Date post: | 09-Dec-2015 |
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEGURIDAD INDUSTRIAL
Ambiente térmico
Actividades
Termoregulación
SISTEMA
TERMORREGULADOR Vasodilatación
Sudoración
0,5°C 36,8°C
Termostato
Ser Homeotermo
T Vasoconstricción
Cierre de glándulas sudoríparas
LEGISLACIÓN EN COLOMBIA
• Resolución 2400 de 1979. Por el cual se establecen algunas disposiciones sobre vivienda, higiene y seguridad en los establecimientos de trabajo. Título III Capítulo 2.3.1 De la temperatura, Art 63, 64, 65, 66, 67, 68 y 69.
• Decreto 1335 de 1987. Reglamento de seguridad en labores subterráneas. Capitulo III, Art.
179 y 180. • Decreto 2222 de 1993. Reglamento de higiene y seguridad en labores mineras a
cielo abierto. Capitulo IV temperatura y humedad. Art 258.
• Decreto 2566 de 2009 Tabla de Enfermedades Profesionales • Art 32: Enfermedades por bajas temperaturas • Art 33: Enfermedades por altas temperaturas
• Decreto 2090 de 2003. Por el cual se definen las actividades de alto riesgo para la salud del trabajador. Art. 2
• Normas ISO 7730 de 2006. Ergonomía del ambiente térmico.
Escala de la temperatura corporal
44º C
PELIGRO ESTRÉS TÉRMICO
40º C
DISCONFORT POR CALOR
38º C
CONFORT
36º C
DISCONFORT POR FRÍO
33º C
PELIGRO HIPOTERMIA CONGELACIÓN
26º C
Indicadores fisiológicos
Efectos
TRASTORNOS SISTÉMICOS
• Síncope por calor
• Edema por calor
• Calambres por calor
• Agotamiento por calor
• Golpe de calor
ALTERACIONES CUTÁNEAS
• Erupción por calor (miliaria)
Variables que determinan el ambiente
térmico
CONSUMO METABÓLICO
AISLAMIENTO TÉRMICO
Variables que determinan el ambiente
térmico
Temperatura seca del aire → Se mide con un
termómetro normal pero en condiciones especiales
(bulbo del termómetro tapado o protegido para que no
influya la temperatura radiante o el aire).
aire < Tpiel: Nos refresca.
aire > Tpiel: Nos calienta.
Humedad relativa → Relación porcentual entre la
presión de vapor de agua existente con respecto a la
máxima posible para la temperatura del aire en el ambiente. La de confort es de 40 a 60%.
Variables que determinan el ambiente
térmico
La humedad puede medirse a partir de:
Pa: presión parcial de vapor de agua, en kilopascales (kPa).
HR: humedad relativa, en porcentaje (%).
th: temperatura húmeda psicométrica, en ºC
Diagrama psicrométrico
Variables que determinan el ambiente
térmico
Velocidad del aire → Velocidad con que se mueve el aire en
torno al trabajador. Contribuye a mejorar la sensación
térmica.
Anemómetro de aspas
Catatermómetro
Termo anemómetro
Variables que determinan el ambiente
térmico
Temperatura radiante media → Producida por
radiación de paredes y objetos, normalmente es
superior a la temperatura seca.
Convección natural (va< 0,15 m/s)
TRM= [(tg + 273)4 + 0,42*108(tg - ta) 0.25 (tg - ta)]0.25 - 273
Convección forzada (va>0,15 m/s):
TRM= [(tg + 273)4 + 2,5*108 va0,6 (tg - ta)]0.25 – 273
En forma aproximada: TRM= tg + 1,9*va0,5 * (tg - ta)
Variables que determinan el ambiente
térmico
Consumo metabólico → Energía necesaria que
utiliza el organismo para realizar un trabajo. La
energía genera un calor que es absorbido por el organismo. A más esfuerzo, más consumo
metabólico.
Aislamiento térmico → Resistencia que tenga la
vestimenta a la pérdida de calor y a la humedad.
Su unidad de medida es el CLO.
Consumo metabólico
NIVEL MÉTODO
A. Clasificación en función del tipo de actividad
PRECISIÓN ESTUDIO PUESTO
No necesario
Grosera. Riesgo de errores importantes
Información sobre el equipo técnico y la organización del trabajo
Estudio de tiempos necesario
Riesgo elevado de errores Precisión ± 15%
No necesario
Riesgo de error dentro de los limites de precisión de la medida y el estudio de tiempos. Precisión ± 5 %
I B. Clasificación en función de la profesión
A. Estimación a partir de los componentes de la actividad
II
B. Tablas estimación de la actividad tipo
C. Utilización de la frecuencia cardíaca, dentro de las condiciones definidas
III Medida Estudio de tiempos necesario
Fuente: ISO 8996
Consumo metabólico
UNIDADES:
1 kcal = 4,184 kJ
1 met = 0,239 kcal
1 kcal/h = 1,161 w = 0,644 w/m2
1 w = 0,861 kcal/h
1 w / m2 = 1,553 kcal / h (para una superficie corporal
estándar de 1,8 m2).
Aislamiento térmico
Tipo de vestido
Desnudo
Pantalones cortos
Conjunto tropical:
Pantalones cortos, camisa de manga corta abierta, calcetines finos, sandalias y calzoncillos.
Conjunto ligero de verano:
Pantalones largos ligeros, camisa ligera de manga corta, calcetines finos, zapatos y calzoncillos.
Ropa de trabajo ligera:
Ropa interior, camisa de manga larga, pantalones de vestir, calcetines de lana y zapatos.
Conjunto de invierno de interior:
Ropa interior, camisa de manga larga, pantalones de vestir, chaqueta o jersey de manga larga, calcetines de invierno y zapatos.
1,0 0,155
0,5 0,078
0,3 0,045
Iclo
clo
0,0
0,1
m2·°C/W
0,000
0,015
0,7 0,108
Conjunto completo de trabajo en interiores tradicional europeo:
Ropa interior, camisa, traje incluyendo chaqueta, pantalones y chaleco, calcetines de lana y zapatos.
1,5 0,232
Mecanismos de intercambio
Conducción → Roce y contacto entre superficies
Convección → El calor que transmite el aire
Radiación → Por cualquier foco de energía
Radiación
A mayor temperatura, mayor intercambio
T radiante > T piel: Se recibe calor
T radiante < T piel: Se pierde calor
Convección
A mayor velocidad, mayor intercambio
T aire > T piel: Se recibe calor
T aire < T piel: Se pierde calor
Evaporación
Sólo se puede eliminar calor
o A mayor velocidad, mayor eliminación
o A mayor humedad, menor eliminación
Balance térmico
CALOR
INTERCAMBIADO
POR CONDUCCIÓN
CALOR
PRODUCIDO POR
EL CUERPO CALOR
CALOR
INTERCAMBIADO
POR RADIACIÓN
CALOR
INTERCAMBIADO
POR CONVECCIÓN
EVAPORACIÓN
DEL
SUDOR
Balance térmico
Ecuación de balance térmico → Equilibrio térmico
→ Cuando el cuerpo no gana ni pierde calor.
M±R±C–E=A
M Ganancia de calor por el metabolismo
Ganancia o pérdida de calor por radiación
Ganancia o pérdida de calor por convección
Pérdida de calor por evaporación del sudor
Calor acumulado en el organismo
R
C
E
A
Balance térmico - 2
No hay calor acumulado.
1 M±R±C=0
No necesita evaporar calor
para lograr el equilibrio
térmico.
Situación de confort térmico.
Hay equilibrio térmico.
2 Necesita evaporar sudor para
M±R±C–E=0
lograr el equilibrio, ya que hay
una tensión térmica.
Balance térmico - 3
No hay equilibrio térmico →
Estrés térmico por calor.
3 M ± R ± C – E > 0 Se gana calor.
El organismo incrementa la
temperatura.
Se pierde calor.
4 M±R±C<0
No se necesita sudar y la
temperatura del cuerpo
desciende. No hay equilibrio térmico →
Estrés térmico por frío.
Valoración estrés térmico
INDICES DIRECTOS: Mediciones con instrumentos que simulan
la respuesta del organismo
o Índice de temperatura de globo de bulbo húmedo
o Índice de temperatura de globo húmedo
INDICES RACIONALES: Basados en ecuación de balance
térmico.
o Índice de sobrecarga calórica
o Índice de tensión térmica
ÍNDICES EMPÍRICOS: Basados en la respuesta fisiológica del hombre
o Temperatura efectiva
o Temperatura efectiva corregida
o Grado de sudoración previsto (4 horas)
o Determinación del ritmo cardiaco
Valoración estrés térmico
Posible situación de estrés térmico
Hacer controles generales
No
Continuar trabajo Controlar condiciones
No Permite la ropa la circulación de aire o vapor de agua?
Sí
Existe limitación a la exposición de acuerdo con ISC, IST?
Calcular ISC Calcular ITT
Sí
Sí Realizar monitoreo biológico de la sobrecarga térmica
Cálculo WBGT
Es excesiva la sobrecarga térmica basada en el monitoreo?
No Sí
No
Se supera WBGT límite?
No
Sí Hay datos para un análisis detallado?
A
Aplicar controles de trabajo específicos
A
Valorar confort térmico
1. Indice wbgt
Temperatura de globo de bulbo húmedo
Exteriores sin sol o interiores: WBGT = 0.7 Thn + 0.3 Tg
Exteriores soleados:
WBGT = 0.7 Thn + 0.2 Tg + 0.1 Ta
Thn = Temperatura húmeda natural Tg= Temperatura de globo
Ta= Temperatura del aire
Indice wbgt
Cuando la medición cambia con la altura:
WBGT(Cabeza) + 2*WBGT (Abdomen) + WBGT (Tobillos)
4
TLV y límite de acción para exposición a calor
Trabajo en un ciclo de trabajo y descanso
75% a 100%
50% a 75%
25% a 50%
0% a 25%
TLV (WBGT en °C)
Ligero
31.0
31.0
32.0
32.5
Moderado
28.0
29.0
30.0
31.3
Pesado
-
27.5
29.0
30.5
Muy pesado
-
-
28.0
30.0
Límite de acción (WBGT en °C)
Ligero
28.0
28.5
29.5
30.0
Moderado
25.0
26.0
27.0
29.0
Pesado
-
24.0
25.5
28.0
Muy pesado
-
-
24.5
27.0
WBGT=
Indice wbgt
TRABAJO LIGERO (M< 130 W/m2)
•
•
•
Trabajo manual ligero (escribir, computador),
Trabajo con manos y brazos (inspección, clasificación materiales)
Trabajo de pie: Taladrar, bobinados, trabajo con herramientas
TRABAJO MODERADO (130 < M< 200 W/m2)
•
•
•
Trabajo de sostenimiento con manos y brazos (martillado, rellenado)
Trabajo con brazos y piernas (camiones, tractores, equipo construcción)
Trabajo con brazos y tronco (martillo neumático, pañetar, picar)
TRABAJO PESADO (200 < M< 260 W/m2)
•
•
Trabajo intenso de brazos y tronco; transporte de material pesado; segar, excavar
Empujar o halar carretillas con cargas muy pesadas, fundición de concreto
TRABAJO MUY PESADO (M > 260 W/m2)
• Actividad muy intensa realizada con ritmo forzado; trabajo con hacha; manejo de pala y cavado intenso; subir escaleras, rampas, caminar
Indice wbgt – Iso 7243
Valores límite de referencia para el índice WBGT
Consumo
metabólico
(W/m2)
< 65
65 – 130
130 – 200
200 – 260
>260
Persona
aclimatada
v=0
33
30
28
25
23
33
30
28
26
25
Persona no
aclimatada
v=0
32
29
26
22
18
32
29
26
23
20
Tiempo de trabajo
ft (min/hora) =
(A - B)
(C - D) + ( A - B)
* 60
ft= Fracción de tiempo de trabajo respecto al total (minutos a trabajar por cada hora)
A = WBGT límite en el descanso (M <100 Kcal/h.)
B = WBGT en la zona de descanso
C = WBGT en la zona de trabajo
D = WBGT límite en el trabajo
Equipo de medida
Wbgt en situaciones variables
WBGT=
Σ(WBGTi * ti)
Σti
Solo puede usarse si la suma de
los tiempos es menor de 60
minutos
2. Índice de sobrecarga calórica
Relación existente entre la evaporación requerida para lograr el equilibrio térmico y la evaporación máxima posible en ese
ambiente.
ISC= (Ereq / Emax)*100
Aplicable para valorar confort y estrés térmico por calor
No aconsejable para ambientes muy secos (hr<30%)
Aplicable a personas físicamente bien dotadas y
adecuadamente aclimatados.
2. Índice de sobrecarga calórica
Ecuaciones para el cálculo:
Ereq = M ± R ± C
Emax = K1* Va0.6 * (56 – Pa) K1
K2
K3
Vestido
7,0
4,4
4,6
Desnudo
11,7
7,3
7,6 R = K2 * (Trm – 35)
C = K3 * Va06 * (Ta – 35)
Ereq= Evaporación requerida
Emax= Evaporación máxima
Va = Velocidad del aire (m/s)
Pa= Presión parcial de vapor de agua
(hPa)
Trm= Temperatura radiante media (ºC)
Ta = Temperatura del aire (ºC)
M= Metabolismo total (W/m2)
C= Intercambio de calor por convección
R= Intercambio de calor por radiación
2. Índice de sobrecarga calórica
2. Índice de sobrecarga calórica
TEP=
2440
Ereq - Emax
TEP = Tiempo máximo de exposición
permitido (min)
Ereq = Evaporación requerida (W/m2)
Emax = Evaporación máxima (W/m2)
TR = Tiempo de recuperación (min)
58 * Pc * i
TR =
(E’max- E’req) * Sc
Pc =
i =
Peso corporal
Incremento temperatura corporal (1°C)
E’max = Evaporación máxima (W/m2) nuevas condiciones
E’req = Evaporación requerida (W/m2) nuevas condiciones
3. Índice de tensión térmica Iso 7933
Calcula la sudoración necesaria para conseguir el equilibrio
térmico a partir de una ecuación perfeccionada de este.
Constituye un método práctico para interpretar los cálculos
comparando lo que se necesita con lo que es fisiológicamente
posible y aceptable en el ser humano
El cálculo se basa en el conocimiento de las características de:
• Ambiente térmico (temperatura del aire, temperatura radiante
media, velocidad del aire, presión parcial de vapor de agua)
• Individuos expuestos y su tasa metabólica
• Ropa (aislamiento, reflexión, permeabilidad)
• Movimiento de la persona (velocidad y ángulo de movimiento)
3. Índice de tensión térmica Iso 7933
La interpretación de los valores calculados se basa en:
Dos criterios de estrés:
• Humedad máxima de la piel Wmax
• Sudoración máxima, Swmax
Dos límites de tensión térmica:
• Máxima acumulación de calor, Qmax
• Máxima pérdida de agua, Dmax
Para cualquier persona:
• La sudoración requerida Swreq no puede exceder la sudoración
máxima Swmax
• La humedad requerida de la piel Wreq no puede exceder la
humedad máxima Wmax
• Valores máximos en función de la aclimatación de la persona
3. Índice de tensión térmica Iso 7933
Valores de referencia para los criterios de estrés y de sobrecarga
Criterio
Humedad máxima de la piel Wmax
Tasa de sudoración máxima Swmax
Temperatura rectal máxima (tre,max)
No aclimatados
0,85
(M-32)*ADu
38
Aclimatados
1
1,25*(M-32)*Adu
Criterio
Pérdida máxima de agua (Dmax)
Nivel medio (Dmax 50)
5250
Nivel de alarma (Dmax 95)
3750
ADu= Área de la superficie de Du Bois del cuerpo
ADu= 0,202 * (peso en Kg)0,425 * (altura en m)0,725
SWmax debe estar comprendida entre 250 y 400 W/m2
3. Índice de tensión térmica Iso 7933
Aconsejable cuando se deben encontrar tiempos máximos de
exposición
Especialmente diseñado para su utilización en:
• Ambientes con temperatura del aire inferior a 50ºC
• Presión parcial de vapor de agua inferior a 4,5 kPa
Crea dos categorías de protección:
• Nivel medio: Pérdida de agua corporal máxima del 7% del peso
total. Cubre el 50% de la población.
• Nivel de alarma: Pérdida de agua corporal máxima del 5% del peso total. Cubre el 95% de la población.
4. Índice de valoración medio
(Fanger)
Confort térmico
Nivel de actividad
Características del vestido
Temperatura seca
Humedad relativa
Temperatura radiante
media
Velocidad del aire
4. Índice de valoración medio
(Fanger)
Se recomienda su aplicación para valores de IVM entre -2 y +2
Únicamente si los parámetros principales se encuentran en los
siguientes rangos:
•
•
•
•
•
•
Actividad metabólica
Aislamiento térmico de la ropa
Temperatura del aire
Presión parcial de vapor de agua
Temperatura radiante media
Velocidad del aire
46 – 232 W/m2
0 – 2 clo
10 – 30 ºC
0 – 2700 Pa
10 – 40 ºC
0 – 1 m/s
Métodos de control
CONTROLES EN LA FUENTE
Reducir la temperatura de las fuentes de calor en
los procesos
Exposiciones de corta duración (mantenimiento)
Aislamiento de instalaciones y equipos; enfriamiento
Reducción de temperatura de fluidos en tuberías
Aislar las fuentes de calor
Reduce las emisiones de temperatura de la superficie y
por lo tanto el calor radiante
Previene quemaduras
Métodos de control
Fuentes exteriores de calor
Protección de partes opacas:
Aumento del coeficiente de reflexión de las paredes: Cal viva, hoja de cobre, pintura plástica, pintura de aluminio, etc. Aumento de coeficiente de cambio exterior – Riego
Aumento de resistencia térmica de las paredes: uso de
materiales especiales, dobles techos (fibra de vidrio, lana
de roca, corcho, celulosa, espumas)
Métodos de control
Fuentes exteriores de calor
Protección de partes transparentes:
Aumento del coeficiente de reflexión de los cristales: Instalación de cristales dobles, separados por hojas
metálicas
Disminución del flujo de calor incidentes: Orientación de
las ventanas, pantallas horizontales, toldos, persianas
Absorción del flujo incidente
en los cristales: Empleo de
colores (azul, verde)
Métodos de control
Fuentes interiores de calor
contra calor radiante: Protección a las personas, impidiendo la propagación por radiación
Pantallas opacas
Pantallas transparentes
Pantallas enfriadas por agua
reducción de
la temperatura superficial
Métodos de control
Ventilación
o dilución del aire caliente y húmedo y
reemplazo por aire frío y seco
mecánica de tiro forzado
localizada
natural a través de puertas y
ventanas
de la velocidad del aire. Útil cuando
la temperatura es menor de 35ºC y la humedad
absoluta menor de 5.6 kPa
Métodos de control
Administrativos
Selección del personal
Aclimatación
Estado físico
Edad
Condiciones de salud
Entrenamiento
Auto valoración
Intervalos trabajo - descanso
Reemplazo de fluidos
Métodos de control
Sobre el trabajador
Reducción de la actividad
Reducción del tiempo de exposición
Protección personal
Aclimatación
Vigilar la alimentación
Supervisión médica