ANLISIS, EVALUACIN Y CONTROL DEL

ESTRS TRMICO POR FRO (HIPOTERMIA)

Javier Hernn Aguirre Egan

DIRECTOR ACADMICO:

Lic. Jos Luis Melo

CARRERA DE LICENCIATURA EN HIGIENE Y SEGURIDAD EN EL TRABAJO

DEPARTAMENTO DE SALUD Y SEGURIDAD

SOCIAL

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRES DE FEBRERO

2do. Cuatrimestre Ao 2004

1era. Edicin

TRABAJO FINAL DE GRADO

CTEDRA: TALLER DE ELABORACIN DEL TRABAJO FINAL

DOCENTES: Profesor Titular Lic. Enrique

Valiente

Profesora Adjunta Dra. Mara Victoria Santrsola

COMENTARIOS SOBRE ESTE TRABAJO POR EL LIC.

JOS LUIS MELO

Habiendo analizado el contenido del excelente trabajo del Lic. Javier Aguirre, cabe destacar el

hecho que realiz correctamente la accin de relevar datos tcnicos en autores de primer nivel

y en sus ltimas publicaciones, tales como lo es Mndelo lo que le da el carcter de actualidad

tcnico cientfica destacando la correcta interpretacin de la Resolucin MTESS N 295/04,

primera en tomar el tema de carga trmica en forma integral, forma que todava

lamentablemente no est siendo aplicada por los profesionales en Higiene y Seguridad en el

trabajo.

Algo que obvio y hubiese sido deseable es adjuntar el listado de toda la bibliografa empleada

en el desarrollo del trabajo presentado

La bibliografa empleada en general tiene menos de 5 aos desde su publicacin lo que da una

idea concreta que el trabajo es original.

La parte sobre medicina es muy interesante debido a la forma con que fue encarado, donde

incluye los efectos en la mujer embarazada un detalle lamentablemente poco apreciado en la

mayora de los estudios.

Otro elemento que es importante y el profesional encara bien es la problemtica de la ropa

utilizada en bajas temperaturas justificando correctamente el trabajo con referencia de varios

autores.

Los comentarios y sugerencias de mejoras a la legislacin son correctos. Pese a que no lo

comenta, deja a traslucir el hecho que la Resolucin deja la tradicional postura sobre las

normas ISO que sigui la legislacin argentina para pasar a las normas dictadas por la ACGIH.

En mi apreciacin este trabajo es muy meritorio y debiera ser presentado en la biblioteca de la

Universidad para ejemplo de los futuros alumnos y material de estudio a los interesados en el

tema.

AGRADECIMIENTOS

En este trabajo de investigacin quiero agradecer a las siguientes personas, por haberme

ayudado en distintas etapas de mi investigacin, sin ningn tipo de orden de importancia:

Al Ergnomo Lic. Jos Luis Melo, por los datos proporcionados, por la ayuda tcnica y la motivacin que me ha brindado para realizar este proyecto, solicitndome

informacin clave.

Al Dr. Guillermo Lombardo, por su ayuda incondicional para proporcionarme informacin tcnica sobre medicina laboral sobre el fro y el estrs por fro.

Al Ing. Fernando Iuliano, por solicitarme normas ISO de importancia. Y tambin demostrando su desinters por colaborar

A mi hermana, Cecilia, por las traducciones de ingls que he necesitado. A Augusto y Alejandro, mis amigos, los cuales me brindaron apoyo tcnico para poder

digitalizar imgenes.

A todos gracias. Por que con ustedes esta investigacin fue ms sencilla a la hora de ser

realizada.

RESUMEN

El presente trabajo, tendr como objeto de estudio El anlisis, la evaluacin y control del estrs

trmico por fro, a partir de bibliografa especializada. Es decir, este informe ser de tipo

bibliogrfico.

En el mismo, se har hincapi sobre los riesgos que puedan ocasionar las exposiciones indebidas

al fro, as como la evaluacin del mismo con diversos mtodos tcnicos y enunciar las diversas

medidas de control tcnico-administrativo que existen para reducir o evitar la exposicin al fro.

Tambin, se realizar un anlisis de las normas y legislaciones a nivel nacional e internacional

existentes sobre el tema. Se analizar en particular la Res. 295/03 MTESS de este pas, aportando

posibles mejoras a la misma con el fin de mejorar su rigurosidad y proteccin laboral ante este

riesgo.

Este trabajo se basa en la recopilacin, sistematizacin y anlisis de informacin tcnica, normas y

legislaciones a nivel nacional e internacional a partir de mltiples fuentes documentales.

NDICE GENERAL CONCEPTO PGINA

INTRODUCCIN 1

CAPTULO 1

1. CARACTERSTICAS TCNICAS DEL ESTRS POR FRO, METODOLOGAS DE CLCULO Y MEDICIN 3

1.1. Termorregulacin del cuerpo Humano 4

1.2. Mecanismos fisiolgicos de la termorregulacin generales 7

1.3. La sobrecarga trmica y la tensin trmica, anlisis de la tensin trmica por

fro 10

1.4. Balance trmico - Ecuacin general del balance trmico 12

1.5. Metabolismo (M) 13

1.6. Medicin del gasto energtico 16

1.6.1. Calorimetra directa 16

1.6.2. Calorimetra indirecta 17

1.6.2.1. Medicin de gasto energtico por el control de los alimentos 17

1.6.2.2. Medicin del gasto energtico mediante el consumo de oxgeno:

Condiciones BTPS, ATPS y CNPT 17

1.6.2.3. Medicin gasto energtico por la frecuencia cardiaca 21

1.6.2.4. Medicin del gasto energtico mediante tablas 23

A) Consumo metablico segn el tipo de actividad 23

B) Consumo metablico a partir de los componentes de la actividad 25

C) Consumo metablico segn la profesin 27

D) Consumo metablico en tareas concretas 28

E) Variacin del gasto energtico con el tiempo 34

F) Metabolismo de un ciclo de trabajo 36

1.7. Trabajo externo (W) 37

1.8. Ecuacin de balance trmico por fro (citada y adoptada por la Norma ISO

11079) 37

1.8.1. Flujo de calor por la respiracin (Cres y Eres) 38

1.8.2. Flujo de calor por evaporacin del sudor (E) 39

1.8.3. Flujo de calor por conveccin (C) 40

1.8.4. Flujo de calor por radiacin (R) 41

CONCEPTO PGINA

1.8.5. Intercambio de calor por conduccin debido al contacto directo con

superficies (K) 42

1.8.6. Flujo de calor a travs del vestido 42

1.9. Ambiente trmico: magnitudes, unidades e instrumentos de medicin 42

1.9.1. Definiciones de los parmetros tiles para el estrs por fro 44

1.9.1.1. Humedad absoluta (HA) y humedad relativa (HR) 44

1.9.1.2. Velocidades del aire: absoluta (Va) y relativa (Var) 45

1.9.2. Equipos necesarios y las mediciones de los parmetros fsicos 46

1.10. Propiedades trmicas del vestido 48

1.11. Factores que contribuyen en el estrs trmico 51

1.11.1. Constitucin corporal 52

1.11.2. El vestido 52

1.11.3. Aclimatacin 52

1.12. Estrs por fro 53

1.13. Hipotermia 53

CAPITULO 2

2. MEDICINA LABORAL Y RIESGOS A LA SALUD PRODUCIDOS POR ESTRS POR FRO (INCLUYENDO EFECTOS ANTI-

ERGONMICOS) 55

2.1. Trabajo a bajas temperaturas 56

2.2. Mecanismos fisiolgicos de termorregulacin del cuerpo humano ante el

fro 56

2.2.1. Reacciones trmicas 56

2.2.2. Reacciones del sistema circulatorio 56

2.2.3. Reacciones metablicas 57

2.2.4. Activacin progresiva de los mecanismos por sobrecarga de fro 59

2.3. Sntomas en el hombre 59

2.4. Consecuencias por hipotermia 62

2.4.1. Necrosis, pie de trinchera o inmersin 62

2.4.2. Formas anatomoclnicas de la hipotermia o estrs por fro Sintomatolo-

ga 63

2.5. Clasificacin diagnstico-evolutiva 64

CONCEPTO PGINA

2.6. Fisiopatologa 65

2.6.1. Resumen de la patologa inducida por el fro 67

2.7. Tratamiento 68

2.7.1. Tratamiento prehospitalario o de primeros auxilios 68

2.7.2. Tratamiento hospitalario o clnico 69

2.8. Lesiones por fro 70

2.8.1. Lesiones por fro con congelacin (LFCC) 70

2.8.2. Lesiones por fro sin congelacin (LFSC) 72

2.9. Efectos sobre el rendimiento corporal y psquico de la persona (Efectos

anti-ergonmicos) 73

2.9.1. Rendimiento en general 73

2.9.2. Rendimiento manual 75

2.9.3. Rendimiento neuromuscular 78

2.9.4. Capacidad fsica para el trabajo 78

2.10. Salud y fro 78

2.11. Farmacologa y fro 82

2.12. Mtodos farmacolgicos para prevenir las lesiones por fro 82

CAPTULO 3

3. EVALUACIN TCNICA DEL ESTRS TRMICO POR FRO 83 3.1. Parmetros necesarios para la evaluacin 84

3.2. ndice del aislamiento del vestido requerido (IREQ, norma ISO 11079) 85

3.2.1. Clculo del aislamiento del vestido requerido (IREQ) 86

3.2.2. Temperatura de la superficie del vestido (tclo o tcl) 87

3.3. Clculo del tiempo mximo de exposicin y tiempo de recuperacin 101

3.3.1. Definicin y clculo del tiempo lmite de exposicin (DLE) 101

3.3.2. Definicin y clculo del tiempo necesario para la recuperacin (RT) 102

3.4. Procedimiento de trabajo para evaluar medidas de control ambientes fros

recomendado por la norma ISO 11079/93 102

3.5. Evaluaciones rpidas mediante grficos del valor IREQmin y IREQneutro,

Iclr, DLE y RT 105

3.5.1. Exposicin contnua 105

3.5.2. Exposicin intermitente 107

CONCEPTO PGINA

3.5.3. Duracin Limite de exposicin (DLE). Determinacin 108

3.6. ndices para la evaluacin del fro 111

3.6.1. Wind chill index (WCI) o ndice de viento fro 112

3.6.2. ndice de sensacin trmica 114

3.6.3. ndice de estrs trmico 115

3.6.4. Valoracin subjetiva del medio ambiente 117

3.7. Evaluacin del enfriamiento de distintas partes corporales 118

3.7.1. Enfriamiento de las extremidades 118

3.7.2. Enfriamiento por conduccin 120

3.7.3. Enfriamiento del aparato respiratorio 121

CAPTULO 4

4. MEDIDAS DE PREVENCIN Y CONTROL DEL ESTRS POR FRO 122

4.1. Procedimientos de control de ambientes fros 123

4.1.1. Control sobre el estrs trmico 123

A) Velocidad de aire 123

B) Ropa de trabajo 123

4.1.2. Control sobre las funciones fisiolgicas 124

4.2. Recomendacin Criterios TLVs de la ACGIH 126

4.3. Medidas correctoras y sistemas de control 130

4.4. Consideraciones y prdidas ergonmicas por el uso de ropa aislante y pro-

tectora a tenerse en cuenta 133

4.5. Tabla resumen 135

CAPITULO 5

5. ANLISIS DE LAS NORMAS Y LEGISLACIN EXISTENTES 136 5.1. Comentarios sobre las normas utilizadas y necesarias para el anlisis,

evaluacin, cuantificacin, cualificacin y control del estrs por fro 137

5.1.1. NORMA ISO 8996. Ergonoma Determinacin del calor metablico 137

5.1.2. NORMA ISO 9920 ERGONOMA Estimacin de las caractersticas

trmicas de la ropa 137

5.1.3. NORMA ISO 7726 AMBIENTES TRMICOS Instrumentos y m-

todos para evaluar magnitudes fsicas 137

CONCEPTO PGINA

5.1.4. NORMA ISO 11079/93 Evaluacin de ambientes fros Determi-

nacin de aislamiento requerido necesario en el vestido (IREQ) 138

5.2. Anlisis y comentarios sobre la legislacin argentina 138

6. CONSIDERACIONES FINALES 153 7. BIBLIOGRAFA 155 8. ANEXOS 159 A) Estrategias y medidas relacionadas con factores y equipos especficos.

(OIT) 159

B) Estrategias y medidas durante distintas fases del trabajo para prevenir

y reducir el estrs por fro. (OIT) 160

9. GLOSARIO 161

NDICE DE FIGURAS CONCEPTO PGINA

CAPTULO 1

Figura 1.1 Eficiencia mecnica del hombre 5

Figura 1.2 Temperaturas aproximadas del cuerpo humano 6

Figura 1.3 - Esquema fisiolgico demostrativo del control del calor interno en el

hombre 8

Figura 1.4 - Esquema fisiolgico demostrativo del transporte del calor de inter-

cambio trmico entre el medio y el hombre 9

Figura1.5 - Ecuacin prctica del balance trmico 13

Figura 1.6 Psicrmetro de aspiracin 47

CAPTULO 2

Figura 2.1 - Etapas del enfriamiento 66

Figura 2.2 - Etapas de la descongelacin y recalentamiento 67

Figura 2.3 - Efectos brutos estimados en la destreza manual con diferentes ni-

veles de temperatura de manos y dedos 77

CAPTULO 3

Figura 3.1 - Esquema para el anlisis de diferentes tipos de enfriamientos (Ropa se

refiere al aislamiento que la misma produce) 84

Figura 3.2 - Evaluacin del estrs por fro en relacin con los factores climticos y

los efectos del enfriamiento 85

Figura 3.3 - Grfico 1 de la norma ISO 11079, procedimiento de anlisis y evaluacin

de ambientes fros 103

CAPTULO 4

Figura 4.1 - Ejemplos de los efectos del fro 133

NDICE DE GRFICOS CONCEPTO PGINA

CAPTULO 1

Grafico 1.1 - Variacin circadiana de la temperatura rectal en un periodo de 24 ho-

ras segn Ernest Pppel 7

Grafico 1.2 - Curva de sobrecarga confort-tensin, aproximada, de un sujeto 10

Grfico 1.3 - Curvas de sobrecargas y tensiones calricas y por fro de dos personas

x (Laura) e y (Carolina) 11

Grfico 1.4 Nomograma para determinar la superficie corporal conociendo el pe-

so y la estatura 15

Grafico 1.5 Nomograma para determinar el factor fCNPT o STPD 20

CAPTULO 2

Grfico 2.1 Temperatura de la superficie de la nariz en funcin de la temperatura

ambiente y la velocidad del aire 57

Grfico 2.2 - Temperatura de la superficie de la cara en funcin de la temperatura

ambiente y la velocidad del aire 57

Grfico 2.3 - Variaciones de la frecuencia cardaca en funcin de las variaciones de

la temperatura de la superficie de la cara 57

Grfico 2.4 - Balance trmico del hombre en diferentes condiciones climticas 60

Grfico 2.5 - Disminucin de la habilidad manual por accin del fro 62

Grfico 2.6 - Relacin entre destreza manual y temperatura cutnea de los dedos 76

CAPTULO 3

Grfico 3.1 - Obtencin rpida del IREQmin en funcin de la temperatura ambien-

te y del tipo de actividad que desempee la persona 99

Grfico 3.2 - IREQmin en funcin de la temperatura operativa o ambiente para 8 ni-

veles de produccin del calor metablico 105

Grfico 3.3 - IREQneutro en funcin de la temperatura operativa o ambiente para 8

niveles de produccin de calor metablico 106

Grfico 3.4 Comparacin del IREQmin y IREQneutro a tres niveles de produccin

de calor metablico 106

Grfico 3.5 - Efecto de la velocidad del aire en IREQneutro a 115 W/m2 107

Grfico 3.6 - IREQmin e IREQneutro para tres tipos de regmenes de trabajo descan-

so 108

CONCEPTO PGINA

Grfico 3.7 - Duracin de exposicin lmite recomendada para tensiones elevadas

y para 6 niveles de produccin de calor metablico cuando la ropa

provee una proteccin de 2 Clo 109

Grfico 3.8 - Duracin de exposicin lmite recomendada para tensiones bajas y

para 6 niveles de produccin de calor metablico cuando la ropa

provee una proteccin de 2 Clo 109

Grfico 3.9 - Duracin de exposicin lmite recomendada para tensiones elevadas

y para 6 niveles de produccin de calor metablico cuando la ropa

provee una proteccin de 3 Clo 110

Grfico 3.10 - Duracin de exposicin lmite recomendada para tensiones bajas y

para 6 niveles de produccin de calor metablico cuando la ropa pro-

vee una proteccin de 3 Clo 110

Grfico 3.11 - Duracin de exposicin lmite para 4 niveles de aislamiento de la ro-

pa para trabajos livianos 111

Grfico 3.12 - Incomodidad subjetiva de la temperatura cutnea de la frente (Segn

Leblanc 1975) 118

Grfico 3.13 - Lmites de tiempo para el trabajo ligero y moderado con dos niveles

de aislamiento de la ropa 119

Grfico 3.14 - Proteccin de los dedos. (Las curvas indican los lmites permisibles

de tiempo y temperatura para la exposicin de los dedos al fro en

condiciones de trabajo ligero datos basados en los clculos del

intercambio de calor de las manos y en una temperatura crtica en las

prendas de los dedos de 5 C) 120

Grfico 3.15 - Curvas de enfriamiento de un dedo en contacto con una superficie 121

CAPTULO 4

Grfico 4.1 - Influencias del pinculo adiposo sobre el descenso de la temperatura

rectal en el transcurso del tiempo para una persona expuesta al

fro 125

Grfico 4.2 - ndices de enfriamiento por efecto del viento: Adaptacin de trabajos

realizados por el Ministerio del Medio Ambiente, Servicio del Medio

Ambiente Atmosfrico de Canad 128

NDICE DE TABLAS CONCEPTO PGINA

CAPTULO 1

Tabla 1.1 - Mtodos para determinar el gasto energtico 14

Tabla 1.2 Relacin de actividades en W/m2 y en Met 16

Tabla 1.3 - Criterios de CHAMOUX. Permiten clasificar directamente la peno-

sidad del trabajo en funcin del costo cardiaco absoluto y del rela-

tivo, segn se indica a continuacin 22

Tabla 1.4 - Tabla de los coeficientes de penosidad segn los criterios de

FRIMAT 22

Tabla 1.5 - Estimacin del consumo metablico de cuatro trabajadores median-

te la medicin de frecuencia cardaca 23

Tabla 1.6 - Estimacin del metabolismo segn la intensidad del trabajo 24

Tabla 1.7 - Metabolismo basal en funcin de la edad y sexo 26

Tabla 1.8 Estimacin del metabolismo por componentes en funcin de la

postura 27

Tabla 1.9 - Clasificacin del metabolismo segn la profesin 28

Tabla 1.10 A - Clasificacin del metabolismo por actividad-tipo 29

Tabla 1.10 B - Continuacin de la tabla 1.10 A 30

Tabla 1.11 Estimacin del metabolismo por componentes debido al tipo de tra-

bajo 31

Tabla 1.12 Estimacin del metabolismo por componentes debido al movimien-

to 32

Tabla 1.13 Estimacin del metabolismo segn las posturas y movimientos (G.

Lehmann). El metabolismo del trabajo se obtiene sumando las

tablas A y B 36

Tabla 1.14 Componente de la velocidad del aire debido a la actividad 46

Tabla 1.15 Clasificacin estimada de la velocidad del aire 46

Tabla 1.16 - Aislamiento trmico segn el tipo de vestido segn ISO 7730 48

Tabla 1.17 - Valores de las resistencia trmica especfica del atuendo

(ISO 9920) 49

CAPTULO 2

Tabla 2.1 - Situaciones clnicas progresivas de hipotermia 58

CONCEPTO PGINA

Tabla 2.2 - Efectos esperados de la exposicin a fro leve e intenso 74

Tabla 2.3 - Importancia de la temperatura de los tejidos corporales para el rendi-

miento fsico del ser humano 74

CAPTULO 3

Tabla 3.1 - Valores de referencia para los estados mnimo y neutral 86

Tabla 3.2 - Obtencin del ndice Iclr en funcin de la actividad metablica 87

Tabla 3.3 - Valores de IREQ en funcin de la velocidad y la temperatura del

aire y del nivel de actividad 89

Tabla 3.4 - Valores de Tmax (horas) en funcin de las caractersticas del vestido

y de la temperatura del aire para M=80 W/m2 y distintos valores

de la velocidad del aire, Var 91

Tabla 3.5 - Valores de Tmax (horas) en funcin de las caractersticas del vestido y

de la temperatura del aire para M = 145 W/m2 y distintos valores

de la velocidad del aire, Var 94

Tabla 3.6 - Valores de Tmax (horas) en funcin de las caractersticas del vestido y

de la temperatura del aire para M=200 W/m2 y distintos valores

de la velocidad del aire, Var 96

Tabla 3.7 - Valores de Tmax (horas) en funcin de las caractersticas del vestido y

de la temperatura del aire para M=250 w/m2 y distintos valores de la

velocidad del aire, Var 98

Tabla 3.8 - Obtencin de la produccin de calor metablico 100

Tabla 3.9 - Efectos del fro en funcin de la temperatura de enfriamiento (tch) 113

Tabla 3.10 - Valores de la temperatura de enfriamiento 114

Tabla 3.11 - Riesgos en bajas temperaturas 115

Tabla 3.12 - Coeficientes K 116

Tabla 3.13 - Significado de los calores de ndices de estrs trmicos (IST) 117

Tabla 3.14 - Lmites mximos de exposicin diaria 117

CAPTULO 4

Tabla 4.1 Valores TLV. Cuadro de trabajo / calentamiento para un turno de

trabajo de cuatro horas 126

Tabla 4.2 - Velocidades de enfriamiento por efecto del viento Ministerio del

Medio Ambiente, Servicio del Medio Ambiente Atmosfrico

CONCEPTO PGINA

de Canad 129

Tabla 4.3 Tabla Resumen 135

CAPTULO 5

Tabla 1 de la Res. 295/03 MTESS - Situaciones clnicas progresivas de la Hipoter-

mia 140

Tabla 2 de la Res. 295/03 MTESS - Poder de enfriamiento sobre el cuerpo expues-

to expresado como temperatura equivalente (en condiciones

de calma) 143

Tabla 3 de la Res. 295/03 MTESS - Lmites recomendados para trabajadores vesti-

dos de manera apropiada durante perodos de trabajo a temperaturas

por debajo del punto de congelacin 145

Tabla 5.1 - Condiciones a adoptar en funcin de la temperatura real del ambiente

y la temperatura de enfriamiento equivalente 151

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INTRODUCCIN

El presente trabajo se ha centrado en el anlisis del riesgo de exposicin por fro que puede dar

lugar a la hipotermia (Estrs trmico por fro), haciendo un estudio de evaluacin del riesgo y

desarrollando la prevencin al riesgo en cuestin, realizando un anlisis crtico de esas medidas

de evaluacin y preventivas para mitigar el riesgo de exposicin al mismo.

La eleccin del tema fue motivada por la relativa importancia que se le da actualmente en este

pas a este riesgo, considerando que recin en el ao 2003 la Res. 295/03 MTESS cita el tema

como estrs por fro; y dado que existen actividades de exposicin al fro muy comunes en la

industria, desde mataderos o frigorficos hasta lugares de trabajo al aire libre y a la intemperie,

como pueden ser establecimientos petrolferos en el sur del pas.

Adems, cabe destacar que es un tema ampliamente abordado en otros pases, tales como

EE.UU., Espaa y, el mismo es de gran inters en el rea de la prevencin de riesgos laborales.

En cuanto al planteo del problema de esta investigacin surgieron las siguientes preguntas en la

investigacin:

Cul es la problemtica general del fro en las tareas laborales? Qu problemas a la salud y al rendimiento laboral genera en un trabajador expuesto al fro? Cmo se evala tcnicamente el estrs por fro o carga trmica por fro? Cules son las normativas y legislaciones nacionales e internacionales existentes que regulan la actividad o sugieren una metodologa de evaluacin? Cules son los temas que tratan?

Qu estrategias (soluciones) concretas existen para evitar o minimizar el riesgo de exposicin?

El tema es que hoy da el estrs por fro es un estudio central en muchos lugares del mundo, por

ejemplo, Espaa y EE.UU., entre otros pases nrdicos en donde sufren temperaturas bajo cero,

en los cuales ya se han propuesto medidas de evaluacin y prevencin del riesgo.

Podemos decir que en nuestro pas el tema se empez a abordar recin en el ao 2003, ya que la

resolucin 295/03 en su anexo III, cita la figura de la hipotermia como carga trmica por fro.

Antes, en el anexo II del decreto reglamentario nmero 351/79 de la Ley Nacional nmero

19587/72 de higiene y seguridad en el trabajo de carga trmica se citaba solamente el estrs

trmico generado por calor. Por eso, es posible afirmar que el tema legalmente en nuestro pas es

nuevo, en donde hay mucho por investigar sobre el mismo para mejorar las formas de

prevencin a este riesgo.

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En cuanto a organizaciones como la ISO (International Standard Organization) y organizaciones

gubernamentales como la ACGIH (American Conference of Guvernmental Hygienists), han

establecido parmetros de evaluacin y control del riesgo de estrs por fro.

En sntesis, el tema est siendo abordado por organismos internacionales de normalizacin y

gubernamentales en la mayora de los pases desarrollados. En nuestro pas todava no existen

recomendaciones con respecto al tema propuesto. Quiz ahora a partir de la Res. 295/03 MTESS

la cual cita el estrs trmico por fro como riesgo a controlar y prevenir, el Instituto Argentino de

Normalizacin (IRAM) adapte diversas normas ISO, relacionadas con el tema en cuestin.

La conjetura que se ha establecido para enmarcar este informe fue que: Los mtodos de

control y de evaluacin de trabajos en condiciones de hipotermia, previenen los riesgos a

la salud ocasionados por trabajos en estas condiciones

En virtud de las consideraciones precedentes se ha organizado el trabajo del siguiente modo:

En el captulo 1) de caractersticas tcnicas del estrs por fro, metodologas de clculo y

medicin, se han enunciado los distintos conceptos que se deben tener en cuenta para poder

comprender el tema.

En el captulo 2) de medicina laboral y riesgo a la salud producidos por el estrs por fro

(incluyendo efectos antiergonmicos), se han explicado los distintos mecanismos fisiolgicos de

termorregulacin que posee el cuerpo humano, los efectos clnicos que pueda producir la

exposicin al fro y se ha hecho mencin sobre las dificultades ergonmicas que produce el fro,

cuando se realizan diversas labores.

En el captulo 3) de evaluacin tcnica del estrs trmico por fro, se han enunciado y analizado

los distintos ndices para evaluar la exposicin en ambientes fros, as como, la determinacin del

ndice de aislamiento requerido (IREQ) para la ropa que se utilizar en un determinado ambiente

fro (es decir, ropa con aislamiento til para la temperatura operativa o ambiente y la velocidad

del viento de una determinada condicin laboral).

En el captulo 4) de medidas de prevencin y control del estrs por fro, se han enunciado las

distintas medidas tcnico-administrativas para controlar, es decir minimizar o evitar, el riesgo de

hipotermia o las lesiones por fro.

En el captulo 5) de comentarios sobre normas y legislacin existentes, se han comentado las

normas que se necesitan para analizar, evaluar y controlar este riesgo. En cuanto a la legislacin se

ha analizado la Res. Nacional 295/03 MTESS, con el fin de aportar comentarios constructivos

para mejorar dicha legislacin.

Y por ltimo se han desarrollado las consideraciones finales de este trabajo.

Pgina 3

CAPTULO 1

CARACTERSTICAS

TCNICAS DEL ESTRS

POR FRO,

METODOLOGAS DE

CLCULO Y MEDICIN

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1. CARACTERSTICAS TCNICAS DEL ESTRS POR FRO, METODOLOGAS DE CLCULO Y MEDICIN

Es importante conocer ciertos conceptos que son notorios para comprender este tema y entender

el enfoque al que se quiere llevar en este informe. Por eso se explicarn a continuacin los

siguientes conceptos:

1.1. Termorregulacin del cuerpo Humano

El cuerpo humano es un generador constante de calor. Ya, de por s, una persona sin hacer

ninguna actividad y con su gasto energtico al mnimo, es decir, slo para mantener su organismo

vivo (metabolismo basal), genera entre 65 y 80 watios de calor, segn su sexo, edad y superficie

corporal.

El ser humano produce la energa que necesita para mantener su cuerpo vivo y activo, a partir de

los alimentos y del oxgeno que, a lo largo de complejas reacciones qumicas, se va convirtiendo

en calor. As, alrededor del 50 % de la energa de los alimentos ya desde el inicio del proceso se

transforma en calor y el otro 50 % en adenosina trifosfato (ATP), del cual la mayora tambin se

convierte en calor al pasar a formar parte de los sistemas metablicos celulares que slo

aprovechan una pequea de la energa restante; al final prcticamente toda la energa, de una

forma u otra, se transforma en calor dentro del organismo, excepto una fraccin, generalmente

muy pequea, que lo hace fuera a partir del trabajo externo que realiza el hombre.

Un hombre de una contextura fsica normal, descansando genera unos 115 W de calor;

caminando por una superficie plana a una velocidad de entre 3,5 y 5,5 Km/h genera de 235 W a

360 W; pero si acelera el paso a ms de 7 Km/h su produccin de calor estar alrededor de los

520 W. En un trabajo muy severo la produccin de calor puede sobrepasar los 900 W, como es el

caso de los deportistas de alto rendimiento que, realizando una actividad muy intensa, pueden

alcanzar los 2000 W durante unos minutos.

La eficiencia mecnica del hombre es baja, ya que entre el 75 % y el 100 % de la energa que

produce y consume para realizar sus actividades se convierte en calor dentro de su organismo,

segn el tipo de actividad, al que hay que sumar el calor producido por el metabolismo basal

necesario para mantenerse vivo.

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Figura 1.1. Eficiencia mecnica del hombre. Reproducido de: Mondelo, Gregori, Comas riz, Castejn Villela Y

Bartolom Lacambra, (2001:14)

Sin embargo, la generacin continua de calor no siempre garantiza la temperatura interna mnima

necesaria para la vida y para la realizacin de las actividades cuando las personas se encuentran

expuestas a determinadas condiciones de fro, con lo cual las bajas temperaturas pueden llegar a

constituir un peligro. No obstante, por lo general los ambientes de altas temperaturas son

muchos ms peligrosos que fros, pues normalmente resulta ms fcil protegerse del fro que del

calor.

La temperatura interna o central, es decir, la de los tejidos profundos del organismo, es el

promedio ponderado de las diferentes temperaturas de las partes y rganos del cuerpo. Estas

temperaturas toman diferentes valores segn la actividad; la parte del cuerpo y la hora, oscilando

con el ritmo circadiano, y mantenindose dentro de 0.6 C aproximadamente, salvo

enfermedad febril; incluso si el individuo queda expuesto a temperaturas de bulbo seco tan bajas

como 12 C, o tan altas como 60 C.

Aunque el intervalo de supervivencia puede extenderse, en algunos casos, desde los 28 C hasta

los 44 C de temperatura interna (generalmente con daos importantes en el organismo), la

temperatura interna considerada normal, en la que no deben producirse afectaciones, oscila

alrededor de los 37.6 C, dentro de un intervalo de 36 a 38 C; no obstante, durante actividades

fsicas intensas puede llegar a alcanzar los 40 C, lo cual, en circunstancias especficas, es

necesario, para lograr el rendimiento adecuado.

Los valores de temperatura tomada en el recto (temperatura rectal) son aproximadamente 0.6 C

mayores que los de la temperatura bucal, cuyo valor normal promedio se halla entre 36.7 C y 37

C. Mientras que la temperatura media cutnea puede variar en un intervalo ms amplio, ya que

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aumenta y disminuye siguiendo las condiciones ambientales y la actividad metablica; esta

temperatura tiene importancia cuando nos referimos a la capacidad de la piel para ceder calor al

ambiente.

Se llega fcilmente a la conclusin de que constituye una condicin indispensable, para la salud y

para la vida, mantener la temperatura interna dentro de los estrechos lmites vitales de la sutil

diferencia de 4 o 5 C.

El calor generado por el cuerpo (K), puede ser estimado partiendo de las temperaturas rectal y

cutnea mediante la siguiente expresin:

K = 3.48 Pc (0.65 tr + 0.35 tp) [Kjoules]

Donde:

3.48: calor especfico del cuerpo [Kj/(Kg C)]

Pc: Peso corporal [Kg]

tr: Temperatura rectal [C]

tp: Temperatura de la piel [C]

En la figura 1.2 se muestran esquemticamente los valores aproximados de las temperaturas en el

cuerpo humano bajo las dos situaciones de fro y calor

Figura 1.2. Temperatuas aproximadas del cuerpo humano: a) Bajo condiciones de fro (20 24 C y b) Bajo

condiciones de calor ( 35 C) . Reproducido de: Mondelo, Gregori, Comas riz, Castejn Villela Y Bartolom Lacambra, (2001:15)

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En el grfico 1.1 puede observarse el ritmo circadiano de la temperatura rectal desde las 8 de la

maana hasta las 8 de la maana del da siguiente, segn Ernest Pppel

Grafico 1.1. Variacin circadiana de la temperatura rectal en un periodo de 24 horas segn Ernest Pppel.

Reproducido de: Mondelo, Gregori, Comas riz, Castejn Villela Y Bartolom Lacambra, (2001:16)

Las seis variables que definen la interaccin entre la persona y el ambiente trmico son las

siguientes:

1) La temperatura del aire

2) La temperatura radiante

3) La humedad del aire

4) La velocidad del aire

5) La actividad desarrollada

6) La vestimenta

Las cuatro primeras las aporta el entorno y las dos ltimas la persona.

1.2. Mecanismos fisiolgicos de la termorregulacin generales

Dado que todo proceso metablico del cuerpo est asociado a la formacin de energa calrica y

para poder contrarrestar los desequilibrios que le pueden llegar a provocar problemas al

organismo cuenta con un mecanismo de regulacin del calor (termorregulacin, muy complejo

para mantener la temperatura interna dentro de unos intervalos muy estrechos, compensando las

prdidas y ganancias de calor), es as que un actividad en posicin de sentado genera 400

Kj/Hora y de esta, slo una pequea cantidad es necesaria para mantener la temperatura del

cuerpo, en general el sistema circulatorio es el responsable de la funcin disipadora a travs de

la sangre, la cual toma el calor interior del cuerpo y lo transporta a las zonas perifricas

del mismo, esta tarea se denomina termorregulacin del aparato circulatorio.

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En la figura 1.3 se presenta un esquema del sistema de control del calor del cuerpo, en este se

observa que el centro de control del cuerpo se halla en la cabeza, ms precisamente en el

hipotlamo, por ello cuando se produce un desequilibrio en el balance trmico, el hipotlamo

genera una seal que provoca la puesta en marcha de diferentes mecanismos que contrarresten el

efecto desequilibrante trmico. Cabe destacar que el sistema genera calor independientemente

que el hombre este despierto, realizando alguna tarea o durmiendo.

Figura 1.3. Esquema fisiolgico demostrativo del control del calor interno en el hombre. Reproducido de: Melo,

(2000:3)

La parte anterior del hipotlamo acta como termostato, mientras que su parte posterior como

regulador.

1) Cuando se produce un desequilibrio trmico, el organismo cuenta con dos mecanismos:

Se incremente el flujo sanguneo perifrico con el objeto de llevar el calor acumulado en los

rganos profundos hasta la piel, mediante el aumento de la frecuencia cardaca.

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Figura 1.4. Esquema fisiolgico demostrativo del transporte del calor de intercambio trmico entre el medio y el

hombre. Reproducido de: Melo, (2000:4)

2) Una vez que el calor se transporta a la piel, incrementando la actividad de las glndulas

sudorparas se obtiene eliminar mediante la evaporacin de la transpiracin (intercambio de calor

del cuerpo con el medio ambiente).

Cuando el corazn bombea sangre a la superficie de la piel para efectuar la termorregulacin, se

disminuye el caudal de sangre en los rganos principales.

Cuando la temperatura ambiental es prxima a la temperatura normal de la piel, el organismo

demora ms en enfriarse, el corazn contina bombeando la sangre hacia la superficie de la piel,

pero la liberacin de la transpiracin a travs de las glndulas sudorparas es la nica forma

efectiva de mantener la temperatura del cuerpo regulada.

En el caso de una combinacin de temperatura con humedad se presenta un problema, porque la

humedad limita la evaporacin, y el cuerpo no se enfra, en este caso, el corazn contina

bombeando la sangre a la piel continuando la disminucin de caudal en los rganos principales y

a los msculos, y en el caso que la temperatura rectal llegue a los 40.6 C el cuerpo no responde y

la persona sufre el llamado golpe de calor.

Adems de la posibilidad de trasladar el calor metablico hacia la periferia tiene otras alternativas

de termorregulacin para hacer frente a grandes oscilaciones de la temperatura interna, como

puede ser aumentar la generacin de calor ante bajas temperaturas fras, como puede ser

temblando. En el captulo 2 se detallarn ms los mecanismos fisiolgicos de termorregulacin en

caso de exposiciones al fro.

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1.3. La sobrecarga trmica y la tensin trmica, anlisis de la tensin trmica por fro

Todo ambiente trmico que provoque tensiones en la persona que activen sus mecanismos de

defensa naturales para mantener la temperatura interna dentro de su intervalo normal, constituye

una sobrecarga.

Las sobrecargas trmicas (por calor o por fro) provocan en el hombre las tensiones trmicas (por

calor o por fro)

La sobrecarga por fro (Cold Stress) es la causa que provoca en el hombre el efecto psicolgico que

se denomina tensin por fro (Cold Strain).

En las condiciones crticas, ya sea por fro o por calor, no hay equilibrio trmico entre el

ambiente y el cuerpo humano. En ambiente crtico por fro la temperatura interna bajar

continuamente hasta la muerte si el sujeto permanece expuesto al mismo.

En el grfico 1.2 aparece la curva aproximada que relaciona la sobrecarga trmica con la tensin

trmica en un sujeto.

Grafico 1.2. Curva de sobrecarga confort-tensin, aproximada, de un sujeto. Reproducido de: Mondelo, Gregori,

Comas riz, Castejn Villela Y Bartolom Lacambra, (2001:17)

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Sin embargo, no todos los individuos reaccionan igual frente a la misma sobrecarga trmica y lo

que para unos puede constituir un ambiente severo, para otros pudiera no serlo tanto, tal como se

observa en el grfico 1.3.

Grfico 1.3. Curvas de sobrecargas y tensiones calricas y por fro de dos personas x (Laura) e y (Carolina).

Reproducido de: Mondelo, Gregori, Comas riz, Castejn Villela Y Bartolom Lacambra, (2001:18)

Afortunadamente los mecanismos fisiolgicos de la termorregulacin son muy eficientes, y en los

casos en que las condiciones microclimticas y la actividad metablica no permitan un

confortable balance trmico del cuerpo y el entorno, se puede desarrollar una tensin ms o

menos importante segn la situacin, con el fin de tratar de alcanzar un equilibrio trmico

aceptable, aunque creando incomodidades, fatiga, disminucin de la capacidad fsica y de la

capacidad mental. De no lograrse tampoco este equilibrio trmico aceptable o permisible porque

los mecanismos fisiolgicos resultarn insuficientes para resolver el conflicto, la salud de la

persona se afectara al incrementarse o disminuir la temperatura corporal fuera de los lmites del

intervalo considerado normal.

El mantenimiento de la temperatura corporal dentro de los citados lmites es el resultado del

equilibrio entre ganancias y prdidas de calor del cuerpo situado dentro de un microclima

determinado.

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1.4. Balance trmico - Ecuacin general del balance trmico

Para realizar un estudio ergonmico del ambiente trmico, es imprescindible analizar el

intercambio trmico que se efecta entre la persona y el medio donde esta realiza sus actividades.

La ecuacin general del balance trmico viene dada por la siguiente expresin:

M W R C E Cres Eres Ed Ccond = Ccond.clo = A [W/m2]

Siendo:

M: Energa calrica producida por el organismo

W: Trabajo mecnico desarrollado

R: Intercambio de calor por radiacin

C: Intercambio de calor por conveccin

E: Prdida de calor por evaporacin del sudor

Cres: Intercambio de calor por conveccin respiratoria

Eres: Intercambio de calor por evaporacin respiratoria

Ed: Prdida de calor por difusin del vapor

Ccond: Intercambio de calor por conduccin

Ccond.clo: Conduccin a travs del vestido

A: Ganancia o prdida de calor por el cuerpo

Obviamente, de la expresin anterior pueden ocurrir cuatro situaciones que genera diferentes

estado de A:

1) Cuando A y E = 0; Hay equilibrio trmico y en general condiciones de confort y

permisibles.

2) Cuando A = 0 y E > 0; Hay equilibrio trmico y en general condiciones de confort y

permisibles.

3) En la que A > 0; Hay desequilibrio por ganancia de calor; tensin calrica.

4) En la que A < 0; Hay desequilibrio por prdida de calor; tensin por fro. Esta situacin es la que

vamos a analizar.

El trmino de conduccin, Ccond, normalmente es insignificante comparado con el intercambio

trmico total; en cambio, s es importante en la influencia del intercambio trmico a travs del

contacto de la ropa Ccond.clo.

La situacin de equilibrio trmico se alcanza cuando el valor acumulado, A, es nulo. Por eso

podemos escribir tambin la ecuacin considerando:

A y Ccond = 0

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Como:

M W E Ed Cres Eres = Ccond.clo = R C

En los trabajos prcticos este intercambio de calor se produce, bsicamente, por cuatro vas, tal

como aparece en la figura 1.5:

Figura1.5. Ecuacin prctica del balance trmico. Reproducido de: Mondelo, Gregori, Comas riz, Castejn

Villela Y Bartolom Lacambra, (2001:68)

1.5. Metabolismo (M) El metabolismo, que transforma la energa qumica de los alimentos en energa mecnica y en

calor, mide el gasto energtico muscular. Este gasto energtico se expresa normalmente en

unidades de energa y potencia: kilocaloras (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 estndar de 1,8 m2).

Existen varios mtodos para determinar el gasto energtico, que se basan en la consulta de tablas

o en la medida de algn parmetro fisiolgico. En la tabla 1.1 se indican los que recoge la ISO

8996, clasificados en niveles segn su precisin y dificultad.

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Tabla 1.1: Mtodos para determinar el gasto energtico. Reproducido de: Mendaza Luna (Nota Tcnica de

Prevencin 323), 1993, mtas.es/Insht/ntp/

De otra forma, el proceso metablico convierte energa qumica en calor; en la medida que el

cuerpo necesita para funcionar, esta energa tambin se emplea para realizar trabajos mecnicos

externos (W), pero en su mayor parte se transforma en calor interno.

Por consiguiente, se puede decir que el balance interno de calor se establecera entre la diferencia

de metabolismo (M) y el trabajo externo (W).

El valor de M puede variar desde un valor mnimo de 45 W/m2, hasta ms de 500 W/m2 para un

ejercicio muy intenso.

La superficie media de la piel de una persona es aproximadamente de 1.8 m2. Si queremos

calcular su valor de forma ms precisa se puede utilizar, a partir de la altura y el peso, nos da los

metros cuadrados de piel, o mediante el nomograma de la grfico 1.4

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Grfico 1.4. Nomograma para determinar la superficie corporal conociendo el peso y la estatura. Reproducido de:

Mondelo, Gregori, Comas riz, Castejn Villela Y Bartolom Lacambra, (2001:54)

O podemos determinar en forma ms exacta la superficie de la piel con la frmula de DuBois &

DuBois (1915):

SC = 0.202 Pc0.425 H0.725

Donde:

SC: Superficie Corporal [m2]

Pc: Peso Corporal [Kg]

H: Altura [m]

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Sin embargo, sin afectar la precisin necesaria y suficiente, en la mayora de los trabajos

habitualmente se utiliza el valor de superficie corporal de 1.8 m2, que es el de un hombre

estndar de 70 Kg de peso y 1.73 m de estatura.

Otra unidad utilizada para la determinacin del metabolismo es el met, que equivale a 58.15

W/m2 (50 Kcal/m2 h), valor que corresponde a la produccin metablica de una persona sentada

en reposo. En la tabla siguiente se muestra una relacin de actividades en W/m2 y en Met.

SEGN NORMA ISO 7243

W/m2 Met Kcal/ (m2 h) Kcal/h

58.15 1 50 90

69.6 1.2 60 110

81.2 1.4 70 125

92.8 1.6 80 145

Tabla 1.2 Relacin de actividades en W/m2 y en Met. Fuente: Mondelo, Gregori, Comas riz, Castejn

Villela Y Bartolom Lacambra, (2001:55)

1.6. Medicin del gasto energtico

Los mtodos para medir el consumo energtico de una actividad fsica cualquiera puede ser de

dos tipos: por calorimetra directa y por calorimetra indirecta.

1.6.1. Calorimetra directa La calorimetra directa mide el calor que genera el organismo realizando la actividad que se quiere

medir dentro de un calormetro, que es una cmara preparada para controlar las condiciones

microclimticas y medir mediante sensores, el calor que genera el individuo mientras realiza el

trabajo en cuestin. Sin embargo, no todas las actividades pueden ser realizadas dentro de un

calormetro (por ejemplo, un corredor de 100 metros lisos, cartero, minero, panadero, etc.) y por

otra, parte, los calormetros son muy costosos.

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1.6.2. Calorimetra indirecta La calorimetra indirecta se basa en la utilizacin de otros parmetros que reflejan la generacin

energtica, bien por ser causa directa de sta, o bien por ser su consecuencia.

As pues, la medicin del gasto energtico durante una actividad puede efectuarse mediante:

A) Medicin de gasto energtico por el control de los alimentos El control de los alimentos que consume el hombre durante un perodo de tiempo relativamente

largo, conociendo el valor calorfico de stos, permite conocer cuntas caloras se han

almacenado en su cuerpo y cuntas se han invertido en sus actividades; pero esto obliga a la

cuantificacin muy estricta de todas las actividades (laborales y extralaborales) que realiza el

trabajador durante esos das, de los alimentos que consume y de su peso.

Este mtodo es realmente tedioso pues, adems de ser lento y laborioso, es muy complejo, ya que

es necesario descontar las actividades ajenas a la actividad que se quiere medir.

B) Medicin del gasto energtico mediante el consumo de oxgeno La medicin se basa en el consumo de oxgeno ya que existe una relacin casi lineal entre dicho

consumo y el nivel de metabolismo. El consumo de 1 litro de oxgeno corresponde a 4,85 kcal

= 20,2 kilojoules.

A pesar de su gran precisin, este mtodo suele utilizarse poco, ya que constituye una prueba

de laboratorio.

Es ms prctico, pues partiendo de conocimiento del valor calrico del oxgeno con una

alimentacin de carbohidratos, grasas y protenas, debidamente balanceada, se puede calcular la

energa consumida por el sujeto en la realizacin de la actividad.

El consumo de O2 y la produccin de dixido de carbono durante una actividad se puede medir

mediante diferentes tipos de instrumentos, incluso en tareas que requieren de mucha movilidad.

As, conociendo el consumo de O2, el gasto energtico total se calcula:

GEtotal = VO2 . vc O2

Donde:

GEtotal: Gasto energtico que incluye el metabolismo basal [Kilojoules/min]

VO2: Volumen de oxgeno que se ha consumido [litros/minuto]

VcO2: Valor calrico del O2 [Kilojoules/litro]

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Para conocer el gasto energtico neto o del trabajo (GEw), es decir, el provocado nicamente por

la actividad, es necesario deducir del total el metabolismo basal de la persona.

La cantidad de energa obtenida por cada litro de oxgeno en condiciones de presin y

temperatura estndar vara segn la proporcin de carbohidratos y grasas oxidadados, lo que

depende del tipo de alimentacin y de la duracin e intensidad del trabajo en relacin con la

capacidad de trabajo fsico del sujeto. El valor calrico del oxgeno al combustionar con

carbohidratos es de 21.14 Kj/litro, mientras que con las grasas es 19.85 Kj/litro y con las

protenas 18.67 Kj/litro.

El valor calrico o equivalente energtico del oxgeno puede ser determinado por la siguiente

expresin:

GEtotal = (0.23 CR + 0.77) 5.88 [W h/litro]

Donde el cociente respiratorio (CR) es la relacin entre el dixido de carbono producido por la

combustin de los alimentos durante el trabajo y el oxgeno consumido en ello:

CR = CO2 producido / O2 consumido

Donde:

CO2 y O2 se miden en litros en condiciones normales de presin y temperatura

El CR para los carbohidratos es 1.00; para las grasas es 0.71 y para las protenas es 0.80.

Considerando para una alimentacin balanceada un valor medio entre 0.80 y 0.85, resulta un

equivalente energtico entre 5.60 y 5.68 Wh/litro, que equivale entre 20.1 y 20.45 Kj/litro. Con

este valor de GE, el error mximo posible es del 3.5 %. En caso de que no disponga de un equipo que ofrezca directamente el consumo de oxgeno, ste

puede conocerse colectando el aire espirado por el sujeto durante la actividad en una bolsa de

Douglas, que es una bolsa impermeable dentro de la cual el sujeto espira aire mediante una

mscara con una vlvula que ofrece una resistencia mnima, en varias muestras de aire de un

minuto, para ser analizado por mtodos qumicos o fsicos y conocer su contenido de oxgeno y

dixido de carbono. La siguiente expresin permite conocer el volumen de oxgeno consumido:

VO2 = (20.9 [O2]) VPCNPT / 100

Donde:

VO2: Volumen de oxgeno consumido [litros / minuto]

20.9: Porcentaje de oxgeno contenido en el aire fresco [%]

[O2]: Concentracin de oxgeno en el aire espirado [%]

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VPCNPT: Ventilacin pulmonar, o volumen de aire espirado, en condiciones normales de presin y

temperatura (CNPT), en litros de aire por minuto, que se mide haciendo pasar el total del aire

espirado contenido en la bolsa por un gasmetro.

A) Condiciones BTPS, ATPS y CNPT Las condiciones de temperatura, presin y humedad, del aire espirado, se van modificando a

partir de su salida del cuerpo. De ah que sea necesario definir y establecer unas condiciones

normalizadas que permitan la comparacin de los resultados, cualesquiera que sean las

condiciones y el momento. Las definiciones de las condiciones son las siguientes:

- BTPS (Temperatura y presin del cuerpo saturada): Es la condicin que se presenta

despus de ser espirado el aire, a la temperatura del cuerpo, saturado de humedad y a la

presin baromtrica ambientales.

- ATPS (Temperatura y presin ambiental saturada): Es la condicin que se presenta

despus de transcurrido un tiempo, ese aire espirado por la persona y colectado en un

depsito no aislado, est en condiciones baromtricas ambientales y saturado de

humedad.

- CNPT (Condiciones Normales de Presin y temperatura): Es cuando el volumen de aire

seco est a 0C y 10.13 Pa (760 mm Hg) de presin. Son las condiciones normalizadas

que posibilitan la comparacin entre resultados independientemente de las condiciones y

de las personas.

Con el nomograma del grfico 1.5 se puede determinar el factor STPD o CNPT (fSTPD) que

permite calcular el volumen del aire espirado en condiciones STPD (VPSTPD) partiendo de las

condiciones ATPS y la presin y temperatura del aire al ser medido el volumen en estas

condiciones, mediante la siguiente expresin:

VPSTPD = VPATPS . fSTPD

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Grafico 1.5 Nomograma para determinar el factor fCNPT o STPD. Fuente: Mondelo, Gregori, Comas riz,

Castejn Villela y Bartolom Lacambra, (2001:59)

Tambin es posible calcular dicho factor mediante la expresin:

FSTPD = 273 (pat - paesp) / [(273 + t) 101.3]

Donde:

pat: Presin atmosfrica, [kPa]

t: Temperatura del aire espirado [C]

paesp: Presin de vapor de agua en el aire espirado, [kPa]

Paesp = 0.1 e[18.956 4030.18 / (t + 235)] [kPa]

Otra ecuacin que permite el clculo directo del volumen del aire espirado en condiciones STPD

o CNPT es la siguiente:

VSTPD = 2.694 pat VATPS / (t + 273)

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Donde:

pat: Presin atmosfrica [kPa]

VATPS: Volumen de aire espirado en condiciones ATPS [litros/min]

t: temperatura del aire espirado [C]

C) Medicin gasto energtico por la frecuencia cardiaca La relacin lineal existente entre la frecuencia cardaca y el metabolismo, al menos hasta las 170

pulsaciones por minuto, puede ser aprovechada para utilizar la frecuencia cardaca como

indicador de gasto energtico en actividades fsicas.

Para ello se obtiene la recta VO2 FC especfica del sujeto sometindolo en el laboratorio a

diferentes cargas crecientes de esfuerzos fsicos y midiendo en cada carga la FC y el VO2.

Este mtodo se basa en el aumento de la irrigacin sangunea que exige un trabajo fsico. Es

especialmente indicado en aquellos casos en que el trabajo es (principalmente) de componente

esttico, o en aquellos en que se utiliza un pequeo nmero de msculos.

Los datos personales a tener en cuenta son: sexo, edad, talla, peso, hbitos txicos, patologa

actual, actividad deportiva e ingesta de frmacos. En cuanto a factores ambientales se tendr en

cuenta la temperatura y la humedad.

En todos los casos, hay que tener presente que para conocer la energa calrica que provoca la

actividad fsica es necesario deducir la del metabolismo basal y, si se desease una mayor precisin,

tener en cuenta la eficiencia mecnica de la actividad. Es decir: Si la actividad es muy dinmica

(como ir en bicicleta o elevar cargas a niveles superiores), debe descontarse entre el 20 a 25 % del

gasto energtico que no se transformar en calor dentro del organismo, sino en trabajo externo

positivo (W) y en caso de un trabajo negativo (como bajar escaleras y bajar cargas a niveles

inferiores que no requiera fuerza muscular, solo de sostn), sumarle este trabajo externo negativo

que se convertir en calor dentro del organismo, de acuerdo con la expresin de balance trmico:

M W R C E = A

No obstante, en la prctica, para la mayora de los estudios y de las actividades fsicas, no es

necesaria tal precisin.

Se puede clasificar la penosidad de un puesto de trabajo a partir de la medicin individualizada de

la frecuencia cardiaca y comparndola posteriormente con unos valores de referencia; se utilizan

los criterios de CHAMOUX (tabla 1.3) para la valoracin global del puesto y para duraciones de

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jornada laboral de ocho horas consecutivas y los criterios de FRIMAT (tabla 1.4) para fases

cortas del ciclo de trabajo.

Tabla 1.3: Criterios de CHAMOUX. Permiten clasificar directamente la penosidad del trabajo en funcin

del costo cardiaco absoluto y del relativo, segn se indica a continuacin. Reproducido de: Mendaza Luna

(Nota tcnica de Prevencin 323), 1993, mtas.es/Insht/ntp/

Tabla 1.4: Tabla de los coeficientes de penosidad segn los criterios de FRIMAT. Reproducido de: Mendaza

Luna (Nota tcnica de Prevencin 323), 1993, mtas.es/Insht/ntp/

En ambos casos se necesitan conocer los siguientes parmetros:

Frecuencia cardaca basal o de reposo (FCB) Frecuencia cardaca media (FCM) Frecuencia cardaca mxima terica (FCMax.t)

FC Max.t = 220 - edad (en aos)

Costo cardaco absoluto (CCA) CCA = FCM - FCB

Costo cardaco relativo (CCR) CCR = (CCA/FCMax.t - FCB)

Aceleracin de la frecuencia cardaca (FC) FC= FCMax.t FCM

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Tabla 1.5: Estimacin del consumo metablico de cuatro trabajadores mediante la medicin de frecuencia

cardaca. Reproducido de: Mendaza Luna (Nota Tcnica de Prevencin 323), 1993, mtas.es/Insht/ntp/

D) Medicin del gasto energtico mediante tablas Una forma de estimar el gasto energtico es la utilizacin de tablas confeccionadas por

especialistas a partir de investigaciones realizadas utilizando las metodologas anteriores (Astrand,

1960; Astrand y Rodahl, 1986; Rodhal, 1989 y otros), si bien deberan ser replicadas para la

poblacin en que van a ser empleadas, pueden resultar de mucha utilidad cuando son

interpretadas por ergnomos con experiencia.

Estas tablas pueden presentarse segn la intensidad de trabajo, tal como se muestra en la tabla 1.6

de la Norma ISO 7243; segn las posturas y los movimientos, como es el caso de las tablas de la

tabla 1.13 de G. Lehmann; o por componentes del metabolismo, del proyecto de norma ISO

8996, que se reproduce en las tablas 1.7, 1.8, 1.9; o segn actividades especficas de la misma ISO

8996, como se muestra en la tabla 1.10.

A) Consumo metablico segn el tipo de actividad Mediante este sistema se puede clasificar de forma rpida el consumo metablico en reposo,

ligero, moderado, pesado o muy pesado, en funcin del tipo de actividad desarrollada. El trmino

numrico que se obtiene representa slo el valor medio, dentro de un intervalo posible

demasiado amplio. Desde un punto de vista cuantitativo el mtodo permite establecer con cierta

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rapidez cual es el nivel aproximado de metabolismo. Por su simplicidad es un mtodo bastante

utilizado. En la tabla 1.6 se representa la mencionada clasificacin por tipos de actividad.

INTENSIDAD METABOLISMO (W/m2)

Descanso o reposo M < 65

Ligero 65 < M < 130

Moderado 130 < M < 200

Pesado 200 < M < 260

Muy pesado 260 < M

Tabla 1.6 Estimacin del metabolismo segn la intensidad del trabajo. Fuente: Mondelo, Gregori, Comas

riz, Castejn Villela y Bartolom Lacambra, (2001:61) Ejemplos para poder utilizar la tabla anterior

Metabolismo ligero

Sentado con comodidad: trabajo manual ligero (escritura, picar a mquina, dibujo, costura, contabilidad); trabajo con

manos y brazos (pequeos tiles de mesa, inspeccin, ensamblaje o clasificacin de materiales ligeros); trabajo de

brazos y piernas (conducir un vehculo en condiciones normales, maniobrar un interruptor con el pie o con un

pedal).

De pie: taladradora (piezas pequeas); fresadora (piezas pequeas); bobinado, enrollado de pequeos revestimientos,

mecanizado con tiles de baja potencia; marcha ocasional (velocidad hasta 3,5 km/h).

Metabolismo moderado

Trabajo mantenido de manos y brazos (claveteado, llenado); trabajo con brazos y piernas (maniobras sobre

camiones, tractores o mquinas); trabajo de brazos y tronco (trabajo con martillo neumtico, acoplamiento de

vehculos, enyesado, manipulacin intermitente de materiales moderadamente pesados, escarda, bina, recoleccin de

frutos o de legumbres); empuje o traccin de carreteras ligeras o de carretillas; marcha a una velocidad de 3,5 a 5,5

km/hora; forjado.

Metabolismo elevado

Trabajo intenso con brazos y tronco; transporte de materiales pesados; trabajos de cava; trabajo con martillo;

serrado; laminacin acabadora o cincelado de madera dura; segar a mano; excavar; marcha a una velocidad de 5,5 a 7

km/hora.

Empuje o traccin de carreteras o de carretillas muy cargadas, levantar las virutas de piezas moldeadas, colocacin de

bloques de hormign.

Metabolismo muy elevado

Actividad muy intensa a marcha rpida cercana al mximo; trabajar con el hacha; accin de palear o de cavar

intensamente; subir escaleras, una rampa o una escalera; andar rpidamente con pasos pequeos, correr, andar a una

velocidad superior a 7 km/h.

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EJEMPLO 1 Estimacin del consumo metablico medio aproximado del trabajo tpico de oficina.

A travs de la tabla 1.6 y teniendo en cuenta las actividades que suelen realizarse en una oficina, se obtiene el valor

del consumo metablico medio:

M = 100 W/m2, clasificable como metabolismo ligero.

B) Consumo metablico a partir de los componentes de la actividad Mediante este tipo de tablas se dispone, por separado, de informacin sobre posturas,

desplazamientos, etc., de forma que la suma del gasto energtico que suponen esos componentes,

que en conjunto integran la actividad, es el consumo metablico de esa actividad. Es

posiblemente el sistema ms utilizado para determinar el consumo metablico.

Los trminos a sumar son los siguientes:

Metabolismo basal. Es el consumo de energa de una persona acostada y en reposo. Representa el gasto energtico necesario para mantener las funciones vegetativas (respiracin,

circulacin, etc.). La tabla 1.7 muestra su valor en funcin del sexo y la edad. Puede tomarse

como una buena aproximacin, 44 W/m2 para los hombres y 41 W/m2 para mujeres

(corresponden aproximadamente al metabolismo basal de un hombre de 1,7 metros de altura 70

Kg de peso y 35 aos de edad, y de una mujer de 1,6 metros de altura, 60 Kg de peso, y 35 aos).

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Tabla 1.7: Metabolismo basal en funcin de la edad y sexo. Reproducido de: Mendaza Luna (Nota Tcnica de

Prevencin 323), 1993, mtas.es/Insht/ntp/

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Componente postural. Es el consumo de energa que tiene una persona en funcin de la postura que mantiene (de pie, sentado, etc.). La tabla 1.8 muestra los valores correspondientes.

Posicin del cuerpo Metabolismo (w/m2)

Sentado 10

Arrodillado 20

Agachado 20

De pie 25

De pie inclinado 30

Tabla 1.8 Estimacin del metabolismo por componentes en funcin de la postura. Fuente: Mondelo, Gregori,

Comas riz, Castejn Villela y Bartolom Lacambra, (2001:62)

EJEMPLO 1 Estimacin del consumo metablico medio aproximado del trabajo tpico de oficina.

A travs de la tabla 1.6 y teniendo en cuenta las actividades que suelen realizarse en una oficina, se obtiene el valor

del consumo metablico medio:

M = 100 W/m2, clasificable como metabolismo ligero.

C) Consumo metablico segn la profesin Se obtiene el consumo metablico a travs de tablas (tabla 1.9) que lo relacionan con diferentes

profesiones. Hay que tener en cuenta que en los valores que figuran en dicha tabla se incluye el

metabolismo basal, que se define ms adelante.

El progreso tecnolgico hace que la actividad fsica que conllevan las distintas profesiones vare

sustancialmente con el tiempo, por lo que este mtodo puede ser muy impreciso.

EJEMPLO 2

Estimacin del consumo metablico de un soldador. Mediante la (tabla 1.9) se obtiene:

M = 75 a 125 W/m2 (comparar con ejemplo 5)

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Tabla 1.9: Clasificacin del metabolismo segn la profesin. Reproducido de: Mendaza Luna (Nota Tcnica de

Prevencin 323), 1993, mtas.es/Insht/ntp/

D) Consumo metablico en tareas concretas Este mtodo ofrece mayor precisin que los anteriores, ya que limita la extensin de la actividad a

la que asigna el gasto metablico, utilizando tablas que otorgan valores de gasto energtico a

tareas que suelen formar parte del trabajo habitual.

La tabla 1.10 muestra valores de gasto energtico para algunas tareas concretas, incluyendo en

esos valores el metabolismo basal.

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Tabla 1.10 A. Clasificacin del metabolismo por actividad-tipo. Reproducido de: Mendaza Luna (Nota Tcnica

de Prevencin 323), 1993, mtas.es/Insht/ntp/

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Tabla 1.10 B Continuacin de la tabla 1.10 A. Reproducido de: Mendaza Luna (Nota Tcnica de Prevencin

323), 1993, mtas.es/Insht/ntp/

EJEMPLO 3

Estimacin del consumo metablico de un albail que construye un tabique colocando ladrillos huecos de 4,2 Kg de

peso.

A travs de la tabla 1.10:

M = 140 W/m2

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Componente del tipo de trabajo. Es el gasto energtico que se produce en funcin del tipo de trabajo (manual, con un brazo, con el tronco, etc.) y de la intensidad de ste (ligero,

moderado, pesado,etc.) (Ver tabla 1.11).

Metabolismo (W / m2) Tipo de trabajo

Valor medio Intervalo

Trabajo con las manos

Ligero 15 35

Trabajo con un brazo

Ligero 35 < 45

Moderado 55 45 65

Intenso 75 > 65

Trabajo con dos brazos

Ligero 65 < 75

Moderado 85 75 95

Intenso 105 > 95

Trabajo con el tronco

Ligero 125 < 155

Moderado 190 155 230

Intenso 280 230 330

Muy intenso 390 > 330

Tabla 1.11 Estimacin del metabolismo por componentes debido al tipo de trabajo. Fuente: Mondelo, Gregori,

Comas riz, Castejn Villela y Bartolom Lacambra, (2001:62)

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Componente de desplazamiento: Se refiere al consumo de energa que supone el hecho de desplazarse, horizontal o verticalmente a una determinada velocidad. El uso de la tabla

1.12, donde figuran estos datos, implica multiplicar el valor del consumo metablico, por la

velocidad de desplazamiento para obtener el gasto energtico correspondiente al desplazamiento

estudiado.

Tipo de trabajo Metabolismo en funcin de la velocidad

(W / m2) / (m/s)

Velocidad de desplazamiento en funcin de la

distancia

Caminar 2 a 5 Km/h 110

Caminar en subida 2 a 5 Km/h

Pendiente 5 210

Pendiente 10 360

Caminar en bajada 5 Km/h

Pendiente 5 60

Pendiente 10 50

Caminar a 4 Km/h con una carga en la espalda

Carga de 10 Kg 125

Carga de 30 Kg 185

Carga de 50 Kg 285

Velocidad de desplazamiento en funcin de la altura

Subir una escalera 1725

Bajar una escalera 480

Subir una escalera de mano inclinada

Sin carga 1660

Con una carga de 10 Kg 1870

Con una carga de 50 Kg 3320

Subir una escalera de mano vertical

Sin carga 2030

Con una carga de 10 Kg 2335

Con una carga de 50 Kg 4750

Tabla 1.12 Estimacin del metabolismo por componentes debido al movimiento. Fuente: Mondelo, Gregori,

Comas riz, Castejn Villela y Bartolom Lacambra, (2001:63)

El ejemplo 3 estimaba entre 75 y 125 W/m2 el consumo metablico de un soldador. Los datos de

la tabla 1.9 no permiten conocer qu tipo de soldadura es ni el desglose en tareas, por lo que ese

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tipo de tablas slo debera emplearse como aproximacin. Por otra parte, hay que tener en cuenta

que los valores de la tabla 1.9, aunque no tienen en cuenta perodos de descanso (p.e. desayuno),

consideran el trabajo global de una determinada profesin. As, en el caso del soldador los datos

aportados son valores medios, teniendo en cuenta por ejemplo la preparacin de las piezas antes

de soldar, lo que hace que el consumo metablico sea menor que si se calcula solamente para la

tarea concreta de soldar, como se ha hecho en el ejemplo 5, cuya sistemtica permite una mayor

precisin.

EJEMPLO 4

Clculo del consumo metablico de un individuo (varn) de 37 aos de edad, que realiza un trabajo de limpieza del

pavimento de una nave de produccin, manejando con ambos brazos una barredora-aspiradora industrial

automotora que recorre 20 metros en 30 segundos.

Metabolismo basal (tabla 1.7) 45 w/m2

Componente postural (ver tablas) 0 w/m2

Componente del tipo de trabajo (tabla 1.11)

moderado con dos brazos 85 w/m2

Componente de desplazamiento (tabla 1.12)

Caminar despacio (110 w/m2/m/s)

Velocidad = e/t = 20 m / 30 s = 0,666 m/s => 0,666 m/s x 110 w/m2 73 w/m2

Total 203 w/m2

Ejemplo 5

Clculo del consumo metablico de un individuo (varn) de 25 aos de edad, que suelda piezas metlicas con

soldadura elctrica al arco de electrodos consumibles. El tipo de trabajo puede considerarse moderado con un brazo

(manejo del electrodo) y la posicin de trabajo es de pie, ligeramente inclinado sobre la pieza a soldar.

Metabolismo basal (tabla 1.17) 47 w/m2

Componente postural (tabla 1.18) 30 w/m2

Componente del tipo de trabajo (tabla 1.11) 55 w/m2

Componente de desplazamiento 0 w/m2

Consumo metablico global M 132 w/m2

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E) Variacin del gasto energtico con el tiempo Cuando las condiciones del trabajo varan durante la jornada laboral, las tablas no son de

aplicacin directa (excepto la tabla 1.9) y los valores de consumo energtico deben ponderarse en

el tiempo.

Esto exige el cronometraje del puesto de trabajo, de forma que se conozca la duracin de cada

tarea, actividad, etc. Cuando estos datos son conocidos, el consumo metablico medio de una

serie de trabajos consecutivos viene dado por la expresin:

M = consumo metablico medio durante el periodo de tiempo T

Mi = consumo metablico durante el periodo de tiempo ti

Cuando ninguno de los valores de Mi incluye el metabolismo basal, es decir que estn extrados

de las tablas 1.8, 1.11 u 1.12, hay que aadir ese valor al obtenido en (I).

Si en el clculo mediante esa ecuacin (I) se utilizan valores de Mi que incluyen el metabolismo

basal junto a otros que no lo hacen (por ejemplo usando datos de la tabla 1.10 con otros de las

tablas 1.8, 1.11 u 1.12) deben homogeneizarse los trminos, aadiendo a cada Mi el valor del

metabolismo basal cuando no est incluido.

Esta forma de ponderar en el tiempo es til cuando el trabajo habitual del individuo es la

repeticin consecutiva de un conjunto de tareas (ciclo de trabajo). En este caso, para determinar

el consumo metablico medio de esa persona (durante su jornada laboral) basta con utilizar la

expresin (I) aplicada a un ciclo de trabajo.

EJEMPLO 6

Clculo del consumo metablico medio de un operario, varn de 45 aos de edad, que controla un proceso qumico

discontinuo y cuyo trabajo habitual puede considerarse como la repeticin de ciclos como el que se describe a

continuacin:

Actividades elementales de un ciclo Tiempo de duracin

(minutos)

Arrastrar sacos de 20 Kg (moderado con el cuerpo) 3

Alimentacin de reactores (moderado con dos brazos) 10

Esperar de pie frente a controles 15

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Caminar por la planta (0,8 m/s) (Total del ciclo en todas la tareas que sea necesario) 15

Subir escaleras (8 metros de longitud en 20 segundos) 2

Bajar escaleras (8 metros de longitud en 10 segundos) 1

Duracin total del ciclo 46

El consumo metablico de las diferentes componentes del ciclo ser, consultando

las tablas 1.8, 1.11 y 1.12:

Consumo

metablico (w/m2)

Arrastrar sacos de 20 Kg (Tabla 1.11.) 190

Alimentacin de reactores, etc. (Tabla 1.11) 85

Esperar de pie frente a controles. (Tabla 1.10) 25

Caminar por la planta. 110 (w/m2/m/s) x 0,8 (m/s) (Tabla 1.12) 88

Subir escaleras. 1725 [(W/m2)/(m/s)] x 8/20 (m/s) (Tabla 1.12) 690

Bajar escaleras. 480 [(W/m2)/(m/s)] x 8/10 (m/s) (Tabla 1.12) 384

Aplicando la expresin (I) :

Siendo el tiempo total T = 46 min. y el metabolismo basal 43 w/m2 (Metabolismo basal en

funcin de la edad y sexo - tabla 1.7), tendremos:

M = (4495/46) W/m2 + 43 W/m2 141

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Otra tabla utilizable y aplicable

La carga trmica metablica se calcula como la suma de tres trminos, A, B y C cuyos valores se indican a continuacin:

A Posicin y movimiento del cuerpo Kcal / min

Sentado 0.3

De pie 0.6

Andando en terreno llano 2.0 3.0

Andando en pendiente aadir 0.8 por cada m de desnivel

B Tipo de trabajo Valores medios Kcal / in Valores lmites Kcal / min

Manual ligero 0.4 0.2 1.2

Manual pesado 0.9

Con un brazo: ligero 1.0 0.7 2.5

Con un brazo: pesado 1.8

Con ambos brazos: ligero 1.5 1.0 3.5

Con ambos brazos: pesado 2.5

Con el cuerpo: ligero 3.5

Con el cuerpo: moderado 5.0

Con el cuerpo: pesado 7.0 2.5 15

Con el cuerpo: muy pesado 9.0

C Metabolismo basal

Corresponde al calor liberado por el organismo en estado de reposo fsico y mental: a efectos prcticos se adopta siempre el valor de 1 Kcal / min.

Tabla 1.13 Estimacin del metabolismo segn las posturas y movimientos (G. Lehmann). El metabolismo del

trabajo se obtiene sumando las tablas A y B. Fuente: Mondelo, Gregori, Comas riz, Castejn Villela y

Bartolom Lacambra, (2001:61)

F) Metabolismo de un ciclo de trabajo Para determinar el metabolismo total de un ciclo de trabajo, es necesario efectuar un estudio de

tiempos y de actividades. Ello implica clasificar cada una de ellas y tener en cuenta factores tales

como su duracin, las distancias recorridas, las cargas manipuladas, etc. El metabolismo para un

ciclo de trabajo viene dado por la media ponderada de todas las actividades.

El mtodo de la media ponderada es importante en el establecimiento de ndices para el control

del estrs trmico en ambientes laborales. Sin embargo, en ciertos casos, como los regmenes de

trabajo-descanso, puede no ser un buen indicador de la carga de tensin trmica o fisiolgica.

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1.7. Trabajo externo (W)

El hombre es una mquina de bajo rendimiento. Su eficiencia mecnica est entre el 20 y el 25 %.

Por ejemplo, si en una actividad determinada necesitamos desarrollar un trabajo externo

equivalente a 10 W/m2, nuestro metabolismo ha de ser capaz de dar como mnimo 50 W/m2, de

los que unos 40 W/m2 deben ser eliminados, normalmente, por un incremento de la sudoracin,

de la radiacin y de la conveccin con el fin de mantener la temperatura a temperatura interna

constante.

1.8. Ecuacin de balance trmico por fro (citada y adoptada por la Norma ISO 11079)

La ecuacin general de balance trmico adoptada en la norma ISO 11079/93 es la siguiente:

M W = Eres + Cres + E + K + R + C + A [W/m2]

Donde:

M: Produccin de calor metablico, [W/m2]

W: Trabajo externo, [W/m2]

Cres: Intercambio de calor por conveccin en la respiracin, [W/m2]

Eres: Intercambio de calor por evaporacin en la respiracin, [W/m2]

K: Intercambio de calor por conduccin debido al contacto directo con superficies, [W/m2]

C: Intercambio de calor por conveccin, [W/m2]

R: Intercambio de calor por radiacin, [W/m2]

E: Intercambio de calor por evaporacin del sudor, [W/m2]

A: Calor acumulado por el cuerpo, [W/m2]

El valor de la energa mecnica efectiva, W, puede despreciarse en la mayoria de las situaciones

industriales.

Aunque el intercambio de calor realizado por conduccin, K, es especialmente importante para la

evaluacin del estrs trmico local, su valor suele ser pequeo y puede despreciarse frente a los

valores de intercambio de calor realizados por radiacin y por conveccin cuando se estudia el

enfriamiento generalizado del cuerpo.

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1.8.1. Flujo de calor por la respiracin (Cres y Eres) El calor perdido en la respiracin es la suma del calor perdido por conveccin (Cres) y del calor

perdido por evaporacin (Eres)

Cres = Cp V (tex ta) / Adu [W/m2]

Donde:

Cres: Calor intercambiado por conveccin en la respiracin, [W/m2]

Cp: Calor especfico del aire seco a presin constante, [J/Kg]

V: Flujo de aire en la respiracin, [Kg/s]

tex: Temperatura del aire espirado, [C]

ta: Temperatura del aire, [C]

Adu: Superficie corporal, [m2]

y

Eres = Ce V (Wex Wa) / Adu [W/m2] Donde:

Eres: Calor intercambiado por evaporacin en la respiracin, [W/m2]

Ce: Calor latente de evaporacin, [J/Kg]

V: Flujo de aire en la respiracin [Kg/s]

Wex: Humedad del aire espirado, [Kg de agua]/[Kg de aire seco]

Wa: Humedad del aire inhalado, [Kg de agua]/[Kg de aire seco]

Adu: Superficie corporal, [m2]

El calor perdido en la respiracin puede estimarse en funcin del calor metablico, M, y

calcularse a partir de las ecuaciones siguientes:

Cres = 0.0014 M (tex ta)

Eres = 0.0173 M (pex pa)

tex = 29 + 0.2 ta

en las que:

M: Actividad metablica, [W/m2]

Pex: Presin parcial del vapor de agua en el aire expirado, [KPa]

Pa: Presin parcial de vapor de agua del aire, [Kpa]

tex: Temperatura del aire espirado, [C]

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ta: Temperatura del aire [C]

Se considera que el aire espirado est saturado y tiene una temperatura tex relacionada con la del

aire inspirado (ta) segn la ecuacin anterior.

1.8.2. Flujo de calor por evaporacin del sudor (E)

El intercambio de calor por evaporacin se define por:

E = W (Pp Pa) / RT

En la que:

W: Humedad de la piel, adimensional

Pp: Presin de vapor saturado a la temperatura de la piel, [kPa]

Pa: Presin parcial de vapor de agua del ambiente, [kPa]

RT: Resistencia total a la evaporacin de la capa de aire del vestido, [m2 kPa/W]

El factor de humedad puede considerarse como la fraccin de piel completamente mojada que

participa en el intercambio de calor por evaporacin. El factor W puede variar

aproximadamente entre 0.06 (cuando la difusin en la piel es la nica forma de evaporacin) y

1.00 cuando la evaporacin es mxima y la piel esta completamente mojada. Psks o Pp puede

calcularse a partir de la temperatura corporal media utilizando la frmula de Antoine:

Pp = 0.1333 e(19.6886 (4030.183/tp + 235))

La resistencia a la evaporacin (RT) se calcula a partir del aislamiento del vestido y de la

permeabilidad del vapor de agua. Debido a la limitada contribucin del calor perdido por

evaporacin para los niveles definidos de sobrecarga por fro, es suficiente con utilizar la

siguiente estimacin aproximada de RT:

RT 0.06 / im (Ia / fcl + Iclr) En la que:

RT: Resistencia a la evaporacin, [m2 kPa / W]

im: ndice de permeabilidad Woodcock (especificado en norma 9920), adimensional

Ia: Aislamiento de la capa de aire envolvente, [m2 C / W]

fcl: Proporcin de superficie corporal vestida, adimensional

Iclr: Aislamiento resultante del vestido, [m2 C / W]

La expresin entre parntesis es el valor de aislamiento total. Para vestimenta comn, se puede

considerar que im 0.38, y la ecuacin puede escribirse como: RT = 0.16 (Ia / fcl + Iclr) = 0.16 ( 1 / fcl h +Icl)

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Donde:

h: Suma de los coeficientes de transmisin por conveccin y por radiacin (h = hc + ht),

[W / (m2 C)]

El factor de rea vestida, fcl, se determina en funcin del aislamiento trmico del vestido (Iclr) a

travs de la ecuacin:

fcl = 1.00 + 1.97 Iclr

1.8.3. Flujo de calor por conveccin (C) El calor intercambiado por conveccin entre la superficie corporal (se incluyen la parte vestida y

la no vestida) y el ambiente, se define por:

C = fcl hc (tcl - ta)

Donde:

fcl: Proporcin de la superficie vestida, adimensional

hc: Coeficiente de transmisin de calor por conveccin, [W/m2 C]

tcl: Temperatura de la superficie del vestido, [C]

ta: Temperatura del aire [C]

El coeficiente de transferencia de calor por conveccin, hc, se toma de una de las dos ecuaciones

siguientes. En funcin del valor de la velocidad relativa del aire (Var):

hc = 3.5 + 5.2 Var para Var 1 m/s hc = 8.7 Var0.6 para Var > 1 m/s

La velocidad relativa del aire, Var, se genera por el movimiento de los miembros del cuerpo, la

locomocin y/o la accin del viento, y puede ser calculada a partir de la ecuacin:

Var = Va + 0.0052 (M 58)

Donde:

M: Actividad metablica, (W/m2)

Va: Velocidad absoluta del aire (m/s)

Var: Velocidad relativa del aire (m/s)

La contribucin del segundo trmino esta limitada a 0.7 m/s.

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1.8.4. Flujo de calor por radiacin (R)

El intercambio de calor por radiacin entre la superficie corporal (se incluye la parte vestida y la

no vestida) y el ambiente, se define por:

R = fcl hr (tcl TRM)

Donde:

R: Intercambio de calor por radiacin, (W/m2)

hr: Coeficiente de intercambio de calor por radiacin, [W/(m2 K)]

fcl: Proporcin de superficie corporal vestida, adimensional

tcl: Temperatura de la superficie del vestido, [C]

TRM: Temperatura radiante media del ambiente, [C]

En ambientes con temperaturas de radiacin predominantemente bajas, el coeficiente de

transferencia de calor por radiacin, hr, es aproximadamente:

Hr = cl (Ar / Adu) [(tcl + 273)4 (TRM + 273)4 / (tcl TRM)] [C] Donde:

: Constante de Stefan-Boltzman, igual a 5.67 x 10-8 W m2 K-4 cl: Emisividad de la superficie vestida Ar / Adu: Fraccin de superficie de la piel involucrada en el intercambio de calor por radiacin

tcl: Temperatura de la superficie del vestido, [C]

TRM: Temperatura radiante media del ambiente, [C]

La emisividad del vestido depende de la temperatura de la fuente de radiacin. Con bajas

temperaturas de radiacin, la emisividad depende del color del vestido y puede ser

aproximadamente de 0.95. Con altas temperaturas de radiacin (por ejemplo a la luz del sol) el

color del vestido es importante y se debe escoger un valor apropiado de . La fraccin de superficie del cuerpo efectiva en el intercambio de calor por radiacin vara en

funcin de la postura de cuerpo y de la actividad. En ambientes fros, las personas se mueven

alrededor de una aproximacin razonable de 0.77. Con carga, el rea radiada debe determinarse

con ms precisin.

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1.8.5. Intercambio de calor por conduccin debido al contacto directo con superficies (K)

Esta relacionado, como se aclara, con el rea de cuerpo que entra en contacto con superficies

externas. Puede ser significativamente en el balance trmico localizado en una parte del cuerpo,

pero es demasiado pequeo y puede obviarse del anlisis del balance trmico general. [W/m2].

1.8.6. Flujo de calor a travs del vestido El calor intercambiado a travs del vestido tiene lugar por conveccin, conduccin y radiacin

(intercambio de calor seco) y por la transferencia de sudor evaporado (calor latente).

El efecto del vestido en el calor latente intercambiado se representa en la ecuacin:

E = W (Pp Pa) / RT

El efecto del intercambio de calor seco entre la piel y el vestido se determina a travs del aislante

del vestido y del gradiente de temperatura entre la piel y el vestido. El flujo de calor seco hacia la

superficie del vestido es equivalente al que se transfiere entre la superficie del vestido y el

entorno. El intercambio de calor a travs del vestido, por consiguiente, puede expresarse segn la

expresin:

tsk - tcl = R + C = M W Eres Cres E

0.155 Iclr

Donde:

tsk = Temperatura principal de la piel, [C]

1.9. Ambiente trmico: magnitudes, unidades e instrumentos de medicin

El fenmeno trmico se estudia utilizando los tres factores que componen y caracterizan el

ambiente trmico: temperatura radiante media, velocidad del aire y humedad, interrelacionados

con el calor metablico y la vestimenta.

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Magnitudes y unidades

1) De los factores humanos:

Temperaturas, todas en grados Celsius [C]

- interna (ti) o corporal (tc)

- esofgica (tesof)

- rectal (tr)

- sublingual, oral o bucal (tbuc)

- timpnica (ttimp)

- de la piel o cutnea (tp)

Calor metablico (M), en Joule [J], o en met [58.15 W/m2]

Fuerza (F), en Newton [N]

Trabajo (W), en Joules [J]

Nivel de actividad, potencia (P), Watt [W] = [J/s], o en [met]

Aislamiento trmico de la ropa, Iclo [1 clo = 0.155 C m2/W]

2) De los factores del ambiente trmico:

Temperaturas, todas en grados Celsius, [C]

- Del aire (ta) o seca (ts) o de bulbo seco (tbs)

- Hmeda (th) o de bulbo hmedo (tbh)

- De globo (tg)

- Radiante media (TRM)

- Del aire natural (tan) o ambiental (tamb)

- De bulbo hmedo natural (tbhn)

- Temperatura operativa (to)

Humedad del aire

- Humedad relativa (HR) [%]

- Humedad absoluta (HA) [Kg/Kg de aire seco], o [Kg/m3]

- Presin parcial de vapor de agua (pa) kPa y hPa, segn el caso

- Presin del vapor de agua saturado, a 1 atm (1013 hPa), a la temperatura del aire (psa) hPa

- Presin del vapor de agua saturado, a 1 atm (1013 hPa), a la temperatura de bulbo

hmedo (psabh) hPa.

- Presin parcial del vapor de agua en la piel, a la temperatura de la piel, (psap) hPa

Velocidad del aire, en metros/seg [m/s]

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- Velocidad del aire (Va)

- Velocidad relativa del aire (Var)

1.9.1. Definiciones de los parmetros tiles para el estrs por fro

A) Humedad absoluta (HA) y humedad relativa (HR)

La humedad absoluta (HA) es la cantidad de vapor de agua contenida en un volumen

determinado de aire. Se acostumbra a medir en Kg/m3, mientras que la humedad relativa (HR) es

la relacin porcentual entre la presin de vapor de agua existente con respecto a la mxima

posible para la temperatura del aire existente.

Se puede determinar la humedad absoluta a partir de la expresin de Kerslake (1972):

HA = 0.217 pa / (ta + 273) [Kg/m3]

Siendo:

HA: Humedad absoluta [Kg/m3]

Pa: Presin parcial del vapor de agua en el aire [hPa]

Ta: Temperatura del aire [C]

Es posible determinar la humedad relativa y la presin parcial del vapor de agua partiendo de las

temperaturas del aire y de bulbo hmedo, mediante las siguientes expresiones basadas en la

ecuacin de Antoine:

Presin del vapor de agua saturado, a 1 atm (1013 hPa), a la temperatura del aire, psa:

Psa = e[18.956 4030.18 / (ta + 235)] [hPa]

Presin del vapor de agua saturado, a 1 atm (1013 hPa), a la temperatura de bulbo hmedo, psabh:

Psabh = e[18.956 4030.18 / (tbh + 235)] [hPa]

Presin parcial del vapor de agua, pa:

Pa = psabh 0.667 (ta tbh) [hPa]

Y unificando ambas expresiones psabh y pa, finalmente tendremos:

Pa = e[18.956 4030.18 / (tbh + 235)] 0.667 (ta tbh) [hPa]

Por otro lado, la humedad relativa se determina:

HR = (pa / psa) 100 [%]

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Por ejemplo:

Para ta = 29 C y tbh = 23 C, determinar pa y HR:

Psa = e[18.956 4030.18 / (ta + 235)] = 40.05 hPa

Psabh = e[18.956 4030.18 / (tbh +235)] = 28.08 hPa

Pa = psabh 0.667 (ta tbh) = 24.08 hPa

HR = (pa / psa) 100 = 60 %

Tambin se puede determinar la presin parcial del vapor de agua en la pie