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Cálculo de esfuerzos biomecánicos mediante el análisis de imágenes digitales, aplicación en el rediseño de puestos de trabajo. Mosquera Camelo, Leonardo Centro de Ergonomía y Prevención/ Departamento de Organización de Empresas / Universidad Politécnica de Cataluña (UPC)/ Avenida Diagonal 647,piso 10 / 08028 Barcelona, España / [email protected] Hernández Soto, Aquiles C. Centro de Ergonomía y Prevención/ Departamento de Organización de Empresas / Universidad Politécnica de Cataluña (UPC)/ Avenida Diagonal 647,piso 10 / 08028 Barcelona, España / [email protected] Tarragona Romero, Sonia Departamento de Matemáticas / Universidad Politécnica de Cataluña (UPC) / Avenida Diagonal 647,piso 10 / 08028 Barcelona, España [email protected] Álvarez Casado, Enrique Centro de Ergonomía y Prevención/ Departamento de Organización de Empresas / Universidad Politécnica de Cataluña (UPC)/ Avenida Diagonal 647,piso 10 / 08028 Barcelona, España / [email protected] ABSTRACT La metodología de análisis planteada en este documento se basa en conceptos biomecánicos, los cuales se emplean para determinar los esfuerzos musculares generados por las posturas que se adoptan en el puesto de trabajo, para llevar a cabo los análisis propuestos se usa como herramienta el Autocad (Programa Informático de diseño de amplia difusión) sobre el cual se procesan imágenes digitales de las posturas que previamente se han registrado. Esta metodología pretende ser una herramienta fácil y accesible de ayuda a ergónomos y profesionales de la prevención que realicen labores de rediseño de puestos. Palabras clave Ergonomía, biomecánica, informática, rediseño, puesto de trabajo, posturas, Autocad INTRODUCCIÓN Cuando hablamos de ergonomía, hablamos necesariamente de la adaptación del trabajo al hombre. Desafortunadamente en la mayoría de los casos esta adaptación se lleva a punto mediante el rediseño del puesto de trabajo debido a que, generalmente, en éstos no existe una evaluación y un análisis previos a su construcción. Así, después de estar implementados, es cuando se detectan problemas que se hubieran podido

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Page 1: cálculo de esfuerzos biomecánicos mediante el análisis de imágenes digitales, aplicación en el rediseño de puestos de trabajo

Cálculo de esfuerzos biomecánicos

mediante el análisis de imágenes digitales, aplicación en el rediseño de puestos de trabajo.

Mosquera Camelo, Leonardo

Centro de Ergonomía y Prevención/ Departamento de Organización de

Empresas / Universidad Politécnica de Cataluña (UPC)/ Avenida Diagonal

647,piso 10 / 08028 Barcelona, España / [email protected]

Hernández Soto, Aquiles C.

Centro de Ergonomía y Prevención/ Departamento de Organización de

Empresas / Universidad Politécnica de Cataluña (UPC)/ Avenida Diagonal

647,piso 10 / 08028 Barcelona, España / [email protected]

Tarragona Romero, Sonia

Departamento de Matemáticas / Universidad Politécnica de Cataluña

(UPC) / Avenida Diagonal 647,piso 10 / 08028 Barcelona, España

[email protected]

Álvarez Casado, Enrique

Centro de Ergonomía y Prevención/ Departamento de Organización de

Empresas / Universidad Politécnica de Cataluña (UPC)/ Avenida Diagonal

647,piso 10 / 08028 Barcelona, España / [email protected]

ABSTRACT

La metodología de análisis planteada en este documento se basa en conceptos

biomecánicos, los cuales se emplean para determinar los esfuerzos musculares

generados por las posturas que se adoptan en el puesto de trabajo, para llevar a cabo

los análisis propuestos se usa como herramienta el Autocad (Programa Informático de

diseño de amplia difusión) sobre el cual se procesan imágenes digitales de las posturas

que previamente se han registrado.

Esta metodología pretende ser una herramienta fácil y accesible de ayuda a ergónomos

y profesionales de la prevención que realicen labores de rediseño de puestos.

Palabras clave

Ergonomía, biomecánica, informática, rediseño, puesto de trabajo, posturas, Autocad

INTRODUCCIÓN

Cuando hablamos de ergonomía, hablamos necesariamente de la adaptación del

trabajo al hombre. Desafortunadamente en la mayoría de los casos esta adaptación se

lleva a punto mediante el rediseño del puesto de trabajo debido a que, generalmente,

en éstos no existe una evaluación y un análisis previos a su construcción. Así, después

de estar implementados, es cuando se detectan problemas que se hubieran podido

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evitar con un diseño bien planificado.

El concepto de rediseño lleva implícito el termino mejora, y es así que al hablar de

rediseño de un puesto de trabajo, damos por hecho que se busca una mejora; mejora

encaminada casi siempre a solucionar problemas relacionados con la salud y bienestar

del trabajador y/o con la eficacia y calidad de la producción. Al abordar el rediseño de

un puesto de trabajo se debe, en primer lugar, tener claro que la intervención sobre

éste debe ser el resultado final del análisis de los problemas detectados en él.

En España, según los datos obtenidos por la cuarta encuesta nacional de condiciones

de trabajo [1] realizada por el Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo

(INSHT), los factores de riesgos a los cuales están expuestos los trabajadores y que

tienen relación directa con los trastornos musculosesqueléticos son, las posturas

forzadas (72%), la manipulación manual de cargas (35%) y el trabajo realizando

movimientos repetitivos (32%). Estos factores de riesgo tiene una relación causa

efecto demostrada en la prevalencía e incidencia de enfermedades profesionales, sobre

todo aquellas relacionadas con el aparato osteomuscular las cuales representan en

España al año 1999 el 76% de las enfermedades declaradas. Considerando estos

antecedentes merece la pena cuestionarse si los puestos de trabajo y las tareas que en

ellos se realizan entrañan riesgos para el trabajador.

Existen varios métodos de evaluación de posturas en puestos de trabajo, unos mas o

menos específicos que otros. Estos métodos requieren generalmente del uso de

programas complejos de elevado costo económico y alto grado de complejidad que

hacen que difícilmente una empresa pequeña o un profesional en ergonomía puedan

tener acceso a ellos. De ahí el interés de desarrollar un método de análisis de posturas

en puestos de trabajo que sea fácil y accesible.

La metodología de análisis planteada en este documento se basa en los conceptos

biomecánicos de esfuerzos musculares, en los cuales es necesario el uso del Autocad

(programa informático de diseño de amplia difusión comercial) para evaluar las

posturas, de forma comparativa, antes y después del rediseño. Esta metodología

permite calcular valores aproximados de esfuerzos musculares en posturas específicas.

Mas, de ninguna manera pretende proporcionar valores definitivos, porque, como ya se

aclaró anteriormente, proporciona valores aproximados aunque de gran ayuda, pues

nos permiten hacer comparación de los esfuerzos musculares en posturas diferentes.

Durante el desarrollo de este informe se usará como ejemplo una imagen ilustrativa

sobre la que se harán los cálculos propuestos, esta imagen aunque no representa

concretamente ningún puesto de trabajo, si ayudará a comprender claramente la

metodología empleada, a la vez que representa un ejercicio típico de cálculos

biomecánicos [2].

METODOLOGÍA

La metodología desarrollada se basa en la selección de las posturas críticas, en el

puesto de trabajo, que pudieran ocasionar problemas musculoesqueléticos en los

trabajadores, y sus posteriores análisis determinativos del esfuerzo muscular que tales

posturas pudieran generar. Pues conociendo este valor de esfuerzo muscular, se estará

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en condiciones de proponer una nueva postura con la finalidad de reducir estos índices

nocivos. En la Figura 1 se presenta el esquema metodológico usado.

Figura 1. Esquema metodológico empleado

Selección del puesto de trabajo a analizar

Se debe tomar como caso de análisis aquel puesto en el que se hayan

detectados riesgos asociados a las tareas que en ellos se realizan, otra variable

interesante a tener en cuenta es valorar si existen bajas asociadas a

trastornos musculosesqueléticos, para esto se debe solicitar el historial de bajas

que tiene cada puesto especifico, y estudiar la incidencia, prevalencia, gravedad

de las lecciones y número de trabajadores afectados.

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Inspección y filmación en video del puesto de trabajo

Se deben llevar a cabo visitas al puesto de trabajo seleccionado con el fin de

conocer y entender las características del mismo. Es importante realizar estas

visitas en turnos u horarios diferentes. En el caso de que el mismo puesto lo

usen diferentes trabajadores, estas visitas deben quedar registradas en video

para su posterior análisis (preferiblemente digital, para su fácil procesamiento

en el ordenador). En caso de no contar con filmadora, una cámara digital

también es útil; sin embargo, habrá que tener previamente estudiada todas las

actividades que realiza el trabajador, en su puesto de trabajo, antes de

seleccionar qué postura se va a evaluar.

Existen algunas normas básicas que se deben tener en cuenta al realizar la

filmación de los puestos. Reglas referentes a la correcta ubicación y posición de

la cámara respecto al puesto de trabajo y al trabajador con el fin de reducir al

máximo el grado de error en el momento que se trabaje sobre el Autocad. Son

las siguientes:

1. Posición de la cámara en el plano transversal durante la filmación.

Es de gran importancia debido a que posteriormente tomaremos medidas

directamente sobre la imagen. La cámara se debe posicionar al centro del cuerpo del trabajador como lo indica la Figura 2

Figura 2. Ubicación de la cámara en el plano transverso

2. Posición de la cámara en el plano frontal durante la filmación. Debe

ser lo mas alineada posible al plano frontal, para garantizar que al tomar

medidas en ella no haya distorsiones debido a inclinaciones de la cámara,

observé la Figura 3, donde se muestra como debe ser la posición de la

cámara.

Figura 3. Ubicación de la cámara en el plano frontal

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3. Referencia gráfica de medida. Siempre al realizar una filmación de un

puesto de trabajo, debemos medir cualquier objeto próximo a este que nos

pueda servir de referencia, este objeto debe quedar registrado dentro de la

filmación para posteriormente poder escalar la imagen usando esta

referencia como patrón, como por ejemplo la cinta métrica que vemos en la Figura 4.

Figura 4. Referencia grafica de medida

Las dimensiones así calculadas, generan un pequeño error, producto del ángulo

que se produce entre la horizontal de la imagen (desde en centro del sujeto,

hasta la cámara y desde esta a los segmentos más dístales (cabeza, pies). Sin

embargo, este error será despreciado en esta técnica, ya que más adelante

recurriremos al uso de tablas estandarizadas para realizar aproximaciones.

Éstas ya presentan un error de aproximadamente del 3% y el error generado al

no considerar este ángulo, es menor.

Selección de la postura a analizar

Después de la revisión de todas las cintas grabadas se deben capturar y

digitalizar las posturas que se consideren críticas o que podrían ser la causa de

problemas musculoesqueléticos. La digitalización debe hacerse en un formato

de imagen estándar como puede ser BMP, JPG, GIF, etc.

Análisis de esfuerzos biomecánicos en la postura seleccionada

Ya en el Autocad y usando la referencia gráfica que medimos en el puesto de

trabajo debemos escalar la fotografía de modo que la ajustemos al tamaño

correcto para poder tomar medidas con valores reales sobre ella.

Para poder llevar a cabo el análisis de esfuerzos es necesario:

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Conocer la dimensión de los segmentos corporales involucrados

Determinar la magnitud y la localización de las fuerzas ejercidas por cada

uno de estos segmentos.

Dimensión de los segmentos corporales:

Figura 5. Dimensionamiento de los segmentos corporales

Magnitud y la localización de las fuerzas ejercidas por cada uno de los

segmentos corporales

El siguiente paso para nuestro análisis es realizar un diagrama de las fuerzas

actuantes en nuestro sistema. Es así como debemos representar los vectores

de fuerza. Estos vectores deben situarse sobre el eje de centros de masa o gravedad.

La tabla de Demxter [3], ver Figura 6, nos ayudará a determinar la ubicación

de los centros de gravedad de cada uno de los segmentos corporales a partir de la longitud de estos.

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Figura 6. Esquema de Demxter para localización de los centros

de gravedad de los diferentes segmentos corporales

Figura 7. Localización de los centros de gravedad

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Después de tener dibujados todos vectores que representan las fuerzas

actuantes, debemos determinar su magnitud. Para ello tendremos que calcular

el peso de cada segmento involucrado; para esto, una variable que

necesariamente debemos conocer es el peso del trabajador en el cual hacemos

el análisis. La Figura 8 nos muestra la tabla de Demxter [3] que nos ayudará a realizar estos cálculos.

Figura 8. Tabla de Demxter para el cálculo del peso de los

segmentos corporales

Con todos los valores necesarios sobre la imagen (ver Figura 9) podremos

aplicar las ecuaciones de sumatoria de fuerzas y momentos, para poder

determinar el valor de la fuerza muscular ejercida en este caso por el bíceps.

Figura 9. Diagrama de fuerzas actuantes en el sistema

Page 9: cálculo de esfuerzos biomecánicos mediante el análisis de imágenes digitales, aplicación en el rediseño de puestos de trabajo

Teniendo ya nuestro sistema de completamente representado, podremos ahora

determinar el valor de la fuerza que no conocemos y que es precisamente la

ejercida por el Bíceps. Para este caso la ecuación que debemos usar para

resolver la incógnita (Fuerza ejercida por el bíceps =?) es la que se explica en la

segunda condición del equilibrio estático, donde la sumatoria de momentos de un sistema debe ser igual a cero.

Definimos un Momento como el producto de una fuerza realizada por su

distancia al eje de movimiento, por lo tanto nuestra ecuación quedaría de la siguiente forma:

El valor de la fuerza muscular ejercida por el bíceps en esta postura que hemos

trabajado es de 93.924 N

Propuesta de rediseño

Al tener un conocimiento preciso de las tareas realizadas en el puesto es posible

proponer cambios en los equipos físicos, como máquinas y herramientas.

También, en aspectos tales como la distribución espacial de los elementos o los

métodos de trabajo, todas estas propuestas están encaminadas a modificar las

posturas de trabajo y por ende a disminuir los esfuerzos musculares generados.

Basándonos en los planos de los puestos podremos generar virtualmente un

modelo del puesto con los ajustes que consideremos convenientes. Ver Figura

10. Teniendo en cuenta que ya hemos calculado previamente el valor del

esfuerzo muscular en la postura en el puesto, nuestro rediseño tendrá como

objetivo disminuir dichos esfuerzos. Por ejemplo disminuyendo distancia de

elementos a manipular, variando el tamaño y peso de objetos a manipular,

evitando diferentes planos de trabajo, entre otros.

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Figura 10. Ejemplo de representación virtual del puesto de trabajo rediseñado.

Análisis de esfuerzos biomecánicos en la nueva postura

Sobre la nueva propuesta debemos realizar todos los pasos ya descritos en el

apartado: análisis de esfuerzos biomecánicos y después de obtener los

resultados podremos compararlos con los obtenidos en nuestra postura

analizada inicialmente. De esta forma sabremos si nuestro rediseño realmente

reduce el valor de los esfuerzos musculares resultantes en el puesto.

CONCLUSIONES

A partir de los datos estadísticos obtenidos de los análisis realizados en España, nos

damos cuenta que las patologías generadas por malas posturas, en el puesto de

trabajo, requieren gran atención y un especial cuidado, al ser estudiados, siendo uno

de los objetivos como ergónomos y/o técnicos en prevención, el poder disminuir los

riesgos asociados a carga física biomecánica.

El procedimiento aquí planteado para el cálculo de esfuerzos musculares, aunque no

nos proporciona una evaluación de la postura en términos favorables o desfavorables,

sí nos da un punto de comparación ante un posible rediseño del puesto y de las

posturas que se adopten en éste.

Los fundamentos de esta metodología radican en poder valorar un rediseño de puestos

de trabajo antes de realizar cualquier cambio.

Con el fin de mejorar posturas críticas podremos evaluar si una nueva postura

propuesta mejorara, desde el punto de vista del esfuerzo muscular, con respecto a la

postura original. Todo esto basándonos en representaciones virtuales, lo que implica

que no es necesaria ninguna inversión económica para comprobar si un cambio es

favorable o no. Y además, este procedimiento nos permite también hacer muchas

comprobaciones previas antes de decidir un rediseño definitivo.

REFERENCIAS

Page 11: cálculo de esfuerzos biomecánicos mediante el análisis de imágenes digitales, aplicación en el rediseño de puestos de trabajo

[1] Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el trabajo (INSHT), Ministerio

Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo. III Encuesta Nacional de

Condiciones de Trabajo. 2001

[2] Nordin,M. Kiankel,V. Basic Biomechanics of the Musculoskeletal System.

Ed Lea & Febiger, Philadelphia, London. 1980

[3] Barney,L.V. Biomecánica del movimiento humano. Trillas. México,D.F.

1991.