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Carga Térmica - Métodos de medición

Fecha de Publicación: 7/2/2003


EQUIPO NECESARIO PARA EL ESTUDIO DEL MÉTODO WBGT

El Indice WBGT se basa en la instalación de un equipo de medición que está formado por:

1- Termómetro seco
2- Termómetro húmedo
3- Termómetro de globo y soporte

Como se puede apreciar en la figura 11.17. el cual es el equipamiento básico original denotado por la norma, actualmente todo este equipamiento ha sido reemplazado por un solo instrumento, el cual se representa en la figura 11.18. el cual permite determinar todos los datos necesarios para el método.

La humedad se determina midiendo la temperatura de bulbo seco y de bulbo húmedo y usando un gráfico o nomográma sicrométrico, en cuanto al calor radiante se controla a través de un termómetro de globo, determinando el índice por medio de las temperaturas de bulbo húmedo uy globo, agregado de ser necesario la carga solar con la temperatura de bulbo seco.

El equipo primitivo para medir el calor radiante, se utiliza un termómetro corriente el cual se le sitúa el bulbo dentro de un flotador metálico (de cobre de in depósito de inodoro), pintado de negro mate, con la parte del vástago del termómetro sobresaliendo hacia fuera, a través del agujero del tapón de goma, este se denomina termómetro de globo

Su funcionamiento radica en que la superficie negro mate se calienta por el calor radiante y por ello calienta el aire que hay en su interior, temperatura que se refleja en el termómetro que tiene el bulbo en contacto con el mencionado aire.

Figura 11.17. Equipo clásico de medición el índice WBGT

Figura 11.18. Equipo Quest para la determinación de los valores para el índice WBGT

Su funcionamiento radica en que la superficie negro mate se calienta por el calor radiante y por ello calienta el aire que hay en su interior, temperatura que se refleja en el termómetro que tiene el bulbo en contacto con el mencionado aire.

MÉTODOS DE BALANCE TÉRMICO

Estos métodos de aparición más reciente, son más complejos pero mucho más precisos, tratan de tomar todas las variables intervinientes en el balance térmico, mediante el empleo de ecuaciones.

Un método es el de determinar el balance térmico a través de la cantidad de calor eliminado por la evaporación, la cual puede determinarse mediante la siguiente expresión:

E = K2 Vm Pp - Pa)W

En donde:

E = Calor intercambiado por unidad de tiempo
K2 = Coediciente dependiente del sistema de unidades utilizado
V = Velocidad del aire
m = Coeficiente que varia de 0,37 a 0,63
Pp = Presión de vapor de agua a la temperatura de la piel
Pa = Presión de vapor del aire
W = Superficie de la piel humedecida por la transpiración

El calor perdido por radiación se determina por:

R = Fe & (Tp4 - TRM4)

En donde:

R = Calor perdido por radiación
Fe = Factor de emisividad
& = Constante de Boltzman 5,67 x 10-8 Watt/m2 °K4
Tp = Temperatura de la piel
TRM = Temperatura radiante media

La cantidad de calor intercambiado por el organismo se determina por:

C = K1 Vn (Tp - Ta)

En donde:

C = Calor intercambiado en la unidad de tiempo
K1 = Coeficiente dependiente de la unidad del sistema empleado
V = Velocidad del aire
N = Coeficiente cuyo valor varia entre 0,5 y 0,6 según distintos autores
Tp = Temperatura seca del aire
Ta = Temperatura de la piel

La ecuación simplificada de balance térmico es

M - E = R + C

Por sustitución se obtiene:

M - K2 Vm (Pp - Pa) W = A x Fe & (Tp4 - TRM4) + K1 Vn (Tp - Ta)

En donde:

A = Area de la piel que interviene en el intercambio térmico por radiación

Podemos decir que como lo manifestaron en 1980 Wensel y Piekarski que hay dos grupos de magnitudes condicionantes térmicas:

1- Magnitudes condicionantes climáticas

a- Temperatura de bulbo seco, T
b- Velocidad del aire, V
c- Presión parcial del vapor de agua en el aire, Pa
d- Temperatura radiante media, (emisividad de los focos radiantes del local Fe, suponiendo que la emisividad de la piel es fija)

2- Magnitudes condicionantes no climáticas (estado y posición del cuerpo)

a- Actividad corporal, producción metabólica, M
b- Resistencia térmica de la vestimenta, posición del cuerpo respecto a los puntos radiantes, A

Dentro de este grupo de métodos está el denominado Indice de transpiración (sudoración) requerida, el cual está indicado en la Norma ISO 7933, determinación analítica e interpretación del estrés térmico basada en el cálculo de la sudoración requerida y consiste en la evaluación de dos clases de parámetros:

  • Parámetros físicos relativos al ambiente térmico, como son la temperatura del aire, la temperatura radiante media, la presión parcial de vapor de agua y velocidad del aire.
  • Parámetros característicos de las situaciones de trabajo, como podría se la carga metabólica de trabajo o el aislamiento térmico de la ropa.

Este método establece la siguiente fórmula:

M - W = Cres + Rres + K + C + R + E + S

Donde:

M = Producción metabólica total
W = es la carga metabólica útil
Cres = Intercambio de calor por vías respiratorias por convección
Rres = Intercambio de calor por vías respiratorias por evaporación
K = intercambio de calor a nivel de piel por conducción
C = intercambio de calor a nivel de piel por convección
R = intercambio de calor a nivel de piel por radiación
E = intercambio de calor a nivel de piel por evaporación
S = acumulación de calor en el cuerpo

Teniendo cada uno de estos términos sus ecuaciones corespondientes para la cuantificación de los mismos. En el caso de desequilibrio térmico, la acumulación de calor tiene un valor límite (máximo), de manera tal que al elevarse la temperatura interna del cuerpo no afecte la salud del hombre, también considera un valor máximo de pérdida de agua del organismo, basándose en el mantenimiento del equilibrio hidromineral, y sobre la base de estos valores límites de exposición, se determina el tiempo máximo de exposición a las condiciones de carga térmica

ÍNDICE DE TENSIÓN TÉRMICA

Este índice fue propuesto por Belgig entre otros y concretado en la Universidad de Pittsburggh, está basado en el análisis del balance térmico que caracteriza la tensión térmica, en el intervienen los parámetros físicos que regulan los intercambios de calor entre el hombre y el medio ambiente.

El índice de tensión térmica representa la relación entre la cantidad de calor que necesita evaporar por transpiración un hombre sometido a un ambiente con carga térmica determinada y a la cantidad de calor que puede eliminar como máximo en dicho ambiente, es en si el cociente entre la evaporación requerida y la evaporación máxima, indicado en tanto por ciento, calculando el esfuerzo fisiológico se determina por medio de la ecuación siguiente:

Ereq
HSI =
--------
. 100
Emáx

 

En donde:

HSI = Indice de tensión térmica
Ereq = Calor de evaporación de la tranpinación
Emáx = Calor de la máxima capacidad de evaporación en el ambiente laboral

Si:

Evaporación requerida = M + R + C

En donde:

M = Metabolismo total en kcal/hora
R = Energía radiante (balance) en kcal/hora
C = Energía intercambiada por convección en kcalhora

CONSTITUCIÓN CORPORAL

Las personas obesas debido su relación entre la superficie cutánea y el peso del cuerpo es relativamente baja, dado que la disipación del calor es en función de la superficie y la producción interna del calor, del peso, el hombre corpulento está en desventaja ya que como es evidente la relación entre la superficie y el volumen corporal menor que en el resto de la población

Las personas obesas son las que con mayor frecuencia sufren síncopes por calor, que el promedio del resto de la población, debido a que el sistema circulatorio y a la menor proporción de superficie desde la cual se disminuye la carga térmica por evaporación, como se aprecia no tiene participación la capa adiposa subcutánea en la limitación de la disipación del calor, dado que el calor que proviene del interior del cuerpo se transporta por medio de la sangre y no por conducción a través de esta capa.

La ecuación de balance térmico puede expresarse en forma simplificada de la siguiente manera:

M - E = K = R + C

EDAD Y APTITUDES FÍSICAS

Cuando se realizan tareas en ambientes calurosos el hombre somete a su sistema cardiovascular a una carga elevada, debido a que se establece la necesidad de aumentar el flujo sanguíneo hacia la piel y hacia los músculos en actividad.

La capacidad cardiovacular disminuye con la edad, por lo tanto también disminuye la capacidad a la tolerancia de la combinación de carga térmica y carga muscular, por otro lado se tiene que las personas de mayor de poseen más dificultad que los jóvenes en disipar el calor, esto se debe a un retardo en la respuesta a la transpiración y a una menor capacidad de generación de la transpiración, el resultado final es un aumento en la cantidad de calor acumulado durante el tiempo de trabajo y en consecuencia una prolongación en el tiempo de recuperación.

LOS MÉTODOS FISIOLÓGICOS

Son aquellos que están basados en estudios hechos sobre grandes poblaciones de individuos (colectivos), a partir de datos estadísticos y los cuales utilizan como base para evaluar los problemas termohigrométricos.

Para poder describir estos métodos comenzaremos por mencionar los efectos principales de las temperaturas extremas sobre el hombre, considerando las altas y bajas temperaturas

EFECTOS DE LAS ALTAS TEMPERATURAS

Cuando el calor que el organismo entrega al medio ambiente es menor a la cantidad de calor que este recibe o genera por medio del metabolismo total (considerando el metabolismo basal más el metabolismo correspondiente a la labor que efectúa), el organismo tiende a aumentar su propia temperatura.

Para evitar la hipertermia que esto genera, (aumento de la temperatura corporal), el organismo pone en marcha una serie de mecanismos, de los cuales citaremos:

  • Vaso dilatación sanguinea
  • Activación de las glandulas sodoriparas
  • Aumento de la circulación perisferica, (pudiendo llegar hasta 2,6 l/min/m2.)
  • Modificación electrolítico de la transpiración, (dende la pérdida de ClNa puede llegar hasta 15 g/l.)

Estos mecanismos ya fueron explicados en los puntos 11.2. y 11.3. En la figura 11.19. se puede observar las zonas de termo regulación establecidas por Lehmann.

Las consecuencias de la hipertermia son muchas y variadas dentro de ellas citaremos:

  • Trastornos psiconeuróticos
  • Trastornos sistemáticos
    • Agotamiento por efecto del calor
      - Anhidrosis
      - Deshidratación
      - Desalinización
      - Deficiencia circulatoria
    • Calambres por efecto del calor
    • Golpe de calor (hiperpirexia)
  • Trastornos de piel
    • Erupciones
    • Quemaduras

     

Figura 11.19.

EFECTOS DE LAS BAJAS TEMPERATURAS

Cuando a la inversa que en el punto anterior el calor entregado por el cuerpo al medio ambiente es mayor que el calor recibido o producido (considerando el metabolismo basal más el metabolismo correspondiente a la labor que se efectúa), el cuerpo se enfría y para evitar la hipotermia (descenso de la temperatura del cuerpo), el organismo pone en funcionamiento una serie de mecanismos de los cuales podemos señalar:

  • Vaso-constricción sanguínea, (reducción de la entrega de calor al exterior)
  • Desactivación de la transpiración
  • Disminución de la circulación sanguínea perisférica
  • Temblores
  • Autofagia de los tejidos grasos almacenados, transformación de los lípidos (grasas) a glúcidos de metabolización directa.
  • Arrollamiento o encogimiento (forma de presentar menos auperficie (piel) de contacto al medio ambiente

Al igual que en el caso anterior estos mecanismos fueron detallados en los puntos 11.2. y 11.3.. En la figura 11.20. se presenta el balance térmico del hombre en diferentes condiciones climáticas establecido por Grandjean.

Figura 11.20.

Las consecuencias de hipotermia son muchas y variadas dentro de ellas citaremos:

  • Malestar general del cuerpo
  • Disminución de la destreza manual
  • Anquilozamiento de las articulaciones
  • Reducción de la capacidad del tacto
  • Comportamiento estraño (extravagante), como consecuencia de hipotermia de la sangre que irriga el cerebro
  • Congelamiento de las extremidades
  • Cuando la temperatura interior del cuerpo es inferior a los 28 °C aparece el riesgo de muerte por paro cardíaco)