Notas sobre detención de caídas Algunos parámetros a considerar cerca de la detención de caídas Altura de la caída Peso de la persona u objeto que cae Elasticidad del elemento amortiguador Energía potencial y de disipación Impacto promedio de detención Impacto máximo de detención Para detener una caída se pueden usar básicamente dos tipos de dispositivos los de deformación elástica, es decir aquellos que después de detener una caída vuelven, aunque sea en apariencia, a su forma original, es decir que funcionan como un resorte o una liga, absorben la energía por elongación y después regresan a su tamaño original y por otro lado están los dispositivos de detención plástica que son aquellos que se deforman permanentemente, es decir que después de detener una caída ya no vuelven a tu tamaño original y se deforman permanentemente como es el caso de los amortiguadores de impacto de paquete que se usan en seguridad industrial. Detención por dispositivo elástico En una caída sobre cuerda dinámica (dispositivo de detención elástico) la cuerda es elemento amortiguador y mientras más larga es la cuerda mayor será su capacidad de absorber energía generada por la misma, pero además mientras más larga es la cuerda también es más larga la caída potencial. Por esta situación de tener dos variables linealmente dependientes (largo de la cuerda o elemento disipador y longitud de la caída) es que aparece el factor de caída que no mas que el cociente entre la distancia de caída entre el largo de la cuerda que detendrá la caída. En el caso de la caída sobre cuerda disipadora los impactos máximo y promedio dependen de dos factores que son el peso de quien cae y el factor de caída. Teóricamente si la cuerda disipa el total de la energía producida por la caída se obtiene la siguiente ecuación: Energía potencia = Energía absorbida m * g* (H+x) = Fp *x Donde m es la masa del cuerpo que cae, g el valor de la gravedad, H altura de la caída hasta el inicio de la detención x la elongación del elemento elástico y Fp la fuerza promedio de detención. Por otro lado por tratarse de un elemento elástico la fuerza y la elongación son linealmente dependientes según la siguiente fórmula: X = (F * L)/ (E* A) X es la elongación, L la longitud del elemento elástico, E el módulo de elasticidad del material y A el área o sección del elemento disipador o cuerda. También podemos reemplazar 1/ (E* A) por una sola variable k que es la constante de elongación de la cuerda y así tenemos: X= F*L*k Entonces como se trata de una fuerza que varía con la elongación de manera lineal la fuerza promedio Fp es igual a la mitad de la fuerza máxima F. Por lo que reemplazando en la ecuación original tenemos: m*g *(H+X) = F*X /2 Pero X= F*L*k Reemplazando m * g * (H+F*L*k) = F2*L*K/2 Despejando para hallar F tenemos F2 – 2mg/Lk *(H + FLk) =0 F2 – 2mg F – 2mg/k* H/L= 0 Observen que no solo he despejado F sino que además he separado el termino H/L pues es este término el que se define con FACTOR DE CAÍDA y lo voy a reemplazar por f donde f es = H/L Obtenemos entonces F2 – 2mg F – 2mg f /k Solucionando obtenemos F = mg+ \/m2g2 +2mg/k *f o F = mg * (1+\/ 1+2f/mgk) De esta solución se desprenden dos cosas la primera es que la fuerza de detención mínima es el doble del peso de la masa que cae y segundo y las importante que la fuerza de detención depende mas del factor de caída que de la distancia de la caída en sí, o para mas claridad un ejemplo: la fuerza de impacto es la misma si se cae 2 metros en 2 metros de cuerda que si se cae 30 cm en 30 cm de cuerda. En el caso A la altura de caída es menor que la longitud de la cuerda en ese caso el factor de caída es menor que uno, en el caso B la caída y la longitud de la línea son iguales es decir que estamos en el caso de una caída de factor uno y en C la altura de la caída supera a la longitud de la línea y en ese caso es una caída de factor mayor a uno. Este último “hallazgo” resulta muy útil para los sistemas de detención de caídas con elemento elásticos y por tanto en estos sistemas el factor de caída resulta de vital importancia. No tanto así en los sistemas de absorción plástica pues como veremos después estos no son tan dependientes del factor de caída. Dispositivos de detención plástica En el caso de detención por amortiguador de impacto este dispositivo tiene una capacidad de detención que está relacionada a dos factores uno es el impacto promedio y el otro es la distancia de disipación, ambos factores ya vienen pre definidos por el fabricante y son regulados por las normas que el dispositivo cumple. En la detención de caídas por dispositivo amortiguador plástico es muy común hablar de factor 1 y factor 2 pero es más correcto hablar de dispositivos para caídas de 1.8m y 3.60m en el caso de normas americanas o de 4m para el caso de equipos europeos. En el caso de la detención de caída por dispositivo amortiguador plástico el impacto no depende ni de la altura de la caída ni del peso del usuario pues el dispositivo se “destruye” o deforma plásticamente a un valor fijo pues se trata de fibras que se rompen mientras detienen la caída, lo que si depende del peso y la altura de la caída es la cantidad de fibra que se rompen es decir que lo que cambia es la distancia de detención que es la longitud que se va estirar el amortiguador. Para este caso las variables a tomar en cuenta son una vez masa la masa del objeto que cae, la longitud de la caída, la fuerza de impacto promedio y lo que vamos hallar como respuesta es la longitud que se alongará el elemento amortiguador o distancia detención. La fuerza promedio es un dato y no una variable porque depende mas del sistema de construcción o fabricación y no es variable para un elemento en particular. Usamos entonces la misma fórmula de balance de energía que en el caso anterior: Energía potencia = Energía absorbida m * g* (H+x) = Fp *x Despejando para obtener x Fp *x –mg x = mgH X (Fp-mg) = mgH X = mgH/ (Fp – mg) Qué se puede observar: lo primero es que a mayor fuerza promedio menor será la distancia de detención y viceversa, y que la distancia de detención es directamente proporcional a la altura de la caída, es decir que en estos sistemas el factor de caída no condiciona la fuerza del impacto (pues esta depende de los materiales y de la construcción del amortiguador). Dando un ejemplo también; según lo planteado si uno cae sobre una línea de 90 cm una altura de 1.80m (eso sería una caída factor 2), y por otro lado se cae la misma distancia 1.80m pero en una línea de 1.80m (factor 1) en el mismo tipo de amortiguador la elongación seria exactamente la misma. Cosa que no ocurre en los sistemas de detención elásticos en los que el factor de caída si condicionan la fuerza y la distancia de arresto de la misma. De las consideraciones de cálculo En todos los casos la energía absorbida por los elementos que no son la cuerda o el amortiguador se han despreciado para poder hacer cálculos medianamente cortos y simples, pero en la realidad no son despreciables, sobre todo en caídas cortas pues en esos casos la parte de la energía absorbida por el cuerpo o el arnés son bastante mayores que las que absorbe el amortiguador y se dan casos en caídas extremadamente cortas en que esta energía absorbida por el amortiguador es cero o casi cero, pero esas caídas son pocas y no son significativas pues se trata casi de temas de restricción de movimiento mas que de arresto de caídas. Por otro lado en caídas de mas altura y con pesos superiores a los 70kg la energía que se absorben en el arnés y en el cuerpo del usuario son bastante menores que la parte de la energía que disipa el amortiguador o la cuerda. ANSI por ejemplo reparte un 30% de la energía al cuerpo y al arnés y 70% al amortiguador, esto también es una aproximación pues la parte de la energía absorbida por el arnés y el cuerpo dependen de varios factores como la elasticidad de las cintas del arnés, el desplazamiento del arnés (que depende del ajuste del mismo), fortaleza del usuario y su densidad y por supuesto de la longitud de la caída y el peso. ¿Qué es lo que pasa cuando caigo con un sistema de detención plástico? En realidad no existe un sistema de detención 100% plástico ni otro que sea 100% elástico lo que hay son combinaciones de ambos y algunos como los sistemas de escalada son más elásticos y otros como los sistemas con paquete amortiguador son más plásticos. En un sistema plástico la deformación permanente es la base de la absorción de la energía y la mayor parte de esta la absorbe el amortiguador, pero también la absorbe el cuerpo que cae, las cintas de la línea de conexión que se estiran, el arnés que se estira y desplaza y en menor medida el anclaje que se deforma o estira. Cuando uno cae la energía se va disipando desde el momento mismo en que inicia la caída pues la fricción del cuerpo de con el aire disipa energía, después en cuanto se empieza a estirar la línea hay un pequeño instante en el que está se comporta de manera elástica es decir que se estira sin romperse, también se comportan así el arnés, el anclaje y el cuerpo del usuario todos estos elementos absorben energía, poca o mucha pero la absorben, y eso introduce cambios en las fórmulas, además está el hecho que para simplificar se considera que la fuerza de detención es constante e igual a la fuerza promedio lo cual introduce nuevos factores que podrían hacer que los resultados reales difieran de los teóricos, también, como ya se mencionó, la calidad del producto influye mucho en la exactitud de los resultados pues mientras más homogénea sea la construcción del amortiguador menos distorsiones habrá y la fuerza de detención será más constante. En estos sistemas además lo más importante es que la carga de impacto que se traslada al cuerpo sea la menor posible y esta carga se expresa de dos maneras la primera que es la que aparece en la fórmulas que es la fuerza promedio y la segunda que es la carga máxima o pico que también es la que tenga el mayor impacto en las lesiones que se puedan presentar en el usuario. La relación entre la carga máxima y la promedio es casi la medida de la perfección del dispositivo, en un dispositivo perfecto la carga máxima o pico y el promedio son exactamente iguales, pero en realidad difieren en un porcentaje y mientras menor el porcentaje mejor construido está el dispositivo. Como se observa en los cálculos la fuerza de detención promedio depende del sistema constructivo con el que se fabrica el amortiguador, si es cosida la cantidad de puntos, la resistencia del hilo y geometría de las costuras determinarán el valor del impacto y como ya se dijo la “perfección” con que se fabrique determinará su fuerza máxima o pico. Entonces dado que la fuerza pico o promedio son fijas lo que se puede “manejar” es la longitud de detención o en buen cuenta la distancia que se elongará el amortiguador antes de detener una caída. Si la caída es corta o el peso del usuario es bajo la elongación será poca y por el contrario si el peso del usuario o la caída son grandes la elongación también lo será. Cada norma establece los parámetros dentro de los cuales trabajarán sus equipos y estos parámetros están relacionados con la antropometría de su población, las alturas de trabajo y la longitud de las líneas de conexión y la altura máxima de caída para la cual está diseñado el amortiguador. ANSI propone, por ejemplo, peso de entre 59 y 140 kg y ISO y la UNE entre 60 y 120kg, sin un estudio antropométrico de la población que usa equipos anti caídas en el Perú no podría asegurarse que los peruanos entramos o no en ese rango pero de hecho es una suposición solida pensar que tenemos muchos más obreros que pesen menos de los 59 kg que obreros que pesen entre 100 y 140 kg, así es que se debería hacer un estudio así (lo cual no es muy difícil pues se trata solo de un estudio estadístico de una sola variable) para poder determinar a ciencia cierta si es que los amortiguadores europeos y americanos protegen o no protegen correctamente a buena parte de nuestros usuarios. La venta de estos nuevos amortiguadores que estarían diseñados específicamente para los usuarios peruanos es a todas luces es muy conveniente pero por otro lado sacaríamos del mercado a los equipos americanos y europeos que no son malos pero que tienen la desventaja de no cubrir correctamente a solo a una parte de nuestros trabajadores y que cubren un rango de pesos que casi no existe entre la gente que trabaja en altura en el Perú que son los trabajadores que pesan más de 100 o 110 kg. Otra solución es plantear tallas de amortiguadores una estándar que son los de las normas comúnmente aceptadas y otros para gente de poco peso y de ser necesario un tercer grupo para gente más pesada (en marcas americanas ya existen equipos para usuarios extra pesados). La propuesta es tener rangos de uso de los amortiguadores con cargas máximas y promedio que estén relacionadas con el peso de los usuarios, pues la resistencia física de una persona que pesa 90 o 100 kg no es la misma que la de una que pesa entre 45 y 60 kg y obreros en este último rango si existen en el Perú y no están cubiertos por ninguna de las normas comercialmente aceptadas. Otro factor a considerar es la longitud de las líneas de conexión y la altura máxima que los equipos aceptarán como buenas, en mi opinión los 1.8m de longitud máxima de línea y las caídas de 3.60m deben ser los parámetros a considerar.
