (Sm³/kg)
$C$: 탄소의 질량 (kg)
$A_0$: 이론공기량 (Sm³)
22.4: 표준상태 기체 1몰의 부피 (L)
0.79: 공기 중 질소의 부피 분율

풀이 및 단계별 상세 설명:

1단계: $CO_2$ 발생량 및 이론공기량 계산
- $CO_2: 1.867$ / $A_0: 8.89$
- 탄소 1kg당 $CO_2$ 1.867 Sm³, 공기량 8.89 Sm³를 구합니다.
2단계: 최종 가스량 산출
- $1.867 + (8.89 \times 0.79) = 8.89$ [Sm³/kg]
- 질소량을 더해 최종 8.89를 얻습니다.

계산기 입력:

(22.4 / 12 * 1) + ((22.4 / 12 * 1 / 0.21) * 0.79) = 약 8.89 [Sm³/kg]

암기 필수 데이터:
• 기체 상수: 표준상태(0℃, 1atm) 기체 1몰 부피 = 22.4L
• 공기 조성(부피): $N_2$(질소) 79%(0.79)
• 습연소가스: 생성된 $CO_2$ + 수증기 + 반응 안 한 $N_2$

6. 기체연료 이론공기량 공식 (부피)

프로판 1[Sm³]를 완전연소시키는 데 필요한 이론공기량은 몇 [Sm³]인가?

수식: $$A_0 = \frac{연료부피 \times O_2계수}{0.21}$$ 변수 설명:

$A_0$: 이론공기량 (Sm³)
연료부피: 연소시킬 연료의 부피 (Sm³)
$O_2$계수: 화학반응식에서 필요한 산소 몰수 (프로판=5)
0.21: 공기 중 산소의 부피 분율

풀이 및 단계별 상세 설명:

1단계: 이론산소량 계산
- $1 \times 5 = 5$ [Sm³]
- 프로판 1Sm³에 필요한 산소는 5 Sm³입니다.
2단계: 공기량 환산
- $5 / 0.21 = 23.809...$ [Sm³]
- 산소를 공기 분율로 나누어 23.81을 얻습니다.

계산기 입력:

(1 * 5) / 0.21 = 약 23.81 [Sm³]

암기 필수 데이터:
• 화학식: $\mathrm{C}_3\mathrm{H}_8$(프로판), $\mathrm{O}_2$(산소)
• 완전연소 반응식: $\mathrm{C}_3\mathrm{H}_8 + 5\mathrm{O}_2 \rightarrow 3\mathrm{CO}_2 + 4\mathrm{H}_2\mathrm{O}$
• 계수 비: 프로판 1 : 산소 5 (부피비와 동일)

7. 기체연료 이론공기량 공식 (부피)

프로판 5[L]를 완전연소시키기 위한 이론공기량은 약 몇 [L]인가?

8. 달톤의 분압 법칙

메탄을 이론공기로 연소시켰을 때 생성물 중 질소의 분압은 약 몇 [kPa]인가?

수식: $$P_{N_2} = P_{total} \times \frac{V_{N_2}}{V_{total}}$$ 변수 설명:

$P_{N_2}$: 질소의 분압 (kPa)
$P_{total}$: 전체 압력 (표준대기압 = 101.325 kPa)
$V_{N_2}$: 질소의 부피 또는 몰수
$V_{total}$: 전체 생성물의 부피 또는 몰수 합계

풀이 및 단계별 상세 설명:

1단계: 생성물 몰수 계산
- $\mathrm{CO}_2(1) + \mathrm{H}_2\mathrm{O}(2) + \mathrm{N}_2(7.52) = 10.52$ [mol]
- 총 생성물 몰수 10.52몰을 구합니다.
2단계: 질소 분압 계산
- $101.325 \times (7.52 / 10.52) = 72.43...$ [kPa]
- 질소 비율을 곱해 72.43을 얻습니다.

계산기 입력:

101.325 * (7.52 / (1 + 2 + 7.52)) = 약 72.43 [kPa]

암기 필수 데이터:
• 표준대기압: 1 atm = 101.325 kPa
• 메탄 연소식: $\mathrm{CH}_4 + 2\mathrm{O}_2 \rightarrow \mathrm{CO}_2 + 2\mathrm{H}_2\mathrm{O}$
• 공기 조성: 질소 79%, 산소 21% $\rightarrow$ 질소는 산소의 약 3.76배
• 분압 공식: $P_{\mathrm{N}_2} = P_{total} \times \frac{n_{\mathrm{N}_2}}{n_{total}}$ (전압 $\times$ 몰분율)

[열역학 및 사이클]

9. 절대일 적분 공식

어느 용기에서 압력(P)과 체적(V)의 관계는 P = (50V + 10) * 10²[kPa]과 같을 때 체적이 2[m³]에서 4[m³]로 변하는 경우 일량은 몇 [MJ]인가?(단, 체적의 단위는 [m³]이다)

10. 단열과정 엔탈피 변화 공식

압력이 0.1[MPa], 체적이 3[m³]인 273.15[K]의 공기가 이상적으로 단열압축되어 그 체적이 1/3로 되었다. 엔탈피의 변화량은 약 몇 [kJ]인가?(단, 공기의 기체상수는 0.287[kJ/kg · K], 비열비는 1.4이다)

11. 오토 사이클 효율 공식

오토 사이클에서 압축비(ε)가 10일 때 열효율은 약 몇 [%]인가?(단, 비열비(k) = 1.4)

[가스 및 열 평형]

12. 평균 분자량 산출식

$\mathrm{CO}_2$ 40[vol%], $\mathrm{O}_2$ 10[vol%], $\mathrm{N}_2$ 50[vol%]인 혼합 기체의 평균 분자량은 얼마인가?

13. 이상기체 상태 방정식 (PV = nRT)

500[L]의 용기에 40[atm · abs], 30[℃]에서 산소($\mathrm{O}_2$)가 충전되어 있다. 이때 산소는 몇 [kg]인가?

수식: $$w = \frac{P \cdot V \cdot M}{R \cdot T}$$ 변수 설명:

$w$: 기체의 질량 (g)
$P$: 압력 (atm)
$V$: 부피 (L)
$M$: 분자량 (산소=32)
$R$: 기체상수 (0.082 atm·L/mol·K)
$T$: 절대온도 (K)

풀이 및 단계별 상세 설명:

1단계: 절대온도 환산
- $30 + 273.15 = 303.15$ [K]
- 섭씨온도를 절대온도로 변환합니다.
2단계: 질량(g) 계산 후 kg 환산
- $(40 \times 500 \times 32) / (0.082 \times 303.15) = 25745.8$ [g] = 25.75 [kg]
- 이상기체 상태방정식으로 질량을 구한 뒤 kg 단위로 환산하여 25.76을 얻습니다.

계산기 입력:

(40 * 500 * 32) / (0.082 * 303.15) / 1000 = 약 25.75 [kg]

암기 필수 데이터:
• 분자량: $\mathrm{O}_2$(산소) = 32
• 기체 상수(R): 0.082 (atm·L/mol·K)
• 몰수(n) 공식: $n = w / M$ (질량 / 분자량)
• 온도 변환: $K = 273.15 + ^\circ C$

14. 달톤의 분압 법칙

산소 32[kg]과 질소 28[kg]의 혼합가스가 나타내는 전압이 20[atm]이다. 이때 산소의 분압은 몇 [atm]인가?(단, $\mathrm{O}_2$의 분자량은 32, $\mathrm{N}_2$의 분자량은 28이다)

수식: $$P_i = P_{total} \times \frac{n_i}{n_{total}}$$ 변수 설명:

$P_i$: 성분 기체의 분압 (atm)
$P_{total}$: 전체 압력 (atm)
$n_i$: 성분 기체의 몰수
$n_{total}$: 전체 기체의 총 몰수

풀이 및 단계별 상세 설명:

1단계: 각 성분의 몰수 계산
- $n_{\mathrm{O}_2} = 32/32 = 1000$ [mol], $n_{\mathrm{N}_2} = 28/28 = 1000$ [mol]
- 질량을 분자량으로 나누어 각 기체의 몰수를 구합니다.
2단계: 분압 계산
- $20 \times (1000 / 2000) = 10$ [atm]
- 전체 몰수 대비 산소의 몰분율(0.5)을 전압에 곱해 10을 얻습니다.

계산기 입력:

20 * (1 / (1 + 1)) = 10 [atm]

암기 필수 데이터:
• 분자량: $\mathrm{O}_2$(산소)=32, $\mathrm{N}_2$(질소)=28
• 몰수(n) 계산: $n = w / M$ (질량 / 분자량)
• 몰분율($X$) 계산: $X_{\mathrm{O}_2} = \frac{n_{\mathrm{O}_2}}{n_{\mathrm{O}_2} + n_{\mathrm{N}_2}}$ (내 몰수 / 전체 몰수)
• 분압($P_i$) 계산: $P_i = P_{total} \times X_i$

15. 보일-샤를의 법칙 (혼합 기체)

0[℃], 1[atm]에서 2[L]의 산소와 0[℃], 2[atm]에서 3[L]의 질소를 혼합하여 1[L]로 하면 압력은 약 몇 [atm]이 되는가?

16. 보일의 법칙 응용 (P1V1 + P2V2 = PV)

0.5[atm], 10[L]의 기체 A와 1.0[atm], 5[L]의 기체 B를 전체 부피 15[L]의 용기에 넣을 경우, 전압은 얼마인가?(단, 온도는 항상 일정하다)

17. 기체 반응 및 샤를의 법칙

1[atm], 27[℃]의 밀폐된 용기에 프로판과 산소가 1 : 5의 부피비로 혼합되어 있다. 프로판이 완전연소하여 화염의 온도가 1,000[℃]가 되었다면 용기 내에 발생하는 압력은 약 몇 [atm]인가?

수식: $$P_2 = P_1 \times \frac{T_2}{T_1} \times \frac{n_2}{n_1}$$ 변수 설명:

$P_2$: 나중 압력 (atm)
$P_1$: 초기 압력 (atm)
$T_2, T_1$: 나중 및 초기 절대온도 (K)
$n_2, n_1$: 반응 후 및 반응 전의 총 몰수

풀이 및 단계별 상세 설명:

1단계: 반응 전후 몰수비 파악
- $\mathrm{C}_3\mathrm{H}_8 + 5\mathrm{O}_2 \rightarrow 3\mathrm{CO}_2 + 4\mathrm{H}_2\mathrm{O}(g)$
- 반응 전(1+5=6몰)과 반응 후(3+4=7몰)의 몰수 변화를 확인합니다.
2단계: 온도 및 몰수 변화 적용
- $1 \times (1273/300) \times (7/6) = 4.95$ [atm]
- 샤를의 법칙과 몰수 변화를 동시에 적용하여 최종 압력 4.95를 얻습니다.

계산기 입력:

1 * (1273 / 300) * (7 / 6) = 약 4.95 [atm]

암기 필수 데이터:
• 화학식: $\mathrm{C}_3\mathrm{H}_8$(프로판), $\mathrm{O}_2$(산소)
• 반응식: $\mathrm{C}_3\mathrm{H}_8 + 5\mathrm{O}_2 \rightarrow 3\mathrm{CO}_2 + 4\mathrm{H}_2\mathrm{O}$ (몰수 변화: 6몰 $\rightarrow$ 7몰)
• 샤를의 법칙: $P \propto T$ (부피 일정 시 압력은 온도에 비례)
• 몰수 영향: 압력은 몰수(n)에도 비례함 ($PV=nRT$)

18. 아보가드로의 법칙 (표준상태 몰수)

표준 상태에서 기체 1[m³]은 약 몇 [mol]인가?

19. 이상기체 상태 방정식 (부피 산출)

0[℃], 1기압에서 $\mathrm{C}_3\mathrm{H}_8$ 5[kg]의 체적은 약 몇 [m³]인가?(단, 이상기체로 가정하고 C의 원자량은 12, H의 원자량은 1이다)

20. 라울의 법칙 (증기압)

메탄올 96[g]과 아세톤 116[g]을 함께 진공 상태의 용기에 넣고 기화시켜 25[℃]의 혼합기체를 만들었다. 이때 전압력은 약 몇 [mmHg]인가?(단, 25[℃]에서 순수한 메탄올과 아세톤의 증기압 및 분자량은 각각 96.5[mmHg], 56[mmHg] 및 32, 58이다)

수식: $$P_{total} = P_A^0 X_A + P_B^0 X_B$$ 변수 설명:

$P_{total}$: 혼합 용액의 전체 증기압 (mmHg)
$P^0$: 순수 성분의 증기압 (mmHg)
$X$: 각 성분의 몰분율

풀이 및 단계별 상세 설명:

1단계: 몰수 및 몰분율 계산
- 메탄올: $96/32 = 3$몰, 아세톤: $116/58 = 2$몰
- 각 성분의 몰수를 구하고 전체 몰수(5몰)에 대한 비율(몰분율)을 계산합니다.
2단계: 전압 산출
- $96.5 \times 0.6 + 56 \times 0.4 = 80.3$ [mmHg]
- 라울의 법칙을 적용하여 각 성분의 부분압을 합산해 80.3을 얻습니다.

계산기 입력:

(96.5 * (3/5)) + (56 * (2/5)) = 80.3 [mmHg]

암기 필수 데이터:
• 화학식: $\mathrm{CH}_3\mathrm{OH}$(메탄올), $\mathrm{CH}_3\mathrm{COCH}_3$(아세톤)
• 몰수(n) 계산: $n$ = 질량 / 분자량
• 몰분율($X$): 내 몰수 / 전체 몰수
• 라울의 법칙: $P_{total} = P_A X_A + P_B X_B$ (각 성분의 증기압 $\times$ 몰분율의 합)

[발열량 및 보일러]

21. 저위발열량 변환식

고위발열량이 9,000[kcal/kg]인 연료 3[kg]이 연소할 때의 총저위발열량은 몇 [kcal]인가?(단, 이 연료 1[kg]당 수소분은 15[%], 수분은 1[%]의 비율로 들어 있다)

수식: $$H_l = [H_h - 600(9H + w)] \times 질량$$ 변수 설명:

$H_l$: 저위발열량 (kcal)
$H_h$: 고위발열량 (kcal/kg)
$H$: 수소 성분비 (0.15)
$w$: 수분 성분비 (0.01)
600: 물의 증발잠열 (kcal/kg)

풀이 및 단계별 상세 설명:

1단계: 1kg당 저위발열량 계산
- $9000 - 600 \times (9 \times 0.15 + 0.01) = 8184$ [kcal/kg]
- 수소와 수분에 의한 증발잠열을 고위발열량에서 차감하여 단위 저위발열량을 구합니다.
2단계: 총 발열량 산출
- $8184 \times 3 = 24552$ [kcal]
- 연료 무게(3kg)를 곱해 총 발열량 24552를 얻습니다.

계산기 입력:

(9000 - 600 * (9 * 0.15 + 0.01)) * 3 = 24,552 [kcal]

암기 필수 데이터:
• 물의 증발잠열: 약 600 kcal/kg (또는 539 kcal/kg)
• 수소 연소 시 물 생성비: 9배 ($\mathrm{H}_2 + 1/2\mathrm{O}_2 \rightarrow \mathrm{H}_2\mathrm{O}$, 2g $\rightarrow$ 18g)

22. 표준 진발열량 계산 (잠열 제외)

프로판($\mathrm{C}_3\mathrm{H}_8$)의 표준 총발열량이 -530,600[cal/gmol]일 때 표준 진발열량은 약 몇 [cal/gmol]인가?(단, $\mathrm{H}_2\mathrm{O}(L) \rightarrow \mathrm{H}_2\mathrm{O}(g)$, ΔH = 10,519[cal/gmol]이다)

수식: $$LHV = HHV + (n_{H_2O} \times \Delta H_{vap})$$ 변수 설명:

$LHV$: 진발열량 (저위발열량)
$HHV$: 총발열량 (고위발열량)
$n_{\mathrm{H}_2\mathrm{O}}$: 생성된 수증기의 몰수
$\Delta H_{vap}$: 물의 증발잠열

풀이 및 단계별 상세 설명:

1단계: 생성 수증기 몰수 확인
- $\mathrm{C}_3\mathrm{H}_8 + 5\mathrm{O}_2 \rightarrow 3\mathrm{CO}_2 + 4\mathrm{H}_2\mathrm{O}$
- 화학반응식을 통해 생성되는 수증기가 4몰임을 확인합니다.
2단계: 잠열 보정
- $-530,600 + (4 \times 10,519) = -488,524$ [cal/gmol]
- 총발열량에 수증기의 증발잠열(흡열)을 더해 진발열량 -488,524를 얻습니다.

계산기 입력:

-530600 + (4 * 10519) = -488,524 [cal/gmol]

암기 필수 데이터:
• 진발열량(LHV) < 총발열량(HHV) (절대값 기준으로는 LHV가 더 작음, 발열 반응은 음수 부호 주의)
• 생성 수증기 몰수 파악이 핵심

23. 보일러 효율 공식

95[℃]의 온수를 100[kg/h] 발생시키는 온수보일러가 있다. 이 보일러에서 저위발열량이 45[MJ/Nm³]인 LNG를 1[m³/h] 소비할 때 열효율은 얼마인가?(단, 급수의 온도는 25[℃]이고, 물의 비열은 4.184[kJ/kg · K]이다)

24. 이론연소온도 기본식

연소가스량 10[m³/kg], 비열 0.325[kcal/m³ · ℃]인 어떤 연료의 저위발열량이 6,700[kcal/kg]이었다면 이론연소온도는 약 몇 [℃]인가?

25. 이론연소온도 계산 (과잉공기 고려)

연료발열량(HL)이 10,000[kcal/kg], 이론공기량이 11[m³/kg], 과잉공기율이 30[%], 이론습연소가스량이 11.5[m³/kg], 외기온도가 20[℃]일 때 이론연소온도는 약 몇 [℃]인가?(단, 연소가스의 평균비열은 0.31[kcal/m³℃]이다)

[안전 및 가스 폭발]

26. 르 샤틀리에 공식

메탄 85[v%], 에탄 10[v%], 프로판 4[v%], 부탄 1[v%]의 조성을 갖는 혼합가스의 공기 중 폭발하한계는 약 얼마인가?

수식: $$LFL = \frac{100}{\sum (V_i / L_i)}$$ 변수 설명:

$LFL$: 혼합가스의 폭발하한계 (%)
$V_i$: 각 성분의 부피 분율 (%)
$L_i$: 각 성분의 폭발하한계 (%)

풀이 및 단계별 상세 설명:

1단계: 각 성분의 하한계 적용
- 메탄(5), 에탄(3), 프로판(2.1), 부탄(1.8)
- 각 가스의 폭발하한계 값을 확인합니다.
2단계: 공식 대입
- $100 / (85/5 + 10/3 + 4/2.1 + 1/1.8) = 4.387...$ [%]
- 르 샤틀리에 공식에 대입하여 혼합가스의 하한계 4.39를 얻습니다.

계산기 입력:

100 / (85/5 + 10/3 + 4/2.1 + 1/1.8) = 약 4.39 [%]

암기 필수 데이터:
• 가스 명칭: 메탄($\mathrm{CH}_4$), 에탄($\mathrm{C}_2\mathrm{H}_6$), 프로판($\mathrm{C}_3\mathrm{H}_8$), 부탄($\mathrm{C}_4\mathrm{H}_{10}$)
• 르 샤틀리에 법칙: 혼합 가스의 폭발 하한계 계산 공식
• 공식: $L = \frac{100}{\sum(V_i/L_i)}$ (V: 각 성분의 부피%, L: 각 성분의 하한계)

27. 혼합가스 밀도와 조성

프로판(C3H8)과 부탄(C4H10)의 혼합가스가 표준 상태에서 밀도가 2.25[kg/m^3]이다. 프로판의 조성은 약 몇 [%]인가?

[기초 데이터 및 화염이론 암기]

가스별 화학식 및 분자량 (M) 요약

가스명	화학식	분자량 (M)
수소분자	H₂	2
메탄	CH₄	16
물	H₂O	18
질소분자	N₂	28
일산화탄소	CO	28
공기(혼합물)	-	29
에탄	C₂H₆	30
산소분자	O₂	32
이산화탄소	CO₂	44
프로판	C₃H₈	44
부탄	C₄H₁₀	58
아황산가스	SO₂	64

기초 데이터 암기 (원자량/공기조성) 요약

원자명	기호	원자량
수소원자	H	1
탄소원자	C	12
질소원자	N	14
산소원자	O	16
황원자	S	32

공기 조성	산소	질소
질량비	0.232	0.768
체적비	0.21	0.79

주요 가스의 폭발 범위 요약 (암기용)

가스명	화학식	범위 [%]	폭(Width)	특이사항
아세틸렌	C₂H₂	2.5~81	78.5	가장 넓음, 분해 폭발
수소	H₂	4.0~75	71.0	위험도 높음
일산화탄소	CO	12.5~74	61.5	-
이황화탄소	CS₂	1.2~44	42.8	하한계가 가장 낮음
에틸렌	C₂H₄	2.7~36	33.3	-
아크릴로니트릴	C₃H₃N	3.0~17	14.0	-
암모니아	NH₃	15~28	13.0	비교적 범위 좁음
메탄	CH₄	5.0~15	10.0	LNG 주성분
LNG(도시가스)	-	5.0~15	10.0	메탄이 주성분
프로판	C₃H₈	2.1~9.5	7.4	LPG 주성분
부탄	C₄H₁₀	1.8~8.4	6.6	LPG 주성분

시험 출제 경향 및 핵심 공부 팁

• 시험 출제 경향

위험도 계산: 위험도 $H = \frac{\text{폭발상한} - \text{폭발하한}}{\text{폭발하한}}$ 공식을 사용하여 위험도 계산 (위험도가 클수록 위험).
폭발 특성: 가스의 온도·압력이 높아지면 폭발 범위는 넓어지나, 혼합가스의 경우 르샤틀리에 공식을 적용하여 계산.
가연성 가스 분류: 폭발등급(1, 2, 3등급) 및 안전간격(0.6mm, 0.4mm 기준).

• 핵심 공부 팁

가연성 가스별 하한값(LEL)과 상한값(UEL)을 반드시 암기해야 함.
특히 아세틸렌의 분해 폭발과 폭발 범위가 가장 넓은 가스 등을 묻는 문제가 빈출.

[과년도 기출문제]

31. 2016년 제1회 과년도 기출문제

2016년 3월 6일 시행된 가스산업기사 필기 기출문제입니다.

32. 2016년 제2회 과년도 기출문제

2016년 시행된 가스산업기사 필기 기출문제입니다.

33. 2016년 제4회 과년도 기출문제

2016년 제4회 시행된 가스산업기사 필기 기출문제입니다.

34. 2017년 제1회 과년도 기출문제

2017년 제1회 시행된 가스산업기사 필기 기출문제입니다.

35. 2017년 제2회 과년도 기출문제

2017년 제2회 시행된 가스산업기사 필기 기출문제입니다.

36. 2017년 제4회 과년도 기출문제

2017년 제4회 시행된 가스산업기사 필기 기출문제입니다.

37. 2018년 제1회 과년도 기출문제

2018년 제1회 시행된 가스산업기사 필기 기출문제입니다.

38. 2018년 제2회 과년도 기출문제

2018년 제2회 시행된 가스산업기사 필기 기출문제입니다.

39. 2018년 제4회 과년도 기출문제

2018년 제4회 시행된 가스산업기사 필기 기출문제입니다.

40. 2019년 제1회 과년도 기출문제

2019년 제1회 시행된 가스산업기사 필기 기출문제입니다.

41. 2019년 제2회 과년도 기출문제

2019년 제2회 시행된 가스산업기사 필기 기출문제입니다.

42. 2019년 제4회 과년도 기출문제

2019년 제4회 시행된 가스산업기사 필기 기출문제입니다.

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