Temperatura del aire
Se puede expresar en grados centígrados o Celsius (ºC) y medirse mediante ter- mómetros de vidrio con líquido, pares termoeléctricos, termistores y termóme- tros de resistencia. Los termómetros de mercurio son los que más se usan. Cuan- do hay fuentes de radiación infrarroja, el bulbo o elemento sensor del medidor de temperatura debe estar debidamente protegido con algún material reflector de la radiación.
Se debe tener en cuenta que el tiempo de medición debe ser mayor que el re- querido para la estabilización del equipo, el rango de medición del termómetro debe ser adecuado al ambiente a evaluar, el equipo se debe ubicar en un sitio que refleje las condiciones del puesto de trabajo.
Humedad del aire
Se entiende la humedad como la cantidad de vapor de agua en un espacio dado y es importante evaluarla, debido a su efecto en el intercambio térmico hombre- ambiente. En ambientes secos hay mayor evaporación del sudor y es posible ex- pulsar más rápido, mayores cantidades de calor del organismo humano. Se mide en forma directa con un girómetro o indirectamente con sicrómetro.
Velocidad del aire
El movimiento del aire afecta el intercambio de calor convectivo y evaporativo entre el cuerpo humano y el ambiente. Todos los instrumentos para medir velo- cidad del aire o viento se llaman anemómetros (velómetro y termoanemómetro). Solo se consideran los instrumentos para medir la velocidad del aire que puedan utilizarse para evaluar las condiciones térmicas.
Termoanemómetro: este instrumento mide la velocidad del aire por medio del poder refrigerante del aire en movimiento. El termoanemómetro Alnor se basa en el principio de que la resistencia de un hilo metálico varía con la tempera- tura. Cuando el hilo calentado se enfría de algún modo, su resistencia varía. Si el alambre se monta como parte de un puente de Wheaststone, la variación de la resistencia puede medirse eléctricamente. El Alnor tiene una sonda que es un par termoeléctrico calentado cuya tasa de enfriamiento puede relacionarse con el movimiento del aire (direccional o no).
La velocidad del aire determina la rapidez con que el par termoeléctrico pierde calor, lo que afecta la electricidad que produce. La electricidad medida en un dial apropiado permite determinar directamente la velocidad del aire.
Calor radiante
La temperatura radiante ambiental promedio, no se mide sino que se calcula. Los datos para este cálculo son, la temperatura de bulbo seco, la temperatura radiante y la velocidad del aire.
Los instrumentos usados para medir el flujo de calor radiante se llaman radió- metros. Los sensores de calor radiante consisten en una esfera de cobre delgado con un diámetro de 4.2 centímetros y color negro mate con un factor de mis-
cibilidad de 0.95 y un termómetro interno que refleja la temperatura de globo (Termómetro de globo de Vernon – recomendado por la NIOSH) y termómetro de bulbo seco.
Figura 7. Termómetro de globo de Vernon
El termómetro de globo mide el intercambio de calor con el ambiente por ra- diación, convección y conducción y se estabiliza cuando se iguala el valor de radiación con la suma de convección y conducción.
Cuando se alcanza el equilibrio térmico, lo que tarda por lo general unos 25 minutos, se mide en el termómetro la temperatura de globo.
Termómetro de bulbo húmedo para “condiciones naturales”
Este instrumento consiste de un termómetro de vidrio con mercurio cuyo bul- bo está envuelto en una manga de tela muy absorbente. Mientras funciona el instrumento la manga debe permanecer humedecida, manteniendo para ello su extremo libre sumergido en agua destilada. La manga debe ser de algodón. Debe cubrir el bulbo y una porción del vástago aproximadamente igual al largo del bulbo; el extremo libre debe ser lo suficientemente largo como para quedar sumergido en el agua destilada mantenida en un recipiente colocado en la parte inferior. El termómetro se expone al movimiento natural del aire. A diferencia del “termómetro de bulbo húmedo” no hay movimiento artificial del aire sobre el bulbo, el que además, no está protegido del calor radiante. En la figura adjunta se muestra una disposición adecuada de los instrumentos utilizados para evaluar condiciones ambientales.
Convección
Radiación Termómetro de
Figura 8. Disposición recomendada de los instrumentos para mediciones ambientales
Termométro de bulbo húmedo
para condiciones naturales (Utilizado únicamente al aire libre y al sol)Termométro de bulbo seco Termométro de globo
Esfera de cobre de 6''
(Plantilla de negro mate) Manga de
algodón
Frasco de 125 ml (con agua destilada)
En Colombia existe el reglamento técnico colombiano para evaluación y control de sobrecarga térmica en los centros y puestos de trabajo, el cual es intercalado a lo largo de este tema.
El objetivo de esta norma es la de estandarizar criterios, métodos y técnicas para la identificación, evaluación y evoluciones con métodos generales de control de exposición ocupacional a altas temperaturas en sitios de trabajo, donde se pueden presentar condiciones que afecten la salud o la eficiencia de los trabajadores y prevenir los efectos adversos relacionados con sobrecarga térmica.
Dicha norma se aplica a todos los centros de trabajo y a todos los trabajadores expuestos a altas temperaturas, sean de origen ambiental u ocupacional.
REQUISITOS Y PROCEDIMIENTOS * Visita inicial para determinar:
- Actividad económica, materias primas, productos, tipo de edificación y mate- riales constructivos.
- Condiciones de exposición por condición ambiental o efectos personales. - Acciones para mejorar situaciones.
- Fuentes potenciales de calor.
- Experiencias de trabajadores y problemas por altas temperaturas.
- Conocimiento del evaluador con el mayor detalle posible de las actividades de la empresa, actividades de los trabajadores (sitios de trabajo, jornada laboral, alimentación, aclimatación, sitios de descanso).
- Establecer los sitios de medición y ubicar en un plano las fuentes de radiación puntuales, como hornos, calderas y estufas.
La información debe recolectarse y registrarse en un formato a. De datos generales de la empresa.
b. Descripción del proceso de trabajo. c. Descripción de los puestos de trabajo. d. Número de trabajadores por área de trabajo.
* Número de puntos y de muestras por punto
Después de realizar la visita inicial, es necesario desarrollar la estrategia de muestreo para los oficios de las áreas de exposición a calor, de la siguiente manera:
- Para oficios iguales, similares o grupos homogéneos se selecciona el número de puntos siguiendo un procedimiento estadístico (raíz cuadrada del universo). - Si los oficios son diferentes se estudia cada uno de ellos.
- Si la exposición no es continua, debe ser evaluada en cada área y para cada nivel de calor.
- El número de muestras por punto dependerá de las condiciones de ejecución del oficio (fijo o con desplazamientos por otras zonas) y de las condiciones del proceso (continuo o intermitente o por ciclos).
Entonces el número de muestras por punto dependerá de las combinaciones po- sibles así:
- Exposición continua en el oficio (sin desplazamientos), donde no hay varia- ción en la temperatura del proceso y el operario permanece en el oficio du- rante la jornada de trabajo, mínimo se realizan 4 mediciones de 15 minutos cada una, es decir una hora continua ( 60 minutos), evaluadas en dos momen- tos diferentes de la jornada laboral; cuando en los oficios evaluados inciden las condiciones ambientales externas, es preferible evaluar entre las 10:00 am y 3:00 pm en caso contrario (cuando las condiciones ambientales externas no inciden en el proceso), los dos momentos de una hora se pueden seleccionar en cualquier hora de evaluación, la jornada.
- Exposición continua en el oficio con desplazamiento a otras áreas o sitios de trabajo que presentan exposiciones a calor: se debe realizar las evaluaciones en cada área con el procedimiento anteriormente explicado, 4 mediciones de 15 minutos en una hora, mínimo una hora en cada área.
- Exposición variable en el oficio debido a cambios de temperatura en el pro- ceso: deberá medirse para cada nivel de calor al cual el trabajador se encuen- tra expuesto, con la misma metodología.
Con la anterior metodología se podrá posteriormente realizar el análisis y deter- minar un apropiado régimen de trabajo descanso
Para cada punto (Oficio) se debe evaluar: Tbs, Tbh, Tg, humedad relativa, veloci- dad del aire, movimientos y esfuerzos durante la jornada laboral.
Equipos
Tipos y características de los equipos
Medidor de temperaturas
Todos los equipos para medir calor se llaman termómetros, los termómetros se clasifican de acuerdo con las características y propiedades del elemento sensor. Los tipos principales son: liquido en vidrio, bimetálico, de resistencia y termocu- plas. Se debe tener en cuenta que el tiempo de medición debe ser mayor que el requerido para la estabilización del equipo, el rango de medición del termómetro debe ser adecuado al ambiente a evaluar, el equipo se debe ubicar en un sitio que refleje las condiciones del puesto de trabajo.
Medidor de humedad
Se entiende la humedad como la cantidad de vapor de agua en un espacio dado y es importante evaluarla, debido a su efecto en el intercambio térmico hombre – ambiente. En ambientes secos hay mayor evaporación del sudor y es posible ex- pulsar más rápido, mayores cantidades de calor del organismo humano. Se mide en forma directa con un girómetro o indirectamente con sicrómetro.
Medidor de velocidad del aire
El movimiento del aire afecta el intercambio de calor convectivo y evaporativo entre el cuerpo humano y el ambiente. Todos los instrumentos para medir veloci- dad del aire o viento se llaman anemómetros (velómetro y termoanemómetro)
Medidor de calor radiante
Los instrumentos usados para medir el flujo de calor radiante se llaman radió- metros. Los sensores de calor radiante consisten en una esfera de cobre delgado con un diámetro de 4.2 centímetros y color negro mate con un factor de mis-
cibilidad de 0.95, y un termómetro interno que refleja la temperatura de globo (Termómetro de globo de Vernon – recomendado por la NIOSH) y termómetro de bulbo seco. La temperatura radiante se puede estimar con base en la tempera- tura del aire y la temperatura de globo, así:
El termómetro de globo mide el intercambio de calor con el ambiente por ra- diación, convección, y conducción y se estabiliza cuando se iguala el valor de radiación con la suma de convección y conducción.
Medidor de estrés térmico
Se pueden usar equipos manuales o electrónicos.
Equipo manual: consiste en tres termómetros, de bulbo seco, bulbo húmedo y globo, montados en un soporte metálico, a diferentes alturas y posiciones sobre el soporte y que permite hacer la lectura de los termómetros directamente.
Equipo electrónico: consiste en un equipo integrador que tiene tres sensores de bulbo seco, bulbo húmedo y globo por cada módulo. Actualmente se utiliza un equipo con tres módulos montados en un trípode, que permite ubicar el módulo uno a la altura de la parte media del cuerpo del trabajador, el módulo dos a la altura de la frente, y el módulo tres a la altura del tobillo. El equipo de estrés calórico se encarga de integrar los tres valores y nos entrega adicionalmente el TGBH, que permite medir velocidad del aire y humedad.
Figura 9. Equipo electrónico para la evaluación de calor °C
En el mercado nacional se puede adquirir un equipo para la medición de calor llamado “Termómetro Botsball”, que formalmente es llamado el termómetro de globo húmedo y combina la temperatura del aire, humedad, velocidad de movi- miento del aire y radiación térmica en un sencillo aparato de medida, graduado a las respuestas humanas de manera significativa. Consiste en una esfera hueca de cobre de 6.03 cm (2 3/8”) de diámetro que está pintada de negro y cubierta con doble capa de hilo. La cobertura de hilo está continuamente mojada por el agua que sale del depósito tubular de aluminio unido al globo.
El tallo del termómetro en forma de dial, pasa a través de un tubo plástico a lo largo de la línea central del depósito tubular de agua y en el interior del globo.
Principio de operación
Cuando es colocado en un área caliente, el globo es calentado por el aire circun- dante y por el calor radiado de superficies calientes, también es enfriado por la evaporación de acuerdo con la velocidad de movimiento del aire y la humedad. El globo húmedo alcanza una temperatura de equilibrio cuando los efectos de calentamiento y enfriamiento llegan a un balance. La temperatura Botsball in- dicada por el dial da una medida física directa del ambiente térmico.
Cualquier cambio en la temperatura del aire, humedad, velocidad de movimiento del aire o radiación térmica, lleva que la temperatura del Botsball cuando se incrementa el disconfort o estrés humano. Contrariamente, cualquier cambio en estas condiciones que hagan descender la temperatura Botsball, aliviará el dis- confort o estrés. Después de cinco minutos el termómetro Botsball alcanza un equilibrio que da una medida física directa del ambiente térmico.
Se ha encontrado muy buena correlación con los índices utilizados para determi- naciones de calor en diferentes ambientes.
Dos de los índices más comúnmente utilizados para el estrés por calor, son el de temperatura efectiva (ET) y el TGBH (bulbo húmedo- temperatura de globo). Las relaciones de estos índices con el Botsball, con base en estudios realiza- dos en lugares de trabajo de acuerdo con la NIOSH, se expresan mediante las siguientes ecuaciones:
ET: 1.25 B – 17.4 (ºF) ET: 1.25 B - 5.2 (ºC)
TGBH: 0.0118 B ² - 0.560 B + 54.9 (ºF) TGBH: 0.0212 B ² + 0.192 B + 9.5 (ºC)
Figura 10. Termómetro botsball Agujero para llenado de agua Tapa Soporte Tubo plástico Esfera de cobre Cobertura de hilo Tubo de aluminio Cinta de sellado Depósito termómettro
Medidas de campo: se deben llevar a cabo las mediciones de Tbs, Tbh, Tg, hu- medad relativa, consignando los resultados en formato.
Es necesario apantallar el termómetro de bulbo seco con el fin de protegerlo de la radiación del sol y demás superficies radiantes, pero sin restringir el movimiento del aire alrededor de él.
Cálculos
Para establecer la exposición ocupacional a sobrecarga térmica, se aplica el ín- dice de temperatura de globo y bulbo húmedo (T.G.B.H.) y para definir los cri- terios de diseño de sistemas de control, se utiliza el índice de tensión térmica (ITT), de acuerdo con lo establecido en el parágrafo del artículo 64 de la resolu- ción 2400 de 1979 emanada del Ministerio de la Protección Social.
La sobrecarga térmica es el resultado de factores ambientales y físicos que deter- minan el calor total que soporta el cuerpo. Los datos requeridos son: Tempera- tura del aire, presión de vapor de agua, calor radiante y movimiento del aire. El intercambio calórico se mide en Kilocalorías/hora o en Watts (1 Watt = 0.8626 Kcal/h).
La ecuación de balance térmico es la base para entender el intercambio térmico entre el ambiente y el cuerpo humano. Obviando el intercambio de calor por con- ducción y el intercambio de calor por la respiración, por ser generalmente poco significativos, la ecuación de balance térmico se expresa:
M ± R ± C - E = S
Donde: M = Ganancia de calor por el metabolismo. R = La ganancia o pérdida de calor por radiación. C = La ganancia o pérdida de calor por convección. E = La pérdida de calor por evaporación del sudor. S = Almacenamiento o pérdida de calor en el organismo.
Partiendo de las posibilidades reales del organismo y del ambiente, la ecuación del balance térmico puede expresar las cuatro situaciones siguientes:
Lo que significa que existe un balance entre los diferentes intercambios térmicos. En este caso el sujeto no necesita evaporar sudor para lograr el equilibrio con el medio, por lo que las condiciones se denominan de confort o de bienestar térmico u óptimo.
En caso de que el sujeto requiera sudar y lograr el balance entre los diversos factores de intercambio térmico, porque no son suficientes los intercambios por radiación y por convección, la ecuación adopta la siguiente forma:
M ± R ± C - E = 0
En este caso el cuerpo se encuentra bajo condiciones climáticas permisibles. Hay balance térmico, pero existe tensión térmica, pues el sujeto para que el calor acumulado no se incremente en su cuerpo, tiene que apelar a la evaporación del sudor, y así lograr el equilibrio térmico.
Sin embargo, los mecanismos termorreguladores no siempre son capaces de im- pedir que la ganancia de calor sobrepase la pérdida. En esta tercera situación resulta imposible el balance térmico y el organismo comienza a incrementar su temperatura por almacenamiento de calor. Por eso la ecuación adoptaría la forma:
M ± R ± C - E > 0
que expresa las condiciones críticas por calor a que el sujeto está sometido. Una cuarta situación sería la que obliga al hombre a perder calor por encima de sus posibilidades, provocando un desbalance por frío, por lo que la tempera- tura del cuerpo descendería mientras las condiciones se mantengan. Esta cuarta forma sería:
M ± R ± C - E < 0
ÍNDICE DE TEMPERATURA DE GLOBO Y BULBO HÚMEDO