EL AMBIENTE TERMICO DE TRABAJO: EVALUACION Y PREVENCION Profesor J. Malchaire Jacques.Malchaire@uclouvain.be Agosto 2004 PLAN 1. Balance térmico 2. Termorregulación 3. Medición de los parámetros primarios 4. Confort 5. Molestia térmica • "Predicted Heat Strain – PHS" • "WBGT" 6. Prevención – mejoras 7. Vigilancia médica 8. Estrategia de prevención 9. Los programas IMPORTANCIA DEL PROBLEMA Quejas de las condiciones térmicas en el trabajo por: o Radiación siderurgia metales no ferrosos vidrierías edificio hornos o Humedad minas papelerías cerámica alimentario o Malestar oficinas ; industria en general DIRECTIVA EUROPEANA 89/654 - 31/12/1989 Ordenanzas mínimas de seguridad y salud para los lugares de trabajo La temperatura en los lugares de trabajo debe ser adecuada para el organismo humano teniendo en cuenta: o Las actividades o Las molestias físicas o El destino específico del lugar No exposición “excesiva” al sol BALANCE TÉRMICO Producción interna de calor = pérdidas de calor M – W = Cres + Eres + C + R + K + E • M metabolismo de trabajo • W trabajo exterior • Cres convección respiratoria = f(Ta, M) • Eres evaporación respiratoria = f(Hum, M) • C convección = f(Ta, Va, clo) • R radiación = f(Tr, clo) • (K conducción = f (Ta, superficies…) ) • E evaporación = f(SW, hum, Va, clo) 6 parámetros • clima Ta, Tr, Va, Hum • trabajo M, clo 1 TERMORREGULACIÓN • Confort: Balance en equilibrio con la temperatura de la piel (Tsk) y con la evaporación (E) óptima. • Si el clima es más caliente 1. Vasodilatación: sangre llega a la piel 2. Sudación: riesgo de deshidratación El balance queda equilibrado con: adaptaciones del vestido. 3. Balance desequilibrado con acumulación lenta de calor: Hipertermia y riesgos de: - síncopes - calambres de calor - golpe de calor • Si el clima es más frío 1. Vasoconstricción: la piel juega el rol de aislamiento Balance equilibrado: adaptaciones del vestido y del comportamiento (mayor actividad) 2. Escalofrío: aumentación involuntaria del metabolismo 3. Enfriamiento e hipotermia Ambiente frió Escalofríos No tolerable Molestia Ambiente caliente Confort Sudación balance térmico equilibrado Tolerable Malestar Confort Tolerable Malestar No tolerable Molestia EFECTOS VINCULADOS AL TRABAJO EN AMBIENTE FRÍO Y CALIENTE Daño Hipotermia Eritema Escalofríos Pérdida de la habilidad manual Malestar por el frío Confort Malestar por el calor Deshidratación Molestia a largo tiempo Calambre de calor Comentario - gravedad Cuando la temperatura central desciende por debajo de 35°C, numerosas funciones vitales pueden alterarse o incluso deteriorarse: • gravedad importante por debajo de 32°C Cuando la temperatura de los dedos, de las manos y pies desciende por debajo de 15°C, ampollas dolorosa con ulceraciones y fisuras: • gravedad media Movimientos involuntarios producidos por el organismo cuando la sensación de frío es demasiado intensa: • malestar sin ninguna gravedad Disminución de la capacidad de manipulación de pequeños objetos cuando la temperatura de los dedos es inferior a 24°C Sensación de desconcierto asociada a una temperatura promedio de la piel demasiado baja: sin gravedad Sensación neutra - ni caliente ni frío - En función del clima, de las actividades y de las prendas de vestir Sensación de desconcierto asociada a una temperatura promedio de la piel demasiado elevada y a una sudación muy abundante: • sin gravedad Disminución del agua en el organismo susceptible de influir sobre algunas funciones fisiológicas. El déficit en agua no debería superar un 3% del peso corporal Situación de trabajo para la cual la duración máxima de trabajo debe limitarse entre 2 y 8 horas, a causa de una acumulación lenta de calor y/o de una pérdida hídrica excesiva: • gravedad media Contracción muscular debida a la pérdida en sodio en los músculos a causa de la sudación: gravedad baja pero dolor intenso. Este 2 Síncope de calor hipertermia Molestia a corto plazo Golpe de calor Molestia inmediata fenómeno no es frecuente a causa del consumo excesivo de sal en la alimentación general Baja de la tensión central debido a la afluencia de sangre hacia los músculos y la piel. Indicando una debilidad de la persona: • poco grave en sí mismo, pero la gravedad esta en función de las circunstancias (caídas...) Elevación de la temperatura central mayor de 38°C Elevación de temperatura central excesiva: período de tiempo de trabajo limitado entre 30 y 120 min. • gravedad alta Bloqueo súbito de la sudación con elevación brutal de la temperatura central. Este fenómeno corre el riesgo de aparecer a partir de temperaturas centrales de 39,5°C y es muy grave cuando se alcanzan algunas temperaturas de 41 - 42°C Situación de trabajo en la cual la temperatura central del trabajador podría elevarse de 1°C en menos de 30 min. Una supervisión médica directa es necesaria. LAS NORMAS ISO • Datos básicos • ISO 7726 • ISO 8996 • ISO 9920 Instrumentos y métodos de medición de los parámetros físicos Metabolismo de trabajo Características térmicas del vestido • Evaluación del riesgo • FRÍO: determinación del aislamiento térmico de la prenda requerida • CONFORT: ISO 7730 índices Pmv-ppd • CALOR: • Método de enfoque ISO 7243: WBGT • Método de análisis ISO 7933: PHS Determinación analítica de la molestia térmica • Evaluación directa por el trabajador • ISO 7886: Evaluación de la molestia térmica por mediciones fisiológicas • ISO 10551: Evaluación del confort térmico subjetivo por medio de escalas de juicio CARGA DE TRABAJO VESTIDOS ORDINARIOS Vestidos corrientes Camiseta, short, calzoncillos, calcetines y zapatos de deporte Camisa manga corta, falda de verano, calzones, medias de nylon, sandalias Ídem, con un saco delgado, cuello en V Vestido de invierno, buzo en lana, calzoncillos, zapatos Camisa mangas cortas, pantalones ligeros, calzoncillos, medias delgadas, zapatos Ídem pero con camisa de algodón de mangas largas Ídem pero con una chaqueta delgada Camisa gruesa, camiseta, pantalones gruesos, calzoncillos, medias y zapatos Camisa manga corta, saco delgado con cuello en V, pantalones delgados, calzoncillos, medias y zapatos Camisa manga larga, saco delgado cuello en V, pantalones gruesos, calzoncillos, medias y zapatos clo 0,33 0,54 0,78 0,93 0,55 0,61 1,01 3 PROTECCIÓN INDIVIDUAL 1. Aislamiento contra el calor El aislamiento térmico del vestido se define en clo. El orden de magnitud es: Vestido ordinario Ropa de tenis Camisa corta sin corbata, pantalones delgados Uniforme de trabajo Camisa larga, corbata Vestido de invierno, sin chaqueta Ídem con chaqueta de invierno y corbata Ídem con abrigo 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,3 2. Aislamiento contra la radiación • La protección contra la radiación se obtiene por medio de materiales aluminados: • Una pintura de aluminio reduce la radiación en un 60%; • Una hoja de aluminio que brilla: en un 80%; • Una metalización al aluminio al vacío: en un 95%. Consultar el fabricante para tener las características reales. • • • Esta reducción se limita a las superficies cubiertas, sea: • Un 35% de la superficie corporal por una chaqueta aluminada; • Un 20% por mangas aluminadas y guantes; • Un 40% por pantalones y zapatos aluminados. El vestido aluminado puede reducir la evaporación del sudor de tal manera que el beneficio final se ve reducido o anulado y a veces empeorado por una disminución de la evaporación. La eficacia del vestido aluminado se reduce muy rápidamente por las manchas, el envejecimiento… 3. Aislamiento contra la evaporación • Los vestidos deben ser permeables al vapor de agua, para evitar crear un microclima que podría presentar mas problemas que el clima exterior. • Los vestidos húmedos deben secarse lo mas pronto. MEDICIONES CLIMÁTICAS 1. Ta: temperatura del aire: • Protección contra la radiación 2. Humedad • Humedad absoluta : gramo de agua por kg de aire seco • Presión parcial de vapor de agua: La contribución del vapor de agua a la presión total del ambiente: Pa en mmHg o kPa • Humedad relativa: HR = Pa / Ps,Ta • Temperatura húmeda Th 4 Presión parcial de vapor de agua Pa Pression partielle kPa Humedad Relativa HR% Humidité relative: HR (%) de vapeur d’eau: pa (kPa) AVANT APRES ta: 30 °C 22°C HR: 70 % 50 % th: 25,5 °C 15°C pa: 3.0 kPa 1,3 kPa Trosée 24 °C 10 °C h ) (°C :t e d mi u eh r u t éra p m Te Temperatura del Ta t°C(°C) Température deaire l’air: a • psicrómetro • termohigrographo 3. Radiación • Tr: Temperatura media de radiación temperatura ficticia de una esfera: de gran diámetro negra-mate (emisividad = 1) centrada en el trabajador quién intercambiaría con él la misma cantidad de calor que el medio ambiente heterogéneo en cuestión Tg: temperatura del globo negro mate de 15 cm de diámetro Influenciada por Ta, R, Va Expresión matemática para pasar de Tg →Tr: función de (Ta, Va, diámetro, emisividad) t r = 4 (t g + 273) 4 + 1,1 10 8 0,6 Va (t g - t a ) - 273 D 0,4 εg 4. Velocidad del aire • Anemómetro a aletas 0,3..... 8.... 20 m/s • Anemómetro a hilo caliente 0......... 5 m/s 5 CONFORT TÉRMICO 1. Definición Combinación de (Ta, HR%, R, Va, M, clo) de manera que la Tsk sea óptima y E sea óptima • Por la ecuación del balance térmico: →Ta óptimo en función de los otros parámetros • Si Ta diferente determinación de La sensación media El voto medio predicho Predicted Mean Vote: PMV Sobre la escala +3 muy caliente +2 caliente +1 ligeramente caliente 0 neutro -1 ligeramente frío -2 frío -3 muy frío • Por programa informático • Por tablas M = 93 W/m² = 1,6 MET = 170 W (liviano 8 h) clo 18 Velocidad relativa 0,10 0,20 -0,95 -1,21 20 -0,49 -0,75 22 -0,03 -0,27 24 0,41 0,21 26 18 0,85 -0,04 0,70 -0,20 20 0,27 0,13 22 0,59 0,48 24 0,92 0,83 Ta = Tg 0,5 1 2. Variabilidad Por ejemplo, en situación (Ta, HR%, R, Va, M, clo) : votos emitidos frecuencia -3 -2 -1 0 1 2 3 Voto Votos fuera [ - 1,.0,.1 ] considerados como insatisfechos 6 PPD: % prédit d’insatisfaits 5% Porcentaje predicho de insatisfechos Predicted Percentage of Dissatisfied PPD M = 93 W/m² = 170 W clo 0,5 1 PMV: Vote moyen prédit Temperatura operativa 18 Velocidad relativa 0,1 0,2 25% 38% 20 10% 27% 22 5% 7% 24 9% 6% 26 18 21% 5% 18% 6% 20 7% 5% 22 12% 10% 24 24% 21% 26 39% 35% 3. Valores límites Degradación más importante de los resultados: - Duración - Incidentes - Accidentes por los climas más calientes qué fríos Äespecificación: gama de Ta como [ - 20%, 10% ] PPD Realización P er for m a n c e PPD % te m p ér atu re Temperatura o p tim u m optima t a (°C ) 7 4. Ejemplos • Taller en una empresa de acondicionamiento de pequeños objetos Mujeres sentadas, trabajo liviano de las manos: 170 W Delantal sobre blusa: 0,75 clo No hay radiación Tr = Tg = Ta Velocidad óptima Va = 0,15 m/s Humedad relativa HR = 40% Ä Para P.M.V. = 0 P.P.D. = 5% : Ta = 21° Gama aceptable [18 – 23,5°C] • Oficina en verano Se mide Ta = 27° Va = 0,10 HR = 30% Tg = 29° Trabajo sedentario 125 W Vestido de verano, camisa ligera 0,5 clo Ä P.M.V. = 1,3: ligeramente caliente P.P.D. = 35% descontentos Ta óptima = 25°C Tg = Ta 5. Interés • Determinación del punto de consigna óptimo integrando todos los factores • Evaluación objetiva de las quejas 6. Mediciones • Psicrómetro, globo negro, anemómetro, evaluación M + clo 7. Límites de los parámetros individuales Humedad: 40%.............................................. 70% (8 g/kg aire seco) Vías respiratorias secas Contaminación Olores (tabaco, cuerpo) ↑ microbios Polvo, electricidad estática ↑ condensación Enfermedades respiratorias Humedificantes (Legionaria Pneumofila) Velocidad: sentado < 0,25 m/s promedio 0,5 m/s picos de pie < 0,5 m/s promedio 1 m/s picos 8 MOLESTIA TÉRMICA Tipos de índices Integración de (Ta, HR, R, Va, M, clo) en índices: • Escala de severidad • Predicción del riesgo I. Índices analíticos : mediciones individuales de los factores climáticos • Empíricos: Teff • Balance térmico SW PHS II. Índices integradores empíricos : medición global de los factores climáticos • WBGT ÍNDICES BASADOS SOBRE EL BALANCE TÉRMICO M – W = Cres + Eres + C + R + E 8. Principios Enec : Evaporación necesaria Calor que la persona debe perder por evaporación para equilibrar el balance térmico Enec = M - W – Cres – Eres – C – R Emax : Evaporación máxima Calor máximo que la persona puede perder si la piel esta completamente mojada y teniendo en cuenta las condiciones climáticos SWnec : Sudación necesaria para mantener la homeotermia SWp : Sudación predicha al tiempo t, teniendo en cuenta : • El tiempo de respuesta de la sudación • La capacidad de sudación Si SWp = SWnec no problema Si SWp < SWnec Ä Calor acumulado al tiempo t a causa de la sudación insuficiente Ä Pérdida hídrica al tiempo t Ä Temperatura central al tiempo t 9 9. Criterios • Predicción para • NO aclimatados • Aclimatados: transpiran antes, en mayor cantidad y más uniformemente sobre el cuerpo • Protección • Persona media • 95% : persona muy sensible • Valores limites • Pérdida hídrica máxima en las 8 horas de trabajo 7,5% del peso para una persona media 5% del peso para proteger 95% • Temperatura central máxima 38°C para que Probabilidad de 39,2°C = 1 vez por 10 000 casos Probabilidad de 42°C = 1 vez por 10 000.000 casos 39,2°C: Riesgo de modificaciones fisiológicas reversibles importantes (golpe de calor) 42°C : Secuelas fisiológicas 10. Crítica • Modelización criticable (clo....), pero mejorable • (?) Difícil a asimilar y a utilizar Äcomputador • Modelo más elaborado y más potente • Organización del trabajo y de períodos de descanso • Búsqueda de medidas para mejorar W B GT 1. Definiciones WBGT = 0,7 Thn + 0,3 Tg sin R solar = 0,7 Thn + 0,2 Tg + 0,1 Ta con R solar Ejemplos: Tg HR Va WBGT Ta 30 30 30 0,15 22,3 35 35 24 0,15 25,2 35 51 36 0,10 34,9 Límites M Aclimatado NO aclimatado < 118 W 33 32 118-234 liviano 30 29 235-360 28 26 semipesado 361-468 pesado 25 26 22 23 > 468 W 23 25 18 20 Aire Corriente de Aire Corriente de tranquilo aire tranquilo aire 10 Valor del índice WBGT Trabajo Trabajo pesado Trabajo liviano semipesado 170 Watts 400 Watts 290 Watts 30,6 28,0 25,9 31,5 29,5 28,0 32,4 31,4 30,1 Alternancia del trabajo Tiempo de trabajo (min) Tiempo de descanso (min) 45 30 15 15 30 45 25% trabajo – 75% descanso 50% trabajo – 50% descanso 2. Alternancias trabajo - descanso Ambiente de trabajo : WBGT WBGTlim Ambiente de descanso : WBGT' WBGT' lim dWBGT = WBGT - WBGTlim dWBGT' = WBGT' - WBGT' lim. Duración total = duración trabajo + duración descanso K= duración trabajo duración total = dWBGT’ dWBGT - dWBGT 11 Ejemplo 1 : WBGT 34 27 Trabajo Descanso K= 5 = 38% 5+8 M semipesado descanso WBGTlim 26 32 dWBGT = 8 dWBGT' = 5 Ä 23 ' trabajo, 37 ' descanso Ejemplo 2: descanso en el lugar de trabajo Trabajo Descanso K= 2 = 33% 6 WBGT 30 30 M semipesado descanso WBGTlim 26 32 dWBGT = 4 dWBGT' = 2 Ä 20 ' trabajo, 40 ' descanso DESCANSO SENTADA EN el lugar de trabajo 3. CRÍTICA • • • • • • Representatividad de Thn y Tg Reproductividad Validez Descanso previsto sentado EN el lugar de trabajo Limitaciones No para elevación de 1°C temperatura central Pero recuperación dentro de la hora Camuflaje de los datos primarios No hay posibilidad de búsqueda de las soluciones óptimas Bebidas • Molestia por el frío: • Bebidas calientes. • Molestia por el calor: • Agua o bebida no gaseosa y no azucarada a 10 -15°C. • Evitar en los dos casos: • Bebidas gaseosas por problemas gástricos • Bebidas azucaradas por obesidad • Café, fuerte té por nerviosismo • Bebidas alcoholizadas • Agua demasiado fría por problemas gástricos • Grandes cantidades en una vez por problemas gástricos • Agua salada o trozos de sal: la pérdida de sal es aceptable (excepto en condiciones extremas repetidas), no es necesario dar una contribución de sal. • Instalar fuentes de agua fría a 10 -15°C cerca de los puestos de trabajo. 12 MEJORAS TÉCNICAS • Radiación Pa nel R l 2 i i R 1° temperatura superficial : aislamiento térmico 2° emisividad de la superficie: color liso brillante 3° Pantalla opaca – enrejado - cristal • Velocidad < 1 m/s • Temperatura y humedad • Reducción de las contribuciones externas Paredes opacas, techos Aislamiento térmico Reflexión Enfriamiento Ventanas Orientación Reflexión Cristales especiales Absorción IR • Reducción contribuciones internas Aislamiento térmico de las tuberías… Aspiración local (calor y humedad) ventilación general • • Vestido : Liviano, adaptado, cómodo posición de pie, trabajo pesado; exposición continua < 3 m/s exposición intermitente < 10 m/s exposición corta Carga de trabajo ADAPTACIÓN DE LA ORGANIZACIÓN DEL TRABAJO 1. Programación de las operaciones • Horas más frescas • Períodos del año más fríos Definición de los trabajos Adaptación de los horarios 2. Optimización del ciclo trabajo-descanso 13 • Organizado a partir de PHS Espontáneo (después de formación) • NINGUNA prima • 3. Mejora de la tolerancia fisiológica Aclimatación Rehidratación 4. Formación de los trabajadores PARÁMETROS FISIOLÓGICOS 1. Evaluación • Temperatura central Masa corporal rectal orina Sangre esófago boca tímpano Intra-abdominal conducto auditivo • FC : cuarto minuto de recuperación • Pérdida de peso • Temperatura de piel 2. Límites • Temperatura central • • • Acumulación lenta : Δt = 1°C, 38°, si Mediciones intermitentes Temperatura sublingual No personal médico No otro parámetro Acumulación rápida : Ídem si temperatura rectal (Tre) > 38°C si : Selección médica Trabajadores aclimatados 14 < 39° si : Temperatura esofágica y FC en continuo Temperatura de la piel : Tsk • Dolor si > 45°C • Gama : 4 (dedos, pies), 17° frente FC : • Absoluto : 185 – 0,65 edad • • • • • Relativo : ΔFCth = 30.... 60 bpm Pérdida de peso (75% compensada) • 800g si NO aclimatados : pérdida de agua = 3200 g (5% masa corporal) • 1300g si aclimatados : pérdida de agua : 5200 g (8% de la masa corporal) MOLESTIA TÉRMICA SEVERA 1. Características • • • • • • • • • Edad : 45 años FCmax : 177 bpm FClim = FCmax – 20 = 157 bpm Estatura : 171 cm Peso : 85 kg peso normal : 77 kg Excedente : 8 kg ÄCapacidad máxima de trabajo (CMT) predicho en f(45 años, 77 kg): 1030 Watts FC0 = FC99 = 77 M0 = 105 W De ahí, relación FC = f (M) 2. Interpretación global • FCmed = 164 bpm 22 12’ • • • Trabajo 13 34’ Ayuda 47’ Tiempo Meq = 907 W % CMT = 88% Duración limita permitida: 11 min Crítica • relación (FC-M) para esfuerzos utilizada cuando efecto térmico 15 • • Meq = 907 W FALSO Reflejo de esfuerzo global ?? 3. Primer criterio: FClimite = FCmax – 20 • FCmax = 177 sobrepasada durante 8 min • FClim = 157 sobrepasada durante 26' de los 35 ' de trabajo • Conclusión: perfil de FC inaceptable trabajo inaceptable para este trabajador 4. Segundo criterio: molestia térmica 12’ Trabajo 12 • FC4°min descanso ≅ 130 • FC descanso ≅ 77 • ΔFCth = 53 bpm 34’ Trabajo Ayuda 47’ 47 51 Tiempo Tiempo 16 Pero, promedio, 33 lpm además cuando la temperatura corporal sube de 1°C (muy variable) • • • ÄΔTco = 53/33 = 1,6° Temperatura final del cuerpo ≅ 38,6° (muy impreciso) ¿Medición de la temperatura corporal? Conclusión Molestia térmica excesiva Condiciones de trabajo inaceptables 5. Tercer criterio: carga metabólica • FCmed = 164 • • • • • • • ΔFCth media = 53/2 = 26 FCmed, M = 164 – 26 = 138 Meq = 670 W % CMT = 65% Duración límite de trabajo : 56 min Duración real : 35 min 1 vez por día Conclusión Costo energético aceptable 1 vez por día Necesidad de organizar períodos de recuperación de manera que el % CMT < 33% en las 8 h 6. Resumen: • FClim sobrepasada • Molestia térmica excesiva • Costo energético aceptable sí recuperación • Conclusión: Vigilancia individual reforzada Información a los trabajadores Reorganización del trabajo Limitación del tiempo de trabajo EJEMPLO 2 • • • • Edad = 53 años FCmax = 173 bpm Estatura = 175 cm Peso = 97 kg peso "normal" 82 kg 17 excedente 15 kg CMT = 1015 Watts • FC0 = FC99 = 90 lpm 1° FClim = FCmax – 20 = 153 • Sobrepasada durante 1' al final del trabajo 2° Molestia térmica • • • • ΔFCth final = 18 lpm FC4°min = 108 FC0 = 90 ΔTco ≈0,5°C • Molestia leve 3° Costo energético • FCmed = 128 (la interrupción incluida) • • FCmoy,M ≈118 • Meq ≈ 422 W % CMT = 42% Duración límite: 4 h 30 Trabajo aceptable Conclusión Condiciones de trabajo aceptables Descanso intermedio Tiempo de trabajo limitado • • • • 18