2020년 산업위생관리기사실기(필답형) 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

(1) 장점

① 산에 쉽게 녹아 금속 분석용 시료 전처리가 쉽다

② 입자가 여과지 표면에 주로 붙잡혀 석면 등 현미경 계수분석에 적합하다

③ 값이 싸고 여러 공극·크기로 만들어져 구하기 쉽다

(2) 단점

① 흡습성이 커서 중량분석에는 부적합하다

② 습도와 온도 변화에 따라 무게와 채취효율이 달라진다

③ 유량에 대한 저항이 일정하지 않다

[해설]

MCE 여과지의 장단점은 산에 잘 녹는 성질과 큰 흡습성에서 갈린다.

• 장점: 산에 녹아 질산 등으로 전처리한 뒤 원자흡광·ICP로 금속을 분석하기 쉽다.
• 장점: 입자가 여과지 표면에 붙잡혀 투명화 후 석면 등 현미경 계수분석에 적합하다.
• 장점: 값이 싸고 공극·크기가 다양해 구하기 쉽다.
• 단점: 흡습한 수분 무게가 더해져 중량분석에는 부적합하다.
• 단점: 습도·온도 변화에 따라 무게와 채취효율이 달라진다.
• 단점: 유량에 대한 저항이 일정하지 않아 재현성이 떨어진다.

외우는 요령: 중량분석은 PVC 여과지, 금속·석면 분석은 MCE로 짝지어 외운다.

(1) 1.25

(2) 노출기준을 초과한다

(3) 28 ppm

[해설]

같은 표적에 작용하는 물질들은 상가작용으로 보고, 각 물질의 농도를 노출기준으로 나눈 값을 모두 더한 노출지수로 평가한다.

EI = C₁/T₁ + C₂/T₂ + C₃/T₃
EI = 5/10 + 25/50 + 5/20 = 0.5 + 0.5 + 0.25
EI = 1.25

노출지수가 1을 넘으므로 물질 하나하나는 모두 기준 미만이어도 노출기준 초과로 판정한다.

혼합물 허용농도 = (C₁ + C₂ + C₃) ÷ EI
= (5 + 25 + 5) ÷ 1.25
= 28 ppm

① 관성충돌

② 직접차단(간섭)

③ 확산

④ 중력침강

⑤ 정전기침강

⑥ 체질(체거름)

[해설]

여과포집에서는 여러 기전이 함께 작용하므로 공극보다 작은 입자까지 여과지에 걸린다.

• 관성충돌 — 기류는 섬유를 비켜 휘지만, 무거운 입자는 관성으로 곧장 나아가다 섬유에 부딪혀 붙는다.
• 직접차단(간섭) — 유선을 따라가던 입자가 자기 반지름 거리 안으로 섬유에 가까워지면 표면에 닿아 붙는다.
• 확산 — 아주 작은 미세입자가 브라운 운동으로 흔들리다 섬유에 닿는다.
• 중력침강 — 유속이 느린 곳에서 무거운 입자가 가라앉아 섬유에 얹힌다.
• 정전기침강 — 전기를 띤 입자가 섬유와의 정전기력에 끌려 붙는다.
• 체질(체거름) — 공극보다 큰 입자가 구멍을 통과하지 못하고 걸린다.

큰 입자는 관성충돌·차단으로, 작은 입자는 확산으로 잡히므로 그 중간 크기인 약 0.3 μm 부근이 포집효율이 가장 낮은 최대투과입자경이 된다.

20.36 m/sec

[해설]

피토관 속도압 공식 VP = ρV²/2g 를 유속에 대해 풀고 피토관계수를 곱한다. 덕트 안은 270 ℃이므로 0 ℃ 밀도를 절대온도에 반비례하게 보정해서 쓴다.

ρ = 1.3 × 273/(273 + 270)
= 1.3 × 273/543 = 0.6536 kg/m³

V = C_p × √(2g·VP/ρ)
= 0.96 × √(2 × 9.8 × 15 / 0.6536)
= 0.96 × 21.21 = 20.36 m/sec

혼동 주의: 0 ℃ 밀도 1.3을 보정 없이 넣으면 약 14.44 m/sec가 나와 유속을 과소평가하게 된다.

(1) 프로펠러형 — 케이싱 없이 축차만 있는 가장 단순한 형태로, 저항이 거의 없는 곳에서 대량의 공기를 보낼 때 쓴다

(2) 튜브형 — 축차를 원통형 케이싱 안에 넣은 것으로, 프로펠러형보다 높은 저항에서도 쓸 수 있고 덕트에 연결할 수 있다

(3) 고정날개형 — 튜브형에 안내날개를 붙인 것으로, 축류형 가운데 효율과 발생 압력이 가장 높다

[해설]

축류형 송풍기는 공기가 회전축과 같은 방향으로 흐르는 송풍기다. 세 형식은 축차에 케이싱과 안내날개를 차례로 더해 간 계통이다.

• 프로펠러형 — 케이싱 없이 축차만 있어 정압이 매우 낮으므로, 벽·지붕에 달아 저항이 거의 없는 곳에 많은 공기를 보내는 전체환기에 쓴다.
• 튜브형 — 원통형 케이싱이 기류를 잡아 주어 프로펠러형보다 높은 저항에서도 쓸 수 있고 덕트에 연결할 수 있다.
• 고정날개형 — 튜브형에 고정 안내날개를 붙여 회전하며 나오는 기류를 축 방향으로 펴 주므로, 축류형 가운데 효율과 발생 압력이 가장 높다.

외우는 요령: 케이싱이 붙고 안내날개가 더해질수록 낼 수 있는 압력과 효율이 올라간다.

(1) 장점

① 부피가 작아 휴대·보관이 간편하다

② 안전모·보안경 등 다른 보호구와 간섭이 없고 고온·다습한 작업에서도 착용할 수 있다

(2) 단점

① 외이도에 질환이 있으면 착용할 수 없고, 오염된 손으로 착용하면 외이도에 염증이 생길 수 있다

② 귀덮개보다 차음효과가 낮고 착용 상태에 따라 개인차가 크다

[해설]

귀마개는 외이도(귓구멍) 안에 직접 끼우는 청력보호구다. 장점은 작다는 데서, 단점은 귀 안에 넣는다는 데서 나온다.

• 장점인 휴대성 — 부피가 작아 주머니에 넣어 다니고 보관하기 쉽다.
• 장점인 간섭 없음 — 귀 전체를 덮지 않아 안전모·보안경과 부딪히지 않고 고온·다습한 곳에서도 덥지 않다.
• 단점인 외이도 문제 — 귀에 질환이 있으면 쓸 수 없고, 더러운 손으로 끼우면 외이도염이 생길 수 있다.
• 단점인 낮은 차음 — 밀착 상태에 따라 성능이 달라져 귀덮개보다 차음효과가 낮고 개인차가 크다.

혼동 주의: 귀덮개는 반대로 차음효과가 크고 귀에 질환이 있어도 쓸 수 있지만, 부피가 크고 덥다.

$A=\dfrac{\pi}{4}\times 0.088^{2}=0.006082\ \mathrm{m^2},\qquad V=\dfrac{0.12}{0.006082}=19.73\ \mathrm{m/sec}$

$VP=\dfrac{1.2\times 19.73^{2}}{2\times 9.8}=23.83\ \mathrm{mmH_2O}$

$SP_h=23.83\times(1+0.27)=$ $30.27\ \mathrm{mmH_2O}$

[해설]

후드 정압은 속도압에 유입손실을 더한 값으로 SP_h = VP(1 + F)이다. 여기서 0.27은 유입손실계수 F다.

단면적 A = π/4 × 0.088² = 0.006082 m²
유속 V = 0.12 ÷ 0.006082 = 19.73 m/sec

VP = γV²/2g = 1.2 × 19.73² ÷ (2 × 9.8) = 23.83 mmH₂O
SP_h = 23.83 × (1 + 0.27) = 30.27 mmH₂O

혼동 주의: 0.27이 유입계수 C_e라면 F = 1/C_e² − 1로 바꿔 써야 하므로, 문제에 적힌 계수 이름을 먼저 확인한다.

① 오염물질의 사용량을 조사하여 필요환기량을 정확히 산정한다

② 배출된 공기를 대신할 청정한 보충용 공기를 공급한다

③ 배기구는 가능한 한 오염원에 가깝게 설치하여 점환기 효과를 얻는다

④ 배기구와 근로자의 작업 위치 사이에 오염원이 놓이도록 배치한다

[해설]

전체환기는 오염물질을 신선한 공기로 희석해 농도를 낮추는 방식이다. 그래서 필요한 양을 정확히 넣고, 기류가 오염원을 거쳐 빠져나가게 하는 것이 원칙이다.

• 필요환기량 산정 — 사용량을 알아야 희석에 필요한 공기량(Q = G/TLV × K)을 계산할 수 있다.
• 보충용 공기 공급 — 배기만 하면 실내가 음압이 되어 설계한 배기량이 나오지 않으므로, 빠져나간 만큼 깨끗한 공기를 넣는다.
• 배기구를 오염원 가까이 — 오염물질이 퍼지기 전에 빼내므로 적은 환기량으로 국소배기에 가까운 점환기 효과를 낸다.
• 작업자·오염원·배기구 순서로 배치 — 오염공기가 근로자의 호흡영역을 지나지 않고 곧바로 배기구로 빠진다.

외우는 요령: 기류는 항상 근로자 → 오염원 → 배기구 방향으로 흐르게 한다.

(1) 360 m³/min

(2) 64.8 mmH₂O

(3) 13.82 kW

[해설]

송풍기 상사법칙에 따르면 회전수가 바뀔 때 송풍량은 회전수에 비례하고, 정압은 회전수의 제곱, 동력은 회전수의 세제곱에 비례한다.

회전수비 = 600 ÷ 500 = 1.2
송풍량 Q₂ = 300 × 1.2 = 360 m³/min
정압 P₂ = 45 × 1.2² = 64.8 mmH₂O
동력 W₂ = 8 × 1.2³ = 13.824 ≈ 13.82 kW

혼동 주의: 회전수가 아니라 임펠러 직경이 바뀌면 송풍량·정압·동력은 직경비의 3승·2승·5승에 비례한다.

① 유해물질의 발생형태

② 유해물질의 비중

③ 유해물질의 입자 크기(입경)

④ 유해물질의 수분 함량

[해설]

반송속도는 덕트 안의 입자가 가라앉거나 벽에 달라붙지 않도록 유지하는 최소 유속이다. 따라서 옮길 물질의 성질에 따라 정한다.

• 발생형태 — 가스·증기·흄은 낮은 속도로 충분하지만, 연삭분진처럼 무거운 입자는 높은 속도가 필요하다.
• 비중 — 무거운 입자일수록 빨리 가라앉으므로 반송속도를 높인다.
• 입자 크기 — 입경이 클수록 침강속도가 커서 더 빠른 유속이 필요하다.
• 수분 함량 — 젖은 분진은 서로 뭉치고 벽에 달라붙어 쌓이기 쉬우므로 높게 잡는다.

혼동 주의: 덕트 마찰손실·합류·확대·축소는 압력손실 계산 요소이지 반송속도를 정하는 인자가 아니다.

① 대상 입자의 포집효율이 높을 것

② 압력손실(흡인저항)이 낮을 것

③ 흡습성이 낮을 것

④ 기계적 강도와 내구성이 좋아 취급 중 찢어지지 않을 것

⑤ 분석을 방해하는 불순물을 함유하지 않을 것

[해설]

여과포집법은 걸러 낸 입자의 무게나 성분을 분석해 농도를 구한다. 그래서 여과지는 입자를 잘 잡으면서 측정을 방해하지 않아야 한다.

• 포집효율이 높을 것 — 통과해 버린 입자만큼 농도가 낮게 측정된다.
• 압력손실이 낮을 것 — 저항이 크면 펌프가 설정 유량을 유지하지 못해 채취공기량이 어긋난다.
• 흡습성이 낮을 것 — 중량분석에서 여과지가 머금은 수분 무게가 입자 무게로 잘못 계산된다.
• 기계적 강도·내구성이 좋을 것 — 장착·운반·칭량 중에 찢어지면 시료를 잃는다.
• 분석을 방해하는 불순물이 없을 것 — 여과지 자체에 든 금속 등이 바탕값을 높여 정량이 틀어진다.

외우는 요령: 잘 잡고(효율), 잘 빨아들이고(저항), 무게가 변하지 않고(흡습·강도), 분석에 깨끗할 것(불순물)으로 묶는다.

5,459.71 m³/hr

[해설]

전체환기 필요환기량은 시간당 발생하는 증기부피(G)를 허용농도(TLV)까지 희석하는 공기량에 안전계수(K)를 곱해 구한다.

사용량(질량) = 2 L/hr × 0.805 g/mL × 1,000 mL/L = 1,610 g/hr
25 ℃ 몰부피 = 22.4 × (273 + 25)/273 = 24.45 L
G = 1,610/72.1 × 24.45 = 545.97 L/hr

Q = G/TLV × K
= 545,970 mL/hr ÷ 200 mL/m³ × 2
= 5,459.71 m³/hr

ppm은 mL/m³와 같으므로 증기부피를 mL로 바꿔서 나눈다. K를 빠뜨리면 절반인 2,729.85 m³/hr가 나오므로 주의한다.

① 직접적정법

② 간접적정법

③ 치환적정법

④ 역적정법

[해설]

킬레이트 적정법은 EDTA가 금속이온과 1 : 1 착물을 만드는 반응으로 금속을 정량한다. 적정을 진행하는 방식에 따라 네 가지로 나뉜다.

• 직접적정법 — 시료 속 금속이온에 EDTA 표준액을 바로 떨어뜨려 종말점까지 적정한다.
• 간접적정법 — EDTA와 직접 반응하지 않는 성분을 특정 금속과 반응시켜 침전시킨 뒤, 그 금속을 적정해 원래 성분의 양을 거꾸로 계산한다.
• 치환적정법 — 대상 금속이 Mg-EDTA처럼 결합이 약한 착물의 금속을 밀어내게 한 뒤, 밀려난 금속을 적정한다.
• 역적정법 — EDTA를 필요량보다 많이 넣어 반응시킨 뒤, 남은 EDTA를 다른 금속 표준액으로 되적정한다.

역적정법은 반응이 느리거나 침전이 생길 때 쓴다. 치환적정법은 대상 금속에 맞는 금속지시약이 없을 때 쓴다.

① 후드 뒤쪽에서 들어오는 불필요한 공기를 차단한다

② 같은 제어풍속을 얻는 데 필요한 송풍량을 약 25 % 줄일 수 있다

③ 송풍량이 줄어 송풍기 동력과 운전비가 절감된다

[해설]

플랜지는 후드 개구부 둘레에 붙이는 판이다. 플랜지가 없는 외부식 후드는 뒤쪽에서도 공기를 빨아들여 송풍량을 낭비한다.

• 뒤쪽 공기 차단 — 포집에 쓸모없는 후방 흡입을 막아 흡인기류를 발생원 쪽으로 모은다.
• 송풍량 약 25 % 감소 — 같은 제어풍속을 더 적은 공기량으로 만들 수 있다.
• 동력·운전비 절감 — 송풍량이 줄면 송풍기 동력과 전력비도 함께 줄어든다.

플랜지 부착 외부식 후드의 송풍량 식 Q = 0.75·V(10X² + A)에서 0.75가 바로 이 25 % 절감을 나타낸다.

파과현상

[해설]

파과(breakthrough)는 흡착제의 흡착 용량이 한계에 이르러 유해물질을 더 붙잡지 못하고 통과시키는 현상이다.

공기가 앞층부터 지나므로 앞층이 먼저 포화되고, 뒤층까지 포화되면 오염물질이 그대로 빠져나가 농도가 낮게 측정된다. 뒤층에서 검출된 양이 앞층의 10 % 이상이면 파과가 일어난 것으로 본다.

파과는 공기 중 농도·채취유량·채취시간·습도·온도가 높을수록 빨리 일어난다.

10 m/sec

[해설]

레이놀즈수 Re = VD/ν(ν = 동점성계수)를 유속에 대해 풀어서 대입한다.

V = Re × ν / D
= 2 × 10⁵ × 1.5 × 10^-5 / 0.3
= 3 / 0.3 = 10 m/sec

직경 30 cm는 0.3 m로 바꿔 넣는다. 동점성계수 대신 점성계수 μ와 밀도 ρ가 주어지면 Re = ρVD/μ 를 쓴다.

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 재어 정하는 크기다.

• 마틴직경 — 투영면적을 이등분하는 선의 길이로, 한 방향으로 고정해 재며 실제보다 작게 나오는 경향이 있다.
• 페렛직경 — 투영상의 한쪽 끝에서 반대쪽 끝까지 이은 선 중 가장 긴 길이로, 크게 나오는 경향이 있다.
• 등면적직경(헤이우드직경) — 투영면적 A와 넓이가 같은 원의 직경(D = √(4A/π))으로, 셋 중 가장 정확하다.

같은 입자라면 값은 대체로 페렛 > 등면적 > 마틴 순이다. 공기 중에서 입자가 움직이는 방식을 반영하는 공기역학적 직경과는 구분한다.