2017년 산업위생관리기사실기(필답형) 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

(1) 0.88

(2) 노출지수가 1보다 작으므로 노출기준을 초과하지 않는다.

[해설]

여러 소음수준에 나누어 노출되면 노출지수(EI)는 수준별 실제 노출시간을 그 수준의 허용노출시간으로 나눈 값의 합이다. 90 dB(A) 미만 구간은 계산에 넣지 않는다.

EI = C₁/T₁ + C₂/T₂
= 2/4 + 3/8 = 0.5 + 0.375
= 0.875 ≒ 0.88

노출지수가 1을 넘으면 노출기준 초과로 보는데, 0.88은 1 미만이므로 초과하지 않는다.

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 안 공기의 에너지는 누르는 몫인 정압과 움직이는 몫인 속도압으로 나뉘고, 둘의 합이 전압이다.

• 정압(SP) — 덕트 벽면에 수직으로, 흐름 방향과 관계없이 모든 방향에 같은 크기로 작용하는 압력이다.
• 속도압(동압, VP) — 흐름 방향으로만 작용하며, 정지한 공기를 그 속도까지 가속하는 데 필요한 압력이라 항상 양(+)이다.
• 전압(TP) — TP = SP + VP로, 공기가 가진 에너지의 총량이다.

정압은 벽면에 직각으로 뚫은 측공으로 재며, 송풍기 흡입측에서는 음(−), 배출측에서는 양(+)이 된다.

대상 먼지와 침강속도가 같으면서 밀도가 1 g/cm³인 구형 입자로 환산했을 때 그 구의 직경

[해설]

공기역학적 직경은 모양과 밀도가 제각각인 입자를 침강속도 하나로 묶어 나타낸 가상직경이다.

대상 먼지와 같은 속도로 가라앉는 밀도 1 g/cm³의 구를 가정하고 그 구의 지름을 쓴다.

그래서 밀도가 큰 입자는 실제 크기보다 크게 나오고 가벼운 입자는 작게 나온다.

호흡기 침착과 채취기의 입자 분리가 침강과 관성으로 정해지므로 흡입성·흉곽성·호흡성 분진 기준이 이 직경을 쓴다.

혼동 주의: 스토크스 직경은 밀도를 1로 고정하지 않고 대상 입자와 밀도가 같은 구로 환산한다.

① 체온조절 기전의 항진

② 열 방산(방열) 능력의 증가

③ 체내 열 생산량 감소

④ 더위에 대한 내성 증가

[해설]

고온순화는 고온에 되풀이해 노출되면서 몸이 더위를 견딜 수 있도록 생리적으로 적응하는 과정이다.

• 체온조절 기전의 항진 — 체온조절중추가 민감해져 땀이 더 일찍, 더 많이 나온다.
• 열 방산 능력의 증가 — 피부혈관이 확장되고 발한이 늘어 몸 밖으로 내보내는 열이 많아진다.
• 체내 열 생산량 감소 — 같은 작업을 해도 대사로 생기는 열이 줄어든다.
• 더위에 대한 내성 증가 — 위 변화가 쌓여 고온작업을 견디는 한계가 높아진다.

순화는 고온환경을 떠나 있으면 사라지므로, 휴가 뒤 복귀한 근로자는 순화되지 않은 상태로 보고 관리한다.

(1) $Q=V_c(10X^{2}+A)=0.5\times(10\times1^{2}+0.5)=5.25\ \mathrm{m^3/sec}\times60$ → 315 m³/min

(2) $Q=0.75\,V_c(10X^{2}+A)=0.75\times315$ → 236.25 m³/min

[해설]

자유공간에 있는 플랜지 없는 외부식 후드의 필요환기량은 Dalla Valle 식 Q = V_c(10X²+A)로 구한다. 플랜지를 달면 뒤쪽에서 헛되이 빨려 드는 공기가 막혀 풍량이 약 25 % 줄므로 0.75를 곱한다.

플랜지가 없을 때
Q = 0.5×(10×1²+0.5) = 5.25 m³/sec
5.25×60 = 315 m³/min

플랜지가 있을 때
Q = 0.75×315 = 236.25 m³/min

혼동 주의: 작업대나 바닥에 붙은 플랜지 부착 후드는 계수 0.5를 쓴다. 식은 초당 값을 주므로 60을 곱하는 것을 잊지 않는다.

(1) 6.1 m²·sabin

(2) 4.05 dB

[해설]

총 흡음력은 각 면의 면적 × 흡음률을 모두 더한 값이다.

천장·바닥 = 5 × 3 = 15 m², 벽면 = 2 × (5 × 2) + 2 × (3 × 2) = 32 m²
A₁ = 15 × 0.1 + 32 × 0.05 + 15 × 0.2 = 1.5 + 1.6 + 3.0
A₁ = 6.1 m²·sabin

소음저감량은 대책 전과 후의 흡음력 비로 구한다.
NR = 10 log(A₂ / A₁)
A₂ = 15 × 0.3 + 32 × 0.25 + 15 × 0.2 = 4.5 + 8.0 + 3.0 = 15.5
NR = 10 log(15.5 / 6.1)
NR = 4.05 dB

혼동 주의: 흡음률은 단위가 없지만, 흡음력은 면적이 곱해지므로 단위가 m²·sabin이다.

파과현상

[해설]

파과(breakthrough)는 흡착제가 포화되어 유해물질을 더 붙잡지 못하고 그대로 통과시키는 현상이다.

공기가 앞층(주 채취층)부터 지나므로 앞층이 먼저 포화되고, 뒤층까지 차면 오염물질이 흡착관 밖으로 빠져나간다.

파과가 일어나면 농도가 실제에 못 미치게 측정되어 노출을 과소평가하게 된다. 그래서 뒤층을 두어 확인하며, 뒤층 검출량이 앞층의 10 % 이상이면 파과로 본다.

혼동 주의: 농도·습도·온도가 높을수록, 채취유량이 크고 채취시간이 길수록 파과가 빨리 일어난다.

(1) 1.05

(2) 유효비중이 1.05로 공기와 거의 같아 증기가 바닥으로 가라앉지 않고 작업장 공기와 섞여 떠다니므로, 근로자의 호흡영역이 있는 개구면 위쪽에서 포집해야 한다.

[해설]

유효비중은 증기와 공기가 섞인 혼합공기 전체의 비중으로, 성분별 비중에 부피분율을 곱해 더한다.

10,000 ppm = 0.01(1 %)
유효비중 = 5.7 × 0.01 + 1 × 0.99 = 0.057 + 0.99
유효비중 = 1.047 ≒ 1.05

증기 자체는 무거워도 전체 부피의 1 %뿐이어서, 혼합공기는 공기와 거의 같은 무게로 작업장 공기와 섞여 떠다닌다.

그래서 후드는 바닥이 아니라 개구면 위쪽에 두어, 증기가 호흡영역으로 퍼지기 전에 포집해야 한다.

① 카타온도계

② 열선풍속계

[해설]

기류가 가열된 물체에서 빼앗는 열은 풍속이 클수록 커지므로, 이 냉각 정도를 재서 풍속을 거꾸로 구한다.

• 카타온도계 — 알코올 기둥이 100 ℉에서 95 ℉로 식는 시간을 재며, 미세하고 방향이 불규칙한 실내 기류에 적합하다.
• 열선풍속계 — 가열된 금속선이 기류에 식으면서 전기저항이 변하는 것을 이용하며, 응답이 빨라 후드 제어풍속 측정에 쓴다.

혼동 주의: 회전날개형 풍속계는 날개 회전수로, 피토관은 동압으로 풍속을 재므로 냉각 원리가 아니다.

3.81 m/sec

[해설]

1/7승 속도분포에서는 벽에서 유속이 0이고 중심에서 가장 빠르므로 평균속도는 중심속도보다 작다.

문제에서 준 조건대로 중심속도에 0.762를 곱한다.
V = V_c × (R / R₀)
V = 5 × 0.762
V = 3.81 m/sec

레이놀즈수 50,000 이하라는 단서는 이 속도분포식이 성립하는 범위를 알려 줄 뿐, 계산에는 쓰이지 않는다.

① 원심력 송풍기

② 축류 송풍기

[해설]

송풍기는 회전차 안에서 공기가 흐르는 방향에 따라 두 가지로 나뉜다.

• 원심력 송풍기 — 축 방향으로 들어온 공기가 원심력을 받아 축과 직각 방향으로 나가며, 정압이 높아 국소배기장치에 주로 쓴다.
• 축류 송풍기 — 공기가 축과 나란한 방향으로 들어와 그대로 빠져나가며, 정압이 낮아 전체환기용 벽면 배기팬에 쓴다.

원심력 송풍기는 날개 모양에 따라 다익형·평판형·터보형으로 다시 나뉘며, 이 가운데 터보형의 효율이 가장 높다.

(1) 가스교환이 일어나는 폐포까지 도달해 침착함으로써 건강장해를 일으킬 수 있는 분진으로, ACGIH 기준 입경 0~10 µm(50 %가 통과하는 평균입경 4 µm) 범위의 분진

(2) 폐포에 도달하는 분진에 근로자가 어느 정도 노출되는지를 파악해 진폐증 등 건강장해 위험을 평가하기 위함

[해설]

ACGIH는 입자가 호흡기 어디까지 들어가는지에 따라 분진을 흡입성·흉곽성·호흡성으로 나눈다.

호흡성 분진은 가스교환이 일어나는 폐포까지 들어가 쌓이는 분진이며, 입경 범위는 0~10 µm이다. 평균입경 4 µm는 채취기에서 그 크기의 입자가 50 % 통과한다는 뜻의 50 % 절단직경이다.

측정목적은 총분진 농도만으로는 알 수 없는, 폐포까지 도달하는 분진의 노출수준을 따로 파악해 진폐증 등 건강장해 위험을 평가하는 데 있다. 혼동 주의: 평균입경은 흉곽성 분진이 10 µm, 흡입성 분진이 100 µm이다.

80 %

[해설]

직렬로 연결한 집진장치는 앞 장치를 통과한 분진만 뒤 장치로 들어가므로, 효율을 더하지 않고 통과율끼리 곱한다.

1 − η_T = (1 − η₁)(1 − η₂)
1 − 0.99 = (1 − η₁)(1 − 0.95)
1 − η₁ = 0.01 / 0.05 = 0.2
η₁ = 0.8 → 80 %

먼지 100이 들어오면 첫 장치가 80을 잡아 20이 남고, 둘째 장치가 그 95 %인 19를 잡는다. 결국 1만 빠져나가므로 전체 효율은 99 %가 된다.

① 공기정화장치 내부에 분진이 쌓여 여과재가 막힘

② 덕트 내부에 분진이 퇴적되어 유효 단면적이 줄어듦

③ 후드나 덕트의 댐퍼가 닫혀 유로가 좁아짐

[해설]

송풍기 정압은 계통 전체의 압력손실(저항)과 균형을 이루므로, 정압이 올랐다는 것은 공기가 지나는 길의 저항이 커졌다는 뜻이다. 분진 작업장에서 2년에 걸쳐 서서히 올랐다면 주원인은 분진 퇴적이다.

• 공기정화장치 막힘 — 여과포에 분진층이 두꺼워지면 통과 저항이 급격히 커지며, 계통에서 손실이 가장 큰 부분이라 정압 상승에 미치는 영향도 가장 크다.
• 덕트 내 분진 퇴적 — 반송속도가 부족하면 덕트 바닥에 분진이 쌓여 단면적이 줄고, 같은 풍량을 보내는 데 더 큰 압력이 필요해진다.
• 댐퍼 닫힘 — 유량조절 댐퍼가 닫혀 유로가 좁아지면 그 자체가 저항이 된다.

혼동 주의: 덕트 파손·접속부 이완처럼 바깥 공기가 새어 들면 저항이 줄어 정압은 오히려 낮아진다.

12.21 mg/kg

[해설]

하루 폭로량은 체내흡수량 = 농도 × 흡입공기량 × 폐흡수율을 체중으로 나눈 값이다. 25 ℃·1기압의 몰부피 24.45 L로 ppm을 mg/m³로 먼저 바꾼다.

C = 20 × 165.8 / 24.45 = 135.62 mg/m³
흡입공기량 = (2 × 1.5) + (6 × 0.9) = 8.4 m³
흡수량 = 135.62 × 8.4 × 0.75 = 854.41 mg
폭로량 = 854.41 / 70 = 12.21 mg/kg

혼동 주의: TWA 25 ppm은 이 계산에 쓰지 않는다. 총 흡수량 854.41 mg에서 멈추지 말고 체중으로 나눠야 한다.

① 석면

② 유리섬유

③ 담배연기

[해설]

폐포대식세포는 섬모가 없는 폐포까지 들어온 입자를 탐식해 처리하는 호흡기 방어기전의 마지막 단계다. 이 세포가 손상되면 분진이 제거되지 못해 섬유화·감염에 취약해진다.

• 석면 — 가늘고 긴 섬유라 대식세포가 다 삼키지 못하고 세포막이 터져 주변 조직이 손상된다.
• 유리섬유 — 석면과 같은 섬유상 물질이라 같은 방식으로 대식세포를 파괴한다.
• 담배연기 — 대식세포의 탐식·살균 능력 자체를 떨어뜨린다.

외우는 요령: 섬유상 물질(석면·유리섬유)은 세포를 물리적으로 터뜨리고, 담배연기는 세포 기능을 떨어뜨린다는 두 갈래로 묶는다.

353.55 ~ 707.11 Hz

[해설]

옥타브밴드의 중심주파수는 하한·상한주파수의 기하평균이다. 1/1 옥타브는 상한 = 2 × 하한이다.

f_c = √(f_L × 2f_L) = √2 f_L
f_L = 500 / √2 = 353.55 Hz
f_U = 2 × 353.55 = 707.11 Hz
주파수 범위 = 353.55 ~ 707.11 Hz

혼동 주의: 1/3 옥타브밴드는 f_L = f_c / 2^1/6, f_U = 2^1/6 f_c로 구한다.

(1) 28.28 cm

(2) 25 % 감소

[해설]

플랜지 최소 폭은 후드 개구면적의 제곱근으로 잡으며, 연결 덕트의 직경 20 cm는 쓰이지 않는다.

W = √A = √(40 × 20) = √800
= 28.28 cm

플랜지가 후드 뒤쪽에서 빨려 드는 쓸모없는 기류를 막아 필요송풍량 식에 계수 0.75가 붙으므로, 송풍량이 25 % 감소한다.
Q = 0.75 V_c(10X² + A)

혼동 주의: 플랜지 후드를 작업대·바닥에 붙여 설치하면 계수가 0.5가 되어 약 50 %까지 줄어든다.

① 슬로트형 후드 — 도금조·산세척조 등 개구면이 좁고 긴 개방조 작업

② 그리드형 후드 — 분무도장 작업

③ 푸시-풀형 후드 — 폭이 넓은 도금조·표면처리조 작업

[해설]

외부식 후드는 발생원을 감싸지 못하고 떨어진 곳에서 흡인력으로 오염물질을 끌어당기는 형식이다.

• 슬로트형 후드 — 폭/길이 비가 0.2 이하인 가늘고 긴 개구부라서 도금조·산세척조처럼 길쭉한 개방조의 가장자리에 붙인다.
• 그리드형 후드 — 격자 모양 개구면으로 넓은 면을 고르게 흡인하므로 분무도장처럼 면 전체에서 오염물질이 나는 작업에 쓴다.
• 푸시-풀형 후드 — 한쪽에서 불어 주고(push) 반대쪽에서 빨아들여(pull) 폭이 넓은 도금조·표면처리조를 제어한다.

혼동 주의: 외부식은 같은 제어속도를 얻는 데 배기량이 가장 크고 외부 기류의 영향도 많이 받는다. 푸시-풀형은 밀어 주는 기류가 오염물질을 실어 나르므로 배기량을 줄일 수 있다.