5 - temperaturas extremas

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEGURIDAD INDUSTRIAL Ambiente térmico

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Page 1: 5 - Temperaturas extremas

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

SEGURIDAD INDUSTRIAL

Ambiente térmico

Page 2: 5 - Temperaturas extremas

Actividades

Page 3: 5 - Temperaturas extremas

Termoregulación

SISTEMA

TERMORREGULADOR Vasodilatación

Sudoración

0,5°C 36,8°C

Termostato

Ser Homeotermo

T Vasoconstricción

Cierre de glándulas sudoríparas

Page 4: 5 - Temperaturas extremas

LEGISLACIÓN EN COLOMBIA

• Resolución 2400 de 1979. Por el cual se establecen algunas disposiciones sobre vivienda, higiene y seguridad en los establecimientos de trabajo. Título III Capítulo 2.3.1 De la temperatura, Art 63, 64, 65, 66, 67, 68 y 69.

• Decreto 1335 de 1987. Reglamento de seguridad en labores subterráneas. Capitulo III, Art.

179 y 180. • Decreto 2222 de 1993. Reglamento de higiene y seguridad en labores mineras a

cielo abierto. Capitulo IV temperatura y humedad. Art 258.

• Decreto 2566 de 2009 Tabla de Enfermedades Profesionales • Art 32: Enfermedades por bajas temperaturas • Art 33: Enfermedades por altas temperaturas

• Decreto 2090 de 2003. Por el cual se definen las actividades de alto riesgo para la salud del trabajador. Art. 2

• Normas ISO 7730 de 2006. Ergonomía del ambiente térmico.

Page 5: 5 - Temperaturas extremas

Escala de la temperatura corporal

44º C

PELIGRO ESTRÉS TÉRMICO

40º C

DISCONFORT POR CALOR

38º C

CONFORT

36º C

DISCONFORT POR FRÍO

33º C

PELIGRO HIPOTERMIA CONGELACIÓN

26º C

Page 6: 5 - Temperaturas extremas

Indicadores fisiológicos

Page 7: 5 - Temperaturas extremas

Efectos

TRASTORNOS SISTÉMICOS

• Síncope por calor

• Edema por calor

• Calambres por calor

• Agotamiento por calor

• Golpe de calor

ALTERACIONES CUTÁNEAS

• Erupción por calor (miliaria)

Page 8: 5 - Temperaturas extremas

Variables que determinan el ambiente

térmico

CONSUMO METABÓLICO

AISLAMIENTO TÉRMICO

Page 9: 5 - Temperaturas extremas

Variables que determinan el ambiente

térmico

Temperatura seca del aire → Se mide con un

termómetro normal pero en condiciones especiales

(bulbo del termómetro tapado o protegido para que no

influya la temperatura radiante o el aire).

aire < Tpiel: Nos refresca.

aire > Tpiel: Nos calienta.

Humedad relativa → Relación porcentual entre la

presión de vapor de agua existente con respecto a la

máxima posible para la temperatura del aire en el ambiente. La de confort es de 40 a 60%.

Page 10: 5 - Temperaturas extremas

Variables que determinan el ambiente

térmico

La humedad puede medirse a partir de:

Pa: presión parcial de vapor de agua, en kilopascales (kPa).

HR: humedad relativa, en porcentaje (%).

th: temperatura húmeda psicométrica, en ºC

Page 11: 5 - Temperaturas extremas

Diagrama psicrométrico

Page 12: 5 - Temperaturas extremas

Variables que determinan el ambiente

térmico

Velocidad del aire → Velocidad con que se mueve el aire en

torno al trabajador. Contribuye a mejorar la sensación

térmica.

Anemómetro de aspas

Catatermómetro

Termo anemómetro

Page 13: 5 - Temperaturas extremas

Variables que determinan el ambiente

térmico

Temperatura radiante media → Producida por

radiación de paredes y objetos, normalmente es

superior a la temperatura seca.

Convección natural (va< 0,15 m/s)

TRM= [(tg + 273)4 + 0,42*108(tg - ta) 0.25 (tg - ta)]0.25 - 273

Convección forzada (va>0,15 m/s):

TRM= [(tg + 273)4 + 2,5*108 va0,6 (tg - ta)]0.25 – 273

En forma aproximada: TRM= tg + 1,9*va0,5 * (tg - ta)

Page 14: 5 - Temperaturas extremas

Variables que determinan el ambiente

térmico

Consumo metabólico → Energía necesaria que

utiliza el organismo para realizar un trabajo. La

energía genera un calor que es absorbido por el organismo. A más esfuerzo, más consumo

metabólico.

Aislamiento térmico → Resistencia que tenga la

vestimenta a la pérdida de calor y a la humedad.

Su unidad de medida es el CLO.

Page 15: 5 - Temperaturas extremas

Consumo metabólico

NIVEL MÉTODO

A. Clasificación en función del tipo de actividad

PRECISIÓN ESTUDIO PUESTO

No necesario

Grosera. Riesgo de errores importantes

Información sobre el equipo técnico y la organización del trabajo

Estudio de tiempos necesario

Riesgo elevado de errores Precisión ± 15%

No necesario

Riesgo de error dentro de los limites de precisión de la medida y el estudio de tiempos. Precisión ± 5 %

I B. Clasificación en función de la profesión

A. Estimación a partir de los componentes de la actividad

II

B. Tablas estimación de la actividad tipo

C. Utilización de la frecuencia cardíaca, dentro de las condiciones definidas

III Medida Estudio de tiempos necesario

Fuente: ISO 8996

Page 16: 5 - Temperaturas extremas

Consumo metabólico

UNIDADES:

1 kcal = 4,184 kJ

1 met = 0,239 kcal

1 kcal/h = 1,161 w = 0,644 w/m2

1 w = 0,861 kcal/h

1 w / m2 = 1,553 kcal / h (para una superficie corporal

estándar de 1,8 m2).

Page 17: 5 - Temperaturas extremas

Aislamiento térmico

Tipo de vestido

Desnudo

Pantalones cortos

Conjunto tropical:

Pantalones cortos, camisa de manga corta abierta, calcetines finos, sandalias y calzoncillos.

Conjunto ligero de verano:

Pantalones largos ligeros, camisa ligera de manga corta, calcetines finos, zapatos y calzoncillos.

Ropa de trabajo ligera:

Ropa interior, camisa de manga larga, pantalones de vestir, calcetines de lana y zapatos.

Conjunto de invierno de interior:

Ropa interior, camisa de manga larga, pantalones de vestir, chaqueta o jersey de manga larga, calcetines de invierno y zapatos.

1,0 0,155

0,5 0,078

0,3 0,045

Iclo

clo

0,0

0,1

m2·°C/W

0,000

0,015

0,7 0,108

Conjunto completo de trabajo en interiores tradicional europeo:

Ropa interior, camisa, traje incluyendo chaqueta, pantalones y chaleco, calcetines de lana y zapatos.

1,5 0,232

Page 18: 5 - Temperaturas extremas

Mecanismos de intercambio

Conducción → Roce y contacto entre superficies

Convección → El calor que transmite el aire

Radiación → Por cualquier foco de energía

Page 19: 5 - Temperaturas extremas

Radiación

A mayor temperatura, mayor intercambio

T radiante > T piel: Se recibe calor

T radiante < T piel: Se pierde calor

Page 20: 5 - Temperaturas extremas

Convección

A mayor velocidad, mayor intercambio

T aire > T piel: Se recibe calor

T aire < T piel: Se pierde calor

Page 21: 5 - Temperaturas extremas

Evaporación

Sólo se puede eliminar calor

o A mayor velocidad, mayor eliminación

o A mayor humedad, menor eliminación

Page 22: 5 - Temperaturas extremas

Balance térmico

CALOR

INTERCAMBIADO

POR CONDUCCIÓN

CALOR

PRODUCIDO POR

EL CUERPO CALOR

CALOR

INTERCAMBIADO

POR RADIACIÓN

CALOR

INTERCAMBIADO

POR CONVECCIÓN

EVAPORACIÓN

DEL

SUDOR

Page 23: 5 - Temperaturas extremas

Balance térmico

Ecuación de balance térmico → Equilibrio térmico

→ Cuando el cuerpo no gana ni pierde calor.

M±R±C–E=A

M Ganancia de calor por el metabolismo

Ganancia o pérdida de calor por radiación

Ganancia o pérdida de calor por convección

Pérdida de calor por evaporación del sudor

Calor acumulado en el organismo

R

C

E

A

Page 24: 5 - Temperaturas extremas

Balance térmico - 2

No hay calor acumulado.

1 M±R±C=0

No necesita evaporar calor

para lograr el equilibrio

térmico.

Situación de confort térmico.

Hay equilibrio térmico.

2 Necesita evaporar sudor para

M±R±C–E=0

lograr el equilibrio, ya que hay

una tensión térmica.

Page 25: 5 - Temperaturas extremas

Balance térmico - 3

No hay equilibrio térmico →

Estrés térmico por calor.

3 M ± R ± C – E > 0 Se gana calor.

El organismo incrementa la

temperatura.

Se pierde calor.

4 M±R±C<0

No se necesita sudar y la

temperatura del cuerpo

desciende. No hay equilibrio térmico →

Estrés térmico por frío.

Page 26: 5 - Temperaturas extremas

Valoración estrés térmico

INDICES DIRECTOS: Mediciones con instrumentos que simulan

la respuesta del organismo

o Índice de temperatura de globo de bulbo húmedo

o Índice de temperatura de globo húmedo

INDICES RACIONALES: Basados en ecuación de balance

térmico.

o Índice de sobrecarga calórica

o Índice de tensión térmica

ÍNDICES EMPÍRICOS: Basados en la respuesta fisiológica del hombre

o Temperatura efectiva

o Temperatura efectiva corregida

o Grado de sudoración previsto (4 horas)

o Determinación del ritmo cardiaco

Page 27: 5 - Temperaturas extremas

Valoración estrés térmico

Posible situación de estrés térmico

Hacer controles generales

No

Continuar trabajo Controlar condiciones

No Permite la ropa la circulación de aire o vapor de agua?

Existe limitación a la exposición de acuerdo con ISC, IST?

Calcular ISC Calcular ITT

Sí Realizar monitoreo biológico de la sobrecarga térmica

Cálculo WBGT

Es excesiva la sobrecarga térmica basada en el monitoreo?

No Sí

No

Se supera WBGT límite?

No

Sí Hay datos para un análisis detallado?

A

Aplicar controles de trabajo específicos

A

Valorar confort térmico

Page 28: 5 - Temperaturas extremas

1. Indice wbgt

Temperatura de globo de bulbo húmedo

Exteriores sin sol o interiores: WBGT = 0.7 Thn + 0.3 Tg

Exteriores soleados:

WBGT = 0.7 Thn + 0.2 Tg + 0.1 Ta

Thn = Temperatura húmeda natural Tg= Temperatura de globo

Ta= Temperatura del aire

Page 29: 5 - Temperaturas extremas

Indice wbgt

Cuando la medición cambia con la altura:

WBGT(Cabeza) + 2*WBGT (Abdomen) + WBGT (Tobillos)

4

TLV y límite de acción para exposición a calor

Trabajo en un ciclo de trabajo y descanso

75% a 100%

50% a 75%

25% a 50%

0% a 25%

TLV (WBGT en °C)

Ligero

31.0

31.0

32.0

32.5

Moderado

28.0

29.0

30.0

31.3

Pesado

-

27.5

29.0

30.5

Muy pesado

-

-

28.0

30.0

Límite de acción (WBGT en °C)

Ligero

28.0

28.5

29.5

30.0

Moderado

25.0

26.0

27.0

29.0

Pesado

-

24.0

25.5

28.0

Muy pesado

-

-

24.5

27.0

WBGT=

Page 30: 5 - Temperaturas extremas

Indice wbgt

TRABAJO LIGERO (M< 130 W/m2)

Trabajo manual ligero (escribir, computador),

Trabajo con manos y brazos (inspección, clasificación materiales)

Trabajo de pie: Taladrar, bobinados, trabajo con herramientas

TRABAJO MODERADO (130 < M< 200 W/m2)

Trabajo de sostenimiento con manos y brazos (martillado, rellenado)

Trabajo con brazos y piernas (camiones, tractores, equipo construcción)

Trabajo con brazos y tronco (martillo neumático, pañetar, picar)

TRABAJO PESADO (200 < M< 260 W/m2)

Trabajo intenso de brazos y tronco; transporte de material pesado; segar, excavar

Empujar o halar carretillas con cargas muy pesadas, fundición de concreto

TRABAJO MUY PESADO (M > 260 W/m2)

• Actividad muy intensa realizada con ritmo forzado; trabajo con hacha; manejo de pala y cavado intenso; subir escaleras, rampas, caminar

Page 31: 5 - Temperaturas extremas

Indice wbgt – Iso 7243

Valores límite de referencia para el índice WBGT

Consumo

metabólico

(W/m2)

< 65

65 – 130

130 – 200

200 – 260

>260

Persona

aclimatada

v=0

33

30

28

25

23

33

30

28

26

25

Persona no

aclimatada

v=0

32

29

26

22

18

32

29

26

23

20

Page 32: 5 - Temperaturas extremas

Tiempo de trabajo

ft (min/hora) =

(A - B)

(C - D) + ( A - B)

* 60

ft= Fracción de tiempo de trabajo respecto al total (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

Page 33: 5 - Temperaturas extremas

Equipo de medida

Page 34: 5 - Temperaturas extremas

Wbgt en situaciones variables

WBGT=

Σ(WBGTi * ti)

Σti

Solo puede usarse si la suma de

los tiempos es menor de 60

minutos

Page 35: 5 - Temperaturas extremas

2. Índice de sobrecarga calórica

Relación existente entre la evaporación requerida para lograr el equilibrio térmico y la evaporación máxima posible en ese

ambiente.

ISC= (Ereq / Emax)*100

Aplicable para valorar confort y estrés térmico por calor

No aconsejable para ambientes muy secos (hr<30%)

Aplicable a personas físicamente bien dotadas y

adecuadamente aclimatados.

Page 36: 5 - Temperaturas extremas

2. Índice de sobrecarga calórica

Ecuaciones para el cálculo:

Ereq = M ± R ± C

Emax = K1* Va0.6 * (56 – Pa) K1

K2

K3

Vestido

7,0

4,4

4,6

Desnudo

11,7

7,3

7,6 R = K2 * (Trm – 35)

C = K3 * Va06 * (Ta – 35)

Ereq= Evaporación requerida

Emax= Evaporación máxima

Va = Velocidad del aire (m/s)

Pa= Presión parcial de vapor de agua

(hPa)

Trm= Temperatura radiante media (ºC)

Ta = Temperatura del aire (ºC)

M= Metabolismo total (W/m2)

C= Intercambio de calor por convección

R= Intercambio de calor por radiación

Page 37: 5 - Temperaturas extremas

2. Índice de sobrecarga calórica

Page 38: 5 - Temperaturas extremas

2. Índice de sobrecarga calórica

TEP=

2440

Ereq - Emax

TEP = Tiempo máximo de exposición

permitido (min)

Ereq = Evaporación requerida (W/m2)

Emax = Evaporación máxima (W/m2)

TR = Tiempo de recuperación (min)

58 * Pc * i

TR =

(E’max- E’req) * Sc

Pc =

i =

Peso corporal

Incremento temperatura corporal (1°C)

E’max = Evaporación máxima (W/m2) nuevas condiciones

E’req = Evaporación requerida (W/m2) nuevas condiciones

Page 39: 5 - Temperaturas extremas

3. Índice de tensión térmica Iso 7933

Calcula la sudoración necesaria para conseguir el equilibrio

térmico a partir de una ecuación perfeccionada de este.

Constituye un método práctico para interpretar los cálculos

comparando lo que se necesita con lo que es fisiológicamente

posible y aceptable en el ser humano

El cálculo se basa en el conocimiento de las características de:

• Ambiente térmico (temperatura del aire, temperatura radiante

media, velocidad del aire, presión parcial de vapor de agua)

• Individuos expuestos y su tasa metabólica

• Ropa (aislamiento, reflexión, permeabilidad)

• Movimiento de la persona (velocidad y ángulo de movimiento)

Page 40: 5 - Temperaturas extremas

3. Índice de tensión térmica Iso 7933

La interpretación de los valores calculados se basa en:

Dos criterios de estrés:

• Humedad máxima de la piel Wmax

• Sudoración máxima, Swmax

Dos límites de tensión térmica:

• Máxima acumulación de calor, Qmax

• Máxima pérdida de agua, Dmax

Para cualquier persona:

• La sudoración requerida Swreq no puede exceder la sudoración

máxima Swmax

• La humedad requerida de la piel Wreq no puede exceder la

humedad máxima Wmax

• Valores máximos en función de la aclimatación de la persona

Page 41: 5 - Temperaturas extremas

3. Índice de tensión térmica Iso 7933

Valores de referencia para los criterios de estrés y de sobrecarga

Criterio

Humedad máxima de la piel Wmax

Tasa de sudoración máxima Swmax

Temperatura rectal máxima (tre,max)

No aclimatados

0,85

(M-32)*ADu

38

Aclimatados

1

1,25*(M-32)*Adu

Criterio

Pérdida máxima de agua (Dmax)

Nivel medio (Dmax 50)

5250

Nivel de alarma (Dmax 95)

3750

ADu= Área de la superficie de Du Bois del cuerpo

ADu= 0,202 * (peso en Kg)0,425 * (altura en m)0,725

SWmax debe estar comprendida entre 250 y 400 W/m2

Page 42: 5 - Temperaturas extremas

3. Índice de tensión térmica Iso 7933

Aconsejable cuando se deben encontrar tiempos máximos de

exposición

Especialmente diseñado para su utilización en:

• Ambientes con temperatura del aire inferior a 50ºC

• Presión parcial de vapor de agua inferior a 4,5 kPa

Crea dos categorías de protección:

• Nivel medio: Pérdida de agua corporal máxima del 7% del peso

total. Cubre el 50% de la población.

• Nivel de alarma: Pérdida de agua corporal máxima del 5% del peso total. Cubre el 95% de la población.

Page 43: 5 - Temperaturas extremas

4. Índice de valoración medio

(Fanger)

Confort térmico

Nivel de actividad

Características del vestido

Temperatura seca

Humedad relativa

Temperatura radiante

media

Velocidad del aire

Page 44: 5 - Temperaturas extremas

4. Índice de valoración medio

(Fanger)

Se recomienda su aplicación para valores de IVM entre -2 y +2

Únicamente si los parámetros principales se encuentran en los

siguientes rangos:

Actividad metabólica

Aislamiento térmico de la ropa

Temperatura del aire

Presión parcial de vapor de agua

Temperatura radiante media

Velocidad del aire

46 – 232 W/m2

0 – 2 clo

10 – 30 ºC

0 – 2700 Pa

10 – 40 ºC

0 – 1 m/s

Page 45: 5 - Temperaturas extremas

Métodos de control

CONTROLES EN LA FUENTE

Reducir la temperatura de las fuentes de calor en

los procesos

Exposiciones de corta duración (mantenimiento)

Aislamiento de instalaciones y equipos; enfriamiento

Reducción de temperatura de fluidos en tuberías

Aislar las fuentes de calor

Reduce las emisiones de temperatura de la superficie y

por lo tanto el calor radiante

Previene quemaduras

Page 46: 5 - Temperaturas extremas

Métodos de control

Fuentes exteriores de calor

Protección de partes opacas:

Aumento del coeficiente de reflexión de las paredes: Cal viva, hoja de cobre, pintura plástica, pintura de aluminio, etc. Aumento de coeficiente de cambio exterior – Riego

Aumento de resistencia térmica de las paredes: uso de

materiales especiales, dobles techos (fibra de vidrio, lana

de roca, corcho, celulosa, espumas)

Page 47: 5 - Temperaturas extremas

Métodos de control

Fuentes exteriores de calor

Protección de partes transparentes:

Aumento del coeficiente de reflexión de los cristales: Instalación de cristales dobles, separados por hojas

metálicas

Disminución del flujo de calor incidentes: Orientación de

las ventanas, pantallas horizontales, toldos, persianas

Absorción del flujo incidente

en los cristales: Empleo de

colores (azul, verde)

Page 48: 5 - Temperaturas extremas

Métodos de control

Fuentes interiores de calor

contra calor radiante: Protección a las personas, impidiendo la propagación por radiación

Pantallas opacas

Pantallas transparentes

Pantallas enfriadas por agua

reducción de

la temperatura superficial

Page 49: 5 - Temperaturas extremas

Métodos de control

Ventilación

o dilución del aire caliente y húmedo y

reemplazo por aire frío y seco

mecánica de tiro forzado

localizada

natural a través de puertas y

ventanas

de la velocidad del aire. Útil cuando

la temperatura es menor de 35ºC y la humedad

absoluta menor de 5.6 kPa

Page 50: 5 - Temperaturas extremas

Métodos de control

Administrativos

Selección del personal

Aclimatación

Estado físico

Edad

Condiciones de salud

Entrenamiento

Auto valoración

Intervalos trabajo - descanso

Reemplazo de fluidos

Page 51: 5 - Temperaturas extremas

Métodos de control

Sobre el trabajador

Reducción de la actividad

Reducción del tiempo de exposición

Protección personal

Aclimatación

Vigilar la alimentación

Supervisión médica