NOTAS IMPORTANTES.

El calor se define como la forma de energía que se transfiere entre dos sistemas (o entre un sistema y el exterior) debido a una diferencia de temperatura una interacción de energía, será calor sólo si ocurre debido a una diferencia de temperatura.“calor corporal” significa el contenido de energía térmica (CALOR) de un cuerpo. De igual modo, “flujo de calor” se interpreta como la transferencia de energía térmica no como el flujo de una sustancia similar a un líquido llamada calor.

El calor es energía en transición y se reconoce sólo cuando cruza la frontera de un sistema.

en termodinámica el término calor significa simplemente transferencia de calor.

El cuerpo humano intercambia calor con su entorno por distintas vías: conducción a través de la superficies en contacto con él, convección y evaporación con el aire del ambiente y radiación con las superficies vecinas

El calor se transfiere mediante tres mecanismos: conducción, convección y radiación. La conducción es la transferencia de energía de las partículas más energéticas de una sustancia a las adyacentes menos energéticas, como resultado de la interacción entre partículas. La convección es la transferencia de energía entre una superficie sólida y el fluido adyacente que se encuentra en movimiento, y tiene que ver con los efectos combinados de la conducción y el movimiento del fluido. La radiación es la transferencia de energía debida a la emisión de ondas electromagnéticas (o fotones). Al final de este capítulo se repasan los tres mecanismos de transferencia de calor como un tema de interés especial.

los intercambios térmicos por convección, radiación y evaporación dependen de cuatro parámetros climáticos: la temperatura del aire ta en °C, la humedad del aire expresada por su presión parcial de vapor Pa en kPa, la temperatura radiante media tr en °C, y la velocidad del aire Va en m/s.

Temperatura del aire

La temperatura del aire (ta) tiene que medirse con independencia de cualquier radiación térmica y con una exactitud de ±0,2 ºC entre 10 y 30 ºC, y de±0,5 °C fuera de ese rango.

Cualquiera que sea el tipo de termómetro utilizado, su sensor debe protegerse contra la radiación. Por lo común, no hay más que rodear el sensor con un cilindro hueco de aluminio brillante.

Presión parcial del vapor de agua

La humedad del aire puede caracterizarse de cuatro formas:

1 TEMPERATURA DE PUNTO DE ROCIO

2 PRECION PARCIAL DE VAPOR DE AGUA

3 LA HUMEDAD RELATIVA

4 TEMPERATURA DE BULBO HUMEDO

Todos estos valores están matemáticamente relacionados.

La presión de saturación del vapor de agua PS, ta cualquier temperatura t viene dada por:

Ps , t=0.615e( 17.27 tt+237.3 )

mientras que la presión parcial del vapor de agua está relacionada con la temperatura por la expresión:

Pa = PS,tw-(ta-tw)/15

Donde: PS,tw

es la presión de vapor saturado a la temperatura del bulbo húmedo.

El diagrama psicrométrico (Figura 42.3) permite combinar todos estos valores. En este diagrama se representa:

Los parámetros de la humedad utilizados con más frecuencia en la práctica son:

• la humedad relativa, medida con higrómetros y aparatos electrónicos más sofisticados,

• la temperatura del bulbo húmedo, medida con el psicrómetro;

de ahí se deriva la presión parcial del vapor de agua, que es el Parámetro más utilizado en el análisis del equilibrio térmico

Temperatura radiante media

La temperatura radiante media (tr), según se ha definido antes, puede estimarse de tres formas diferentes:

1. a partir de la temperatura medida por el termómetro de esfera negra;

2. a partir de las temperaturas radiantes medidas a lo largo de tres ejes perpendiculares,

3. por cálculo, integrando los efectos de las diferentes fuentes de radiación.

El termómetro de esfera negra consiste en una sonda térmica, cuyo elemento sensible está situado en el centro de una esfera completamente cerrada, fabricada con un metal que sea un buen conductor del calor (cobre) y pintada de negro mate para que su coeficiente de absorción en la zona infrarroja se aproxime a 1,0.

La esfera se coloca en el lugar de trabajo y se somete a intercambios por convección y radiación. La temperatura del globo (tg) depende así de la temperatura radiante media, la temperatura del aire y la velocidad del aire.

Para el cálculo del índice WBGT se utiliza directamente la temperatura del globo negro. Es por tanto esencial utilizar un globo de 15 cm de diámetro. No obstante, pueden utilizarse otros índices basados en la temperatura radiante media, en cuyo caso podrá utilizarse un globo de menor tamaño para reducir el tiempo de respuesta, siempre que se modifique la anterior ecuación para tener este hecho en cuenta.

Velocidad del aire

La velocidad del aire debe medirse sin tener en cuenta la dirección del flujo de aire. De lo contrario, la medición tendrá que realizarse en tres ejes perpendiculares (x, y y z) y calcular la velocidad global por la suma de vectores.

El estrés por calor se produce cuando el entorno de una persona (temperatura del aire, temperatura radiante, humedad y velocidad del aire), su ropa y su actividad interactúan para producir una tendencia a que la temperatura corporal aumente. El sistema de regulación térmica del organismo responde para aumentar la pérdida de calor. Tal respuesta puede ser poderosa y eficaz, pero puede también producir un estrés en el organismo que origine molestias, enfermedades o incluso la muerte. Por tanto, es importante evaluar los ambientes calurosos para garantizar la salud y la seguridad de los trabajadores. Los índices de estrés por calor proporcionan herramientas para evaluar ambientes calurosos y estimar el estrés térmico al que pueden verse expuestos los trabajadores. Los valores límite basados en los índices de estrés por calor indicarán cuando este estrés puede llegar a ser inaceptable

Los trastornos por calor producen se por una o más de las razones siguientes:

1. la existencia de factores como deshidratación o falta de aclimatación;

2. apreciación inadecuada de los peligros del calor, ya sea por parte de las autoridades supervisoras o por las personas en situación de riesgo,

3. circunstancias accidentales o imprevistas que causan la exposición a un gran estrés por calor

Un índice de estrés por calor es un único número que integra los efectos de seis parámetros básicos en cualquier ambiente térmico al que puede verse expuesto un ser humano, de tal manera que su valor varía dependiendo del estrés térmico experimentado por la persona expuesta a un ambiente caluroso. El valor del índice (medido o calculado) puede utilizarse para diseñar puestos de trabajo o prácticas de trabajo y establecer unos límites de seguridad.

La utilización de uno u otro índice dependerá de cada contexto y de ahí que existan tantos índices diferentes. Algunos índices son teóricamente inadecuados, aunque su uso puede estar justificado para aplicaciones específicas por la experiencia de una industria en particular.

Los índices de estrés por calor pueden clasificarse como racionales, empíricos o directos. Los índices racionales se basan en cálculos para los que se utiliza la ecuación del equilibrio térmico; los índices empíricos se basan en el uso de ecuaciones obtenidas a partir de las respuestas fisiológicas de los seres humanos (p. ej., pérdida de sudor); y los índices directos se basan en la medición (normalmente de la temperatura) de instrumentos utilizados para simular la respuesta del cuerpo humano.

El índice de temperatura de globo de bulbo húmedo (Wet Bulb Globe Temperature Index,WBGT) es, con diferencia, el más utilizado en todo el mundo. Fue desarrollado durante una investigación realizada por la Marina de Estados Unidos sobre los accidentes por calor que sufría el personal militar (Yaglou y Minard 1957) como una aproximación a la Temperatura Efectiva Corregida (TEC) más complicada de obtener, modificada para tener en cuenta la absorción solar de los uniformes militares de color verde.

Los valores límites del WBGT se utilizaron para determinar cuándo los reclutas militares podían recibir instrucción. Se observó que los accidentes por calor y el tiempo perdido por interrupción de la instrucción se reducían cuando se utilizaba el índice WBGT en lugar de tan sólo la temperatura del aire. El índice WBGT fue adoptado por NIOSH (1972), ACGIH(1990) e ISO 7243 (1989a) y su uso se sigue recomendando hoy en día. En la norma ISO 7243 (1989a), basada en el índice WBGT, se describe un método sencillo de utilizar en ambientes calurosos para establecer un diagnóstico “rápido”. Dicha norma incluye también las especificaciones de los instrumentos de medida, como son los valores límite del WBGT para personas aclimatadas y no aclimatadas

La cantidad de humedad en el aire tiene un efecto definitivo en las condiciones de comodidad que ofrece un ambiente. Sin embargo, el nivel de comodidad depende más de la cantidad de humedad que el aire contiene (mv) respecto a la cantidad máxima de humedad que el aire puede contener a

la misma temperatura (mg). La relación entre estas dos cantidades se conoce como humedad relativa ф.

Una forma de determinar la humedad relativa consiste en encontrar la temperatura de punto de rocío del aire, tal como se estudió en la sección anterior. Al conocer la temperatura del punto de rocío es posible determinar la presión de vapor Pv y con ello, la humedad relativa. Este planteamiento es sencillo pero no muy práctico. Otra manera de determinar la humedad absoluta o relativa se relaciona con un proceso de saturación adiabática

El proceso de saturación adiabática recién analizado proporciona un medio para determinar la humedad absoluta o relativa del aire, pero es necesario un canal largo o un mecanismo de rociado para alcanzar condiciones de saturación a la salida. Un planteamiento más práctico consiste en emplear un termómetro cuyo bulbo esté cubierto con una mecha de algodón saturada con agua, y soplar aire sobre ella, tal como se muestra en la figura 14-12. La temperatura medida de esta manera se denomina temperatura de bulbo húmedo Tbh, y se emplea comúnmente en aplicaciones de acondicionamiento de aire.

Los dispositivos electrónicos de medición de humedad actuales basados en el cambio de capacitancia de una delgada película polimérica, a medida que absorben vapor de agua, son capaces de identificar y mostrar digitalmente la humedad relativa con 1 por ciento de precisión en cuestión de segundos. En general, la temperatura de saturación adiabática y la temperatura de bulbo húmedo no son iguales. Pero para mezclas de aire-vapor de agua a presión atmosférica, la temperatura de bulbo húmedo es aproximadamente igual a la temperatura de saturación adiabática.

En el verano el elemento que aumenta la sensación térmica es la humedad. Cuando la humedad es elevada, el valor de la sensación térmica es superior al de la temperatura del aire. En este caso la sensación térmica refleja la dificultad que el organismo encuentra para disipar el calor producido por el metabolismo interno y nos sentimos incómodos.

Si en el verano la humedad es baja, la sensación térmica es menor que la temperatura real del aire. En este caso notamos una sensación de bienestar, porque la piel se enfría más debido a una mayor evaporación de la transpiración.

Cuando la temperatura del aire es menor que 32ºC (temperatura de la piel), el viento disminuye la sensación térmica. En cambio si la temperatura supera los 32ºC la aumenta.

Este índice se conoce internacionalmente como Heat Index

La forma más eficaz que tiene el cuerpo para perder calor es la transpiración. La transpiración se evapora consumiendo calor que cede nuestro cuerpo. Cuando la humedad es muy alta, la

evaporación es menor y por lo tanto la sensación térmica aumenta. En tanto que, cuando la humedad es baja, aumenta la evaporación y por lo tanto nuestro cuerpo pierde calor y nuestra sensación térmica disminuye.

El calor de la capa expuesta determina la cantidad de radiación absorbida durante el dia y la cantidad de radiación de onda larga que se pierde durante durante la noche.

Los estudios recientes sobre el confort bioclimático siguen teniendo los dos enfoques básicos señalados por Morgan y Baskett (1974): el enfoque analítico o racional, basado en el balance energético humano, y el enfoque sintético o empírico, basado en combinaciones de diversas variables meteorológicas. Los índices empíricos ignoran el papel decisivo de la fisiología humana, la actividad, la ropa y otros datos personales (altura, peso, edad, sexo…). Los índices racionales son más recientes, suelen estar desarrollados por técnicas informáticas, y dependen del equilibrio de energía humano (HÖPPE, 1993). Aquí, la teoría de transferencia de calor, se aplica como punto de partida racional para describir los diversos intercambios del flujo de radiación sensible y latente, junto con algunas expresiones empíricas, que describen los efectos fisiológicos de control reguladores.

Temperatura Efectiva (TE):

Temperatura equivalente a la temperatura de aire en calma que experimenta un sujeto sedentario, sano, a la sombra, vestido con ropa de trabajo, si la humedad relativa fuera del 100%.

TE= Ta-0.4(t-10)(1-HR/100)

Donde:

Ta= temperatura del aire (°C)

HR= Humedad relativa (%).

La forma de dar a conocer al público estos índices de confort, suele ser por lo general, a través de tablas de confort térmico.

Estas tablas, están dadas en términos de humedad relativa y las temperaturas en °C, en las cuales se busca cuantificar el efecto de estas variables en la sensación térmica de las personas,

Transferencia de calor es proporcional a la diferencia de temperatura.

En ambientes cálidos existe el problema opuesto: parece que no se disipa el suficiente calor del cuerpo, y se experimenta la sensación de estar dentro de un asador.

El cuerpo ayuda sudando más. Cuando este sudor se evapora, absorbe calor latente del cuerpo y se enfría.

Otro factor importante que influye en la sensación de comodidad es la transferencia de calor por radiación entre el cuerpo y las superficies circundantes como paredes y ventanas

Como ya se ha dicho antes, el ser humano desprende calor al medio ambiente principalmente mediante una combinación de procesos secos (radiación y convección) y evaporación. Para facilitar este intercambio, se activan y regulan los dos principales sistemas efectores: vasodilatación periférica y sudoración. Aunque la vasodilatación periférica suele producir pequeños aumentos en la pérdida de calor seco (radiactivo y convectivo), su principal función es transferir calor del interior del cuerpo a la periferia (transferencia interna de calor), mientras que la evaporación de sudor constituye un medio extremadamente eficaz para enfriar la sangre antes de que regrese a los tejidos corporales profundos (transferencia externa de calor).

El consumo metabólico sirve para evaluar la carga física y es así mismo una variable necesaria para valorar la agresión térmica. El objetivo de esto es presentar distintos métodos para determinar el gasto energético, basados en la Norma ISO 8996. Esta norma forma parte de una serie de normas internacionales que hacen referencia al ambiente térmico. En ella se describen los diferentes métodos de determinación del consumo energético indicando el nivel de precisión de cada uno de ellos.

El metabolismo, que transforma la energía química de los alimentos en energía mecánica y en calor, mide el gasto energético

muscular. Este gasto energético se expresa normalmente en unidades de energía y potencia: kilocalorías (kcal), joules (J), y watios (w).

La equivalencia entre las mismas es la siguiente:

● 1 kcal = 4,184 kJ

● 1 M = 0,239 kcal

● 1 kcal/h = 1, 161 w

● 1 w = 0,861 kcal/h

● 1 kcal/h = 0,644 w/m2

● 1 w / m2 = 1,553 kcal / hora (para una superficie corporal estándar de 1,8 m2).

Existen varios métodos para determinar el gasto energético, que se basan en la consulta de tablas o en la medida de algún parámetro fisiológico. En la tabla 1 se indican los que recoge la ISO 8996, clasificados en niveles según su precisión y dificultad.

Estimación del consumo metabólico a través de tablas

La estimación del consumo metabólico a través de tablas implica aceptar unos valores estandarizados para distintos tipos de actividad, esfuerzo, movimiento, etc. y suponer, tanto que nuestra población se ajusta a la que sirvió de base para la confección de las tablas, como que las acciones generadoras de un gasto energético son, en nuestro caso, las mismas que las expresadas en las tablas. Estos dos factores constituyen las desviaciones más importantes respecto de la realidad y motivan que los métodos de estimación del consumo metabólico mediante tablas ofrezcan menor precisión que los basados en mediciones de parámetros fisiológicos. A cambio son mucho más fáciles de aplicar y en general son más utilizados.

Variación del gasto energético con el tiempo Cuando las condiciones del trabajo varían durante la jornada laboral, las tablas no son de aplicación directa (excepto la tabla 3) y los valores de consumo energético deben ponderarse en el tiempo. Esto exige el cronometraje del puesto de trabajo, de forma que se conozca la duración de cada tarea, actividad, etc. Cuando estos datos son conocidos, el consumo metabólico medio de una serie de trabajos consecutivos viene dado por una expresión.

Determinación del consumo metabólico mediante medición de parámetros fisiológicos Los dos métodos de valoración de la carga física mediante la medición de parámetros fisiológicos son el basado en el (a) consumo de oxígeno y el de la frecuencia cardiaca (b). a. La medición directa del metabolismo se basa en el consumo de oxígeno ya que existe una relación casi lineal entre dicho consumo y el nivel de metabolismo. El consumo de 1 litro de oxígeno corresponde a 4,85 kcal = 20,2 kilojoules. A pesar de su gran precisión, este método suele utilizarse poco, ya que constituye una prueba de laboratorio. b. Así mismo se puede hacer una estimación del metabolismo por medición indirecta, mediante la frecuencia cardiaca. Este método se basa en el aumento de la irrigación sanguínea que exige un trabajo físico. Es especialmente indicado en aquellos casos en que el trabajo es (principalmente) de componente estático, o en aquellos en que se utiliza un pequeño número de músculos. Los datos personales a tener en cuenta son: sexo, edad, talla, peso, hábitos tóxicos, patología actual, actividad deportiva e ingesta de fármacos. En cuanto a factores ambientales se tendrá en cuenta la temperatura y la humedad.