School Work">
4 Ambiente Termico
4 Ambiente Termico
4 Ambiente Termico
4 Ambiente trmico
4 Ambiente trmico
Microclima laboral
El ser humano controla su balance trmico a travs del hipotlamo, que acta como un termostato y
que recibe la informacin acerca de las condiciones de temperatura externas e internas mediante los
termorreceptores que se hallan distribuidos por la piel y, probablemente, en los msculos, pulmones y
mdula espinal. Las personas pueden soportar grandes diferencias de temperatura entre el exterior y
su organismo, mientras que la temperatura interna del cuerpo vara entre los 36C y los 38C.
Los receptores de fro comienzan a funcionar si la temperatura de un rea de la piel desciende,
aproximadamente, a una velocidad mayor de 0,004C/s. Los del calor comienzan a percibir las
sensaciones si la temperatura en un rea de la piel se incrementa a una velocidad mayor,
aproxidamente, de 0,001C/s.
GLIDO
FRO
FRESCO
Receptores de calor
10
8
Receptores de fro
6
Dolor-calor
Dolor-fro
10
15
20
25
30
35
40
TEMPERATURA ( C)
45
50
55
60
Fig. 4.1 Respuesta fro dolor. Fro. Calor y calor dolor, segn experimentos de Zotterman y Hendel.
80
Fundamentos de ergonoma
Un ambiente trmico inadecuado causa reducciones de los rendimientos fsico y mental, irritabilidad,
incremento de la agresividad, de las distracciones, de los errores, incomodidad por sudar o temblar,
aumento o disminucin del ritmo cardaco, etc... e incluso la muerte.
44 C Golpe de calor. Piel caliente y seca; t > 40 C,
convulsiones, coma (15-25% mortalidad)
42 C
40 C
Lesiones cerebrales?
38 C
36 C
34 C
NORMAL
Sensacin de fro, tirita
33 C
32 C Hipotermia: bradicardia, hipotensin, somnolencia,
El nivel de actividad
Un ejercicio intenso eleva la temperatura corporal que, por perodos cortos de tiempo, no provoca daos
y permite ser ms eficiente en las actividades fsicas al acelerar el metabolismo. Como toda o casi toda la
energa fsica se convierte en calor, se necesita un ambiente que compense las excesivas ganancias de
temperatura, por lo que los trabajos fsicos intensos necesitan un ambiente fresco, mientras que los
trabajos ligeros requieren entornos ms clidos. La eficiencia mecnica de las personas oscila entre
el 0 y el 25%, dependiendo este valor de si el trabajo es esttico o dinmico, siendo estos valores
extremos para trabajos estticos y para trabajos muy dinmicos respectivamente. La expresin utilizada es
la siguiente:
Em= (T x 100)/ (GEt - MB) < 20-25%
donde:
Em
T
GEt
MB
eficiencia mecnica en %
trabajo externo en joules
gasto energtico total que consume la persona, en joules
gasto energtico del metabolismo basal, en joules
4 Ambiente trmico
81
75 - 100% CALOR
T x 100
ENERGIA
METABLICA
Em =
GEt - MB
Las actividades fsicas se miden por su consumo energtico, en joules, en watts, o en kilocaloras,
aunque existe el MET como unidad del nivel de actividad, que equivale a 58 W/m2 , o 50 kcal/hm2 , y
cuya escala se muestra a continuacin.
Tabla 4.1 Escala de MET (1met = 58,15 W/m2)
(Norma ISO)
W/m2
met.
Kcal/m2h
Kcal/h
58
50
90
69,6
1,2
60
110
81,2
1,4
70
125
92,8
1,6
80
145
Tambin la fiebre puede hacer subir notablemente la temperatura y a los 44C pueden producirse daos
irreversibles. Desde el punto de vista de la ergonoma, la temperatura interna no debera
incrementarse por motivos del trabajo ms de 1C, aunque hay especialistas que sitan este
incremento en 1,5C. As pues, laboralmente, la temperatura interna puede incrementarse debido a un
elevado gasto energtico o debido al microclima laboral (Tabla 4.2).
Para protegerse de estas variaciones, el mecanismo termorregulador toma sus medidas. Los
mecanismos fisiolgicos de la termorregulacin ante un ambiente caluroso son los siguientes:
1)
2)
sudoracin.
82
Fundamentos de ergonoma
Actividad
En reposo, estirado
0,8
47
1,0
58
1,2
70
1,2
70
1,6
93
2,0
117
3,0
175
AMBIENTE FRO
AMBIENTE CALUROSO
Respiracin
evap. cte.
M
Aumento
produccin
calor
Temblores
Vasoconstriccin
en la piel
Disminuye la t interna
Sueo
tiempo reaccin
Sudoracin
Vasodilatacin
83
4 Ambiente trmico
SOBRECARGA
TRMICA
TENSIN
TRMICA
ta
ti
FC
Va
TRM
METABOLISMO
VESTIMENTA
Para evaluar la tensin trmica en un individuo se toman, generalmente, tres indicadores fisiolgicos :
1
2
3
Estos tres indicadores se incrementan con la sobrecarga trmica en unas personas ms que en otras, de
acuerdo con sus caractersticas fisiolgicas. Un sujeto aclimatado al calor soportar mejor la
sobrecarga trmica que uno que no lo est; e incluso, lo que para una persona puede resultar tensin
trmica, podra no serlo para otra o ser slo una tensin trmica ligera (Fig. 4.6 y Fig. 4.7).
La ropa es otro factor de importancia que debe ser tenido en cuenta, pues restringe los intercambios
de calor con el ambiente, es decir, asla al hombre en menor o mayor medida, segn la superficie
corporal cubierta y la calidad de la ropa: algodn, lana, materiales reflectantes, etctera (Fig. 4.8).
84
Fundamentos de ergonoma
FACTORES TOLERANCIA
SEXO
Menor adaptacin
EDAD
- Capacidad cardaca
- Capacidad generar sudor
CONSTITUCIN
FSICA
Antonio
Juan
Crticas
B'
Permisibles
0
Confort
Sobrecarga trmica
Sobrecarga trmica
Fig. 4.7 Curvas que relacionan la tensin trmica con la sobrecarga trmica.
El balance trmico entre el hombre y el medio se modifica muy notablemente si se usa una ropa
especial durante el trabajo. Por otra parte, debe recordarse que aunque tengamos controlado el
entorno interior, las ropas utilizadas por las personas cambian segn las estaciones del ao.
Existe el Clo para medir la influencia de la ropa en el confort trmico (ISO 7730). De acuerdo con esta
unidad de medida se plantea la escala de la Tabla 4.3.
La temperatura ambiente es la temperatura del aire circundante medida con un termmetro
psicromtrico simple, es decir, sin protegerlo del viento y de las radiaciones de calor. Por s sola esta
medida es orientativa, pero carece de valor para efectuar estudios relacionados con el ambiente
trmico.
85
4 Ambiente trmico
Ropa
Aire
Piel
m2
C
W
Zona aislante
Corriente
Conveccin
Superficie
Diferencia Piel / Aire
Energa
Aislamiento 1 clo.= 0,155 m C/W
0
0,1
0,3
0,5
0,7
1,0
1,5
La temperatura del aire (ta) , -tambin denominada temperatura seca (ts) o temperatura de bulbo seco
(tbs)-, as como la temperatura de bulbo hmedo (tbh) -o temperatura hmeda (th)- que se utiliza para
determinar la humedad, se miden con el psicrmetro de aspiracin, mientras que la temperatura radiante
media (TRM) se calcula a partir de la temperatura de globo (tg), el cual se mide con el termmetro
de globo, consistente en un termmetro psicromtrico cuyo bulbo est insertado dentro de una esfera de
cobre hueca, que generalmente mide 15 centmetros de dimetro, pintada de negro mate. La unidad de
medida de todas las temperaturas es el grado centgrado.
86
Fundamentos de ergonoma
Temperatura
hmeda (C)
87
4 Ambiente trmico
10
100
88
76
65
54
43
33
24
15
10
11
12
13
14
15
16
17
11
100
88
76
66
55
45
35
27
18
12
100
89
77
66
56
47
38
29
20
11
13
100
89
78
67
58
49
40
32
23
15
14
100
90
79
68
59
50
42
34
26
18
10
15
100
90
79
69
60
51
43
36
28
20
14
16
100
90
80
70
61
53
44
37
30
22
16
10
17
100
91
80
71
63
54
46
38
32
24
18
12
18
100
91
81
71
63
55
48
39
33
26
20
14
19
100
91
81
72
64
56
49
41
34
28
22
16
10
20
100
92
82
73
64
57
50
43
36
30
24
18
12
21
100
92
82
74
65
58
52
45
38
32
26
20
14
22
100
92
83
74
66
60
53
46
39
34
28
22
16
11
23
100
92
83
75
67
61
55
48
41
35
30
23
18
13
24
100
92
83
75
68
62
56
50
42
36
31
25
20
15
10
25
100
92
84
76
69
63
57
51
44
38
32
27
22
17
12
26
100
93
84
76
70
63
57
52
45
39
34
28
24
19
14
27
100
93
85
77
71
64
58
52
47
41
36
30
25
21
16
11
28
100
93
85
78
72
65
59
53
48
42
37
32
27
23
18
13
29
100
93
85
79
72
66
60
54
49
43
38
33
29
24
20
15
11
30
100
93
86
79
73
66
60
55
50
45
40
35
31
26
21
16
12
31
100
93
86
79
73
67
61
56
51
46
41
36
32
27
22
18
14
10
32
100
93
86
80
74
68
62
56
52
47
42
37
33
28
23
19
15
12
33
100
93
86
80
74
68
63
57
52
47
43
38
34
29
25
21
17
14
34
100
94
87
80
75
69
64
58
53
48
43
38
35
30
26
22
18
16
35
100
94
87
81
75
70
64
58
53
48
44
39
36
31
27
23
20
18
36
100
94
87
81
75
70
65
59
54
49
45
40
37
32
29
25
22
19
37
100
94
87
82
76
71
65
60
55
50
46
41
38
33
30
26
23
20
38
100
94
87
82
76
71
66
61
56
51
47
42
38
34
31
27
24
21
39
100
94
88
82
76
72
66
62
57
52
48
43
39
35
32
28
25
22
40
100
94
88
82
77
72
67
63
58
53
49
44
39
35
32
29
26
23
88
Fundamentos de ergonoma
Intercambio trmico
Para realizar un estudio ergonmico del ambiente trmico, es imprescindible analizar el intercambio
trmico que se efecta, bsicamente, de cuatro maneras entre el hombre y el medio donde realiza sus
actividades.
EVAPORACIN
RADIACIN
CONVECCIN
M R C Cd - E = A
A<0
A = 0
A>O
CONDUCCIN
1. Por conduccin: este tipo de transmisin generalmente puede ser obviado debido a su poca
influencia en relacin con las restantes;
2. Por conveccin: para su determinacin se mide la temperatura seca y la velocidad del aire;
3. Por radiacin: en este caso la propagacin es electromagntica y, como se dijo anteriormente, se
calcula mediante la temperatura de globo;
4. Por evaporacin del sudor: si hay, por evaporacin siempre se pierde calor.
Cuando la temperatura radiante producida por un foco externo excede significativamente a la
temperatura ambiente, las fuentes de calor deben ser apantalladas para reducir su efecto, pues los
procesos normales de intercambio de calor se reducen drsticamente, aumentando la incomodidad y
reduciendo la capacidad de trabajo.
89
4 Ambiente trmico
calor por conduccin y el intercambio de calor por la respiracin, por ser generalmente poco
significativos en los estudios ergonmicos, la ecuacin de balance trmico se expresa:
MRC-E=A
en la que:
M
es la ganancia de calor por el metabolismo,
R
la ganancia o la prdida de calor por radiacin,
C
la ganancia o prdida de calor por conveccin,
E
la prdida de calor por evaporacin del sudor,
A
el calor acumulado en el organismo.
Partiendo de las posibilidades reales del organismo y del ambiente, la ecuacin de balance trmico
puede expresar las cuatro situaciones siguientes:
(1)
MRC=0
Obsrvese que en esta primera ecuacin el resultado final es cero, lo que significa que existe un
balance entre los diferentes intercambios trmicos. En este caso el sujeto no necesita evaporar sudor
para lograr el equilibrio con el medio (E = 0), por lo que las condiciones se denominan de confort o de
bienestar trmico u ptimas. As pues, definiremos el confort trmico como aquel estado en que la
persona muestra una valoracin satisfactoria de las caractersticas trmicas del ambiente en que se
halla. Obviamente una premisa bsica para que se d una situacin de confort trmico es que cumpla la
ecuacin de balance trmico, tal como est expresado en (1).
En caso de que el sujeto requiera sudar para evaporar el sudor y as lograr el balance entre los
diversos factores del intercambio trmico, porque no son suficientes los intercambios por radiacin y
por conveccin, la ecuacin adopta la siguiente forma (2):
(2)
MRC-E=0
En este segundo caso el cuerpo se encuentra bajo condiciones microclimticas permisibles. Hay
balance trmico, pero existe tensin trmica, pues el sujeto, para que el calor acumulado no se
incremente en su cuerpo, tiene que apelar a la evaporacin del sudor, y as lograr el equilibrio
trmico.
Sin embargo, los mecanismos termorreguladores no siempre son capaces de impedir que la ganacia de
calor sobrepase la prdida. En esta tercera situacin resulta imposible el balance trmico y el
organismo comienza a incrementar su temperatura por almacenamiento del calor. Por ello la ecuacin de
balance trmico adoptara la forma (3):
(3)
MRC-E>0
que expresa las condiciones crticas por calor a que el sujeto est sometido.
90
Fundamentos de ergonoma
Una cuarta situacin sera la que obliga al hombre a perder calor por encima de sus posibilidades,
provocando un desbalance por fro, por lo que la temperatura del cuerpo descender mientras las
condiciones se mantengan. Esta cuarta forma sera:
(4)
M R C < 0
El anlisis de la ecuacin de balance trmico permite al ergnomo, adems del diagnstico de las
condiciones, encontrar y aplicar soluciones ingenieriles para controlar el ambiente trmico.
En la figura 4.11 se muestra un ejemplo de los porcentajes de intercambio trmico en una situacin de
balance.
EJEMPLO:
ttaambiente
= 21 C
ire = 21 C
Actividad = Reposo
Clo = 0
METABOLISMO = 100%
RADIACIN
60%
-60%
EVAPORACIN
22%
-22%
CONVECCIN
15%
-15%
CONDUCCIN
30%
-3%
Fig. 4.11 Ejemplo de una situacin de balance trmico alcanzado con unos valores
porcentuales aproximados a la realidad
Para el clculo de las diferentes formas de intercambio, con una vestimenta de 0,5 clo, pueden ser
utilizadas las siguientes expresiones:
R = 4,4 (TRM - 35) S.C (watt)
donde: TRM = temperatura media radiante (C),
S.C. = superficie corporal (m2).
Para calcular la superficie corporal (S.C) podemos utilizar el nomograma de la figura 4.12, o la
expresin de DuBois y DuBois:
S.C = 0,202 P0,425 H0,725
donde: P expresado en kg,
H en metros.
91
4 Ambiente trmico
TALLA
SUPERFICIE CUTNEA
PESO
92
Fundamentos de ergonoma
93
4 Ambiente trmico
CONDICIONES CRTICAS
MX. PERMISIBLE (1)
MUY SEVERA
SEVERA
MODERADA
SUAVE
CONFORT TRMICO
SUAVE TENSIN FRO
De la misma forma en la figura 4.13 se muestra un nomograma para la determinacin del ISC de
forma rpida.
Para calcular el tiempo mximo de exposicin bajo condiciones crticas se puede aplicar la siguiente
expresin:
TT= (58 P C) / (Ereq. - Emx.)
(min.)
(min.)
Emx. y Ereq. se calculan para las nuevas condiciones de trabajo o descanso en que se
recupera el sujeto
94
Fundamentos de ergonoma
60
VESTIDO
V = 0,25
50
VESTIDO
0,5
1,0
2,0
3,0
40
3,0
3
2,0
2
30
0,5
1
20
-200
-100
100
200
300
400
1,0
V = 0,25
0
0
(C + R) W/m
100
300
200
400
500
Emx W/m2
600
140
500
120
400
100
80
300
250
200
150
100
50
200
100
-200
-100
100
200
60
40
20
300
400
60
100
200
300
5
DESNUDO
0,5
1,0
2,0
3,0
40
500
DESNUDO
V = 0,25
50
400
3,0
2,0
1,0
30
0,5
1
20
-200
-100
100
200
300
V = 0,25
0
400
(C + R) W/m2
100 200
Emx W/m2
300
400
500
(para exteriores)
95
4 Ambiente trmico
Para determinar WBGT de un puesto de trabajo donde el operario permanezca estable necesitamos
promediar los diferentes valores de WBGT ponderados referidos a la cabeza, el abdomen y los pies,
segn la siguiente proporcin:
WBGT = (WBGTcabeza + 2 WBGTabdomen + WBGTpie) / 4
Adems, se deber establecer un valor de consumo metablico (M) que ser funcin de las
diferentes actividades y del tiempo invertido en ellas por el operario durante la jornada de trabajo,
con el fin de adecuar M a los valores reales de la actividad:
M = ((M1t1) + (M2t2) + (M3t3) + ... .+ (Mntn)) / t1 + t2 + t3 +... + tn
De acuerdo con las escalas de WBGT que se ofrecen a continuacin, es posible concluir las
condiciones existentes segn el tipo de trabajo que se realice: ligero, moderado, pesado o muy pesado y
los tiempos de trabajo y descanso recomendados (Fig. 4.14).
35
30
30
32,2
31,4
31,1
30,6
30
29,4
28
27,9
26,7
25
25,9
25
20
100
200
LIGERO
300
MODERADO
400
500
600
PESADO
METABOLISMO Kcal/horas
8 horas de trabajo continuo
75% de trabajo y 25% de descanso cada hora
50 % de trabajo y 50% de descanso cada hora
25 % de trabajo y 75% de descanso cada hora
96
Fundamentos de ergonoma
LIGERAMENTE FRIO
NEUTRO
LIG. CALUROSO
CALUROSO
%
80
60
40
30
20
10
5
-2,0
-1,5
-1,0
-0,5
0,5
1,0
1,5
INDICE IMV
2,0
97
4 Ambiente trmico
Temp.
seca
C
0,10
0,15
0,20
0,30
0,40
0,50
1,00
1,50
26
27
28
29
30
31
32
33
-1,62
-1
-0,39
0,21
0,8
1,39
1,96
2,5
-1,62
-1
-0,42
0,13
0,68
1,25
1,83
2,41
-1,96
-1,36
-0,76
-0,15
0,45
1,08
1,71
2,34
-2,34
-1,69
-1,05
-0,39
0,26
0,94
1,61
2,29
0,25
24
25
26
27
28
29
30
31
-1,52
-1,05
-0,58
-0,12
0,34
0,8
1,25
1,71
-1,52
-1,05
-0,61
-0,17
0,27
0,71
1,15
1,61
-1,8
-1,33
-0,87
-0,4
0,07
0,54
1,02
1,51
-2,06
-1,57
-1,08
-0,58
-0,09
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seca
C
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1,13
1,69
-2,14
-1,62
-1,1
-0,56
0,02
0,53
1,09
1,67
-2,5
-1,94
-1,37
-0,8
0,22
0,38
0,97
1,59
-2,7
-2,12
-1,53
-0,93
-0,33
0,29
0,91
1,54
1,25
-8
-4
0
4
8
12
16
20
-1,36
-0,95
-0,54
0,12
0,31
0,75
1,2
1,66
-1,52
-1,1
-0,66
-0,22
0,22
0,68
1,15
1,62
-1,64
-1,2
-0,75
-0,3
0,16
0,63
1,11
1,59
-1,73
-1,28
-0,82
-0,36
0,11
0,59
1,08
1,57
-2
-1,52
-1,03
-0,54
-0,04
0,47
0,98
1,5
-2,15
-1,65
-1,15
-0,64
-0,13
0,4
0,93
1,46
1,50
-10
-6
-2
2
6
10
14
18
1,13
0,76
-0,39
-0,01
0,38
0,76
1,17
1,58
-1,26
-0,87
-0,49
0,1
0,3
0,7
1,12
1,54
-1,35
-0,96
-0,56
-0,16
0,25
0,66
1,09
1,52
-1,42
-1,02
-0,62
-0,21
0,21
0,62
1,06
1,5
-1,64
-1,21
-0,79
-0,36
0,08
0,52
0,98
1,44
-1,76
-1,32
-0,88
-0,44
0,01
0,46
0,93
1,4
105
4 Ambiente trmico
Cuando no se cumple que la humedad relativa sea del 50% y/o que la TRM sea igual a la ts debemos
corregir el IVM en funcin de la siguiente expresin:
IVM final = IVM + fh (HR - 50) + fr (TRM - ts)
donde: ts
TRM
HR
fh
fr
Fh
ACTIVIDAD SEDENTARIA
0,012
Fh
ACTIVIDAD MEDIA
5,0
1,0
0,010
ACTIVIDAD ELEVADA
0,012
0,012
0,010
0,010
0,008
0,008
0,2
0,008
0,1
0,5
0,006
0,006
0,006
5,0
1,0 5,0
0,004
0,004
0,002
0,002
0,5
0,004
0,2
0,1 0,2
0,1
0,002
0
0
0,5
1,0
0,5 1,0
1,5
0
0
clo
0,5
1,0
1,5
clo
0,5
1,0
1,5
clo
Fr
Fr
Fr
ACTIVIDAD SEDENTARIA
ACTIVIDAD MEDIA
0,25
ACTIVIDAD ELEVADA
0,25
0,25
0,20
0,15
0,20
0,20
0,15
0,15
0,10
0,10
0,1
0,10
0,2
0,5
1,0
2,0
0,05
0,1
0,05
2,0
5,0
0
0
0,5
1,0
1,5
clo
0,5
1,0 0,5
5,0
1,0
1,5
0,05
1,0 0,5
2,0
0,2
clo
0,5
1,0
Fig. 4.16 Factor de correccin del IVM cuando TRM es distinta de temperatura seca.
0,2 0,1
5,0
1,5
clo
106
Fundamentos de ergonoma
=
=
=
=
Conclusiones
Existen otros mtodos que permiten establecer condiciones de confort o bienestar trmico a travs de
tablas, teniendo los valores de los factores microclimticos. Por otra parte, a pesar de las ventajas (y
desventajas) de los diferentes ndices, el mejor control de la sobrecarga trmica se logra mediante un
anlisis de la ecuacin de balance trmico, donde se descubre al causante o causantes de la
sobrecarga: M, R, C o E.
No obstante, en ocasiones es imposible por diversas razones establecer situaciones de confort en un
puesto. Bajo tales condiciones, la ergonoma debe hallar soluciones que al menos siten el trabajo en
condiciones permisibles o, de lo contrario, establecer regmenes de trabajo y descanso, rotacin de
tareas, etc. para los cuales existen tambin determinadas tcnicas. Dicho con otras palabras, conseguir un
entorno que imponga una carga lo ms pequea posible para el sistema termorregulador corporal, teniendo
en cuenta la eficiencia productiva del sistema.