Estimation de la cointrante thermique: indice WBGT
Estimation of the heat stress: WBGT index
Redactor:
Pablo Luna Mendaza
Ldo. en Ciencias Químicas
CENTRO NACIONAL DE CONDICIONES DE TRABAJO
La existencia de calor en el ambiente laboral constituye frecuentemente una fuente de problemas que se traducen en quejas por falta de confort, bajo rendimiento en el trabajo y, en ocasiones, riesgos para la salud.
El estudio del ambiente térmico requiere el conocimiento de una serie de variables del ambiente, del tipo de trabajo y del individuo. La mayor parte de las posibles combinaciones de estas variables que se presentan en el mundo del trabajo, dan lugar a situaciones de inconfort, sin que exista riesgo para la salud. Con menor frecuencia pueden encontrarse situaciones laborales térmicamente confortables y, pocas veces, el ambiente térmico puede generar un riesgo para la salud. Esto último está condicionado casi siempre a la existencia de radiación térmica (superficies calientes), humedad (> 60%) y trabajos que impliquen un cierto esfuerzo físico.
El riesgo de estrés térmico, para una persona expuesta a un ambiente caluroso, depende de la producción de calor de su organismo como resultado de su actividad física y de las características del ambiente que le rodea, que condiciona el intercambio de calor entre el ambiente y su cuerpo. Cuando el calor generado por el organismo no puede ser emitido al ambiente, se acumula en el interior del cuerpo y la temperatura de éste tiende a aumentar, pudiendo producirse daños irreversibles.
Existen diversos métodos para valorar el ambiente térmico en sus diferentes grados de agresividad.
Fig. 1: Índices de valoración de ambiente térmico
Para ambientes térmicos moderados es útil conocer el índice PMV, cuyo cálculo permite evaluar el nivel de confort o disconfort de una situación laboral (1).
Cuando queremos valorar el riesgo de estrés térmico se utiliza el índice de sudoración requerida, que nos da entre otros datos, el tiempo máximo recomendable, de permanencia en una situación determinada (2).
El índice WBGT (3), objeto de esta Nota Técnica, se utiliza, por su sencillez, para discriminar rápidamente si es o no admisible la situación de riesgo de estrés térmico, aunque su cálculo permite a menudo tomar decisiones, en cuanto a las posibles medidas preventivas que hay que aplicar.
El índice WBGT se calcula a partir de la combinación de dos parámetros ambientales: la temperatura de globo TG y la temperatura húmeda natural THN. A veces se emplea también la temperatura seca del aire, TA.
Mediante las siguientes ecuaciones se obtiene el índice WBGT:
WBGT = 0.7 THN + 0.3 TG (I)
(en el interior de edificaciones o en el exterior, sin radiación solar)
WBGT = 0.7 THN + 0.2 TG +0.1 TA (II)
(en exteriores con radiación solar)
Cuando la temperatura no es constante en los alrededores del puesto de trabajo, de forma que puede haber diferencias notables entre mediciones efectuadas a diferentes alturas, debe hallarse el índice WBGT realizando tres mediciones, a nivel de tobillos, abdomen y cabeza, utilizando la expresión (III):
Las mediciones deben realizarse a 0.1 m, 1.1 m, y 1.7 m del suelo si la posición en el puesto de trabajo es de pie, y a 0.1 m, 0.6 m, y 1.1 m, si es sentado. Si el ambiente es homogéneo, basta con una medición a la altura del abdomen.
Este índice así hallado, expresa las características del ambiente y no debe sobrepasar un cierto valor límite que depende del calor metabólico que el individuo genera durante el trabajo (M).
Fig. 2: Valores límite del índice WBGT (ISO 7243)
Mediante lectura en la curva correspondiente, el máximo que puede alcanzar el índice WBGT según el valor que adopta el término M.
Las mediciones de las variables que intervienen en este método de valoración deben realizarse prerentemente, durante los meses de verano y en las horas más cálidas de la jornada. Los instrumentos de medida deben cumplir los siguientes requisitos:
Temperatura de globo (TG): Es la temperatura indicada por un sensor colocado en el centro de una esfera de las siguientes características:
150 mm de diámetro.
Coeficiente de emisión medio: 90 (negro y mate).
Grosor: tan delgado como sea posible.
Escala de medición: 20 ºC-120 ºC.
Precisión: ±0,5 ºC de 20 ºC a 50 ºC y ±1 ºC de 50 ºC a 120 ºC.
Temperatura húmeda natural (THN): Es el valor indicado por un sensor de temperatura recubierto de un tejido humedecido que es ventilado de forma natural, es decir, sin ventilación forzada. Esto último diferencia a esta variable de la temperatura húmeda psicrométrica, que requiere una corriente de aire alrededor del sensor y que es la más conocida y utilizada en termodinámica y en las técnicas de climatización.
El sensor debe tener las siguientes características:
Forma cilíndrica.
Diámetro externo de 6mm ± 1 mm.
Longitud 30mm ± 5mm.
Rango de medida 5 ºC 40 ºC.
Precisión ± 0,5 ºC.
La parte sensible del sensor debe estar recubierta de un tejido (p.e. algodón) de alto poder absorbente de agua.
El soporte del sensor debe tener un diámetro de 6mm, y parte de él (20 mm) debe estar cubierto por el tejido, para reducir el calor transmitido por conducción desde el soporte al sensor.
El tejido debe formar una manga que ajuste sobre el sensor. No debe estar demasiado apretado ni demasiado holgado.
El tejido debe mantenerse limpio.
La parte inferior del tejido debe estar inmersa en agua destilada y la parte no sumergida del tejido, tendrá una longitud entre 20 mm y 30 mm.
El recipiente del agua destilada estará protegido de la radiación térmica.
Temperatura seca del aire (TA): Es la temperatura del aire medida, por ejemplo, con un termómetro convencional de mercurio u otro método adecuado y fiable.
El sensor debe estar protegido de la radiación térmica, sin que esto impida la circulación natural de aire a su alrededor.
Debe tener una escala de medida entre 20 ºC y 60 ºC (± 1ºC).
Cualquier otro sistema de medición de estas variables es válido si, después de calibrado, ofrece resultados de similar precisión que el sistema descrito (4).
La cantidad de calor producido por el organismo por unidad de tiempo es una variable que es necesario conocer para la valoración del estrés térmico. Para estimarla se puede utilizar el dato del consumo metabólico, que es la energía total generada por el organismo por unidad de tiempo (potencia), como consecuencia de la tarea que desarrolla el individuo, despreciando en este caso la potencia útil (puesto que el rendimiento es muy bajo) y considerando que toda la energía consumida se transforma en calorífica.
El término M puede medirse a través del consumo de oxígeno del individuo, o estimarlo mediante tablas (5). Esta última forma, es la más utilizada, pese a su imprecisión, por la complejidad instrumental que comporta la medida del oxígeno consumido.
Existen varios tipos de tablas que ofrecen información sobre el consumo de energía durante el trabajo. Unas relacionan, de forma sencilla y directa, el tipo de trabajo con el término M estableciendo trabajos concretos (escribir a máquina, descargar camiones etc.) y dando un valor de M a cada uno de ellos. Otras, como la que se presenta en la tabla 2, determina un valor de M según la posición y movimiento del cuerpo, el tipo de trabajo y el metabolismo basal (6). Este último se considera de 1 Kcal / min como media para la población laboral, y debe añadirse siempre.
Tabla 1: Valores límite de referencia para el índice WBGT (ISO 7243) |
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El consumo metabólico se expresa en unidades de potencia o potencia por unidad de superficie corporal. La relación entre ellas es la siguiente:
1 Kcal/hora = 1,16 watios = 0,64 watios/m2 (para una superficie corporal media de 1,8 m2).
Durante la jornada de trabajo pueden variar las condiciones ambientales o el consumo metabólico, al realizar tareas diferentes o en diferentes ambientes. En estos casos se debe hallar el índice WBGT o el consumo metabólico, ponderados en el tiempo, aplicando las expresiones siguientes:
Esta forma de ponderar sólo puede utilizarse bajo la condición de que:
Esto se debe a que las compensaciones de unas situaciones térmicas con otras no ofrecen seguridad en periodos de tiempos largos.
Cuando exista riesgo de estrés térmico según lo indicado, puede establecerse un régimen de trabajo-descanso de forma que el organismo pueda restablecer el balance térmico. Se puede hallar en este caso la fracción de tiempo (trabajo-descanso) necesaria para que, en conjunto, la segura, de la siguiente forma:
Siendo:
ft= Fracción de tiempo de trabajo respecto al total (indica los minutos a trabajar por cada hora)
A = WBGT límite en el descanso (M <100 Kcal/h.)
B = WBGT en la zona de descanso
C = WBGT en la zona de trabajo
D = WBGT límite en el trabajo
Si se trata de una persona aclimatada al calor, que permanece en el lugar de trabajo durante la pausa, la expresión (VI) se simplifica:
Cuando B ³ A, las ecuaciones Vi y VII no son aplicables.
Esta situación corresponde a un índice WBGT tan alto, que ni siquiera con un índice de actividad relativo al descanso (< 100 kcal 1 hora) ofrece seguridad. Debe adecuarse un lugar mas fresco para el descanso, de forma que se cumpla B < A.
La simplicidad del método hace que esté sujeto a ciertas limitaciones, debidas a las obligadas restricciones en algunas variables. Así por ejemplo, la curva límite sólo es de aplicación a individuos cuya vestimenta ofrezca una resistencia térmica aproximada de 0,6 clo, que corresponde a un atuendo veraniego.
La velocidad del aire: Sólo interviene a partir de cierto valor del consumo metabólico y de forma cualitativa, aumentando 1 ó 2 ºC los límites del índice WBGT, cuando existe velocidad de aire en el puesto de trabajo. Ver tabla 1
Los límites expresados en la figura 1 sólo son válidos para individuos sanos y aclimatados al calor. La aclimatación al calor es un proceso de adaptación fisiológica que incrementa la tolerancia a ambientes calurosos, fundamentalmente por variación del flujo de sudor y del ritmo cardíaco. La aclimatación es un proceso necesario, que debe realizarse a lo largo de 6 ó 7 días de trabajo, incrementando poco a poco la exposición al calor.
A.C.G.I.H. (6), que adopta este método como criterio de valoración de estrés térmico y presenta una curva límite (TLV) similar, pero añadiendo además otra para individuos no aclimatados, bastante más restrictiva.
Cuando la situación de trabajo no se adapte al campo de aplicación del método, es decir, que la velocidad del aire o el vestido sean muy diferentes de lo indicado, debe recurrirse a métodos más precisos de valoración (1) y (2).
Supongamos una situación de trabajo caracterizada por una temperatura de globo de 40 ºC y temperatura húmeda natural de 29 ºC, en la que un individuo aclimatado al calor y con indumentaria veraniega (0,5 clo), descarga un horno que trabaja en continuo, secando piezas que circulan por su interior, las cuales pesan 10 Kg. Una vez descargada la pieza debe dejarla en un lugar cercano para que posteriormente otra persona proceda a su almacenamiento.
El ciclo de trabajo (mínimo conjunto de tareas que se repiten de forma ordenada a lo largo de la jornada y que constituye el trabajo habitual del individuo) se puede desglosar de la siguiente forma:
El cálculo del término M podría hacerse con ayuda de la Tabla 2 de la forma siguiente:
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Tabla 2: Estimación del consumo metabólico M (ACGIH) |
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Teniendo en cuenta la distribución de tiempos y el Metabolismo Basal considerado de 1 Kcal/min, M= 4,5 Kcal/min x 0,27 + 2 Kcal/min x 0,19 + 0,6 Kcal/min x 0,54 + 1 Kcal/min = 3,3 Kcal/min = 198 Kcal/h
El índice WBGT calculado según las temperaturas indicadas y la ecuación (I), resulta ser de 32,3ºC, mientras que el WBGT límite para el consumo metabólico determinado, es según indica la gráfica 1 de 30 ºC, por lo que existe una situación de riesgo no admisible de estrés térmico en estas condiciones y según este método.
Si queremos aplicar al puesto, un régimen de trabajo-descanso, para disminuir el riesgo:
WBGT (límite) descansando = 33 ºC (tabla 1)
Si el periodo de descanso lo realiza en las inmediaciones del puesto de trabajo, el índice WBGT es el mismo por lo que, WBGT descansado = 32,3 ºC.
Aplicando la ecuación VII:
Si por el contrario descansa en un lugar más fresco, cuyo WBGT fuera por ejemplo, de 27 ºC, aplicando la ecuación VI:
Podría hacerse con ayuda de la forma siguiente:
(1) ISO 7730. 1984 y revisión 1992
Ambiances thermiques modérés. Determination des indices PMV et PPD et specification
des conditions de confort thermique
(2) ISO 7933. 1989
Ambiances thermiques chaudes. Determination analytique et interpretation de la
contrainte thermique fondées sur le calcul de la sudation requise
(3) ISO 7243. 1989
Hot environmentes. Estimation of the heat stress on working man, based on the WBGT
index (Wet bulb globe temperatures)
(4) ISO 7726. 1985
Ambiances thermiques. Appareils et méthodes de mesure des caractéristiques physiques
de l'environment
(5) ISO/DIS 8996
Determination du métabolisme énergétique
(6) American Conference of Governmental Industrial Hygienists
Threshold limits values and Biological exposure índices of 1992-93
Cincinnati. A.C.G.I.H. 1992
