위험물기능사 필기 기출문제 전 회차를 한 권으로 — PDF 전자책(문제집·정답해설집)

2019년 산업위생관리기사실기(필답형) 1회차

총 20문항 · 주관식 · A4 약 1장

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위험물기능사 필기 기출문제모두CBT · moducbt.com

2019년 산업위생관리기사실기(필답형) 1회차

총 20문항 · 주관식 · 정답·해설 포함

문제 1

19-1

회전수가 1,000 rpm일 때 어떤 송풍기의 송풍량은 28.3 m³/min, 정압은 21.6 mmH₂O, 동력은 0.5 kW이다. 회전수를 1,125 rpm으로 높였을 때 다음을 각각 구하시오.

(1) 송풍량(m³/min)

(2) 정압(mmH₂O)

(3) 동력(kW)

정답 및 해설

(1) 31.84 m³/min

(2) 27.34 mmH₂O

(3) 0.71 kW

[해설]

같은 송풍기에서 회전수만 바뀌면 송풍기 상사법칙이 적용된다. 송풍량·정압·동력은 회전수비의 1승·2승·3승에 각각 비례한다.

회전수비 = 1,125 / 1,000 = 1.125
송풍량 = 28.3 × 1.125 = 31.84 m³/min
정압 = 21.6 × 1.125² = 27.34 mmH₂O
동력 = 0.5 × 1.125³ = 0.71 kW

혼동 주의: 회전수가 아니라 임펠러 직경이 바뀌면 지수가 3승·2승·5승으로 달라진다.

문제 2

입자상 물질의 크기를 나타내는 방법 가운데 기하학적 직경(물리적 직경)의 종류를 3가지 쓰고, 각각의 의미를 간단히 설명하시오.

정답 및 해설

① 마틴직경 — 입자의 투영면적을 이등분하는 선의 길이

② 페렛직경 — 입자 투영상의 한쪽 끝에서 반대쪽 끝까지 이은 선 가운데 가장 긴 길이

③ 등면적직경(헤이우드직경) — 입자의 투영면적과 같은 면적을 갖는 원의 직경

[해설]

기하학적(물리적) 직경은 현미경으로 본 입자의 투영상을 정해진 규칙에 따라 잰 크기다.

마틴직경 — 투영면적을 이등분하는 선의 길이로, 실제보다 작게 나오는 경향이 있다.
페렛직경 — 투영상의 양 끝을 잇는 가장 긴 길이로, 실제보다 크게 나오는 경향이 있다.
등면적직경 — 투영면적과 넓이가 같은 원의 직경(D = √(4A/π))으로, 셋 중 가장 정확하다.

혼동 주의: 헤이우드직경은 등면적직경의 다른 이름이라 따로 세지 않는다. 같은 입자라면 크기는 대체로 페렛 > 등면적 > 마틴 순이다.

문제 3

19-1

다음은 각 분야에서 쓰는 표준공기(표준상태)에 관한 표이다. 빈칸 ①~⑥에 알맞은 값을 쓰시오.

구분	온도(℃)	1 mol의 부피(L)
순수자연 분야	①	②
산업위생 분야	③	④
산업환기 분야	⑤	⑥

정답 및 해설

① 0 ℃
② 22.4 L

③ 25 ℃
④ 24.45 L

⑤ 21 ℃
⑥ 24.1 L

[해설]

표준상태의 압력은 세 분야 모두 1기압이고 기준 온도만 분야마다 다르다.

1 mol 부피는 이상기체 법칙상 절대온도에 비례하므로 0 ℃의 22.4 L에 온도비를 곱해 구한다.

순수자연 분야 — 0 ℃에서 22.4 L이며 화학에서 쓰는 표준상태다.
산업위생 분야 — 25 ℃에서 22.4 × 298/273 = 24.45 L이며 노출기준의 ppm↔mg/m³ 환산에 쓴다.
산업환기 분야 — 21 ℃에서 22.4 × 294/273 ≈ 24.1 L이며 송풍기·덕트 계산의 기준이다.

외우는 요령: 온도가 0 < 21 < 25 ℃ 순이므로 부피도 22.4 < 24.1 < 24.45 L 순이다.

문제 4

19-1

다음 조건에서 노출인년(person-years of exposure)을 구하시오.

• 6개월 동안 노출농도를 조사한 근로자 8명

• 1년 동안 노출농도를 조사한 근로자 20명

• 3년 동안 노출농도를 조사한 근로자 10명

정답 및 해설

54 인년

[해설]

노출인년은 관찰기간이 서로 다른 사람들을 “1년 관찰한 사람 몇 명분”으로 환산해 합한 값이다. 6개월은 0.5년으로 바꿔 넣는다.

노출인년 = Σ(근로자 수 × 관찰기간[년])
= (8 × 0.5) + (20 × 1) + (10 × 3)
= 4 + 20 + 30 = 54 인년

혼동 주의: 총 인원 38명이 아니라 인원×기간을 합한 값이다. 노출인년은 코호트 연구에서 발생률의 분모로 쓴다.

문제 5

여과포집법으로 시료를 채취할 때 입자가 여과지에 걸리게 하는 포집기전 6가지를 쓰시오.

정답 및 해설

① 관성충돌

② 직접차단(간섭)

③ 확산

④ 중력침강

⑤ 정전기침강

⑥ 체질(체거름)

[해설]

여과지는 공극에 비해 작은 입자도 잡는데, 섬유 주변에서 여러 포집기전이 함께 작용하기 때문이다.

관성충돌 — 기류는 섬유를 비켜 가지만 큰 입자는 관성으로 직진해 섬유에 부딪힌다.
직접차단(간섭) — 유선을 따라가던 입자가 자기 반지름만큼 섬유에 가까워지면 표면에 닿는다.
확산 — 아주 작은 입자가 브라운 운동으로 떠돌다 섬유에 닿는다.
중력침강 — 무거운 입자가 느린 기류 속에서 가라앉아 섬유에 얹힌다.
정전기침강 — 대전된 입자가 정전기력에 끌려 섬유에 붙는다.
체질(체거름) — 공극에 비해 큰 입자가 구멍을 통과하지 못하고 걸린다.

큰 입자는 관성충돌·차단으로, 작은 입자는 확산으로 잡혀 그 중간인 0.3 μm 부근에서 포집효율이 가장 낮다.

문제 6

19-1

덕트의 단면적이 0.38 m²이고 덕트 내의 정압은 −64.5 mmH₂O, 전압은 −20.5 mmH₂O이다. 다음 물음에 답하시오. (단, 공기의 밀도는 1.2 kg/m³이다.)

(1) 덕트 내의 반송속도(m/sec)를 구하시오.

(2) 덕트 내를 흐르는 공기의 유량(m³/min)을 구하시오.

정답 및 해설

(1) 26.81 m/sec

(2) 611.22 m³/min

[해설]

덕트 안의 압력은 전압 = 정압 + 속도압 관계이므로 속도압부터 구한다. 정압·전압이 음수인 것은 이 지점이 송풍기 흡인측이기 때문이다.

VP = TP − SP = (−20.5) − (−64.5) = 44 mmH₂O
V = √(2g·VP/ρ) = √(2 × 9.8 × 44 / 1.2) = √718.67
V = 26.81 m/sec

Q = A × V × 60
= 0.38 × 26.808 × 60
= 611.22 m³/min

혼동 주의: 공기가 흐르면 속도압은 항상 양수다. 중간값을 어디서 반올림하느냐에 따라 611.2 언저리에서 갈리는 값은 모두 같은 답으로 본다.

문제 7

19-1

염소(Cl₂)가스나 이산화질소(NO₂)가스처럼 흡수제에 쉽게 흡수되지 않는 물질의 시료채취에 대하여 다음 물음에 답하시오.

(1) 어떤 시료채취 매체를 사용해야 하는지 쓰시오.

(2) 그 매체를 사용해야 하는 이유를 쓰시오.

정답 및 해설

(1) 고체흡착관(활성탄관·실리카겔관 등)

(2) 흡수액에 잘 녹지 않는 기체라도 흡착제 표면에 물리적으로 흡착시켜 포집할 수 있기 때문

[해설]

가스상 물질은 흡수액에 녹여 잡는 흡수법이나 고체 표면에 붙여 잡는 흡착법으로 채취한다. 흡수액에 잘 흡수되지 않는 기체에는 고체흡착관을 쓴다.

흡수법은 대상 물질이 흡수액에 녹거나 흡수액과 반응해야 성립한다. 잘 녹지 않는 기체는 흡수액을 그냥 빠져나가므로 회수율이 떨어진다.

활성탄·실리카겔 같은 흡착제는 미세 기공 때문에 표면적이 매우 넓다. 그래서 용해도와 관계없이 기체 분자를 표면에 물리적으로 붙잡아 포집한다.

혼동 주의: 활성탄은 비극성 물질을, 실리카겔은 극성 물질을 잘 잡는다. 앞층이 포화되어 뒷층으로 넘어가는 파과에도 주의한다.

문제 8

19-1

그림과 같은 레시버식 캐노피형 후드에서 열원과 후드 사이의 높이가 H = 1 m, 열원의 폭이 E = 1.2 m이고, 열원의 온도는 1,800 ℃이다. 아래 조건을 이용하여 열상승 기류량(m³/min)을 구하시오.

(1) 열상승 기류량 $Q=\dfrac{0.57}{\gamma\,(A\gamma)^{0.33}}\times\Delta t^{0.45}\times Z^{1.5}$ (단, A : 열원의 면적(m²), $t_m$ : 열원의 온도(℃))

(2) 온도차 $\Delta t$ 의 계산식 : $H/E\le0.7$ 이면 $\Delta t=t_m-20$ , $H/E\gt0.7$ 이면 $\Delta t=(t_m-20)\left(\dfrac{2E+H}{2.7E}\right)^{-1.7}$

(3) 가상고도 $Z$ 의 계산식 : $H/E\le0.7$ 이면 $Z=2E$ , $H/E\gt0.7$ 이면 $Z=0.74(2E+H)$

(4) 열원의 종횡비 $\gamma=1$

정답 및 해설

61.09 m³/min

[해설]

레시버식 캐노피형 후드는 열원에서 올라오는 열상승 기류를 위에서 받아 내는 후드다. 먼저 H/E 값으로 온도차와 가상고도에 쓸 식을 고른다.

H/E = 1 / 1.2 = 0.833 > 0.7이므로 두 번째 식을 쓴다.
Δt = (1,800 − 20) × (3.4 / 3.24)^−1.7 = 1,780 × 0.9213 = 1,639.96 ℃
Z = 0.74 × (2 × 1.2 + 1) = 2.516 m

종횡비가 1이므로 폭 E를 지름으로 하는 원형 열원으로 본다.
A = π × 1.2² / 4 = 1.131 m²
Q = 0.57 / (1 × 1.131^0.33) × 1,639.96^0.45 × 2.516^1.5
= 0.5473 × 27.97 × 3.991
= 61.09 m³/min

혼동 주의: 지수 −1.7은 음수여서 괄호 안 값이 1보다 크면 온도차가 오히려 줄어든다.

문제 9

어느 작업장의 실내온도는 30 ℃, 외기온도는 20 ℃이고 작업장 내의 열부하량은 200,000 kcal/hr이다. 이 작업장을 전체환기하여 열을 제거하려 할 때 필요환기량(m³/min)을 구하시오.

정답 및 해설

$H_s=\dfrac{200{,}000}{60}=3{,}333.33\ \mathrm{kcal/min},\qquad \Delta t=30-20=10\ ^\circ\mathrm{C}$

$Q=\dfrac{3{,}333.33}{0.3\times 10}=$ $1{,}111.11\ \mathrm{m^3/min}$

[해설]

고열 작업장의 전체환기는 들어온 공기가 데워져 나가면서 열을 실어 내는 원리이고, 분모의 0.3은 공기 1 m³를 1 ℃ 올리는 데 드는 열량(0.24 × 1.2 ≒ 0.3 kcal/m³·℃)이다.

Q = H_s / (0.3 × Δt)
H_s = 200,000 / 60 = 3,333.33 kcal/min, Δt = 30 − 20 = 10 ℃
Q = 3,333.33 / (0.3 × 10) = 1,111.11 m³/min

혼동 주의: 열부하량을 kcal/min으로 바꾸지 않고 kcal/hr 그대로 넣으면 60배 큰 값이 나온다.

문제 10

19-1

산업피로가 발생했을 때 혈액과 소변에 나타나는 변화를 2가지씩 쓰시오.

정답 및 해설

(1) 혈액

① 혈당치가 떨어진다

② 젖산과 탄산이 늘어 산혈증이 나타난다

(2) 소변

① 소변량이 줄고 색이 진해진다

② 단백질이나 교질물질의 배설량이 늘어난다

[해설]

산업피로는 에너지 소모와 무산소 대사 산물이 쌓인 결과다. 그래서 혈액·소변의 성분 변화로 피로를 객관적으로 판정할 수 있다.

혈당치 저하 — 글리코겐과 혈중 포도당이 소모되어 혈당이 떨어진다.
산혈증 — 무산소 대사로 젖산이, CO₂ 증가로 탄산이 쌓여 혈액이 산성으로 기운다.
소변량 감소·색 진해짐 — 땀으로 수분을 잃고 신장 혈류가 줄어 소변이 농축된다.
단백질·교질물질 배설 증가 — 신장 여과에 부담이 가서 평소 걸러지지 않던 성분이 소변으로 나온다.

외우는 요령: 당은 떨어지고, 피는 산성으로, 소변은 줄고 진해진다로 묶어 기억한다.

문제 11

19-1

표준공기가 흐르는 덕트의 레이놀즈수가 30,000일 때 덕트 내의 유속(m/sec)을 구하시오. (단, 덕트의 직경은 150 mm, 점성계수는 1.607×10⁻⁴ poise, 공기의 밀도는 1.203 kg/m³이다.)

정답 및 해설

2.67 m/sec

[해설]

레이놀즈수 식 Re = ρVD/μ 를 유속에 대해 풀고, 단위를 SI로 맞춰 대입한다. 점성계수는 1 poise = 0.1 kg/m·sec이므로 1.607×10^-5 kg/m·sec, 직경은 0.15 m다.

V = Re·μ / (ρ·D)
= 30,000 × 1.607×10^-5 / (1.203 × 0.15)
= 0.4821 / 0.18045 = 2.67 m/sec

혼동 주의: poise를 환산하지 않고 그대로 넣으면 답이 10배 어긋난다. Re 30,000은 2,100을 훨씬 넘으므로 이 흐름은 난류다.

문제 12

ACGIH가 정한 입자 크기별 기준에 따라 입자상 물질을 3가지로 나누고, 각각의 평균입경을 쓰시오.

정답 및 해설

① 흡입성 입자상 물질(IPM) — 평균입경 100 μm

② 흉곽성 입자상 물질(TPM) — 평균입경 10 μm

③ 호흡성 입자상 물질(RPM) — 평균입경 4 μm

[해설]

ACGIH는 입자가 호흡기의 어디까지 들어가 침착하는지를 기준으로 입자상 물질을 셋으로 나눈다. 평균입경은 공기역학적 직경의 50 % 절단입경을 뜻한다.

흡입성(IPM) — 코·입으로 들어오는 먼지 전체로, 평균입경은 100 μm이며 주로 상기도에 침착한다.
흉곽성(TPM) — 기관·기관지까지 도달하는 입자로, 평균입경은 10 μm이다.
호흡성(RPM) — 가스교환 부위인 폐포까지 들어가는 입자로, 평균입경은 4 μm이며 진폐증과 직결된다.

외우는 요령: 100 → 10 → 4 μm를 코 → 기관지 → 폐포 순서에 대응시킨다.

문제 13

19-1

0 ℃, 1기압에서 공기의 밀도는 1.293 kg/m³이다. 기압은 그대로이고 온도만 70 ℃로 올라갔을 때 공기의 밀도(kg/m³)를 구하시오. (단, 소수 셋째자리까지 구하시오.)

정답 및 해설

1.029 kg/m³

[해설]

압력이 일정하면 기체 부피는 절대온도에 비례하므로(샤를의 법칙) 질량이 같은 공기의 밀도는 절대온도에 반비례한다.

ρ₂ = ρ₁ × T₁/T₂
= 1.293 × (273+0)/(273+70) = 1.293 × 273/343
= 1.029 kg/m³

혼동 주의: 온도비를 거꾸로 곱하면 1.624가 나오는데, 더워진 공기는 가벼워진다는 점만 기억하면 방향을 틀리지 않는다.

문제 14

19-1

어느 작업장에서 소음이 다음과 같이 발생하였다. 물음에 답하시오.

소음수준	노출시간	노출기준(1일 허용 노출시간)
80 dB(A)	2시간	24시간
85 dB(A)	3시간	16시간
90 dB(A)	1시간 40분	8시간
95 dB(A)	20분	4시간

(1) 소음작업에 대한 노출지수를 구하시오.

(2) 노출지수가 노출기준을 초과하는지 판단하시오.

정답 및 해설

(1) 0.56

(2) 노출지수가 1보다 작으므로 노출기준을 초과하지 않는다

[해설]

노출지수(EI)는 소음수준별 실제 노출시간 C를 그 수준의 허용 노출시간 T로 나눈 값을 모두 더한 것이다.

EI = C₁/T₁ + C₂/T₂ + …
= 2/24 + 3/16 + 1.667/8 + 0.333/4
= 0.0833 + 0.1875 + 0.2083 + 0.0833 = 0.56

1시간 40분은 1.667시간, 20분은 0.333시간으로 바꿔 넣는다. 노출지수가 1을 넘어야 초과이므로 0.56은 노출기준을 초과하지 않는다.

혼동 주의: 표에 허용시간이 주어진 80 dB(A) 구간도 합산에 넣는다(빼면 0.48이지만 판정은 같다).

문제 15

19-1

국소배기시설을 설계할 때 시설 전체의 총 압력손실을 계산하는 방법을 2가지 쓰시오.

정답 및 해설

① 정압조절평형법(설계평형법)

② 저항조절평형법(댐퍼조절평형법)

[해설]

국소배기장치 설계에서는 분지관이 합류하는 지점의 정압을 같게 맞추는 방식에 따라 총 압력손실 계산법이 나뉜다.

정압조절평형법(설계평형법) — 댐퍼 없이 덕트 직경·길이·곡관을 조정해 합류점 정압을 설계 단계에서 맞춘다.
저항조절평형법(댐퍼조절평형법) — 각 분지관에 댐퍼를 달아 저항을 조절해 균형을 맞춘다.

정압조절평형법은 임의 조작으로 균형이 깨질 위험이 없어 폭발성·독성 물질에 알맞고, 저항조절평형법은 계산이 쉽고 설치 후에도 유량 조절이 가능하다.

문제 16

19-1

플랜지가 없는 외부식 후드를 설치하려고 한다. 후드 개구면에서 발생원까지의 제어거리가 0.5 m, 제어속도가 6 m/sec, 후드의 개구면적이 1.2 m²일 때 필요환기량(m³/min)을 구하시오.

정답 및 해설

1,332 m³/min

[해설]

플랜지 없는 외부식 후드의 필요환기량은 Q = V_c(10X² + A)로 구하며, 흡인기류가 반구형으로 퍼진다고 본 식이다.

Q = 6 × (10 × 0.5² + 1.2)
= 6 × 3.7 = 22.2 m³/sec
= 22.2 × 60 = 1,332 m³/min

혼동 주의: 제어속도가 m/sec이므로 60을 곱해 분당으로 바꾸고, 플랜지가 있으면 식에 0.75를 곱한다.

문제 17

19-1

가스상 물질의 확산 원리를 이용하는 수동식 시료채취기의 장점과 단점을 1가지씩 쓰시오.

정답 및 해설

장점 — 펌프가 필요 없어 착용과 취급이 간편하다

단점 — 채취량이 적어 정확도와 정밀도가 떨어진다

[해설]

수동식(확산식) 시료채취기는 펌프 없이 농도 차에 의한 분자 확산(Fick의 법칙)으로 오염물질을 흡착제에 모은다.

장점 — 펌프가 없어 가볍고 착용·취급이 간편하며 유량 보정도 필요 없다.
단점 — 확산에만 의존해 채취량이 적으므로 능동식보다 정확도와 정밀도가 떨어진다.

혼동 주의: 주변 풍속이 너무 낮으면 채취기 앞 공기가 고갈되는 결핍(starvation) 현상으로 농도가 낮게 측정된다.

문제 18

25 ℃, 1기압인 작업장에서 톨루엔(분자량 92.13)을 활성탄관으로 채취하여 분석한 결과, 앞층(100 mg)에서 3.31 mg, 뒷층(50 mg)에서 0.11 mg이 검출되었다. 다음 물음에 답하시오.

(1) 파과율을 계산하고 파과 여부를 판정하시오.

(2) 공기 중 톨루엔의 농도(ppm)를 계산하시오.

(단, 채취유량은 0.25 L/min, 채취시간은 200분, 탈착효율은 95 %이다.)

정답 및 해설

(1) $\dfrac{0.11}{3.31}\times 100=$ $3.32\ \%$ — 10 % 미만이므로 파과되지 않았다

(2) $C=\dfrac{3.31+0.11}{0.05\times 0.95}=72.0\ \mathrm{mg/m^3}\;\rightarrow\;72.0\times\dfrac{24.45}{92.13}=$ $19.11\ \mathrm{ppm}$

[해설]

파과는 앞층이 포화되어 유해물질이 뒷층으로 넘어간 상태로, 뒷층 검출량이 앞층의 10 % 이상이면 파과로 본다.

파과율 = 0.11/3.31 × 100 = 3.32 %
10 % 미만이므로 파과되지 않았다.

농도는 앞·뒷층을 합한 질량을 공기량과 탈착효율로 나누어 구한다. 25 ℃·1기압의 몰부피 24.45 L로 ppm 환산한다.

V = 0.25 L/min × 200 min = 50 L = 0.05 m³
C = (3.31 + 0.11)/(0.05 × 0.95) = 72.0 mg/m³
ppm = 72.0 × 24.45/92.13 = 19.11 ppm

혼동 주의: 탈착효율은 곱하지 않고 나누며, 뒷층 검출량도 농도 계산에 포함한다.

문제 19

19-1

부피가 3,000 m³인 작업실에서 메틸렌클로라이드가 시간당 600 g씩 증발하고 있다. 유효환기량이 56.6 m³/min일 때, 이 작업실의 메틸렌클로라이드 농도가 100 mg/m³에 이르기까지 걸리는 시간(min)을 구하시오. (단, 다음 식을 이용한다.)

$V\dfrac{dC}{dt}=G-Q'C$

여기서 $V$ : 작업실의 부피, $G$ : 유해물질의 발생량(생성속도), $Q'$ : 유효환기량, $C$ : 시간 $t$ 에서의 유해물질 농도

정답 및 해설

44.24 min

[해설]

주어진 물질수지식을 초기농도 0에서 적분하면 t = −(V/Q′) × ln[(G − Q′C)/G] 가 된다.

Q′C = 56.6 m³/min × 100 mg/m³ = 5,660 mg/min = 339.6 g/hr
V/Q′ = 3,000 ÷ 56.6 = 53.00 min
t = −53.00 × ln[(600 − 339.6)/600] = −53.00 × ln 0.434
= 44.24 min

G와 Q′C는 단위(g/hr)만 맞추면 되고, 시간 단위는 V/Q′(min)가 결정한다.

평형농도 G/Q′ ≈ 176.7 mg/m³가 목표 100 mg/m³보다 높으므로 도달 가능한 농도임을 검산할 수 있다.

문제 20

작업장을 환기할 때 국소배기보다 전체환기(희석환기)를 적용하는 것이 적절한 경우를 5가지 쓰시오.

정답 및 해설

① 유해물질의 독성이 비교적 낮을 것

② 유해물질의 발생량이 적을 것

③ 오염원이 작업장 안 여러 곳으로 분산되어 있을 것

④ 오염원이 근로자의 작업위치에서 멀리 떨어져 있을 것

⑤ 발생원이 이동하는 등 국소배기장치를 설치하기 곤란할 것

[해설]

전체환기는 오염공기를 신선한 공기로 희석해 노출기준 아래로 낮추는 방식이라, 희석만으로 충분하거나 국소배기가 어려울 때 쓴다.

독성이 비교적 낮을 것 — 희석으로 기준 이하를 유지해도 건강 영향이 작다.
발생량이 적을 것 — 필요환기량이 발생량에 비례하므로 적어야 송풍량이 감당된다.
오염원이 여러 곳에 분산될 것 — 발생원마다 후드를 달 수 없다.
오염원이 작업위치에서 멀 것 — 근로자에게 닿기 전에 이미 희석된다.
발생원이 이동하는 등 국소배기 설치가 곤란할 것 — 후드를 한곳에 고정해 붙일 수 없다.

혼동 주의: 독성이 강하거나 발암성 물질, 입자상 물질(분진·흄)에는 전체환기가 아니라 국소배기를 적용한다.

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2019년 산업위생관리기사실기(필답형) 1회차

총 20문항 · 주관식 · 정답·해설 포함

문제 1

19-1

회전수가 1,000 rpm일 때 어떤 송풍기의 송풍량은 28.3 m³/min, 정압은 21.6 mmH₂O, 동력은 0.5 kW이다. 회전수를 1,125 rpm으로 높였을 때 다음을 각각 구하시오.

(1) 송풍량(m³/min)

(2) 정압(mmH₂O)

(3) 동력(kW)

정답 및 해설

(1) 31.84 m³/min

(2) 27.34 mmH₂O

(3) 0.71 kW

[해설]

같은 송풍기에서 회전수만 바뀌면 송풍기 상사법칙이 적용된다. 송풍량·정압·동력은 회전수비의 1승·2승·3승에 각각 비례한다.

회전수비 = 1,125 / 1,000 = 1.125
송풍량 = 28.3 × 1.125 = 31.84 m³/min
정압 = 21.6 × 1.125² = 27.34 mmH₂O
동력 = 0.5 × 1.125³ = 0.71 kW

혼동 주의: 회전수가 아니라 임펠러 직경이 바뀌면 지수가 3승·2승·5승으로 달라진다.

문제 2

입자상 물질의 크기를 나타내는 방법 가운데 기하학적 직경(물리적 직경)의 종류를 3가지 쓰고, 각각의 의미를 간단히 설명하시오.

정답 및 해설

① 마틴직경 — 입자의 투영면적을 이등분하는 선의 길이

② 페렛직경 — 입자 투영상의 한쪽 끝에서 반대쪽 끝까지 이은 선 가운데 가장 긴 길이

③ 등면적직경(헤이우드직경) — 입자의 투영면적과 같은 면적을 갖는 원의 직경

[해설]

기하학적(물리적) 직경은 현미경으로 본 입자의 투영상을 정해진 규칙에 따라 잰 크기다.

마틴직경 — 투영면적을 이등분하는 선의 길이로, 실제보다 작게 나오는 경향이 있다.
페렛직경 — 투영상의 양 끝을 잇는 가장 긴 길이로, 실제보다 크게 나오는 경향이 있다.
등면적직경 — 투영면적과 넓이가 같은 원의 직경(D = √(4A/π))으로, 셋 중 가장 정확하다.

혼동 주의: 헤이우드직경은 등면적직경의 다른 이름이라 따로 세지 않는다. 같은 입자라면 크기는 대체로 페렛 > 등면적 > 마틴 순이다.

문제 3

19-1

다음은 각 분야에서 쓰는 표준공기(표준상태)에 관한 표이다. 빈칸 ①~⑥에 알맞은 값을 쓰시오.

구분	온도(℃)	1 mol의 부피(L)
순수자연 분야	①	②
산업위생 분야	③	④
산업환기 분야	⑤	⑥

정답 및 해설

① 0 ℃
② 22.4 L

③ 25 ℃
④ 24.45 L

⑤ 21 ℃
⑥ 24.1 L

[해설]

표준상태의 압력은 세 분야 모두 1기압이고 기준 온도만 분야마다 다르다.

1 mol 부피는 이상기체 법칙상 절대온도에 비례하므로 0 ℃의 22.4 L에 온도비를 곱해 구한다.

순수자연 분야 — 0 ℃에서 22.4 L이며 화학에서 쓰는 표준상태다.
산업위생 분야 — 25 ℃에서 22.4 × 298/273 = 24.45 L이며 노출기준의 ppm↔mg/m³ 환산에 쓴다.
산업환기 분야 — 21 ℃에서 22.4 × 294/273 ≈ 24.1 L이며 송풍기·덕트 계산의 기준이다.

외우는 요령: 온도가 0 < 21 < 25 ℃ 순이므로 부피도 22.4 < 24.1 < 24.45 L 순이다.

문제 4

19-1

다음 조건에서 노출인년(person-years of exposure)을 구하시오.

• 6개월 동안 노출농도를 조사한 근로자 8명

• 1년 동안 노출농도를 조사한 근로자 20명

• 3년 동안 노출농도를 조사한 근로자 10명

정답 및 해설

54 인년

[해설]

노출인년은 관찰기간이 서로 다른 사람들을 “1년 관찰한 사람 몇 명분”으로 환산해 합한 값이다. 6개월은 0.5년으로 바꿔 넣는다.

노출인년 = Σ(근로자 수 × 관찰기간[년])
= (8 × 0.5) + (20 × 1) + (10 × 3)
= 4 + 20 + 30 = 54 인년

혼동 주의: 총 인원 38명이 아니라 인원×기간을 합한 값이다. 노출인년은 코호트 연구에서 발생률의 분모로 쓴다.

문제 5

여과포집법으로 시료를 채취할 때 입자가 여과지에 걸리게 하는 포집기전 6가지를 쓰시오.

정답 및 해설

① 관성충돌

② 직접차단(간섭)

③ 확산

④ 중력침강

⑤ 정전기침강

⑥ 체질(체거름)

[해설]

여과지는 공극에 비해 작은 입자도 잡는데, 섬유 주변에서 여러 포집기전이 함께 작용하기 때문이다.

관성충돌 — 기류는 섬유를 비켜 가지만 큰 입자는 관성으로 직진해 섬유에 부딪힌다.
직접차단(간섭) — 유선을 따라가던 입자가 자기 반지름만큼 섬유에 가까워지면 표면에 닿는다.
확산 — 아주 작은 입자가 브라운 운동으로 떠돌다 섬유에 닿는다.
중력침강 — 무거운 입자가 느린 기류 속에서 가라앉아 섬유에 얹힌다.
정전기침강 — 대전된 입자가 정전기력에 끌려 섬유에 붙는다.
체질(체거름) — 공극에 비해 큰 입자가 구멍을 통과하지 못하고 걸린다.

큰 입자는 관성충돌·차단으로, 작은 입자는 확산으로 잡혀 그 중간인 0.3 μm 부근에서 포집효율이 가장 낮다.

문제 6

19-1

덕트의 단면적이 0.38 m²이고 덕트 내의 정압은 −64.5 mmH₂O, 전압은 −20.5 mmH₂O이다. 다음 물음에 답하시오. (단, 공기의 밀도는 1.2 kg/m³이다.)

(1) 덕트 내의 반송속도(m/sec)를 구하시오.

(2) 덕트 내를 흐르는 공기의 유량(m³/min)을 구하시오.

정답 및 해설

(1) 26.81 m/sec

(2) 611.22 m³/min

[해설]

덕트 안의 압력은 전압 = 정압 + 속도압 관계이므로 속도압부터 구한다. 정압·전압이 음수인 것은 이 지점이 송풍기 흡인측이기 때문이다.

VP = TP − SP = (−20.5) − (−64.5) = 44 mmH₂O
V = √(2g·VP/ρ) = √(2 × 9.8 × 44 / 1.2) = √718.67
V = 26.81 m/sec

Q = A × V × 60
= 0.38 × 26.808 × 60
= 611.22 m³/min

혼동 주의: 공기가 흐르면 속도압은 항상 양수다. 중간값을 어디서 반올림하느냐에 따라 611.2 언저리에서 갈리는 값은 모두 같은 답으로 본다.

문제 7

19-1

염소(Cl₂)가스나 이산화질소(NO₂)가스처럼 흡수제에 쉽게 흡수되지 않는 물질의 시료채취에 대하여 다음 물음에 답하시오.

(1) 어떤 시료채취 매체를 사용해야 하는지 쓰시오.

(2) 그 매체를 사용해야 하는 이유를 쓰시오.

정답 및 해설

(1) 고체흡착관(활성탄관·실리카겔관 등)

(2) 흡수액에 잘 녹지 않는 기체라도 흡착제 표면에 물리적으로 흡착시켜 포집할 수 있기 때문

[해설]

흡수법은 대상 물질이 흡수액에 녹거나 흡수액과 반응해야 성립한다. 잘 녹지 않는 기체는 흡수액을 그냥 빠져나가므로 회수율이 떨어진다.

활성탄·실리카겔 같은 흡착제는 미세 기공 때문에 표면적이 매우 넓다. 그래서 용해도와 관계없이 기체 분자를 표면에 물리적으로 붙잡아 포집한다.

혼동 주의: 활성탄은 비극성 물질을, 실리카겔은 극성 물질을 잘 잡는다. 앞층이 포화되어 뒷층으로 넘어가는 파과에도 주의한다.

문제 8

19-1

(1) 열상승 기류량 $Q=\dfrac{0.57}{\gamma\,(A\gamma)^{0.33}}\times\Delta t^{0.45}\times Z^{1.5}$ (단, A : 열원의 면적(m²), $t_m$ : 열원의 온도(℃))

(2) 온도차 $\Delta t$ 의 계산식 : $H/E\le0.7$ 이면 $\Delta t=t_m-20$ , $H/E\gt0.7$ 이면 $\Delta t=(t_m-20)\left(\dfrac{2E+H}{2.7E}\right)^{-1.7}$

(3) 가상고도 $Z$ 의 계산식 : $H/E\le0.7$ 이면 $Z=2E$ , $H/E\gt0.7$ 이면 $Z=0.74(2E+H)$

(4) 열원의 종횡비 $\gamma=1$

정답 및 해설

61.09 m³/min

[해설]

레시버식 캐노피형 후드는 열원에서 올라오는 열상승 기류를 위에서 받아 내는 후드다. 먼저 H/E 값으로 온도차와 가상고도에 쓸 식을 고른다.

H/E = 1 / 1.2 = 0.833 > 0.7이므로 두 번째 식을 쓴다.
Δt = (1,800 − 20) × (3.4 / 3.24)^−1.7 = 1,780 × 0.9213 = 1,639.96 ℃
Z = 0.74 × (2 × 1.2 + 1) = 2.516 m

혼동 주의: 지수 −1.7은 음수여서 괄호 안 값이 1보다 크면 온도차가 오히려 줄어든다.

문제 9

정답 및 해설

$H_s=\dfrac{200{,}000}{60}=3{,}333.33\ \mathrm{kcal/min},\qquad \Delta t=30-20=10\ ^\circ\mathrm{C}$

$Q=\dfrac{3{,}333.33}{0.3\times 10}=$ $1{,}111.11\ \mathrm{m^3/min}$

[해설]

Q = H_s / (0.3 × Δt)
H_s = 200,000 / 60 = 3,333.33 kcal/min, Δt = 30 − 20 = 10 ℃
Q = 3,333.33 / (0.3 × 10) = 1,111.11 m³/min

혼동 주의: 열부하량을 kcal/min으로 바꾸지 않고 kcal/hr 그대로 넣으면 60배 큰 값이 나온다.

문제 10

19-1

산업피로가 발생했을 때 혈액과 소변에 나타나는 변화를 2가지씩 쓰시오.

정답 및 해설

(1) 혈액

① 혈당치가 떨어진다

② 젖산과 탄산이 늘어 산혈증이 나타난다

(2) 소변

① 소변량이 줄고 색이 진해진다

② 단백질이나 교질물질의 배설량이 늘어난다

[해설]

산업피로는 에너지 소모와 무산소 대사 산물이 쌓인 결과다. 그래서 혈액·소변의 성분 변화로 피로를 객관적으로 판정할 수 있다.

혈당치 저하 — 글리코겐과 혈중 포도당이 소모되어 혈당이 떨어진다.
산혈증 — 무산소 대사로 젖산이, CO₂ 증가로 탄산이 쌓여 혈액이 산성으로 기운다.
소변량 감소·색 진해짐 — 땀으로 수분을 잃고 신장 혈류가 줄어 소변이 농축된다.
단백질·교질물질 배설 증가 — 신장 여과에 부담이 가서 평소 걸러지지 않던 성분이 소변으로 나온다.

외우는 요령: 당은 떨어지고, 피는 산성으로, 소변은 줄고 진해진다로 묶어 기억한다.

문제 11

19-1

정답 및 해설

2.67 m/sec

[해설]

레이놀즈수 식 Re = ρVD/μ 를 유속에 대해 풀고, 단위를 SI로 맞춰 대입한다. 점성계수는 1 poise = 0.1 kg/m·sec이므로 1.607×10^-5 kg/m·sec, 직경은 0.15 m다.

V = Re·μ / (ρ·D)
= 30,000 × 1.607×10^-5 / (1.203 × 0.15)
= 0.4821 / 0.18045 = 2.67 m/sec

혼동 주의: poise를 환산하지 않고 그대로 넣으면 답이 10배 어긋난다. Re 30,000은 2,100을 훨씬 넘으므로 이 흐름은 난류다.

문제 12

ACGIH가 정한 입자 크기별 기준에 따라 입자상 물질을 3가지로 나누고, 각각의 평균입경을 쓰시오.

정답 및 해설

① 흡입성 입자상 물질(IPM) — 평균입경 100 μm

② 흉곽성 입자상 물질(TPM) — 평균입경 10 μm

③ 호흡성 입자상 물질(RPM) — 평균입경 4 μm

[해설]

흡입성(IPM) — 코·입으로 들어오는 먼지 전체로, 평균입경은 100 μm이며 주로 상기도에 침착한다.
흉곽성(TPM) — 기관·기관지까지 도달하는 입자로, 평균입경은 10 μm이다.
호흡성(RPM) — 가스교환 부위인 폐포까지 들어가는 입자로, 평균입경은 4 μm이며 진폐증과 직결된다.

외우는 요령: 100 → 10 → 4 μm를 코 → 기관지 → 폐포 순서에 대응시킨다.

문제 13

19-1

정답 및 해설

1.029 kg/m³

[해설]

압력이 일정하면 기체 부피는 절대온도에 비례하므로(샤를의 법칙) 질량이 같은 공기의 밀도는 절대온도에 반비례한다.

ρ₂ = ρ₁ × T₁/T₂
= 1.293 × (273+0)/(273+70) = 1.293 × 273/343
= 1.029 kg/m³

혼동 주의: 온도비를 거꾸로 곱하면 1.624가 나오는데, 더워진 공기는 가벼워진다는 점만 기억하면 방향을 틀리지 않는다.

문제 14

19-1

어느 작업장에서 소음이 다음과 같이 발생하였다. 물음에 답하시오.

소음수준	노출시간	노출기준(1일 허용 노출시간)
80 dB(A)	2시간	24시간
85 dB(A)	3시간	16시간
90 dB(A)	1시간 40분	8시간
95 dB(A)	20분	4시간

(1) 소음작업에 대한 노출지수를 구하시오.

(2) 노출지수가 노출기준을 초과하는지 판단하시오.

정답 및 해설

(1) 0.56

(2) 노출지수가 1보다 작으므로 노출기준을 초과하지 않는다

[해설]

노출지수(EI)는 소음수준별 실제 노출시간 C를 그 수준의 허용 노출시간 T로 나눈 값을 모두 더한 것이다.

EI = C₁/T₁ + C₂/T₂ + …
= 2/24 + 3/16 + 1.667/8 + 0.333/4
= 0.0833 + 0.1875 + 0.2083 + 0.0833 = 0.56

1시간 40분은 1.667시간, 20분은 0.333시간으로 바꿔 넣는다. 노출지수가 1을 넘어야 초과이므로 0.56은 노출기준을 초과하지 않는다.

혼동 주의: 표에 허용시간이 주어진 80 dB(A) 구간도 합산에 넣는다(빼면 0.48이지만 판정은 같다).

문제 15

19-1

국소배기시설을 설계할 때 시설 전체의 총 압력손실을 계산하는 방법을 2가지 쓰시오.

정답 및 해설

① 정압조절평형법(설계평형법)

② 저항조절평형법(댐퍼조절평형법)

[해설]

국소배기장치 설계에서는 분지관이 합류하는 지점의 정압을 같게 맞추는 방식에 따라 총 압력손실 계산법이 나뉜다.

정압조절평형법(설계평형법) — 댐퍼 없이 덕트 직경·길이·곡관을 조정해 합류점 정압을 설계 단계에서 맞춘다.
저항조절평형법(댐퍼조절평형법) — 각 분지관에 댐퍼를 달아 저항을 조절해 균형을 맞춘다.

문제 16

19-1

정답 및 해설

1,332 m³/min

[해설]

플랜지 없는 외부식 후드의 필요환기량은 Q = V_c(10X² + A)로 구하며, 흡인기류가 반구형으로 퍼진다고 본 식이다.

Q = 6 × (10 × 0.5² + 1.2)
= 6 × 3.7 = 22.2 m³/sec
= 22.2 × 60 = 1,332 m³/min

혼동 주의: 제어속도가 m/sec이므로 60을 곱해 분당으로 바꾸고, 플랜지가 있으면 식에 0.75를 곱한다.

문제 17

19-1

가스상 물질의 확산 원리를 이용하는 수동식 시료채취기의 장점과 단점을 1가지씩 쓰시오.

정답 및 해설

장점 — 펌프가 필요 없어 착용과 취급이 간편하다

단점 — 채취량이 적어 정확도와 정밀도가 떨어진다

[해설]

수동식(확산식) 시료채취기는 펌프 없이 농도 차에 의한 분자 확산(Fick의 법칙)으로 오염물질을 흡착제에 모은다.

장점 — 펌프가 없어 가볍고 착용·취급이 간편하며 유량 보정도 필요 없다.
단점 — 확산에만 의존해 채취량이 적으므로 능동식보다 정확도와 정밀도가 떨어진다.

혼동 주의: 주변 풍속이 너무 낮으면 채취기 앞 공기가 고갈되는 결핍(starvation) 현상으로 농도가 낮게 측정된다.

문제 18

(1) 파과율을 계산하고 파과 여부를 판정하시오.

(2) 공기 중 톨루엔의 농도(ppm)를 계산하시오.

(단, 채취유량은 0.25 L/min, 채취시간은 200분, 탈착효율은 95 %이다.)

정답 및 해설

(1) $\dfrac{0.11}{3.31}\times 100=$ $3.32\ \%$ — 10 % 미만이므로 파과되지 않았다

(2) $C=\dfrac{3.31+0.11}{0.05\times 0.95}=72.0\ \mathrm{mg/m^3}\;\rightarrow\;72.0\times\dfrac{24.45}{92.13}=$ $19.11\ \mathrm{ppm}$

[해설]

파과는 앞층이 포화되어 유해물질이 뒷층으로 넘어간 상태로, 뒷층 검출량이 앞층의 10 % 이상이면 파과로 본다.

파과율 = 0.11/3.31 × 100 = 3.32 %
10 % 미만이므로 파과되지 않았다.

농도는 앞·뒷층을 합한 질량을 공기량과 탈착효율로 나누어 구한다. 25 ℃·1기압의 몰부피 24.45 L로 ppm 환산한다.

V = 0.25 L/min × 200 min = 50 L = 0.05 m³
C = (3.31 + 0.11)/(0.05 × 0.95) = 72.0 mg/m³
ppm = 72.0 × 24.45/92.13 = 19.11 ppm

혼동 주의: 탈착효율은 곱하지 않고 나누며, 뒷층 검출량도 농도 계산에 포함한다.

문제 19

19-1

$V\dfrac{dC}{dt}=G-Q'C$

여기서 $V$ : 작업실의 부피, $G$ : 유해물질의 발생량(생성속도), $Q'$ : 유효환기량, $C$ : 시간 $t$ 에서의 유해물질 농도

정답 및 해설

44.24 min

[해설]

주어진 물질수지식을 초기농도 0에서 적분하면 t = −(V/Q′) × ln[(G − Q′C)/G] 가 된다.

Q′C = 56.6 m³/min × 100 mg/m³ = 5,660 mg/min = 339.6 g/hr
V/Q′ = 3,000 ÷ 56.6 = 53.00 min
t = −53.00 × ln[(600 − 339.6)/600] = −53.00 × ln 0.434
= 44.24 min

G와 Q′C는 단위(g/hr)만 맞추면 되고, 시간 단위는 V/Q′(min)가 결정한다.

평형농도 G/Q′ ≈ 176.7 mg/m³가 목표 100 mg/m³보다 높으므로 도달 가능한 농도임을 검산할 수 있다.

문제 20

작업장을 환기할 때 국소배기보다 전체환기(희석환기)를 적용하는 것이 적절한 경우를 5가지 쓰시오.

정답 및 해설

① 유해물질의 독성이 비교적 낮을 것

② 유해물질의 발생량이 적을 것

③ 오염원이 작업장 안 여러 곳으로 분산되어 있을 것

④ 오염원이 근로자의 작업위치에서 멀리 떨어져 있을 것

⑤ 발생원이 이동하는 등 국소배기장치를 설치하기 곤란할 것

[해설]

전체환기는 오염공기를 신선한 공기로 희석해 노출기준 아래로 낮추는 방식이라, 희석만으로 충분하거나 국소배기가 어려울 때 쓴다.

독성이 비교적 낮을 것 — 희석으로 기준 이하를 유지해도 건강 영향이 작다.
발생량이 적을 것 — 필요환기량이 발생량에 비례하므로 적어야 송풍량이 감당된다.
오염원이 여러 곳에 분산될 것 — 발생원마다 후드를 달 수 없다.
오염원이 작업위치에서 멀 것 — 근로자에게 닿기 전에 이미 희석된다.
발생원이 이동하는 등 국소배기 설치가 곤란할 것 — 후드를 한곳에 고정해 붙일 수 없다.

혼동 주의: 독성이 강하거나 발암성 물질, 입자상 물질(분진·흄)에는 전체환기가 아니라 국소배기를 적용한다.