2017년 산업위생관리기사실기(필답형) 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

4,250 m³/hr

[해설]

발열 작업장의 전체환기량은 Q = H_s ÷ (0.3 × Δt)로 구한다. 여기서 0.3은 공기 1 m³가 1 ℃ 데워질 때 실어 내는 열량(kcal)이다.

Δt = 35 − 15 = 20 ℃
Q = 25,500 ÷ (0.3 × 20)
= 4,250 m³/hr

0.3은 공기의 비열 0.24 kcal/kg·℃ × 밀도 1.2 kg/m³ ≒ 0.288을 반올림한 값이다.

① 유해물질의 발생형태

② 유해물질의 비중

③ 유해물질의 입자 크기(입경)

④ 유해물질의 수분 함량

[해설]

반송속도는 덕트 안의 분진이 도중에 가라앉지 않고 끝까지 실려 가도록 유지해야 하는 최소 유속이다. 따라서 옮길 물질이 얼마나 잘 가라앉고 잘 달라붙는지를 보고 정한다.

• 발생형태 — 가스·증기·흄은 낮은 속도로도 충분하지만, 연삭분진처럼 무거운 입자는 높은 속도가 필요하다.
• 비중 — 무거운 입자일수록 빨리 가라앉으므로 더 높은 속도가 필요하다.
• 입자 크기(입경) — 입자가 클수록 침강속도가 커지므로 더 높은 속도가 필요하다.
• 수분 함량 — 젖은 분진은 서로 뭉치고 벽에 들러붙어 쌓이기 쉬우므로 속도를 높게 잡는다.

혼동 주의: 덕트의 마찰손실이나 합류·확대·축소는 압력손실을 계산하는 요소일 뿐, 반송속도를 정하는 인자는 아니다.

3.01 dB

[해설]

흡음 대책에 따른 소음저감량은 NR = 10 log(A₂/A₁)이며, 대책 전후 총흡음량의 비로 정해진다.

A₂ = 2,500 + 2,500 = 5,000 sabin
NR = 10 log(5,000/2,500) = 10 log 2
= 3.01 dB

흡음량을 두 배로 늘려도 3 dB밖에 줄지 않는다는 점을 기억해 두자. 그래서 흡음만으로는 보통 5~10 dB 정도가 한계다.

64.02 m³

[해설]

온도와 압력이 함께 바뀌므로 보일–샤를의 법칙을 쓴다.

$\dfrac{P_1V_1}{T_1}=\dfrac{P_2V_2}{T_2}\quad\Rightarrow\quad V_2=V_1\times\dfrac{P_1}{P_2}\times\dfrac{T_2}{T_1}$

가장 흔한 실수는 섭씨온도를 그대로 대입하는 것이다. 온도는 반드시 절대온도(K)로 바꾼다.

$T_1=150+273=423\ \mathrm{K}\ ,\quad T_2=21+273=294\ \mathrm{K}$

압력은 양쪽 모두 mmHg로 통일되어 있으므로 그대로 비로 쓰면 된다.

$V_2=100\times\dfrac{700}{760}\times\dfrac{294}{423}=100\times0.9211\times0.6950=64.02\ \mathrm{m^3}$

따라서 변화 후의 부피는 64.02 m³이다.

결과를 정성적으로 검토해 보면 방향이 맞는지 바로 확인된다. 압력이 700에서 760 mmHg로 높아졌으니 부피는 줄어들고, 온도가 150 ℃에서 21 ℃로 내려갔으니 부피는 또 줄어든다. 두 변화가 모두 부피를 줄이는 쪽이므로 100 m³보다 훨씬 작은 값이 나오는 것이 정상이다.

근로자가 1일 작업시간 동안 잠시라도 노출되어서는 안 되는 최고 허용농도

[해설]

TLV-C의 C는 Ceiling(천장)으로, 작업 중 어느 순간에도 넘어서는 안 되는 최고 허용농도를 뜻한다.

평균을 내는 개념이 없어서 순간적으로라도 넘으면 위반이 되며, 짧게 노출돼도 급성 피해를 주는 자극성 가스 같은 물질에 적용한다.

혼동 주의: TWA는 1일 8시간 평균, STEL은 15분 평균에 대한 기준이다.

17.37 ppm

[해설]

공기 중 농도는 채취된 질량 ÷ 채취 공기량으로 구한다. 그다음 25 ℃·1기압의 몰부피 24.45 L와 벤젠(C₆H₆)의 분자량 78로 ppm 환산한다.

평균유량 = 50 cc ÷ [(16.5 + 16.9)/2] sec × 60 = 179.64 cc/min = 0.17964 L/min
채취공기량 = 0.17964 × 210 min(3시간 30분) = 37.72 L = 0.03772 m³
벤젠 질량 = (2.0 + 0.1) − 0.01 = 2.09 mg
농도 = 2.09 ÷ 0.03772 = 55.40 mg/m³
ppm = 55.40 × 24.45 ÷ 78 = 17.37 ppm

유량은 채취 전후 값의 평균을 쓰고, 채취량은 앞층과 뒷층을 합한 뒤 공시료 값을 뺀다. 뒷층 검출량이 앞층의 10% 이하이므로 파과가 일어나지 않은 유효한 시료다.

273.00 m³/min

[해설]

유기용제가 증발하는 작업장의 필요환기량은 Q = (발생 증기량 ÷ TLV) × K로 구한다.

사용량 = 4 L/hr × 0.805 kg/L = 3,220 g/hr
몰부피(25 ℃) = 22.4 × 298/273 = 24.451 L
증기량 = 3,220 ÷ 72.1 × 24.451 = 1,091.99 L/hr = 1,091,990 mL/hr
Q = 1,091,990 ÷ 200 × 3 = 16,379.85 m³/hr
= 16,379.85 ÷ 60 = 273.00 m³/min

1 ppm = 1 mL/m³이므로 mL/hr를 ppm으로 나누면 곧바로 m³/hr가 된다. 혼동 주의: 작업장 부피 1,000 m³는 필요환기량 계산에 쓰지 않는 잉여 조건이다.

(1) PEL

(2) TLV

(3) REL

[해설]

노출기준의 이름은 그 기준을 정한 기관의 성격(행정기관·전문가 단체·연구기관)에 따라 다르다.

• PEL — 행정기관인 OSHA(미국 산업안전보건청)가 정하는 허용노출기준으로, 법적 강제력이 있다.
• TLV — 전문가 단체인 ACGIH(미국산업위생전문가협의회)가 정하는 허용농도로, 법적 구속력은 없지만 매년 개정되어 우리나라 기준의 바탕이 된다.
• REL — 연구기관인 NIOSH(미국 국립산업안전보건연구원)가 정하는 권고노출기준으로, 연구 결과를 바탕으로 OSHA에 건의한다.

혼동 주의: AIHA(미국산업위생학회)의 기준은 WEEL이다. 즉시 생명·건강에 위험한 농도인 IDLH는 NIOSH가 제시한다.

57.75 m³/min

[해설]

플랜지가 붙고 작업대 위에 고정한 외부식 후드는 Q = 60 × 0.5 × V_c(10X² + A)를 쓴다.

플랜지와 작업대가 뒤쪽과 아래쪽에서 헛되이 들어오는 기류를 막아 자유공간 식의 절반이 된다.

10X² + A = 10 × 0.7² + 0.6 = 5.5 m²
Q = 60 × 0.5 × 0.35 × 5.5 = 57.75 m³/min

혼동 주의: 자유공간에 플랜지만 붙이면 계수 0.75를 곱하고 플랜지 없이 작업면에만 놓으면 Q = V_c(5X² + A) 식을 쓴다.

10.01 m/sec

[해설]

레이놀즈수 식 Re = VD/ν 를 유속 V에 대해 푼다. 이 문항의 핵심은 모든 값을 m 단위로 맞추는 것이다.

V = Re × ν ÷ D
= 4.0×10⁴ × 1.501×10⁻⁵ m²/sec ÷ 0.06 m
= 10.01 m/sec

혼동 주의: 1 cm² = 10⁻⁴ m²이므로 0.1501 cm²/sec는 1.501×10⁻⁵ m²/sec이고, 직경 60 mm는 0.06 m다.

③ 앞층에 채취된 양의 1/10 이상이 뒷층에서 검출되면 파과가 일어난 것으로 본다

④ 파과가 일어나면 오염물질이 과소평가되므로 시료채취가 제대로 이루어지지 않은 것이다

⑤ 습도가 높으면 극성 흡착제에서도 파과가 일어나므로 비극성·극성 흡착제 모두 파과와 관계가 있다

[해설]

파과란 흡착관에 들어온 오염물질의 양이 흡착제가 붙잡을 수 있는 한계를 넘어, 더 이상 잡히지 않고 관을 그대로 통과해 빠져나가는 현상이다. 빠져나간 만큼은 분석되지 않으므로 실제 농도보다 낮게 측정되고, 그 시료는 폐기해야 한다.

옳은 항목부터 확인해 두자. ①은 맞다. 작업환경측정에 쓰는 표준적인 활성탄관은 앞층 100 mg, 뒷층 50 mg의 2단 구조다. ②도 맞다. 층을 나누어 두면 앞층을 통과한 물질이 뒷층에 잡히므로, 뒷층을 분석해 파과 여부를 판정할 수 있고 결과적으로 과소평가를 막을 수 있다.

③이 틀린 이유 — 판정 기준은 5/10이 아니라 1/10이다. 뒷층에서 검출된 양이 앞층의 10 %를 넘으면 파과가 일어난 것으로 보고 그 시료는 신뢰할 수 없다고 판단한다. 절반이 넘어갈 때까지 기다린다면 이미 관 밖으로 상당량이 빠져나간 뒤이므로 기준으로서 의미가 없다.

④가 틀린 이유 — 정반대다. 파과는 채취에 실패했다는 신호다. 앞의 설명대로 농도가 과소평가되므로, 파과가 확인되면 채취유량이나 채취시간을 줄이거나 흡착제 양을 늘려 다시 채취해야 한다.

⑤가 틀린 이유 — 파과는 흡착제의 극성과 무관하게 모든 흡착제에서 일어날 수 있다. 다만 습도의 영향을 받는 방식이 다르다. 활성탄 같은 비극성 흡착제도 습도가 높으면 수분이 흡착 자리를 두고 경쟁해 파과가 빨라지고, 실리카겔·알루미나처럼 극성 흡착제는 물 분자에 대한 친화력이 워낙 커서 습도의 영향을 더 크게 받는다. 따라서 극성 흡착제라고 파과와 무관하다는 서술은 성립하지 않는다.

파과를 촉진하는 조건을 함께 정리해 두면 응용문제에 대응하기 쉽다. 오염물질의 농도가 높을수록, 채취유량이 클수록, 채취시간이 길수록, 온도가 높을수록, 습도가 높을수록, 흡착제의 양이 적을수록, 그리고 혼합물이어서 경쟁흡착이 일어날수록 파과가 잘 일어난다.

2 회/hr

[해설]

먼저 CO₂를 허용농도 이하로 유지하는 데 필요한 필요환기량을 구한다. 이 값을 실내 체적으로 나누면 시간당 공기교환횟수가 된다.

발생량 M = 30명 × 40 L/hr = 1,200 L/hr = 1.2 m³/hr
Q = M ÷ (C − C_o) = 1.2 ÷ [(700 − 400)×10⁻⁶] = 4,000 m³/hr
ACH = Q ÷ V = 4,000 ÷ 2,000 = 2 회/hr

혼동 주의: 들어오는 외기에도 CO₂가 400 ppm 들어 있다. 그래서 허용농도에서 외기 농도를 뺀 값으로 나눠야 한다.

① 전압 : −10 mmH₂O

② 정압 : −20 mmH₂O

③ 속도압 : 10 mmH₂O

[해설]

피토관을 어느 구멍에 연결했는지와 전압 = 정압 + 속도압 관계로 세 압력을 가린다.

• 전압 — 선단(기류를 정면으로 받는 충격공)만 연결해 읽으며 −10 mmH₂O이다.
• 정압 — 관 옆면의 측공만 연결해 흐름 방향 성분 없이 읽으며 −20 mmH₂O이다.
• 속도압 — 선단과 측공을 U자관 양쪽에 걸어 두 압력의 차를 읽으며 10 mmH₂O이다.

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

TP = SP + VP
−10 = (−20) + 10

혼동 주의: 송풍기 토출측에서 재면 전압·정압이 모두 양(+)으로 바뀐다.

(1) 마노미터 — U자관에 담은 액체가 양쪽에 걸린 압력차만큼 밀려 올라가므로, 그 액주의 높이차로 압력을 읽는다

피토관 — 기류를 정면으로 받는 선단으로 전압을, 흐름과 직각인 측공으로 정압을 잡아 두 압력을 마노미터에 걸어 준다

(2) 전압에서 정압을 뺀 값이 속도압이며, 속도압으로부터 $V=4.043\sqrt{VP}$ 로 유속을 구한다

[해설]

마노미터는 ΔP = γ·h로 액주 높이차를 압력차로 바꾸고, 덕트 안의 압력은 전압 = 정압 + 속도압의 관계로 묶인다.

• 마노미터 — U자관 양 끝에 서로 다른 압력이 걸리면 액면이 높이차 h만큼 벌어지며, 이 값을 읽어 압력차를 구한다(물을 넣으면 바로 mmH₂O).
• 피토관 — 기류를 정면으로 마주 보는 선단은 흐름이 멈추면서 전압을, 흐름과 직각인 측공은 정압을 받으며, 두 관을 마노미터 양쪽에 연결한다.
• 속도압과 유속 — 마노미터가 읽는 차이(전압 − 정압)가 속도압이고, V = 4.043√VP로 유속(m/sec)을 구한다.

4.043은 √(2g/γ) = √(2 × 9.8 ÷ 1.2)에서 나온 값이며, 속도압은 mmH₂O 단위로 넣는다. 그림에는 덕트 속 피토관, 선단과 측공에서 나온 두 도관, 이 도관에 연결된 U자관과 높이차 h를 표시한다.

43.32 min

[해설]

오염 발생이 멈춘 뒤 환기만으로 농도가 떨어지는 과정은 지수함수적 감소식을 따른다.

t = (V / Q′) × ln(C₁ / C₂)
Q′ = 1.2 m³/sec × 60 = 72 m³/min
t = (1,500 / 72) × ln(200 / 25) = 20.833 × 2.0794
t = 43.32 min

식에는 농도의 비만 들어가므로 ppm은 단위를 바꾸지 않고 그대로 넣는다. 혼동 주의: 유효환기량을 분당 값으로 바꾸지 않으면 답이 초 단위로 나온다.

84.08 dB

[해설]

음압수준(SPL)은 측정 음압을 기준음압 2×10^-5 N/m²(20 μPa)와 견준 로그값이다. 음압은 진폭 계열의 양이라 계수 20을 쓴다.

1 μbar = 10^-6×10⁵ N/m² = 0.1 N/m²이므로 P = 3.2×0.1 = 0.32 N/m²
SPL = 20 log(P/P₀)
= 20 log(0.32 / 2×10^-5) = 20 log 16,000
= 84.08 dB

혼동 주의: 음의 세기·음향출력처럼 에너지 계열의 양은 계수 10을 쓴다.

보충용 공기(make-up air)

[해설]

국소배기장치나 전체환기장치로 빠져나간 양만큼 바깥 공기를 다시 넣어 주는 공기를 보충용 공기(make-up air)라 한다.

보충이 부족하면 작업장이 음압이 되어 후드 풍량과 제어속도가 떨어지고, 틈새바람이 후드 앞의 제어기류를 흐트러뜨린다.

그래서 보충용 공기는 배기량을 약간 웃돌게 공급해 작업장을 약한 양압으로 유지한다.

혼동 주의: 배기를 정화해 작업장에 되돌려 넣는 재순환(recirculation)과는 다른 개념이다.