2019년 산업위생관리기사실기(필답형) 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

(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.

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.

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.

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.

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.

(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.

(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.

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.

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

$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.

(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.

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.

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.

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.

(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).

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.

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.

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.

(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.

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.

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.