Recordemos que la
ecuación general simplificada del balance térmico que consideramos es:
M±R±C-E=QA
donde M: calor
debido al metabolismo basal y a la actividad [W/m2]
R: calor
recibido o emitido por radiación [W/m2]
C: calor
recibido o emitido por la convección del aire [W/m2]
E: calor
perdido por evaporación de la transpiración [W/m2]
En este apunte nos vamos
a centrar en la forma de calcular cada uno de los términos de la ecuación, no
en la comprensión de los fenómenos inherentes.
Calor metabólico
El valor de M puede
variar desde un mínimo de 45 W/m2, hasta más de 500 W/m2 para
un ejercicio muy intenso. Al
observar las unidades que se encuentran en prácticamente todos los textos del
tema no debemos olvidarnos que el calor está expresado por hora y por metro
cuadrado, de allí los W/m2 (ya que en física Watt es una unidad de
potencia).
El consumo metabólico permite evaluar al mismo tiempo la carga física y la agresión térmica. Para determinarlo se pueden utilizar los siguientes métodos:
- Estimación del consumo metabólico a través de tablas (por tanteo o por observación).
- Cálculo del consumo metabólico mediante medición de parámetros fisiológicos (tanto de análisis como de actuación experta).
El consumo metabólico a partir de los
requisitos de la tarea ofrece mayor precisión, permitiendo considerar por
separado el metabolismo basal y las tasas metabólicas asociadas a la postura
del cuerpo, al tipo de trabajo y al movimiento del cuerpo (relacionado con la
velocidad).
Cálculo del metabolismo basal
El consumo de energía de
una persona acostada y en reposo, depende también de la edad y del sexo. Se
puede estimar por tablas (NTP 1011:2014), donde los valores promedio son:
- Hombre; 1,70 m; 70 Kg y 35 años: 44 W/m2
- Mujer; 1,60 m; 60 Kg y 35 años: 41 W/m2
Algunos autores prefieren
considerar un valor de 1 Kcal/min como media para la población laboral (NTP 322:1990, NTP 323:1990), y otros 70 W (1W=0,861 Kcal/h) [A101].
Si se desea efectuar el
cálculo para tener mayor aproximación, hay que pensar al ser humano modelizado
con un envase denominado “piel” y cuya superficie necesitamos conocer para
llegar al valor de M. Para ello podemos:
·
estimar la
superficie media de una persona en 1,80 m2, o
·
calcular la
superficie según la fórmula de DuBois & DuBois (1916),
a partir de la altura y el peso:
SC=0,202.m0,425.h0,725
donde m: masa de la persona (obtenida con una balanza) [Kg]
h: altura de la persona
[m]
Sc: superficie
corporal [m2]
También se puede calcular
la superficie cutánea mediante un nomograma (IQB; sabelotodo.com), o utilizando un simulador (gido.es; calc.med.br; samiuc.es).
Cálculo de la carga de
trabajo
Existen distintos tipos
de tablas que ofrecen información sobre el consumo energético durante el
trabajo. El INSHT (Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo –
España), en su publicación “NTP 323 (1990): Determinación del
metabolismo energético”,
presentaba el tema basado en la norma ISO 8996, pero últimamente ha modificado
la publicación con la “NTP 1011 (2014): Determinación del
metabolismo energético mediante tablas”.
En la versión original
del Anexo II del Dec. 351/79 (antes de la Res. 295/03) el cálculo de M se
realizaba según lo indicado en el artículo [A101].
Los métodos más precisos para
medir el consumo energético de una actividad física cualquiera (trabajo,
deporte, etc.) pueden ser de dos tipos:
- por calorimetría directa
- por calorimetría indirecta.
La calorimetría directa
mide –dentro de un calorímetro- el calor que genera el organismo realizando la
actividad en estudio. El calorímetro es una cámara con condiciones
microclimáticas controladas y donde se mide el calor que genera la persona a
través de sensores. Este método es limitante ya que no todas las actividades
pueden realizarse dentro de un calorímetro y el equipamiento tiene un alto
costo.
Según Mondelo y ot. (1999)
la calorimetría indirecta se basa en la utilización de parámetros que reflejan
la generación energética (ya sea como causa o como consecuencia), y son:
- El control de los alimentos.
- La medición del consumo de oxígeno.
- La medición de la frecuencia cardíaca.
Radiación
El calor intercambiado
por radiación se concreta entre la superficie de la persona (piel o ropa) y las
superficies que la rodean. Todo cuerpo emite radiación electromagnética
portadora de energía,
Por lo tanto se deben
considerar:
- la parte de superficie total que interviene en el intercambio;
- la diferencia de temperatura de la piel y la temperatura radiante media (TRM);
- las características térmicas del vestido.
Este cálculo es bastante
complejo y para informarnos podemos consultar la Enciclopedia de Salud y
Seguridad en el Trabajo (OIT 1998), Capítulo “42: Calor y frío”, pág.15-17.
Tenemos que tener
presente que la parte del cuerpo que estemos analizando también intercambia
calor con otras partes del propio cuerpo.
La TRM es función de la
postura de la persona, y de su posición en el ambiente.
En trabajos a la
intemperie con temperaturas bajas, o en cámaras frigoríficas se producirá una
pérdida de calor por radiación. Mientras que en industrias siderúrgicas o donde
se utilicen hornos, existirá una ganancia de calor por radiación.
Convección
En este caso la
transferencia de calor se produce entre la piel y el aire que rodea al
trabajador. En algunos casos el movimiento del aire puede ser forzado por
medios mecánicos (ventiladores).
Para los casos de
convección libre se deben tener en cuenta las diferencias de temperatura:
- entre la superficie de una persona;
- el aire que la rodea;
- el aire espirado.
El intercambio de calor
por convección se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
C=fclo.hc.(tclo-ta)
donde fclo: factor del área del vestido
hc: coeficiente
de convección [W/°C.m2]
tclo:
temperatura del vestido (°C)
ta:
temperatura del aire (°C)
El coeficiente de
convección se calcula en función del aire libre o forzado, con una expresión
para cada una de ellas.
(Ampliar con Enciclopedia
de Salud y Seguridad en el Trabajo (OIT 1998), Capítulo “42: Calor y frío”,
pág.15).
Evaporación
La evaporación del sudor
es uno de los mecanismos más efectivos mediante el cual el cuerpo puede
mantener su temperatura interna dentro de los valores normales (Mondelo y ot.;
1999).
La transpiración depende
de los siguientes factores:
- trabajo que se realiza;
- ropa;
- velocidad del aire;
- humedad del aire;
- capacidad personal para sudar (esto puedo variar si la persona se habitúa).
Para evaporar 1 gramo de
sudor se requiere que el cuerpo aporte una determinada cantidad de calor: 0,58
Kcal. Una persona aclimatada puede llegar a sudar 1 litro por hora.
La pérdida de calor por
evaporación tiene un límite (un techo), por lo tanto una vez conocido este (Emáx)
la pérdida de calor por evaporación puede ser permisible o no.
Emáx=(pp-pa)/Rt
donde
donde
pp: presión parcial
de vapor de agua saturado a la temperatura de la piel [kPa]
pa: presión parcial de vapor de agua del ambiente [kPa]
Rt: resistencia total del vestido y de la capa límite de aire a la evaporación [m2.kPa/W]
pa: presión parcial de vapor de agua del ambiente [kPa]
Rt: resistencia total del vestido y de la capa límite de aire a la evaporación [m2.kPa/W]
Referencias:
- Superintendencia de Riesgos del Trabajo (Argentina). Sitio oficial: http://www.srt.gob.ar/
- Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo (España). Sitio oficial: http://www.insht.es/portal/site/Insht/
- Falagan, M. J.; Canga, A.; Ferrer, P.; Fernández, J. M. (2000). Manual básico de prevención de riesgos laborales. Sociedad Asturiana de Medicina y Seguridad en el Trabajo. 1° ed. Oviedo. España.
- Mondelo, P.; Gregori, E.; Comas, S.; Castejón, E.; Bartolomé, E. (1999). Ergonomía 2: Confort y estrés térmico. Edicions de la Universitat Politècnica de Catalunya. 3° ed. Barcelona. España.
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