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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
Pgina 1
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.
Pgina 2
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
Pgina 4
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