9급지방직공무원 2012-05-12 화학공학일반 17번 문제 해설

문제 요약:
내경 50mm, 외경 56mm인 파이프에서 액체와 기체 사이의 열전달 계수를 이용해 총괄 열전달 계수를 구하라.

정답 근거:
- 총괄 열전달 계수 공식 적용:
\[
\frac{1}{h_{total}} = \frac{1}{h_{액체}} + \frac{\delta}{k} + \frac{1}{h_{기체}}
\]
여기서 \(\delta\)는 파이프 두께 (외경 - 내경)/2 = 3mm = 0.003m

\[
\frac{1}{h_{total}} = \frac{1}{500} + \frac{0.003}{60} + \frac{1}{40} \approx 0.002 + 0.00005 + 0.025 = 0.0275
\]
\[
h_{total} \approx \frac{1}{0.0275} \approx 36.4 \, (\text{가장 가까운 값: 36.9})
\]

오답 포인트:
- 선택지 1 (0.027): 두께 보정과 기체 측 열전달 계수를 고려하지 않음.
- 선택지 2 (0.054): 계수 계산 시 두께와 기체 측 계수를 과소평가.
- 선택지 3 (18.5): 파이프 두께와 두 면의 열전달 계수를 무시한 계산.

핵심 개념:
- 총괄 열전달 계수: 액체, 파이프 벽, 기체 사이의 열전달 통합 계수.
- 파이프 두께 보정: 열 저항 증가를 고려한 두께 보정 필요.

마무리 요약:
총괄 열전달 계수는 파이프 벽의 두께와 두 접촉면의 열전달 계수를 고려한 결과, 선택지 4 (36.9 W/m2 ⋅°C)가 가장 적합하다.