2019년 산업위생관리기사실기(필답형) 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

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.

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).

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).

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.

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

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

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

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.

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.

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

∴ 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.

(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.

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.

(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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

(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.

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.

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.

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.