protectores solares alumno

INTRODUCCIÓN

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Efectividad De Protectores SolaresSPF y Radiación UVGuia de Alumno - IS 6502

Sin el Sol, la vida en la Tierra, por lo menos en su forma actual, no podría existir. El Sol provee energía de luz, la cual es vital para las plantas para la producción de alimento. Las plantas a su vez, son vitales para otros animales, incluyendo los humanos, como fuente de alimento. Muchos organismos microscópicos que encontramos en lagos y océanos también aprovechan la luz Solar para producir alimento, como lo hacen algu-nas bacterias. Con la energía de luz también viene energía calorífica, creando un rango de temperaturas en el planeta en el cual opera la vida actual. Sin el Sol no habría fuerza de gravedad, la cual actúa sobre el planeta y mantiene a la Tierra en su movimiento alrededor del Sol de tal manera que el planeta no se acerca o aleja demasiado. Sin el Sol no habría atmósfera.

Luz Visible y el Espectro Electromagnético

Luz Solar es el término para la luz que llega a la superficie de la Tierra desde el Sol. También nos podemos referir a la luz solar como luz visible. Se llama así porque es vis-ible al ojo humano. En realidad, la luz es una forma de radiación electromagnética.

A la Tierra llega más que luz visible desde el Sol. Otras formas de radiación electro-magnética llegan también. El rango completo de radiación electromagnética se llama espectro electromagnético y dicho espectro puede dividirse en varias categorías. La luz visible es en realidad una parte muy pequeña del espectro electromagnético.

La radiación electromagnética viaja en forma de ondas y la variación en estas ondas se usa para clasificar los diferentes tipos de radiación electromagnética. En particular, la variable utilizada es la longitud de onda. La longitud de onda es la medición de un ciclo completo, o unidad repetitiva, de una onda y la forma más fácil de medirla es probable-mente midiendo desde el pico o parte superior de una onda al pico de la siguiente.


Longitud de Onda

Algunas formas de radiación en el espectro electromagnético viajan en ondas con lon-gitudes de onda más cortas y otras formas de radiación tienen longitudes de onda más largas.

Longitudes de Onda más Largas Longitudes de Onda más Cortas

Las longitudes de onda de la radiación electromagnética que llega a la Tierra desde el Sol se miden en nanómetros o nm. La porción de luz visible del espectro electromag-nético consiste de ondas que tienen longitudes que van desde aproximadamente 700 nm a 400 nm. Para poner las longitudes de onda en perspectiva, un nanómetro es una mil millonésima de un metro o una millonésima de un milímetro. Las distintas longitudes de onda en el rango de la luz visible son las responsables del color. Las ondas con la longitud de onda más larga en el espectro visible dan el color rojo y las ondas con la lon-gitud de onda más corta dan el color violeta. En el medio están los colores (en orden de longitud de onda de más larga a más corta) naranja, amarillo, verde y azul. Como menc-ionamos antieriormente, éstas son sólo las longitudes de onda que el ojo humano puede percibir. Hay otros rangos de longitudes de onda que llegan a la Tierra desde el Sol. Un rango en particular al cual se le debe prestar atención es el ultravioleta o UV.

Radiación UV y la Tierra

La radiación ultravioleta o UV es el rango de radiación electromagnética con longitudes de onda fuera de las más pequeñas longitudes que el ojo humano puede percibir. La onda más pequeña que puede ser detectada está en el rango de 400 nm y se percibe como el color violeta. El prefijo ultra- viene del Latín y quiere decir “más allá” es decir que ultravioleta se refiere a la radiación electromagnética justo más allá del violeta.

Técnicamente, la radiación UV cubre un rango de longitudes de onda desde 400 nm hasta 10 nm. El Sol no manda el rango completo de radiación UV. El Sol produce radi-ación UV en el rango de longitud de onda de 400 nm hasta aproximadamente 100 nm. Aún fuera del rango de radiación UV que el Sol si produce, la mayoría de ésta nunca

Wavelength

Longer Wavelengths Shorter Wavelengths


llega a la superficie de la Tierra. La atmósfera bloquea alrededor del 97-99% de la radi-ación UV emitida por el Sol. Sin embargo, la radiación UV que llega a la superficie de la Tierra puede ser beneficiosa y perjudicial a la vez.

La radiación UV producida por el Sol se descompone en tres rangos y, como muchas otras formas de radiación electromagnética, estos rangos se basan en las longitudes de onda de la radiación UV. Los rangos (y longitudes de onda) de la radiación UV se cla-sifican de la siguiente manera: UVA (400 nm – 315 nm), UVB (315 nm – 280 nm) y UVC (280 nm – 100 nm). Del porcentaje más bajo de radiación UV que si llega a la superficie de la Tierra, la mayoría (más del 90%) es de la longitud de onda UVA. El porcentaje restante es UVB, siendo que la mayoría de UVB es absorbida por la capa de ozono que rodea la Tierra. Virtualmente toda la radiación UVC es absorbida por la capa de ozono.

Pequeñas cantidades de radiación UV, particularmente UVB, son beneficiosas. Cuando la radiación UV se pone en contacto con la piel, se inicia la producción de vitamina D. Esta vitamina es importante para varias cosas en el cuerpo. La vitamina D ayuda al cu-erpo a usar el calcio de manera más eficiente. Algunos de los beneficios del calcio son que ayuda al crecimiento y fortaleza de los huesos, es importante para el sistema in-munológico, ayuda al funcionamiento del sistema nervioso y ayuda a regular la presión sanguínea. El factor importante en el lado beneficioso de la radiación UV es PEQUE-ÑAS CANTIDADES. Investigaciones actuales dicen que una exposición de alrededor de 15 minutos a radiación UV dos veces al día es suficiente para proveer vitamina D adec-uada. Se debe mencionar que 15 minutos es sólo una sugerencia ya que las cantidades de radiación UV que llegan a la Tierra pueden variar de acuerdo a factores tales como la hora del día, la estación del año o incluso la localización en el planeta. Sin embargo, como muchas otras cosas, mientras que pequeñas cantidades pueden ser beneficio-sas, cantidades más grandes de radiación UV pueden tener efectos negativos que sobrepasan a los efectos positivos.

Cuando se está en el exterior (por lo menos durante las horas del día), la piel está expuesta tanto a los rangos de UVA como de UVB de la radiación ultravioleta. Aún en días nublados, cuando el Sol no está directamente visible, también estamos expuestos ya que la radiación UV puede traspasar nubes. Tanto UVB como UVA son absorbidas por la piel. UVB no penetra profundamente la superficie de la piel y es la que produce quemaduras de sol. UVA penetra más profundamente debajo de la superficie de la piel y durante mucho tiempo se pensó que era relativamente inofensiva. Evidencias recientes sugieren que esto no es cierto.

Los efectos de UVB se ven de manera más inmediata en forma de quemaduras de sol. Los efectos de UVA so se ven tan rápido. UVA lleva al envejecimiento de la piel. Ambas formas de radiación UV pueden provocar mutaciones en el ADN de las células, UVB en las células más cercanas a la superficie de la piel y UVA en las células más profundas debajo de la superficie de la piel. Estas mutaciones en el ADN pueden eventualmente provocar formas de cáncer de la piel el cual es el cáncer más común.


Protector Solar y SPFPara contrarrestar el daño potencial de la radiación UV, se puede usar protector solar. Un protector solar es un material, normalmente una loción, que puede aplicarse a la piel para ayudar a minimizar el riesgo del daño de la radiación UV a la piel. Hay dos tipos de protectores: bloqueadores y absorbentes de UV. Aquellos que bloquean contienen compuestos que bloquean al UV de la piel (y por eso frecuentemente se les llama blo-queadores solares) y reflejan los rayos UV cuando chocan con el área cubierta con este tipo particular de protector solar. Los protectores solares que absorben contienen una familia diferente de compuestos. Los compuestos en estos protectores solares en reali-dad absorben los rayos UV en la superficie de la piel. Durante el proceso de absorción los compuestos remueven la energía de la radiación UV y la convierten en calor inofen-sivo antes de que penetre la piel.

Independientemente de cuál tipo de protector se usa, la cantidad de protección UV puede variar en base a una serie de factores tales como el compuesto en particular (o compuestos) usados en el protector solar o la cantidad de compuesto de protección en el protector. Para ayudar al consumidor a entender la diferencia entre las distintas mar-cas de protectores solares, los fabricantes le dan a cada producto un valor SPF. SPF quiere decir “Sun Protection Factor” (Factor de protección solar) y da una indicación del grado de protección que una loción ofrece.

El valor SPF es un número. Un par de ejemplos comunes son SPF 15 y SPF 30. Claro que sin entender que representa SPF los números no nos sirven. ¿Bloquea SPF 30 el doble de radiación UV ya que 30 es el doble de 15? La respuesta es no. ¿Bloquea SPF 30 más radiación UV que SPF 15 porque el número es mayor? La respuesta es sí pero no es lo que el valor SPF está diciendo directamente. El valor SPF ofrece una indicación de cuánto más tiempo la piel puede estar expuesta a radiación UV para llegar al mismo nivel que piel expuesta directamente a radiación UV sin ningún tipo de protección.

La cantidad de tiempo que le toma a una persona en particular quemarse del sol varía dependiendo en gran parte de varios factores pero como ejemplo, digamos que una persona puede permanecer 30 minutos bajo el Sol (sin ningún tipo de protección) antes de quemarse ligeramente. SPF 15 quiere decir que esa persona en particular puede estar afuera bajo el Sol 15 veces más tiempo (450 minutos) antes de llegar al mismo grado de quemadura ligera. Al usar un protector SPF 30, la persona puede estar afuera expuesta al Sol 30 veces más antes de llegar al mismo grado de quemadura.


Entonces, ¿qué cantidad de radiación UV puede mi protector solar bloquear o absorber?

Como mencionamos anteriormente, la cantidad de radiación UV que un protector solar en particular bloquea o absorbe no puede determinarse directamente según el valor SPF, sin embargo, hay una ecuación relativamente simple que puede usarse para cal-cular el porcentaje de rayos UV contra los cuales el protector ayuda. La ecuación es:

(valor SPF – 1) × 100 = % bloqueo Valor SPF

Si usamos protectores con SPF 15 y SPF 30, el valor SPF puede aplicarse a la ecu-ación:

(15 – 1) × 100 = 93.3% bloqueado (30 – 1) × 100 = 96.7% bloqueado 15 30

Así, basándonos en cálculos, sólo porque el número 30 es dos veces más que el núme-ro 15 no quiere decir que el SPF 30 protege el doble de la radiación UV que el SPF 15. En realidad, mientras más alto es el valor SPF, menor es la diferencia en porcentaje de protección. Si ponemos los números de 1 a 100 en la ecuación, calculamos el valor para cada número y luego graficamos los resultados, podemos generar una represent-ación visual de la efectividad de protectores solares.

% de protección UVB

Valor SPF

0.00%

5.00%

10.00%

15.00%

20.00%

25.00%

30.00%

35.00%

40.00%

45.00%

50.00%

55.00%

60.00%

65.00%

70.00%

75.00%

80.00%

85.00%

90.00%

95.00%

100.00%

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

% UVBProtected

SPF Value


Si observamos la gráfica podemos ver que la protección aumenta significativamente conforme los valores de SPF aumentan. Sin embargo, al ser mayores los valores de SPF la diferencia en los porcentajes de protección comienza a estabilizarse, haciéndose menos significativa con el aumento de cada unidad de SPF.

Una cosa que debemos tener presente al examinar y tratar de determinar cuál es el protector solar más apropiado es que el valor SPF provee una indicación del grado de protección contra radiación UV bajo condiciones ideales. Muchos otros factores pueden afectar el desempeño de un protector solar. Actividades en el exterior que provoquen una sudoración intensiva o actividades tales como natación eliminan el protector de la piel mucho antes de llegar al tiempo efectivo ideal y en estos casos se debe aplicar el protector con más frecuencia, independientemente del valor SPF.

Otra información importante que debemos notar es que el valor SPF se refiere al grado de protección contra el rango UVB. Durante muchos años se asumió que UVB era el rango de radiación UV que representaba una seria amenaza y que UVA era relativa-mente inofensivo y por esta razón los estándares establecidos fueron diseñados para proveer al consumidor de información sobre el grado de protección que recibirían contra UVB. Investigaciones y evidencias resientes indican que también UVA representa un riesgo para la salud de manera que algunos fabricantes están dando información de manera voluntaria sobre el grado de protección contra UVA ofrecida por sus produc-tos. Aunque el SPF en estos productos todavía se refiere sólo a UVB, puede ser que los productos incluyan frases tales como “amplia gama de protección” o “protección de amplio espectro”, lo cual indica que se recibe algo de protección contra UVA de este protector solar en particular.

El Experimento

La radiación electromagnética en el rango UV del espectro no es percibida por el ojo humano. Utilizaremos tecnología, en forma de un sensor diseñado específicamente para medir radiación UV para detectar la cantidad de UVB que ocurre en el exterior de manera natural. Después, compararemos la cantidad de radiación UVB que le llega al sensor después de protegerlo con protectores solares con SPF 15 y 30 para determinar si los protectores solares realmente ofrecieron protección y si sí, cuánta protección.


Materiales Necesarios por Grupo 3 portaobjetos para microscopio Materiales Compartidos Protector solar SPF 15 Protector solar SPF 30

Sensores/Módulos Requeridos Módulo USB NeuLogTM

Módulo de Batería NeuLogTM

Sensor UVB NeuLogTM

Seguridad (por alumno)

Lentes Guantes Delantal

1. Conecte el sensor UVB al módulo USB. Conecte el modulo USB a una computadora con el software NeuLogTM instalado.

2. Corra el software NeuLogTM y revise que el sensor UVB sea identificado. Si la ven-tana del módulo no aparece con el sensor UVB identificado, haga clic en el icono BUSCAR SENSORES.

3. Una vez que el sensor ha sido identificado, haga clic en el icono HERRAMIENTAS en la barra principal de iconos del software. Seleccione, en la barra de iconos que aparece, el icono ASIGNAR A SENSORES VALORES POR DEFECTO y haga clic.

4. Haga clic en el icono EXPERIMENTO FUERA DE LÍNEA en la barra principal de iconos. Haga clic en el icono PARÁMETROS DEL EXPERIMENTO en la barra de iconos que aparece.

5. Se abre la ventana de configuración de experimento en el tabulador opción. (si no, haga clic en el tabulador opción). Seleccione en esta ventana “gráfica” (asegúrese de hacerlo dentro de la ventana y no en el tabulador gráfica). Cierre la ventana.

6. Haga clic en el icono de CONFIGURACIÓN DEL MÓDULO en la ventana del módu-lo a la izquierda de la pantalla para abrir la ventana de opciones del sensor UVB.

7. Al asignar al sensor los valores por defecto, se debió restablecer la duración del experimento a 10 segundos y la velocidad de muestreo a 10 por segundo. Si no, se-leccione 10 segundos en el menú de duración del experimento y 10 por segundo del menú de velocidad de muestreo. Cierre la ventana de configuración del módulo.

Procedimiento


8. Desconecte el sensor UVB del módulo USB. Deje el módulo USB conectado a la computadora. No cierre el programa NeuLog.

9. Tome tres portaobjetos. Tenga cuidado de sostener los portaobjetos por los lados para no dejar huellas dactilares o manchas en la superficie.

10. Coloque los portaobjetos en una superficie plana y limpia. Utilice un marcador o una pluma y cinta adhesiva para señalar un extremo de cada portaobjetos de la siguiente manera: “control,” SPF 15” y “SPF 30.”

11. Aplique con el dedo, de manera pareja, una fina capa de protector solar SPF 15 en el centro del portaobjetos señalado “SPF 15.” Haga lo mismo con el portaobjetos señalado “SPF 30”. No haga nada en el portaobjetos señalado “Control.”

12. Conecta el sensor UVB al módulo de batería. Presione y sostenga presionado brevemente el pequeño botón en el módulo de batería. Esto hará que el LED rojo se encienda, demostrando que el módulo tiene energía. Si la luz roja no se enciende, pida ayuda a su maestro.

13. Lleve el sensor UVB con el módulo de batería conectado y los tres portaobjetos al exterior. Tenga cuidado con los portaobjetos. No permita que los portaobjetos estén en contacto uno con otro para evitar la contaminación entre los distintos protectores solares y no toque directamente la superficie plana de ningún portaobjetos.

14. Una vez en el exterior, encuentre una zona que permita la exposición del sensor a la luz directa del Sol. Encuentre en el sensor la unidad de medición que está en un ex-tremo del sensor, del lado opuesto al que se usa para conectar el sensor al módulo de batería.

15. Las pruebas individuales durarán 10 segundos y deben recibir luz del Sol directa durante todo el tiempo. Si nubes o cualquier otro factor interfieren con la luz del Sol, los resultados se verán afectados. Si es necesario, espere brevemente hasta asegu-rarse de que podrá recibir por lo menos 10 segundos de luz del Sol directa.

Nota al estudiante: NO MIRE directamente al Sol en ningún momento durante la re-colección de datos.

16. Dirija el sensor de manera que la unidad de medición reciba luz directamente del Sol. Presione y libere el pequeño botón en el sensor para comenzar la recolección de datos (no es necesario mantener el botón presionado). El LED rojo del sensor se encenderá mostrando que la medición se está llevando a cabo. Permita que el sen-sor mida hasta que se apague el LED.

17. Tome el portaobjetos señalado “Control” y sosténgalo de manera plana contra el extremo del sensor de manera que cubra la unidad de medición. Dirija el sensor de manera que la unidad de medición reciba luz directa del Sol y presione nuevamente el botón pequeño para comenzar la medición. Espere a que el LED se apague.


18. Repita el paso 17 usando esta vez el portaobjetos señalado “SPF 15.” Asegúrese de colocar el portaobjetos de manera que la parte con el protector solar quede sobre la unidad de medición del sensor.

19. Repita el paso 18 usando esta vez el portaobjetos señalado “SPF 30.” Asegúrese de colocar el portaobjetos de manera que la parte con el protector solar quede sobre la unidad de medición del sensor.

20. Después de realizar la última medición (SPF 30), recoja todos los materiales y re-grese al laboratorio.

21. Desconecte el sensor UVB del módulo de batería y conéctelo al módulo USB que debe seguir conectado a la computadora.

22. Haga clic en el icono CARGAR MEDICIÓN en la barra de iconos de experimento fuera de línea. Seleccione “Experimentos” en el menú que se abre.

23. En la ventana que se abre, cargue el número del experimento, el número “1” debe aparecer seleccionado. Observe que arriba del número “1” aparece la palabra “úl-timo.” Este será el dato del último experimento, no del primero. En este caso, será el dato del portaobjetos señalado “SPF 30.”

24. Haga clic en el icono debajo del número del experimento para cargar el dato de “SPF 30” en la gráfica. Espere a que aparezca el mensaje “carga completa” y luego desaparezca.

25. En este momento, es posible que se vea el dato en la gráfica pero puede ser que no. Esto se debe al amplio rango de valores en el eje y. Haga clic en el icono AMPLI-ACIÓN en la barra de iconos que se encuentra en la parte superior izquierda de la gráfica, para obtener una ampliación de la gráfica con sus datos.

26. Haga clic en el icono GUARDAR EXPERIMENTO en la barra de iconos de experi-mento fuera de línea. Guarde la información de su experimento usando un nombre que sea fácil de identificar posteriormente, como [NOMBRE O NOMBRE DEL GRU-PO] UVB SPF 30 o con el nombre que indique el maestro.

27. La unidad de medición del sensor UVB es muy sensible y la medición puede mostrar cierta fluctuación. Será necesario determinar el valor promedio sobre la duración de 10 segundos de la recolección de datos. Haga clic en el icono FUNCIONES en la barra de iconos que se encuentra en la parte superior izquierda de la gráfica.

28. Seleccione el tabulador estadística en la ventana que se abre. Haga clic en el icono CALCULAR ESTADÍSTICAS.

29. Observe como el software calcula todos los valores y los llena. En este caso esta-mos interesados en el valor “Promedio”. Registre el valor promedio para “SPF 30” en la sección de Análisis de Datos de este laboratorio.

30. Después de registrar los datos, haga clic en el icono BORRAR ESTADÍSTICAS. Se puede dejar esta ventana abierta.


31. Regrese a la barra de iconos del modo fuera de línea y haga clic nuevamente en el icono CARGAR MEDICIÓN. Seleccione experimentos del menú que se abre.

32. Seleccione esta vez “2” en la ventana de cargar número del experimento. Esta será la información de la medición del penúltimo experimento o “SPF15.”

33. Haga clic en el icono que está debajo de los números de los experimentos para car-gar la información de “SPF 15” a la gráfica. Espere a que el mensaje “carga com-pleta” desaparezca de la pantalla. La información nueva reemplazará la del último experimento cargado a la gráfica.

34. Use el icono AMPLIACIÓN nuevamente para obtener una mejor visión de la infor-mación y guárdela usando un nombre similar al que uso anteriormente, que le per-mita reconocer esta información como la de “SPF 15.”

35. Determine, en la ventana de estadísticas que dejó abierta, el valor promedio para “SPF 15” y regístrelo en la sección Análisis de Datos. Después, haga clic en el icono BORRAR ESTADÍSTICAS.

36. Repita los pasos 31-35 usando el portaobjetos “Control” (experimento 3 en la ven-tana de cargar número de experimento) y para la muestra en la cual no se cubrió con nada la unidad de medición del sensor (experimento 4 en el menú de cargar número de experimento). Recuerde registrar el promedio en la sección de Análisis de Datos.

37. Limpie todos los materiales según las instrucciones del maestro. Asegúrese de la-varse las manos antes de abandonar el laboratorio.


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Fecha:

Profesor:

Clase/Sección de Laboratorio:

ANÁLISIS DE DATOS

Muestra Valor Promedio (mW/m2)

Sin Cubrir

Control

SPF 15

SPF 30

Preguntas



Fecha:

Profesor:


ANÁLISIS DE DATOS

1.¿Hubo diferencia entre los promedios de UVB en el experimento en el cual no se cubrió con nada la unidad de medición del sensor y en la muestra de Control? ¿Qué podemos concluir?

2. ¿Cuál fue el propósito de los dos experimentos anteriores? Explica.

3. Si una botella de protector solar SPF 15 cuesta $7.00 y una botella de protector solar SPF 30 cuesta $15.00, ¿debes comprar la botella de SPF 30 por su valor SPF superior?

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Fecha:

Profesor:


ANÁLISIS DE DATOS

4. ¿Qué porcentaje de los rayos UVB debe bloquear un protector solar con SPF 50? Muestre su trabajo a continuación:

5. Use su libro de texto, la biblioteca de la escuela o alguna otra fuente como internet para investigar el espectro electromagnético. Mencione otro tipo de radiación elec-tromagnética (además de la luz visible y la radiación ultravioleta). Incluya el rango de longitud de onda para ese tipo de radiación electromagnética en particular.

6. Cambios medidos en la capa de ozono es actualmente un tema de mucho debate científico. Algunos investigadores sugieren que el problema ha sido creado por el hom-bre y otros investigadores sugieren que es parte de un ciclo natural de procesos atmos-féricos a largo tiempo. Independientemente de la causa, ¿por qué el cambio en la capa de ozono (por ejemplo, adelgazamiento de la capa de ozono, huecos que aparecen en el ozono) son problemáticos?

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