2018년 산업위생관리기사실기(필답형) 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

1.68

[해설]

작업환경 측정치는 대체로 대수정규분포를 따르므로, 흩어진 정도를 나타낼 때 산술표준편차 대신 기하표준편차(GSD)를 쓴다. 계산은 측정치를 모두 상용로그로 바꿔 그 위에서 하는 것이 전부다.

① 기하평균(GM)을 구한다. 4개 값의 곱의 네제곱근이다.

$\mathrm{GM}=\sqrt[4]{16\times24\times30.6\times55.4}=\sqrt[4]{650{,}972}=28.41$

$\log \mathrm{GM}=\log 28.41=1.4533$

② 로그값의 편차제곱합을 구한다.

③ 로그표준편차를 구한다. 표본이므로 $N-1=3$으로 나눈다.

$\log \mathrm{GSD}=\sqrt{\dfrac{\sum(\log x_i-\log \mathrm{GM})^{2}}{N-1}}=\sqrt{\dfrac{0.15271}{3}}=\sqrt{0.05090}=0.2256$

④ 역로그를 취한다.

$\mathrm{GSD}=10^{0.2256}=\mathbf{1.68}$

여기서 가장 흔한 실수가 ②의 편차 계산이다. 편차는 $\log x_i-\log \mathrm{GM}$이지 $\log x_i-\log(\log \mathrm{GM})$이 아니다. ①에서 $\log \mathrm{GM}=1.4533$처럼 이미 로그를 취해 둔 값을 얻어 놓고, ②에서 그 값에 로그를 한 번 더 씌우는 경우가 많다. 로그를 두 번 취하면 편차가 통째로 부풀어 GSD가 몇 배로 커지므로, ①의 결과가 기하평균 자체(28.41)인지 그 로그값(1.4533)인지를 항상 구분해 두어야 한다.

답의 타당성도 확인할 수 있다. GSD는 정의상 1보다 작을 수 없고(1이면 모든 측정치가 같다는 뜻이다), 작업환경 측정치에서는 대개 1.5 ~ 3 사이에 놓인다. 여기서 얻은 1.68은 그 범위 안이다. 실제로 측정치가 16에서 55.4까지 3배 남짓 퍼져 있는 정도이므로 큰 값이 나올 수 없다. 만약 계산 결과가 10을 넘었다면 어딘가에서 로그를 잘못 다룬 것이다.

GSD의 의미는 이렇게 읽는다. 기하평균 28.41에 GSD를 곱하거나 나눈 구간, 즉 $28.41\div1.68\approx16.9$부터 $28.41\times1.68\approx47.7$까지에 측정치의 약 68 %가 들어간다. 산술표준편차가 더하고 빼는 폭이라면 GSD는 곱하고 나누는 배수라는 점이 다르다.

① 흡수액의 온도를 낮춰 포집된 오염물질이 다시 휘발하는 것을 막는다

② 임핀저(버블러)를 2개 이상 직렬로 연결한다

③ 채취유량(채취속도)을 낮춰 기포가 흡수액 속에 머무는 시간을 늘린다

[해설]

흡수효율은 기포와 흡수액의 접촉시간과 녹아든 물질이 재휘발하지 않게 붙잡는 정도로 결정된다.

• 흡수액 온도를 낮춤 — 증기압이 떨어져 포집된 물질이 다시 날아가지 않는다.
• 2개 이상 직렬 연결 — 앞 용기를 빠져나간 물질을 뒤 용기가 다시 붙잡는다.
• 채취유량을 낮춤 — 기포가 천천히 올라가 흡수액 속 체류시간이 길어진다.

이 밖에 기포를 잘게 쪼개는 다공성(fritted) 버블러를 써서 접촉면적을 늘리는 방법도 있다.

2.20 mmH₂O

[해설]

곡관의 압력손실은 ΔP = ζ × VP로 구한다.

표의 반경비와 형상비는 모두 덕트 높이 D로 나눈 값이다.

R/D = 24 / 12 = 2.0
W/D = 24 / 12 = 2.0 → ζ = 0.11
ΔP = 0.11 × 20 = 2.20 mmH₂O

90° 곡관이므로 각도 보정값(θ/90)은 1이다.

③ → ④ → ⑥ → ② → ① → ⑤ → ⑦

[해설]

국소배기장치의 설계는 오염물질이 발생하는 지점에서 시작해 기류를 따라 하류로 내려가며 결정해 나간다. 이 흐름만 잡으면 순서는 저절로 정해진다.

③ 후드의 형식 선정 — 가장 먼저 발생원의 모양, 작업 방법, 오염물질의 성질을 보고 포위식으로 갈지 외부식·레시버식으로 갈지 정한다. 후드가 정해지지 않으면 그다음 어느 것도 계산할 수 없다.

④ 제어속도 결정 — 후드 형식과 오염물질의 발생 조건에 맞는 제어속도를 정한다.

⑥ 소요풍량 계산 — 제어속도에 후드의 형태별 계산식을 적용해 빨아들여야 할 풍량을 구한다. 여기까지가 “얼마나 빨아들일 것인가”이다.

② 반송속도 결정 — 이제 덕트로 넘어간다. 분진이 도중에 가라앉지 않도록 오염물질의 종류에 따른 반송속도를 정한다. 앞서 구한 소요풍량을 이 반송속도로 나누면 덕트의 단면적, 즉 덕트 직경이 나온다.

① 공기정화장치 선정 — 덕트 배치가 정해진 뒤 배출 전에 오염물질을 처리할 집진·흡착 장치를 고른다. 이 장치는 그 자체로 큰 압력손실을 만들어 내므로 반드시 압력손실 계산보다 앞에 와야 한다.

⑤ 총 압력손실 계산 — 후드 유입손실, 덕트의 직관·곡관 손실, 공기정화장치의 손실을 모두 더한다. 계통이 다 정해진 뒤에야 할 수 있는 일이다.

⑦ 송풍기 선정 — 소요풍량과 총 압력손실이라는 두 값이 모두 나와야 비로소 송풍기를 고를 수 있다. 그래서 송풍기 선정은 언제나 마지막이다.

요령은 두 가지다. 첫째, 후드가 처음이고 송풍기가 마지막이라는 양 끝을 먼저 못 박는다. 둘째, 압력손실 계산은 공기정화장치를 고른 뒤라야 한다는 점이다. 이 둘만 지키면 중간 단계가 흔들리지 않는다.

$\text{외부공기}(\%)=\dfrac{C_{\text{재순환}}-C_{\text{급기}}}{C_{\text{재순환}}-C_{\text{외부}}}\times 100=\dfrac{650-450}{650-300}\times 100=\dfrac{200}{350}\times 100$

= 57.14 %

[해설]

급기는 재순환 공기와 외부 공기를 섞은 것이므로, CO₂ 물질수지(가중평균)로 외부 공기 비율을 구한다.

외부공기(%) = (C_재순환 − C_급기) / (C_재순환 − C_외부) × 100
= (650 − 450) / (650 − 300) × 100 = 200 / 350 × 100
= 57.14 %

혼동 주의: 분자를 (450 − 300)으로 잡으면 42.86 %가 나오는데, 이 값은 재순환 공기의 비율이다.

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 호흡기 어디까지 들어가 쌓이는지를 기준으로 입자상 물질을 셋으로 나눈다. 평균입경은 채취효율이 50 %가 되는 공기역학적 직경이다.

• 흡입성 입자상 물질(IPM)은 코나 입으로 들이마셔져 호흡기 어디에 쌓여도 독성을 나타내는 입자로, 평균입경은 100 μm이다.
• 흉곽성 입자상 물질(TPM)은 후두를 지나 기관·기관지까지 들어가는 입자로, 평균입경은 10 μm이다.
• 호흡성 입자상 물질(RPM)은 가스교환 부위인 폐포까지 들어가 진폐증을 일으키는 입자로, 평균입경은 4 μm이다.

외우는 요령: 100 → 10 → 4의 순서를 코 → 기관지 → 폐포의 순서에 맞춰 둔다.

(1) 1차 표준기구 — 기구의 물리적 치수로 공간의 부피를 직접 측정할 수 있는 기구. 정확도 ±1 % 이내

(2) 2차 표준기구 — 부피를 직접 재지 못하고 1차 표준기구에 맞추어 보정한 뒤 사용하는 기구. 정확도 ±5 % 이내

[해설]

작업환경측정 시료채취 유량 보정에 쓰는 표준기구는 부피를 직접 재는지, 간접으로 환산하는지에 따라 1차와 2차로 나뉜다.

• 1차 표준기구 — 기구의 물리적 치수(길이·단면적)로 부피를 직접 재므로 정확도가 ±1 % 이내로 가장 높다.
• 2차 표준기구 — 유속·압력차로 유량을 간접 환산하므로 1차 표준기구에 맞춰 보정한 뒤 쓰며, 정확도는 ±5 % 이내이다.

1차 표준기구의 예는 비누거품미터·폐활량계·가스치환병이고, 2차 표준기구의 예는 로터미터·습식/건식 가스미터·오리피스미터다. 외우는 요령: 직접 재면 1차(±1 %), 1차에 맞춰 쓰면 2차(±5 %)다.

정해진 총 근로시간(주 40시간 내외)만 지키면 출퇴근 시각을 근로자가 스스로 정하도록 하되, 전원이 함께 근무해야 하는 중추시간(core time)만 회사가 정해 두는 제도

[해설]

Flex-Time제(선택적 근로시간제)는 일하는 총 시간은 정해 두고, 언제 일할지는 근로자가 정하는 근무제도다.

• 총 근로시간은 주 40시간 내외의 약정 시간만 채우면 된다.
• 중추시간(core time)은 회의·협업을 위해 전원이 반드시 근무해야 하는 시간대로, 회사가 정한다.
• 선택시간(flexible time)은 중추시간 앞뒤의 구간으로, 근로자가 출퇴근 시각을 스스로 고른다.

통근 혼잡을 피하고 개인의 생체리듬에 맞출 수 있어 피로가 줄어든다. 다만 연속공정·교대작업처럼 여러 사람이 함께 근무해야 하는 작업에는 적용하기 어렵다.

(1) 53.65 min

(2) 8.26 ppm

[해설]

발생이 멈춘 뒤 깨끗한 공기로만 희석하면 농도는 1차 반응식에 따라 지수적으로 줄어든다.
ln(C_t/C₀) = −(Q/V)·t

감소상수(분당)
k = Q/V = (0.5 × 60) / 1,000 = 0.03 /min

10 ppm까지 걸리는 시간
t = −ln(10/50) / 0.03
= 1.6094 / 0.03 = 53.65 min

1시간(60 min) 뒤 농도
C = 50 × e^−0.03×60 = 50 × e^−1.8
= 50 × 0.1653 = 8.26 ppm

혼동 주의: 유입량이 m³/sec로 주어졌으므로 분 단위로 바꾸지 않으면 답이 60배 틀어진다.

12.96 kW

[해설]

송풍기 상사법칙에서 풍량은 회전수에 비례하고 동력은 회전수의 세제곱에 비례하므로, 동력은 풍량비의 세제곱에 비례한다.

kW₂ = kW₁ × (Q₂/Q₁)³
= 7.5 × 1.2³ = 7.5 × 1.728
= 12.96 kW

덕트 단면적·전압·정압은 비율만 쓰는 상사법칙 계산에 쓰이지 않는 조건이며, 풍량을 20 % 늘리면 동력은 약 73 % 늘어난다.

청력보존 프로그램

[해설]

산업안전보건기준에 관한 규칙(소음 및 진동에 의한 건강장해의 예방)에 따라 근로자가 소음작업·강렬한 소음작업·충격소음작업에 종사하면 사업주는 청력보존 프로그램을 수립·시행해야 한다.

청력보존 프로그램은 소음노출 평가, 공학적 대책, 청력보호구 지급·착용, 교육, 정기 청력검사, 기록·관리를 하나로 묶은 종합 계획이다. 소음성 난청은 회복되지 않으므로, 한 번으로 끝나는 조치가 아니라 평가부터 사후관리까지 되풀이해 돌리는 것이 핵심이다.

참고: 소음작업은 1일 8시간 작업 기준 85 dB 이상의 소음이 발생하는 작업이다.

① 전압 : −0.55 mmH₂O

② 정압 : −2.55 mmH₂O

③ 속도압 : 2 mmH₂O

[해설]

피토관은 마노미터에 어느 구멍을 연결했느냐에 따라 읽는 압력이 달라지고, 세 값은 전압 = 정압 + 속도압 관계로 묶인다.

• 전압 — 기류를 정면으로 받는 선단(충격공)만 연결해 읽으며 −0.55 mmH₂O이다.
• 정압 — 관 옆면에 흐름과 직각으로 뚫린 측공만 연결해 읽으며 −2.55 mmH₂O이다.
• 속도압 — 선단과 측공을 U자관 양쪽에 걸어 두 압력의 차를 읽으며 2 mmH₂O이다.

측정점이 송풍기 앞쪽인 흡인측이라 덕트 안이 대기압보다 낮으므로 전압·정압은 음(−)이고, 속도압은 기류가 있는 한 항상 양(+)이다.

세 값을 관계식에 대입하면 그대로 성립한다.
TP = SP + VP
−0.55 = (−2.55) + 2

혼동 주의: 절댓값이 가장 큰 2.55는 전압이 아니라 정압이다.

3개월

[해설]

산업안전보건법 시행규칙 제190조에 따르면 고용노동부장관이 고시한 물질의 측정치가 노출기준을 초과한 경우, 그 유해인자는 측정일부터 3개월에 1회 이상 측정해야 한다.

벤젠은 백혈병을 일으키는 발암성 물질로 이 고시 물질에 해당하므로, 노출기준을 조금이라도 넘으면 바로 3개월 주기가 적용된다. 개선조치 뒤 농도가 실제로 내려갔는지를 빨리 확인하려는 취지다.

혼동 주의: 고시 물질이 아닌 화학적 인자는 노출기준을 2배 이상 초과해야 3개월 주기가 적용된다. 평상시 측정 주기는 반기 1회 이상이다.

7.00 kW

[해설]

송풍기 소요동력은 풍량 × 전압 ÷ (6,120 × 효율)로 구하며, 풍량이 m³/min일 때 상수 6,120을 쓴다.

kW = Q × ΔP / (6,120 × η)
= 200 × 150 / (6,120 × 0.7)
= 30,000 / 4,284 = 7.00 kW

혼동 주의: 풍량을 m³/s로 넣으면 상수는 102이다. 여유율은 주어지지 않았으므로 곱하지 않는다.

(1) 정지한 공기를 어떤 속도까지 가속하는 데 필요한 압력. 흐르는 공기가 흐름 방향으로 갖는 운동에너지에 해당하며, 흐름 방향으로만 작용하고 항상 양(+)이다.

(2) $VP=\dfrac{\gamma V^{2}}{2g}$ (속도로 정리하면 $V=4.043\sqrt{VP}$)

[해설]

속도압(동압, VP)은 정지한 공기를 그 속도까지 가속하는 데 필요한 압력으로, 흐르는 공기가 가진 운동에너지를 압력 단위로 나타낸 값이다.

정압은 사방으로 고르게 작용하지만 속도압은 흐름 방향으로만 작용하고, 속도의 제곱에 비례하므로 송풍기 흡입 쪽에서도 항상 양(+)이다.

VP = γV²/2g (γ 공기 비중량 kg_f/m³, V 공기속도 m/s, g 중력가속도 9.8 m/s²)
표준공기 γ = 1.2를 넣고 V에 대해 풀면
V = 4.043√VP

혼동 주의 — 계수 4.043은 표준상태(21 ℃, 1기압) 공기를 전제로 한 값이라, 고온 배기처럼 밀도가 다르면 원래 식으로 계산한다.

2.94 mg/m³

[해설]

여과채취법의 분진농도는 채취 전후 여과지 무게 차 ÷ 채취 공기량이다.

C = (22.5 − 20.0) mg / 0.85 m³
= 2.5 / 0.85 = 2.94 mg/m³

혼동 주의: 필터 무게 5 mg은 채취 전후 무게에 똑같이 들어 있어 상쇄되므로 계산에 쓰지 않는다. 850 L는 반드시 0.85 m³로 바꿔 넣는다.

(1) 미생물이나 생물 자체, 또는 거기서 나온 파편·대사산물·독소 등 생물에서 유래한 물질이 고체 입자나 액적의 형태로 공기 중에 떠 있는 것

(2) ① 세균(박테리아)
② 바이러스
③ 곰팡이

[해설]

바이오에어로졸은 생물에서 유래한 물질이 고체 입자나 액적의 형태로 공기 중에 떠 있는 것이다. 살아 있는 미생물뿐 아니라 죽은 균체·파편·대사산물·독소까지 포함한다.

• 세균(박테리아)은 레지오넬라균처럼 냉각탑·가습기에서 불어나 호흡기 감염을 일으킨다.
• 바이러스는 숙주 세포 안에서만 증식하며 비말·에어로졸로 퍼진다.
• 곰팡이는 습한 곳에서 포자를 날려 알레르기나 과민성 폐렴을 일으킨다.

살아 있으면 스스로 증식하므로, 관리는 환기량을 늘리는 것보다 습도 관리와 오염원 제거가 중심이다.

11.51 m³/min

[해설]

인화성 증기의 폭발방지 환기량은 발생 증기를 폭발하한계(LEL)의 1/안전계수 이하로 희석하는 공기량이며, 고온이면 온도보정상수 B로 나눈다.
Q = G × C / (LEL × B)

증기 발생량(25 ℃, 1기압, 몰부피 24.45 m³/kmol)
G = 1.5 L/hr × 0.88 kg/L × 24.45 / 106 ÷ 60
= 5.075 × 10⁻³ m³/min

폭발방지 환기량
Q = 5.075 × 10⁻³ × 10 / (0.01 × 0.7)
= 7.249 m³/min

건조로 온도(200 ℃) 보정
Q = 7.249 × (273 + 200) / (273 + 25)
= 11.51 m³/min

혼동 주의: 희석 목표는 하한계 1 %뿐이므로 상한 7 %는 계산에 쓰지 않는다.

$7{,}500\ \mathrm{ppm}=0.0075,\qquad 1-0.0075=0.9925$

$S=(5.7\times 0.0075)+(1.0\times 0.9925)=0.04275+0.9925=$$1.0353$

[해설]

혼합기체의 유효비중은 각 성분의 비중을 부피분율로 가중평균해 구한다.

7,500 ppm = 7,500 × 10^-6 = 0.0075, 공기 분율 = 1 − 0.0075 = 0.9925
S = (5.7 × 0.0075) + (1.0 × 0.9925)
= 0.04275 + 0.9925 = 1.0353

혼동 주의: 공기 분율을 0.9925로 줄이지 않고 1로 두면 1.0428이 나와 틀린다.

비중 5.7인 물질도 부피로 0.75 %만 섞이면 혼합기체의 비중은 1에 가까워서, 실제로는 가라앉는 효과보다 기류에 섞이는 효과가 더 크다.

① 정압(SP) — 덕트 벽면에 수직으로, 흐름 방향과 관계없이 모든 방향에 같은 크기로 작용하는 압력

② 속도압(동압, VP) — 기류의 흐름 방향으로만 작용하는 압력으로, 정지한 공기를 그 속도까지 가속하는 데 필요한 압력(항상 +)

③ 전압(TP) — 정압과 속도압을 합한 압력(TP = SP + VP)

[해설]

덕트 내 기류의 압력은 에너지 보존(베르누이 원리)에 따라, 가만히 누르는 정압과 흐름에서 생기는 속도압, 그리고 둘의 합인 전압으로 나뉜다.

• 정압(SP) — 흐름 방향과 관계없이 모든 방향에 같은 크기로 작용하며, 덕트 벽면에 수직으로 누르는 압력이다.
• 속도압(동압, VP) — 흐름 방향으로만 작용하고 정지한 공기를 그 속도까지 가속하는 데 필요한 압력이어서 항상 양(+)이다.
• 전압(TP) — 정압과 속도압을 합한 값으로 TP = SP + VP이다.

혼동 주의: 정압은 송풍기 흡입측에서 음(−), 배출측에서 양(+)이 되지만 속도압은 언제나 양이다.