산업위생관리기사 실기(필답형) 기출문제 전 회차를 한 권으로 — PDF 전자책(문제집·정답해설집)

2019년 산업위생관리기사실기(필답형) 3회차

총 20문항 · 주관식 · A4 약 1장

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산업위생관리기사 실기(필답형) 기출문제모두CBT · moducbt.com

2019년 산업위생관리기사실기(필답형) 3회차

총 20문항 · 주관식 · 정답·해설 포함

문제 1

19-3

21 °C, 1기압에서 공기의 밀도가 1.2 kg/m³이다. 온도가 32 °C, 압력이 720 mmHg로 바뀌었을 때 공기의 밀도(kg/m³)를 구하시오.

정답 및 해설

1.10 kg/m³

[해설]

기체 상태방정식에서 밀도는 절대온도에 반비례하고 압력에 비례한다.

ρ₂ = ρ₁ × (T₁/T₂) × (P₂/P₁)
= 1.2 × (273 + 21)/(273 + 32) × 720/760
= 1.2 × 0.9639 × 0.9474 = 1.10 kg/m³

1기압을 760 mmHg로 바꿔 단위를 맞추며, 온도는 오르고 압력은 낮아져 공기가 팽창하므로 밀도가 처음 값보다 작아지는 것이 맞다.

문제 2

19-3

분진을 채취하기 위해 여과지 1매의 무게를 달았더니 10.04 mg이었다. 분당 40 L가 흐르는 관에서 30분 동안 분진을 채취한 뒤 이 여과지의 무게를 다시 달았더니 16.04 mg이었다. 이때 분진의 농도(mg/m³)를 구하시오.

정답 및 해설

5 mg/m³

[해설]

중량분석법에서 분진 농도는 채취 전후 여과지 무게 차이를 채취한 공기 부피로 나눈 값이다.

C = (W₂ − W₁) ÷ (Q × t)
= (16.04 − 10.04) mg ÷ (40 L/min × 30 min)
= 6 mg ÷ 1,200 L = 6 mg ÷ 1.2 m³
= 5 mg/m³

혼동 주의: 농도 단위가 mg/m³이므로 채취량 L를 m³로 바꿔야 한다(1 m³ = 1,000 L).

문제 3

19-3

다음 후드를 흡인 효율이 높은 것부터 순서대로 번호를 쓰시오.

① 포위식 후드

② 플랜지가 부착되어 있고 작업면에 고정된 외부식 후드

③ 플랜지가 없고 자유공간에 있는 외부식 후드

④ 플랜지가 부착되어 있고 자유공간에 있는 외부식 후드

정답 및 해설

① → ② → ④ → ③

[해설]

후드 효율은 같은 제어풍속을 얻는 데 필요한 송풍량이 적을수록 높다. 외부식 후드는 플랜지와 작업면이 뒤쪽·아래쪽에서 새로 빨려드는 기류를 막을수록 필요송풍량이 줄어든다.

포위식 후드는 발생원을 감싸고 개구면의 면속도만 유지하면 되므로 송풍량이 가장 적다.
플랜지를 달고 작업면에 고정한 외부식은 플랜지와 작업면이 함께 기류를 막아 필요송풍량이 약 50 %로 준다(Q = 60 × 0.5 × V_c(10X² + A)).
플랜지를 달고 자유공간에 둔 외부식은 플랜지만 기류를 막아 필요송풍량이 약 75 %로 준다(Q = 60 × 0.75 × V_c(10X² + A)).
플랜지 없이 자유공간에 둔 외부식은 기준식 Q = 60 × V_c(10X² + A)를 그대로 써서 효율이 가장 낮다.

외우는 요령: 막힌 면이 많을수록 효율이 높다(포위 → 플랜지+작업면 → 플랜지 → 없음).

문제 4

19-3

송풍량이 200 m³/min, 전압이 100 mmH₂O인 송풍기의 소요동력을 5 kW 미만으로 유지하려고 한다. 이때 필요한 송풍기의 효율(%)을 구하시오.

정답 및 해설

65.36 %

[해설]

송풍기 소요동력은 kW = Q × ΔP ÷ (6,120 × η)로 구하며, 여기서 Q는 m³/min, ΔP는 mmH₂O다.

η = Q × ΔP ÷ (6,120 × kW)
= 200 × 100 ÷ (6,120 × 5)
= 20,000 ÷ 30,600 = 0.6536
= 65.36 %

동력을 5 kW 미만으로 하려면 효율이 65.36 %보다 높아야 하고, 송풍량을 m³/s로 쓰면 상수 6,120 대신 102를 쓴다.

문제 5

메틸에틸케톤(MEK)이 시간당 0.5 L씩 증발하는 작업장을 전체환기로 관리하려고 한다. 필요환기량(m³/min)을 구하시오.

(단, MEK의 분자량은 72.1, 비중은 0.805이고 21 ℃·1기압 기준이며, 노출기준(TLV)은 200 ppm, 안전계수(K)는 6이다.)

정답 및 해설

$0.5\ \mathrm{L/hr}\times 805\ \mathrm{g/L}=402.5\ \mathrm{g/hr}$

$G=\dfrac{402.5}{72.1}\times 24.1=134.54\ \mathrm{L/hr}=134{,}538\ \mathrm{mL/hr}$

$Q=\dfrac{134{,}538}{200}\times 6=4{,}036.17\ \mathrm{m^3/hr}\ \div\ 60=$ $67.27\ \mathrm{m^3/min}$

21 ℃ 몰부피를 24.12 L로 잡으면 $G=134{,}670\ \mathrm{mL/hr}$ , $Q=4{,}040\ \mathrm{m^3/hr}$ 로 67.33 m³/min — 몰부피 반올림 차이일 뿐 둘 다 정답이다.

[해설]

전체환기량은 시간당 증기 발생량을 노출기준으로 나누고 안전계수를 곱해 구한다.
Q = G / TLV × K

액체 부피를 질량 → 몰수 → 21 ℃ 증기 부피(몰부피 24.1 L) 순으로 바꾼다.
0.5 L/hr × 805 g/L = 402.5 g/hr
G = 402.5 / 72.1 × 24.1 = 134.54 L/hr = 134,538 mL/hr

ppm은 mL/m³와 같으므로 mL 단위 발생량을 TLV로 나누면 m³가 나온다.
Q = 134,538 / 200 × 6 = 4,036.17 m³/hr ÷ 60 = 67.27 m³/min

혼동 주의: 비중 0.805는 1 L가 805 g이라는 뜻이다. 몰부피를 24.12 L로 잡아 67.33 m³/min이 나와도 정답이다.

문제 6

국소배기장치에서 말하는 보충용 공기(make-up air)가 무엇인지 설명하시오.

정답 및 해설

국소배기장치가 밖으로 뽑아낸 공기와 같은 양만큼 실외에서 작업장 안으로 다시 넣어 주는 공기(또는 그 공급설비)

[해설]

보충용 공기(make-up air)는 국소배기장치가 밖으로 뽑아낸 공기와 같은 양만큼 실외에서 작업장 안으로 다시 넣어 주는 공기, 또는 그 공급설비다.

보충이 모자라면 실내가 부압이 되어 후드 배기량이 줄고 제어풍속을 확보하지 못한다. 찬 외기가 틈새로 새어 들거나 연소가스가 역류하는 문제도 생긴다.

그래서 보충용 공기는 배기량과 같거나 약간 많게 공급한다. 먼지를 거르고 온도를 조절한 뒤, 후드 기류를 흐트러뜨리지 않는 위치로 넣는다.

문제 7

공기 중의 납을 여과지로 채취하여 분석한 결과 시료 여과지에서 22 μg, 공시료 여과지에서 3 μg이 검출되었다. 8시부터 12시까지 채취펌프로 2.0 L/min의 유량으로 채취하였다면 공기 중 납의 농도(μg/m³)는 얼마인지 구하시오. (단, 회수율은 98 %이다.)

정답 및 해설

$C=\dfrac{W-B}{V\times RE}=\dfrac{22-3}{0.48\times 0.98}=\dfrac{19}{0.4704}=40.39$

∴ 40.39 μg/m³

[해설]

여과지로 채취한 금속의 공기 중 농도는 “실제로 잡힌 양 ÷ 채취한 공기의 부피”로 구하되, 공시료 보정과 회수율 보정을 함께 해야 한다.

$C=\dfrac{W-B}{V\times RE}$

① 시료의 순수한 양 — 공시료(blank)에서 검출된 3 μg은 채취와 무관하게 여과지나 시약, 운반·보관 과정에서 딸려 온 몫이므로 빼 준다.

$W-B=22-3=19\ \mathrm{\mu g}$

② 채취 공기량 — 8시부터 12시까지는 4시간, 즉 240분이다.

$V=2.0\ \mathrm{L/min}\times 240\ \mathrm{min}=480\ \mathrm{L}=0.48\ \mathrm{m^3}$

③ 농도 — 회수율은 실제로 채취된 양 가운데 분석 과정에서 되찾은 비율이므로, 분석값을 회수율로 나누어 원래 양으로 되돌린다.

$C=\dfrac{19}{0.48\times 0.98}=\dfrac{19}{0.4704}=\mathbf{40.39\ \mathrm{\mu g/m^3}}$

실수가 잦은 지점은 두 곳이다. 하나는 회수율을 거꾸로 쓰는 것으로, 회수율을 곱해 버리면 38.79 μg/m³, 아예 보정하지 않으면 39.58 μg/m³이 나와 모두 농도를 과소평가하게 된다. 회수율 보정은 잃어버린 몫을 되살리는 계산이므로 값이 반드시 커져야 한다. 다른 하나는 L를 m³로 바꾸지 않는 것인데, 1 m³ = 1,000 L임을 잊으면 답이 1,000배 어긋난다.

문제 8

19-3

용적이 1,800 m³인 작업장에서 메틸클로로포름 증기가 0.12 m³/min으로 발생하고 있으며, 이 작업장의 유효환기량은 60 m³/min이다. 다음 물음에 답하시오.

(1) 초기농도가 0인 상태에서 농도가 200 ppm에 이르는 데 걸리는 시간(min)을 구하시오.

(2) 초기농도가 0인 상태에서 1시간이 지난 뒤의 농도(ppm)를 구하시오.

정답 및 해설

(1) 3.16 min

(2) 1,729.33 ppm

[해설]

초기농도 0에서 발생량 G가 일정하고 유효환기량 Q′로 배기되는 작업장의 농도 증가식을 쓴다.

도달시간 t = −(V/Q′) × ln[(G − Q′C)/G]
= −(1,800/60) × ln[(0.12 − 60 × 200×10⁻⁶)/0.12]
= −30 × ln(0.9)
= 3.16 min

1시간 뒤 농도 C = (G/Q′) × (1 − e^−(Q′/V)t)
= (0.12/60) × (1 − e^{−(60/1,800)×60})
= 0.002 × (1 − e⁻²) = 1.72933×10⁻³
= 1,729.33 ppm

ppm은 부피분율이므로 200 ppm은 200×10⁻⁶으로 바꿔 넣는다.

혼동 주의 — 평형농도 G/Q′ = 2,000 ppm보다 높은 목표농도에는 아무리 기다려도 도달하지 못한다.

문제 9

19-3

어느 작업장에서 210분 동안 소음을 측정한 결과 누적소음노출량이 40 %였다. 시간가중평균 소음수준[dB(A)]을 구하시오.

정답 및 해설

89.35 dB(A)

[해설]

누적소음노출량 D(%)는 아래 식으로 시간가중평균(TWA)으로 바꾸며, T에는 8시간이 아닌 실제 측정시간을 넣는다.
TWA = 16.61 log[D / (12.5 × T)] + 90

210분 = 3.5시간을 대입한다.
TWA = 16.61 log[40 / (12.5 × 3.5)] + 90 = 16.61 × log 0.9143 + 90
= −0.646 + 90 = 89.35 dB(A)

검산 요령: 3.5시간에서 100 %에 해당하는 노출량은 43.75 %이다.

측정값 40 %가 그에 못 미치므로 답은 90 dB(A)를 약간 밑돌아야 한다.

문제 10

19-3

산업위생 통계에서 다루는 다음 두 오차를 각각 설명하시오.

(1) 계통오차

(2) 우발오차

정답 및 해설

(1) 계통오차 — 측정값이 참값에서 한쪽 방향으로 일정하게 치우쳐 나타나는 오차. 원인을 밝혀 보정할 수 있다.

(2) 우발오차 — 같은 조건에서 되풀이 측정해도 값이 불규칙하게 흩어지는 오차. 원인 규명과 보정이 어렵다.

[해설]

계통오차와 우발오차는 치우침에 일정한 방향이 있느냐로 구분한다.

계통오차 — 참값에서 한쪽으로 일정하게 치우치는 오차로, 유량계 미보정·저울 영점 오류처럼 원인을 찾아 보정할 수 있다.
우발오차 — 같은 조건에서도 값이 불규칙하게 흩어지는 오차로, 원인을 특정하기 어려워 보정이 어렵다.

계통오차는 정확도를, 우발오차는 정밀도를 떨어뜨린다. 우발오차는 여러 번 측정해 평균을 내면 줄어든다.

문제 11

19-3

40 °C, 800 mmHg에서 부피가 853 L인 공기 중에 메타크릴산메틸(C₅H₈O₂, 분자량 100) 65 mg이 들어 있다. 이 시료를 21 °C, 1기압 기준으로 환산했을 때의 농도(ppm)를 구하시오.

정답 및 해설

18.59 ppm

[해설]

질량 65 mg은 그대로 두고 시료 부피만 21 ℃·1기압으로 환산한 뒤 ppm으로 바꾼다.
V₂ = 853 × (294 / 313) × (800 / 760) = 843.4 L = 0.8434 m³

질량농도를 구한 뒤 21 ℃ 몰부피 24.12 L로 ppm으로 환산한다.
C = 65 / 0.8434 = 77.07 mg/m³
ppm = 77.07 × 24.12 / 100 = 18.59 ppm

혼동 주의: 온도가 내려가면 부피가 줄고(×294/313), 압력이 800에서 760 mmHg로 내려가면 부피가 는다(×800/760).

문제 12

19-3

위 그림과 같은 외부식 후드에서 속도압이 30 mmH₂O, 후드의 압력손실이 3.24 mmH₂O일 때 후드의 유입계수 $C_e$ 를 구하시오.

정답 및 해설

0.95

[해설]

후드의 압력손실은 ΔP = F × VP이다. 유입손실계수와 유입계수는 F = 1/C_e² − 1의 관계로 이어진다.

F = 3.24 / 30 = 0.108
C_e = √(1 / (1 + F)) = √(1 / 1.108)
= 0.95

유입계수는 손실이 없는 이상적인 후드에 대한 실제 유량의 비율이다. 그래서 항상 0과 1 사이의 값이 나오며, 1을 넘으면 계산이 잘못된 것이다.

문제 13

19-3

국소배기장치의 후드를 선택할 때 지켜야 할 지침을 4가지 쓰시오.

정답 및 해설

① 필요환기량을 최소로 할 수 있는 형식을 고를 것

② 작업자의 호흡영역이 오염되지 않도록 할 것

③ 작업에 방해가 되지 않는 크기와 위치로 설치할 것

④ ACGIH, OSHA 등이 정한 설계기준을 따를 것

[해설]

후드 선택 지침의 핵심은 적은 풍량으로 오염물질을 확실히 잡되, 작업을 방해하지 않고 검증된 기준을 따르는 것이다.

필요환기량 최소 형식 — 포위식처럼 풍량이 적게 드는 형식을 고르면 송풍기·덕트·보충공기 비용이 줄어든다.
호흡영역 보호 — 오염 기류가 작업자 얼굴을 지나 후드로 가지 않도록 배치한다.
작업 방해 금지 — 작업에 걸리는 후드는 결국 치워지거나 꺼지므로 크기와 위치를 작업에 맞춘다.
설계기준 준수 — ACGIH, OSHA 등이 정한 필요송풍량 식과 제어풍속을 따른다.

외우는 요령: 풍량·호흡영역·작업성·설계기준, 네 단어로 기억한다.

문제 14

19-3

합류관에서는 분지관이 합쳐지는 각도에 따라 유입손실이 생기며, 각도별 압력손실계수는 다음 표와 같다.

합류관 각도	15°	30°	45°	90°
압력손실계수	0.09	0.18	0.28	1.00

합류각도를 90°에서 30°로 바꿀 경우 합류관에서 생기는 압력손실(mmH₂O)을 얼마나 줄일 수 있는지 구하시오.

(단, 속도압은 두 경우 모두 10 mmH₂O이다.)

정답 및 해설

8.2 mmH₂O

[해설]

합류관 압력손실은 압력손실계수 × 속도압으로 구한다.
ΔP = ζ × VP

합류각 90°와 30°의 손실을 각각 구해 뺀다.
90°: 1.00 × 10 = 10 mmH₂O
30°: 0.18 × 10 = 1.8 mmH₂O
감소량 = 10 − 1.8 = 8.2 mmH₂O

혼동 주의: 곡관 계산처럼 θ/90을 한 번 더 곱하면 틀린다. 표의 계수에 각도 영향이 이미 들어 있고, 합류각은 기류 충돌을 줄이려고 보통 30° 이하로 권장한다.

문제 15

19-3

시간당 100 kcal의 열을 내는 작업자 30명이 일하는 작업장에 1 HP인 기계가 20대, 30 kW인 전등이 2대 켜져 있다. 실내온도가 31 °C, 외기온도가 26 °C일 때 실내온도를 외기온도까지 낮추는 데 필요한 환기량(m³/min)을 구하시오.

(단, 다음 조건에 따른다.)

• 1 HP = 730 kcal/hr, 1 kW = 860 kcal/hr

• 작업장 내 열부하 $H_s=C_p\times Q\times\Delta t$ 이다.

• $C_p$ 는 0.24이고, 공기의 밀도는 1.203 kg/m³를 고려해 계산한다.

정답 및 해설

798.93 m³/min

[해설]

전체환기량은 현열부하를 공기가 실어 나갈 수 있는 열량으로 나눈 값이다(Q = H_s ÷ (C_p × ρ × Δt)).

H_s = 30 × 100 + 20 × 730 + 2 × 30 × 860
= 3,000 + 14,600 + 51,600 = 69,200 kcal/hr
Q = 69,200 ÷ (0.24 × 1.203 × 5)
= 47,935.7 m³/hr ÷ 60
= 798.93 m³/min

혼동 주의: H_s가 시간당 열량이어서 결과가 m³/hr로 나오므로 60으로 나눠야 한다. Δt는 31 − 26 = 5 °C다.

문제 16

19-3

ACGIH가 정한 허용농도(TLV)를 적용할 때 주의해야 할 사항을 5가지 쓰시오.

정답 및 해설

① 대기오염의 평가나 관리 지표로는 쓸 수 없다

② 24시간 노출이나 정상 작업시간을 넘는 노출의 독성 평가에는 쓸 수 없다

③ 안전한 농도와 위험한 농도를 가르는 경계선이 아니다

④ 물질 사이의 독성 세기를 비교하는 지표가 아니다

⑤ 작업조건이 다른 나라에 그대로 적용할 수 없다

[해설]

ACGIH TLV는 건강한 성인 근로자가 하루 8시간·주 40시간 노출되는 작업장을 전제로 한 관리 지침이다. 그래서 이 전제를 벗어나는 곳에는 적용할 수 없다.

대기오염 지표로 쓸 수 없다 — 어린이·노인·환자가 24시간 생활하는 일반 환경과 전제가 다르다.
24시간 노출이나 장시간 노출의 독성 평가에 쓸 수 없다 — 8시간 노출 뒤 16시간 회복을 전제로 한 값이다.
안전과 위험의 경계선이 아니다 — 감수성이 높은 사람은 TLV 이하에서도 영향을 받을 수 있다.
독성 세기를 비교할 수 없다 — 근거가 된 건강영향(자극·마취·발암 등)이 물질마다 달라 숫자로 줄 세울 수 없다.
작업조건이 다른 나라에 그대로 쓸 수 없다 — 근로시간·기후·체격이 다르면 체내 부하가 달라진다.

외우는 요령: 다섯 가지 모두 '8시간 작업장·건강한 성인'이라는 전제를 벗어나면 쓸 수 없다는 한 원리로 묶인다.

문제 17

19-3

회전수가 400 rpm일 때 정압이 60 mmH₂O, 송풍량이 300 m³/min, 축동력이 3.8 kW인 송풍기가 있다. 시설이 늘어 용량이 부족해지자 회전수를 500 rpm으로 높였다. 다음 물음에 답하시오.

(1) 바뀐 송풍량(m³/min)을 구하시오.

(2) 바뀐 소요동력(kW)을 구하시오.

정답 및 해설

(1) 375 m³/min

(2) 7.42 kW

[해설]

회전수만 바꿀 때는 송풍기 상사법칙을 쓴다. 풍량은 회전수에 비례하고, 동력은 회전수의 세제곱에 비례한다.

(1) Q₂ = Q₁ × (N₂/N₁)
= 300 × (500/400)
= 375 m³/min

(2) L₂ = L₁ × (N₂/N₁)³
= 3.8 × (500/400)³ = 3.8 × 1.953
= 7.42 kW

혼동 주의: 압력은 회전수의 제곱에 비례하며, 주어진 정압 60 mmH₂O는 두 물음 어디에도 쓰이지 않는다.

문제 18

먼지의 가상직경 가운데 공기역학적 직경(aerodynamic diameter)이 무엇인지 설명하시오.

정답 및 해설

대상 먼지와 침강속도가 같으면서 밀도가 1 g/cm³인 구형 입자로 환산했을 때 그 구의 직경

[해설]

공기역학적 직경은 모양·밀도가 제각각인 먼지를 침강속도라는 거동 하나로 표준화한 가상직경이다.

대상 먼지와 침강속도가 같은 밀도 1 g/cm³ 구형 입자의 직경으로 나타낸다. 그래서 밀도가 큰 입자는 실제 크기에 비해 크게, 속이 빈 가벼운 입자는 작게 나온다.

호흡기 침착과 흡입성·흉곽성·호흡성 분진의 입경 기준이 모두 이 직경을 쓴다.

혼동 주의: 스토크스 직경은 밀도를 1로 고정하지 않고 대상 입자와 같은 밀도의 구로 환산한다.

문제 19

19-3

표준공기가 흐르고 있는 덕트의 레이놀즈수가 30,000일 때 덕트 안 공기의 유속(m/sec)을 구하시오.

(단, 덕트의 직경은 15 cm, 공기의 점성계수는 1.85 × 10^-5 kg/m·sec, 공기의 밀도는 1.203 kg/m³이다.)

정답 및 해설

3.08 m/sec

[해설]

레이놀즈수는 관성력과 점성력의 비로, 원형 덕트에서는 밀도·유속·직경을 곱한 값을 점성계수로 나눈다.

$Re=\dfrac{\rho VD}{\mu}\ \Rightarrow\ V=\dfrac{Re\cdot\mu}{\rho D}$
$V=\dfrac{30{,}000\times1.85\times10^{-5}}{1.203\times0.15}=\dfrac{0.555}{0.18045}$
V = 3.08 m/sec

혼동 주의: 직경 15 cm는 반드시 0.15 m로 바꿔 넣는다. cm 그대로 넣으면 값이 100배 어긋난다.

문제 20

19-3

다음은 「산업안전보건법령」에서 정한 적정공기의 정의이다. ( ) 안에 알맞은 수치를 쓰시오.

적정공기란 산소 농도의 범위가 ( ① ) % 이상 ( ② ) % 미만, 이산화탄소의 농도가 ( ③ ) % 미만, 황화수소의 농도가 ( ④ ) ppm 미만, 일산화탄소의 농도가 ( ⑤ ) ppm 미만인 수준의 공기를 말한다.

정답 및 해설

① 18

② 23.5

③ 1.5

④ 10

⑤ 30

[해설]

산업안전보건기준에 관한 규칙 제618조(밀폐공간 용어 정의)가 적정공기의 기준을 정한다.

산소 18 % 이상 23.5 % 미만 — 18 % 아래는 산소결핍이고, 23.5 % 이상은 산소 과잉이라 화재·폭발 위험이 커진다.
이산화탄소 1.5 % 미만 — 이보다 많으면 환기가 안 되고 산소가 밀려났다는 신호다.
황화수소 10 ppm 미만 — 정화조·맨홀에서 유기물이 썩으며 생기는 대표 중독 가스다.
일산화탄소 30 ppm 미만 — 밀폐공간 안의 연소기기나 용접 작업에서 생긴다.

혼동 주의: 산소결핍은 산소농도가 18 % 미만인 상태이며, 적정공기의 산소 하한과 같은 수치다.

산업위생관리기사 실기(필답형) 기출문제모두CBT · moducbt.com

2019년 산업위생관리기사실기(필답형) 3회차

총 20문항 · 주관식 · 정답·해설 포함

문제 1

19-3

21 °C, 1기압에서 공기의 밀도가 1.2 kg/m³이다. 온도가 32 °C, 압력이 720 mmHg로 바뀌었을 때 공기의 밀도(kg/m³)를 구하시오.

정답 및 해설

1.10 kg/m³

[해설]

기체 상태방정식에서 밀도는 절대온도에 반비례하고 압력에 비례한다.

ρ₂ = ρ₁ × (T₁/T₂) × (P₂/P₁)
= 1.2 × (273 + 21)/(273 + 32) × 720/760
= 1.2 × 0.9639 × 0.9474 = 1.10 kg/m³

1기압을 760 mmHg로 바꿔 단위를 맞추며, 온도는 오르고 압력은 낮아져 공기가 팽창하므로 밀도가 처음 값보다 작아지는 것이 맞다.

문제 2

19-3

정답 및 해설

5 mg/m³

[해설]

중량분석법에서 분진 농도는 채취 전후 여과지 무게 차이를 채취한 공기 부피로 나눈 값이다.

C = (W₂ − W₁) ÷ (Q × t)
= (16.04 − 10.04) mg ÷ (40 L/min × 30 min)
= 6 mg ÷ 1,200 L = 6 mg ÷ 1.2 m³
= 5 mg/m³

혼동 주의: 농도 단위가 mg/m³이므로 채취량 L를 m³로 바꿔야 한다(1 m³ = 1,000 L).

문제 3

19-3

다음 후드를 흡인 효율이 높은 것부터 순서대로 번호를 쓰시오.

① 포위식 후드

② 플랜지가 부착되어 있고 작업면에 고정된 외부식 후드

③ 플랜지가 없고 자유공간에 있는 외부식 후드

④ 플랜지가 부착되어 있고 자유공간에 있는 외부식 후드

정답 및 해설

① → ② → ④ → ③

[해설]

포위식 후드는 발생원을 감싸고 개구면의 면속도만 유지하면 되므로 송풍량이 가장 적다.
플랜지를 달고 작업면에 고정한 외부식은 플랜지와 작업면이 함께 기류를 막아 필요송풍량이 약 50 %로 준다(Q = 60 × 0.5 × V_c(10X² + A)).
플랜지를 달고 자유공간에 둔 외부식은 플랜지만 기류를 막아 필요송풍량이 약 75 %로 준다(Q = 60 × 0.75 × V_c(10X² + A)).
플랜지 없이 자유공간에 둔 외부식은 기준식 Q = 60 × V_c(10X² + A)를 그대로 써서 효율이 가장 낮다.

외우는 요령: 막힌 면이 많을수록 효율이 높다(포위 → 플랜지+작업면 → 플랜지 → 없음).

문제 4

19-3

송풍량이 200 m³/min, 전압이 100 mmH₂O인 송풍기의 소요동력을 5 kW 미만으로 유지하려고 한다. 이때 필요한 송풍기의 효율(%)을 구하시오.

정답 및 해설

65.36 %

[해설]

송풍기 소요동력은 kW = Q × ΔP ÷ (6,120 × η)로 구하며, 여기서 Q는 m³/min, ΔP는 mmH₂O다.

η = Q × ΔP ÷ (6,120 × kW)
= 200 × 100 ÷ (6,120 × 5)
= 20,000 ÷ 30,600 = 0.6536
= 65.36 %

동력을 5 kW 미만으로 하려면 효율이 65.36 %보다 높아야 하고, 송풍량을 m³/s로 쓰면 상수 6,120 대신 102를 쓴다.

문제 5

메틸에틸케톤(MEK)이 시간당 0.5 L씩 증발하는 작업장을 전체환기로 관리하려고 한다. 필요환기량(m³/min)을 구하시오.

(단, MEK의 분자량은 72.1, 비중은 0.805이고 21 ℃·1기압 기준이며, 노출기준(TLV)은 200 ppm, 안전계수(K)는 6이다.)

정답 및 해설

$0.5\ \mathrm{L/hr}\times 805\ \mathrm{g/L}=402.5\ \mathrm{g/hr}$

$G=\dfrac{402.5}{72.1}\times 24.1=134.54\ \mathrm{L/hr}=134{,}538\ \mathrm{mL/hr}$

$Q=\dfrac{134{,}538}{200}\times 6=4{,}036.17\ \mathrm{m^3/hr}\ \div\ 60=$ $67.27\ \mathrm{m^3/min}$

21 ℃ 몰부피를 24.12 L로 잡으면 $G=134{,}670\ \mathrm{mL/hr}$ , $Q=4{,}040\ \mathrm{m^3/hr}$ 로 67.33 m³/min — 몰부피 반올림 차이일 뿐 둘 다 정답이다.

[해설]

전체환기량은 시간당 증기 발생량을 노출기준으로 나누고 안전계수를 곱해 구한다.
Q = G / TLV × K

액체 부피를 질량 → 몰수 → 21 ℃ 증기 부피(몰부피 24.1 L) 순으로 바꾼다.
0.5 L/hr × 805 g/L = 402.5 g/hr
G = 402.5 / 72.1 × 24.1 = 134.54 L/hr = 134,538 mL/hr

ppm은 mL/m³와 같으므로 mL 단위 발생량을 TLV로 나누면 m³가 나온다.
Q = 134,538 / 200 × 6 = 4,036.17 m³/hr ÷ 60 = 67.27 m³/min

혼동 주의: 비중 0.805는 1 L가 805 g이라는 뜻이다. 몰부피를 24.12 L로 잡아 67.33 m³/min이 나와도 정답이다.

문제 6

국소배기장치에서 말하는 보충용 공기(make-up air)가 무엇인지 설명하시오.

정답 및 해설

국소배기장치가 밖으로 뽑아낸 공기와 같은 양만큼 실외에서 작업장 안으로 다시 넣어 주는 공기(또는 그 공급설비)

[해설]

보충용 공기(make-up air)는 국소배기장치가 밖으로 뽑아낸 공기와 같은 양만큼 실외에서 작업장 안으로 다시 넣어 주는 공기, 또는 그 공급설비다.

그래서 보충용 공기는 배기량과 같거나 약간 많게 공급한다. 먼지를 거르고 온도를 조절한 뒤, 후드 기류를 흐트러뜨리지 않는 위치로 넣는다.

문제 7

정답 및 해설

$C=\dfrac{W-B}{V\times RE}=\dfrac{22-3}{0.48\times 0.98}=\dfrac{19}{0.4704}=40.39$

∴ 40.39 μg/m³

[해설]

여과지로 채취한 금속의 공기 중 농도는 “실제로 잡힌 양 ÷ 채취한 공기의 부피”로 구하되, 공시료 보정과 회수율 보정을 함께 해야 한다.

$C=\dfrac{W-B}{V\times RE}$

① 시료의 순수한 양 — 공시료(blank)에서 검출된 3 μg은 채취와 무관하게 여과지나 시약, 운반·보관 과정에서 딸려 온 몫이므로 빼 준다.

$W-B=22-3=19\ \mathrm{\mu g}$

② 채취 공기량 — 8시부터 12시까지는 4시간, 즉 240분이다.

$V=2.0\ \mathrm{L/min}\times 240\ \mathrm{min}=480\ \mathrm{L}=0.48\ \mathrm{m^3}$

③ 농도 — 회수율은 실제로 채취된 양 가운데 분석 과정에서 되찾은 비율이므로, 분석값을 회수율로 나누어 원래 양으로 되돌린다.

$C=\dfrac{19}{0.48\times 0.98}=\dfrac{19}{0.4704}=\mathbf{40.39\ \mathrm{\mu g/m^3}}$

문제 8

19-3

용적이 1,800 m³인 작업장에서 메틸클로로포름 증기가 0.12 m³/min으로 발생하고 있으며, 이 작업장의 유효환기량은 60 m³/min이다. 다음 물음에 답하시오.

(1) 초기농도가 0인 상태에서 농도가 200 ppm에 이르는 데 걸리는 시간(min)을 구하시오.

(2) 초기농도가 0인 상태에서 1시간이 지난 뒤의 농도(ppm)를 구하시오.

정답 및 해설

(1) 3.16 min

(2) 1,729.33 ppm

[해설]

초기농도 0에서 발생량 G가 일정하고 유효환기량 Q′로 배기되는 작업장의 농도 증가식을 쓴다.

도달시간 t = −(V/Q′) × ln[(G − Q′C)/G]
= −(1,800/60) × ln[(0.12 − 60 × 200×10⁻⁶)/0.12]
= −30 × ln(0.9)
= 3.16 min

1시간 뒤 농도 C = (G/Q′) × (1 − e^−(Q′/V)t)
= (0.12/60) × (1 − e^{−(60/1,800)×60})
= 0.002 × (1 − e⁻²) = 1.72933×10⁻³
= 1,729.33 ppm

ppm은 부피분율이므로 200 ppm은 200×10⁻⁶으로 바꿔 넣는다.

혼동 주의 — 평형농도 G/Q′ = 2,000 ppm보다 높은 목표농도에는 아무리 기다려도 도달하지 못한다.

문제 9

19-3

어느 작업장에서 210분 동안 소음을 측정한 결과 누적소음노출량이 40 %였다. 시간가중평균 소음수준[dB(A)]을 구하시오.

정답 및 해설

89.35 dB(A)

[해설]

누적소음노출량 D(%)는 아래 식으로 시간가중평균(TWA)으로 바꾸며, T에는 8시간이 아닌 실제 측정시간을 넣는다.
TWA = 16.61 log[D / (12.5 × T)] + 90

210분 = 3.5시간을 대입한다.
TWA = 16.61 log[40 / (12.5 × 3.5)] + 90 = 16.61 × log 0.9143 + 90
= −0.646 + 90 = 89.35 dB(A)

검산 요령: 3.5시간에서 100 %에 해당하는 노출량은 43.75 %이다.

측정값 40 %가 그에 못 미치므로 답은 90 dB(A)를 약간 밑돌아야 한다.

문제 10

19-3

산업위생 통계에서 다루는 다음 두 오차를 각각 설명하시오.

(1) 계통오차

(2) 우발오차

정답 및 해설

(1) 계통오차 — 측정값이 참값에서 한쪽 방향으로 일정하게 치우쳐 나타나는 오차. 원인을 밝혀 보정할 수 있다.

(2) 우발오차 — 같은 조건에서 되풀이 측정해도 값이 불규칙하게 흩어지는 오차. 원인 규명과 보정이 어렵다.

[해설]

계통오차와 우발오차는 치우침에 일정한 방향이 있느냐로 구분한다.

계통오차 — 참값에서 한쪽으로 일정하게 치우치는 오차로, 유량계 미보정·저울 영점 오류처럼 원인을 찾아 보정할 수 있다.
우발오차 — 같은 조건에서도 값이 불규칙하게 흩어지는 오차로, 원인을 특정하기 어려워 보정이 어렵다.

계통오차는 정확도를, 우발오차는 정밀도를 떨어뜨린다. 우발오차는 여러 번 측정해 평균을 내면 줄어든다.

문제 11

19-3

정답 및 해설

18.59 ppm

[해설]

질량 65 mg은 그대로 두고 시료 부피만 21 ℃·1기압으로 환산한 뒤 ppm으로 바꾼다.
V₂ = 853 × (294 / 313) × (800 / 760) = 843.4 L = 0.8434 m³

질량농도를 구한 뒤 21 ℃ 몰부피 24.12 L로 ppm으로 환산한다.
C = 65 / 0.8434 = 77.07 mg/m³
ppm = 77.07 × 24.12 / 100 = 18.59 ppm

혼동 주의: 온도가 내려가면 부피가 줄고(×294/313), 압력이 800에서 760 mmHg로 내려가면 부피가 는다(×800/760).

문제 12

19-3

위 그림과 같은 외부식 후드에서 속도압이 30 mmH₂O, 후드의 압력손실이 3.24 mmH₂O일 때 후드의 유입계수 $C_e$ 를 구하시오.

정답 및 해설

0.95

[해설]

후드의 압력손실은 ΔP = F × VP이다. 유입손실계수와 유입계수는 F = 1/C_e² − 1의 관계로 이어진다.

F = 3.24 / 30 = 0.108
C_e = √(1 / (1 + F)) = √(1 / 1.108)
= 0.95

유입계수는 손실이 없는 이상적인 후드에 대한 실제 유량의 비율이다. 그래서 항상 0과 1 사이의 값이 나오며, 1을 넘으면 계산이 잘못된 것이다.

문제 13

19-3

국소배기장치의 후드를 선택할 때 지켜야 할 지침을 4가지 쓰시오.

정답 및 해설

① 필요환기량을 최소로 할 수 있는 형식을 고를 것

② 작업자의 호흡영역이 오염되지 않도록 할 것

③ 작업에 방해가 되지 않는 크기와 위치로 설치할 것

④ ACGIH, OSHA 등이 정한 설계기준을 따를 것

[해설]

후드 선택 지침의 핵심은 적은 풍량으로 오염물질을 확실히 잡되, 작업을 방해하지 않고 검증된 기준을 따르는 것이다.

필요환기량 최소 형식 — 포위식처럼 풍량이 적게 드는 형식을 고르면 송풍기·덕트·보충공기 비용이 줄어든다.
호흡영역 보호 — 오염 기류가 작업자 얼굴을 지나 후드로 가지 않도록 배치한다.
작업 방해 금지 — 작업에 걸리는 후드는 결국 치워지거나 꺼지므로 크기와 위치를 작업에 맞춘다.
설계기준 준수 — ACGIH, OSHA 등이 정한 필요송풍량 식과 제어풍속을 따른다.

외우는 요령: 풍량·호흡영역·작업성·설계기준, 네 단어로 기억한다.

문제 14

19-3

합류관에서는 분지관이 합쳐지는 각도에 따라 유입손실이 생기며, 각도별 압력손실계수는 다음 표와 같다.

합류관 각도	15°	30°	45°	90°
압력손실계수	0.09	0.18	0.28	1.00

합류각도를 90°에서 30°로 바꿀 경우 합류관에서 생기는 압력손실(mmH₂O)을 얼마나 줄일 수 있는지 구하시오.

(단, 속도압은 두 경우 모두 10 mmH₂O이다.)

정답 및 해설

8.2 mmH₂O

[해설]

합류관 압력손실은 압력손실계수 × 속도압으로 구한다.
ΔP = ζ × VP

합류각 90°와 30°의 손실을 각각 구해 뺀다.
90°: 1.00 × 10 = 10 mmH₂O
30°: 0.18 × 10 = 1.8 mmH₂O
감소량 = 10 − 1.8 = 8.2 mmH₂O

문제 15

19-3

(단, 다음 조건에 따른다.)

• 1 HP = 730 kcal/hr, 1 kW = 860 kcal/hr

• 작업장 내 열부하 $H_s=C_p\times Q\times\Delta t$ 이다.

• $C_p$ 는 0.24이고, 공기의 밀도는 1.203 kg/m³를 고려해 계산한다.

정답 및 해설

798.93 m³/min

[해설]

전체환기량은 현열부하를 공기가 실어 나갈 수 있는 열량으로 나눈 값이다(Q = H_s ÷ (C_p × ρ × Δt)).

H_s = 30 × 100 + 20 × 730 + 2 × 30 × 860
= 3,000 + 14,600 + 51,600 = 69,200 kcal/hr
Q = 69,200 ÷ (0.24 × 1.203 × 5)
= 47,935.7 m³/hr ÷ 60
= 798.93 m³/min

혼동 주의: H_s가 시간당 열량이어서 결과가 m³/hr로 나오므로 60으로 나눠야 한다. Δt는 31 − 26 = 5 °C다.

문제 16

19-3

ACGIH가 정한 허용농도(TLV)를 적용할 때 주의해야 할 사항을 5가지 쓰시오.

정답 및 해설

① 대기오염의 평가나 관리 지표로는 쓸 수 없다

② 24시간 노출이나 정상 작업시간을 넘는 노출의 독성 평가에는 쓸 수 없다

③ 안전한 농도와 위험한 농도를 가르는 경계선이 아니다

④ 물질 사이의 독성 세기를 비교하는 지표가 아니다

⑤ 작업조건이 다른 나라에 그대로 적용할 수 없다

[해설]

대기오염 지표로 쓸 수 없다 — 어린이·노인·환자가 24시간 생활하는 일반 환경과 전제가 다르다.
24시간 노출이나 장시간 노출의 독성 평가에 쓸 수 없다 — 8시간 노출 뒤 16시간 회복을 전제로 한 값이다.
안전과 위험의 경계선이 아니다 — 감수성이 높은 사람은 TLV 이하에서도 영향을 받을 수 있다.
독성 세기를 비교할 수 없다 — 근거가 된 건강영향(자극·마취·발암 등)이 물질마다 달라 숫자로 줄 세울 수 없다.
작업조건이 다른 나라에 그대로 쓸 수 없다 — 근로시간·기후·체격이 다르면 체내 부하가 달라진다.

외우는 요령: 다섯 가지 모두 '8시간 작업장·건강한 성인'이라는 전제를 벗어나면 쓸 수 없다는 한 원리로 묶인다.

문제 17

19-3

(1) 바뀐 송풍량(m³/min)을 구하시오.

(2) 바뀐 소요동력(kW)을 구하시오.

정답 및 해설

(1) 375 m³/min

(2) 7.42 kW

[해설]

회전수만 바꿀 때는 송풍기 상사법칙을 쓴다. 풍량은 회전수에 비례하고, 동력은 회전수의 세제곱에 비례한다.

(1) Q₂ = Q₁ × (N₂/N₁)
= 300 × (500/400)
= 375 m³/min

(2) L₂ = L₁ × (N₂/N₁)³
= 3.8 × (500/400)³ = 3.8 × 1.953
= 7.42 kW

혼동 주의: 압력은 회전수의 제곱에 비례하며, 주어진 정압 60 mmH₂O는 두 물음 어디에도 쓰이지 않는다.

문제 18

먼지의 가상직경 가운데 공기역학적 직경(aerodynamic diameter)이 무엇인지 설명하시오.

정답 및 해설

대상 먼지와 침강속도가 같으면서 밀도가 1 g/cm³인 구형 입자로 환산했을 때 그 구의 직경

[해설]

공기역학적 직경은 모양·밀도가 제각각인 먼지를 침강속도라는 거동 하나로 표준화한 가상직경이다.

호흡기 침착과 흡입성·흉곽성·호흡성 분진의 입경 기준이 모두 이 직경을 쓴다.

혼동 주의: 스토크스 직경은 밀도를 1로 고정하지 않고 대상 입자와 같은 밀도의 구로 환산한다.

문제 19

19-3

표준공기가 흐르고 있는 덕트의 레이놀즈수가 30,000일 때 덕트 안 공기의 유속(m/sec)을 구하시오.

(단, 덕트의 직경은 15 cm, 공기의 점성계수는 1.85 × 10^-5 kg/m·sec, 공기의 밀도는 1.203 kg/m³이다.)

정답 및 해설

3.08 m/sec

[해설]

레이놀즈수는 관성력과 점성력의 비로, 원형 덕트에서는 밀도·유속·직경을 곱한 값을 점성계수로 나눈다.

$Re=\dfrac{\rho VD}{\mu}\ \Rightarrow\ V=\dfrac{Re\cdot\mu}{\rho D}$
$V=\dfrac{30{,}000\times1.85\times10^{-5}}{1.203\times0.15}=\dfrac{0.555}{0.18045}$
V = 3.08 m/sec

혼동 주의: 직경 15 cm는 반드시 0.15 m로 바꿔 넣는다. cm 그대로 넣으면 값이 100배 어긋난다.

문제 20

19-3

다음은 「산업안전보건법령」에서 정한 적정공기의 정의이다. ( ) 안에 알맞은 수치를 쓰시오.

정답 및 해설

① 18

② 23.5

③ 1.5

④ 10

⑤ 30

[해설]

산업안전보건기준에 관한 규칙 제618조(밀폐공간 용어 정의)가 적정공기의 기준을 정한다.

산소 18 % 이상 23.5 % 미만 — 18 % 아래는 산소결핍이고, 23.5 % 이상은 산소 과잉이라 화재·폭발 위험이 커진다.
이산화탄소 1.5 % 미만 — 이보다 많으면 환기가 안 되고 산소가 밀려났다는 신호다.
황화수소 10 ppm 미만 — 정화조·맨홀에서 유기물이 썩으며 생기는 대표 중독 가스다.
일산화탄소 30 ppm 미만 — 밀폐공간 안의 연소기기나 용접 작업에서 생긴다.

혼동 주의: 산소결핍은 산소농도가 18 % 미만인 상태이며, 적정공기의 산소 하한과 같은 수치다.