LABORATORIO TEMPERATURA EXTREMAS

LABORATORIO TEMPERATURA EXTREMAS
Politécnico colombiano Jaime Isaza Cadavid
Facultad de ingenierías
Temperaturas extremas
Jhon Edison Toro Marín
Medellín
2022
INTRODUCCIÓN
Existen procesos industriales que involucran temperaturas extremas como el calor y el frío,
por lo que es necesario analizar el trabajo para intervenir en el riesgo, reducir los efectos del
malestar térmico y aumentar la productividad ya que la salud de los trabajadores se resiente.
“Las olas de calor y frío son eventos meteorológicos que provocan cambios esporádicos en
los ritmos térmicos normales en diferentes frecuencias, con impactos muy negativos en la
sociedad”, condición humana, algunas organizaciones no cuentan con sistemas de vigilancia
epidemiológica más allá de la exposición prolongada.
El exceso de temperaturas afecta sobre todo a los seres vivos. La exposición humana a
temperaturas ambientales elevadas puede cambiar nuestras funciones vitales e inducir
problemas de salud como, deshidratación, insolación, golpe de calor, dolores de cabeza, etc.
siendo las personas mayores, los niños muy pequeños y los enfermos los más afectados frente
a las situaciones planteadas
El presente informe tiene como objetivo describir trabajos expuestos a altas temperaturas,
en los que se seleccionan soldadores y en base a los cuales se desarrollan métricas de
evaluación: WBGT , IMV e ITT. Teniendo en cuenta parámetros ACGIH e ISO 7243 2017.
Finalmente, se proponen medidas para mejorar el trabajo.
1. OBJETIVOS
1.1 OBJETIVO GENERAL
● Analizar los índices de valoración WBGT, IMV e ITT para el proceso de
soldadura en trabajadores con una edad promedio de 38 años.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
● Determinar el consumo metabólico.
● Calcular el WBGT(Índice de estrés térmico), el IMV (Índice de voto
medio) y el ITT (Índice de tensión térmica).
● Verificar los resultados obtenidos con los estipulados dentro de la norma
ISO 7243 y la ACGIH.
● Proponer recomendaciones que sean acordes a los resultados obtenidos y
al proceso.
1.3 MARCO TEORICO
Los trabajos en temperaturas extremas frio y calor, son parte importante el desarrollo
industrial, el intercambio térmico entre el hombre y el ambiente crea en muchos casos
malestar y con menor frecuencia un riesgo para la salud, especialmente , cuando se
desconocen las variables de atenuación y controles que existen para mejorar los ambientes
laborales, se quiso entonces crear una herramienta de fácil entendimiento y manejo,
unificando términos y recomendaciones en temperaturas extremas, con el fin de poder brindar
orientación general y completa en frio y calor, a profesionales de salud ocupacional, en un
tema poco conocido para muchos, pero necesario para el desarrollo de la industria en general
y de estricto control ocupacional, finalmente se realizó una revisión de literatura existente y
teniendo como producto, un texto con una serie de capítulos que orientan al lector aun fácil
y completo entendimiento.
El estudio del ambiente térmico requiere el conocimiento de una serie de variables del
ambiente, del tipo de trabajo y del individuo. La mayor parte de las posibles combinaciones
de estas variables que se presentan en el mundo del trabajo, dan lugar a situaciones de
inconfort, sin que exista riesgo para la salud. Con menor frecuencia pueden encontrarse
situaciones laborales térmicamente confortables y, pocas veces, el ambiente térmico puede
generar un riesgo para la salud. Esto último está condicionado casi siempre a la existencia
de radiación térmica (superficies calientes), humedad (> 60%) y trabajos que impliquen un
cierto esfuerzo físico.
El riesgo de estrés térmico, para una persona expuesta a un ambiente caluroso, depende de la
producción de calor de su organismo como resultado de su actividad física y de las
características del ambiente que le rodea, que condiciona el intercambio de calor entre el
ambiente y su cuerpo. Cuando el calor generado por el organismo no puede ser emitido al
ambiente, se acumula en el interior del cuerpo y la temperatura de éste tiende a aumentar,
pudiendo producirse daños irreversibles.
La cantidad de calor producido por el organismo por unidad de tiempo es una variable que
es necesario conocer para la valoración del estrés térmico. Para estimarla se puede utilizar el
dato del consumo metabólico, que es la energía total generada por el organismo por unidad
de tiempo (potencia), como consecuencia de la tarea que desarrolla el individuo,
despreciando en este caso la potencia útil (puesto que el rendimiento es muy bajo) y
considerando que toda la energía consumida se transforma en calorífica.
Durante la jornada de trabajo pueden variar las condiciones ambientales o el consumo
metabólico, al realizar tareas diferentes o en diferentes ambientes. En estos casos se debe
hallar el índice WBGT o el consumo metabólico, ponderados en el tiempo,
2. MARCO METODOLÓGICO:
Este laboratorio se desarrolla para evaluar la exposición a temperaturas extremas aplicando
los índices de valoración WBGT, IMV e ITT, teniendo como referencia los parámetros de
las normas ISO 7243 y ACGIH.
-
Inicialmente se define la actividad o proceso y el consumo metabólico con el que se
va a trabajar.
-
Se tienen mediciones de temperatura de bulbo seco, temperatura de bulbo húmedo y
temperatura de globo para cabeza, abdomen y pies.
También se conocen las velocidades en el eje X, Y, Z
Se calcula el WBGT sin carga solar mediante la ecuación:
𝑾𝑩𝑮𝑻 = 𝟎. 7 (𝑇𝑏ℎ) + 0.3(𝑇𝑔)
Donde:
● Tbh: Temperatura de bulbo húmedo.
● Tg: Temperatura de globo.
Para determinar el WBGT promedio, se utilizó la siguiente fórmula.
𝑊𝐵𝐺𝑇𝑝𝑟𝑜𝑚 =
𝑊𝐵𝐺𝑇𝑐𝑎𝑏𝑒𝑧𝑎+2 𝑊𝐵𝐺𝑇𝑎𝑏𝑑𝑜𝑚𝑒𝑛+𝑊𝐵𝐺𝑇𝑝𝑖𝑒𝑠
4
Luego, se determina el régimen de trabajo-descanso de acuerdo con las condiciones
evaluadas se utiliza la fórmula presentada a continuación, la cual, es aplicable para personas
aclimatadas que descansan en una zona de trabajo distinta al lugar de trabajo.
𝑭𝒕 =
(𝑨 − 𝑩)
∗ 𝟔𝟎 (𝒎𝒊𝒏/𝒉𝒐𝒓𝒂)
(𝑪 − 𝑫) + (𝑨 − 𝑩)
Donde:
●
●
●
●
●
Ft: Fracción de tiempo de trabajo respecto al total.
A : WBGT límite en el descanso (M < 100 kcal/hora).
B : WBGT en la zona de descanso.
C : WBGT en la zona de trabajo.
D: WBGT límite de trabajo.
Seguidamente, se comparan los resultados obtenidos con los valores límites de referencia de
WBGT que establecen las normas ACGIH e ISO 7243 de 2017.
Para calcular el voto medio previsto (IMV), se deben verificar que las variables se encuentren
dentro de los rangos indicados (Actividad metabólica,aislamiento térmico de la ropa,
temperatura del aire, temperatura radiante media, velocidad relativa del aire, presión parcial
del vapor de agua)
𝑰𝑴𝑽𝒄 = ±𝑰𝑴𝑽 + 𝑯𝑹𝑪 + 𝑻𝑹𝑴𝒄
Donde:




IMVc: Índice de voto medio corregido.
IMV: Índice de voto medio.
HRC: humedad relativa corregida.
TRMc: Temperatura radiante media corregida.
El IMV se debe determinar por medio de las tablas de referencia, relacionando variables de:
Velocidad relativa, temperatura del aire en °C y el vestido en Clo.
Para hallar la humedad relativa corregida se utiliza la fórmula:
𝐻𝑅𝐶 = 𝐹𝐻(𝐻𝑅𝑒𝑎𝑙 − 50)
Donde:
● HRC: Humedad relativa corregida.
● FH: factor de corrección.
● HReal: Humedad relativa real.
Luego, se calcula la velocidad relativa del aire:
𝑉𝑎𝑟 = 𝑉𝑎 + 0.0052(𝑀 − 58)
Donde:
● Var: Velocidad relativa del aire (m/s)
● Va: Velocidad del aire (m/s)
● M: Metabolismo (W/m2)
Para el cálcula de TRMc se usa la siguiente expresión:
𝑇𝑅𝑀𝑐 = 𝐹𝑅 ∗ (𝑇𝑅𝑀𝑟𝑒𝑎𝑙 − 𝑇𝑏𝑠)
Donde:
● TRMc: Temperatura radiante media corregida.
● FR: Factor de corrección.
● TRMreal: Temperatura radiante media real.
● Tbs: Temperatura de bulbo seco.
𝑇𝑅𝑀: 𝑇𝑔 + 1.9√𝑣 (𝑇𝑔 − 𝑇𝑏𝑠)
Donde:
●
●
●
●
TRM: Temperatura radiante media real.
Tg: Temperatura de globo
V: velocidad
Tbs: Temperatura de bulbo seco.
Para realizar el cálculo bajo el índice de tensión termina (ITT) se utiliza la siguiente
expresión:
𝐼𝑇𝑇 =
𝐸𝑟𝑒𝑞
∗ 100
𝐸𝑚𝑎𝑥
Donde:
● Emax: Evaporación máxima
● Ereq: Evaporación requerida, es decir, la cantidad de calor que debe dispersar
el cuerpo, mediante la evaporación del sudor, para mantener el equilibrio
térmico.
𝑬𝒓𝒆𝒒: 𝑀 ± 𝑅 ± 𝐶
Donde:
● M: Carga de calor metabólico kcal/h; Btu/h
● R: Carga de calor radiante Kcal/h; Btu/h
● C: Carga de calor convectivo kcal/h; Btu/h
Para calcular la carga de calor radiante, se utiliza la siguiente fórmula:
𝑅 = 𝐾𝑟 ∗ (𝑇𝑅𝑀 − 𝑇𝑠) 𝐾𝑐𝑎𝑙/ℎ
Donde:
● Kr: Coeficiente de calor radiante de acuerdo con la ropa de trabajo.
● TRM: temperatura radiante media °C.
● Ts: Temperatura de la piel (35°C).
4
𝑻𝑹𝑴 = 100 ∗ √[(
𝑇𝑔 4
) + 2.48 ∗ √𝑉 ∗ (𝑇𝑔 − 𝑇𝑏𝑠)]
100
Donde:
● TRM: Temperatura radiante medida °K.
● Tbs: Temperatura de bulbo seco °K.
● Tg: Temperatura de globo °K.
● V: Velocidad del aire en m/s
𝑪 = 𝑲𝒄 ∗ 𝑽𝟎.𝟔 (𝑻𝒃𝒔 − 𝑻𝒔) 𝑲𝒄𝒂𝒍/𝒉
Donde:
●
●
●
●
Kc: Coeficiente de calor convectivo, de acuerdo con la ropa de trabajo.
V: Velocidad del aire en m/s
Tbs: Temperatura de bulbo seco °C
Ts: Temperatura de la piel (35°C)
Emax: Representa la pérdida máxima de calor que puede lograrse en las
circunstancias.
𝑬𝒎𝒂𝒙 = 𝑲𝒆 ∗ 𝒗𝟎.𝟔 (𝑷𝒘𝒔 − 𝑷𝒘𝒂) 𝑲𝒄𝒂𝒍/ 𝒉
Donde:
●
●
●
●
Ke: Coeficiente de evaporación máxima.
V: Velocidad del aire (m/s).
Pws: Presión de vapor a la temperatura de la piel (42 mmHg).
Pwa: Presión de vapor en el aire (mmHg).
Cuando el ITT es mayor al 100%, se debe calcular el tiempo máximo de exposición
con la siguiente expresión:
𝑇𝑀𝐸 =
3900
𝑚𝑖𝑛
𝐸𝑟𝑒𝑞 − 𝐸𝑚𝑎𝑥
4. DATOS Y RESULTADOS
Grupo 2
Zona de trabajo
Tbs °C
Tbh °C
V(m/s)
Tg °C
X
Y
Z
Cabeza
42
29.2
62
0.15
0.5
0.1
Abdomen
41
28.1
42
0.1
0.6
0.12
Pies o tobillos
43.2
26.5
32
0.2
0.55
0.15
Zona de
descanso
21
17
23
0.2
0.1
0.2
Zona de trabajo
Tbs °C
Tbh °C
Tg °C
V(m/s)
X
Y
Z
Cabeza
39
27.2
56
0.15
0.5
0.1
Abdomen
28
28.1
47
0.1
0.6
0.12
Pies o tobillos
33.2
26.5
39
0.2
0.55
0.15
Zona de
descanso
21
18
24
0.2
0.1
0.2
●
●
●
●
Proceso de fundición de hornos: proceso moldeo de piezas.
Personas entre los 25 y 50 años en su mayoría varones promedio 38 años.
Altura Ciudad de Medellín: 1500 Msnm.
Consumo metabólico 140W/m2
Valoración WBGT
WGBT= 0.7 Tbh + 0.3 Tg
● WBGT cabeza: (0,7*27.2) + (0,3*56) = 35.84°C
● WBGT abdomen: (0,7*28,1) + (0,3*47) = 33.77°C
● WBGT pies o tobillos: (0,7*26,5) + (0,3*39) = 30.25°C
Índice WBGT a te1mperaturas no constante
WBGT:
WGBTcabeza+2WGBTabdomen+WGBtobillos
4
WBGT:
35.84+(2∗33.77)+30.25
4
= 33.40°𝐶
Adecuación de regímenes de trabajo - descanso
𝑭𝒕 =
(𝑨 − 𝑩)
∗ 𝟔𝟎 (𝒎𝒊𝒏/𝒉𝒐𝒓𝒂)
(𝑪 − 𝑫) + (𝑨 − 𝑩)
𝑊
A: consumo metabólico 140 𝑚2 ∗
𝐾𝑐𝑎𝑙
ℎ𝑜𝑟𝑎
𝑊
1 𝑤
𝑚
1.553
𝐾𝑐𝑎𝑙
= 217.42 ℎ𝑜𝑟𝑎
De acuerdo a la ISO 7243 el valor de A en una persona aclimatada es de 28°C.
A= 28°C
B = WBGT zona de descanso
B: (0,7*18) + (0,3*24) = 19,8°C
C = variables medidas en la zona de trabajo
WBGT:
35.84+(2∗33.77)+30.25
4
= 33.40°𝐶
C: 33.40°𝐶
Condición: B≥A
19,8°C ≥ 28°C no se cumple ya que B no es mayor o igual a A por lo tanto la
ecuación
(𝑨 − 𝑩)
𝑭𝒕 =
∗ 𝟔𝟎 (𝒎𝒊𝒏/𝒉𝒐𝒓𝒂)
(𝑪 − 𝑫) + (𝑨 − 𝑩)
No es aplicable, se debe de adecuar un lugar más fresco para el descanso
Valoración ITT
𝐼𝑇𝑇 =
𝐸𝑟𝑒𝑞
∗ 100
𝐸𝑚𝑎𝑥
Consumo metabólico 140W/m2
M= 217.42 Kcal/h
Kr = 6.6
4
4
𝑇𝑔
TRM= 100 ∗ √[(100) + 2.48 ∗ √𝑉 ∗ (𝑇𝑔 − 𝑇𝑏𝑠)] Temperaturas en °K
● Tbs prom:
42+41+43.2
● Tbh prom:
29.2+28.1+26.5
● Tg prom:
3
3
62+42+32
3
Velocidad promedio:
= 42.06°𝐶 = 315.21 °K
= 27.93°𝐶 = 301.08° K
= 45.33°𝐶= 318.48°K
● Vel prom x:
0.15+0.1+0.2
3
= 0.15𝑚/𝑠
● Vel prom y :
0.5+0.6+0.55
● Vel prom z :
0.1+0.12+0.15
3
3
= 0.55𝑚/𝑠
= 0.123𝑚/𝑠
Vel prom: √0.152 + 0.552 + 0.1232 = 0.58𝑚/𝑠
4
318.48 4
TRM= 100 ∗ √[(
100
) + 2.48 ∗ √0.58 ∗ (318.48 − 315.21)] = 323.15°𝐾= 50°C
Ts= 35°C
R: 6.6 * (50 – 35) = 99 Kcal/h
C= 𝐾𝑐 ∗ 𝑣 0.6 ∗ (𝑇𝑏𝑠 − 𝑇𝑠) Kcal/h con temperaturas en °C
Kc (ropa de trabajo) = 0.6
C= 0.6 ∗ 0.580.6 ∗ (42.06 − 35) = 3.05Kcal/h
𝐸𝑟𝑒𝑞 =217.42 Kcal/h + 99 Kcal/h +3.05Kcal/h
𝐸𝑟𝑒𝑞 = 319.47Kcal/h = 371.54W/m2
● 𝐸𝑚𝑎𝑥 𝐾𝑒 ∗ 𝑣 0.6 ∗ (𝑃𝑤𝑠 − 𝑃𝑤𝑎) Kcal/h
Ke (ropa de trabajo) = 1.2
Pws: presión de vapor a la temperatura de la piel = 42mmHg
Pwa = Pv (mmHg)
Pv= Pstbs - ꝺ * Pb * (Tbs – Tbh)
(17,27∗𝑇𝑏𝑠)
Pstbs= 6.11 ∗ 𝑒
[(237.3+𝑇𝑏𝑠)]
(17,27∗42.06)
Pstbs= 6.11 ∗ 𝑒
[(237.3+42.06)]
= 82.27ℎ𝑃𝑎
ꝺ = 0,00120
Pb= 856 hPa
Pv= 82.27– 0,00120 * 856 * (42.06 – 27.93) = 67.75hPa
67.75ℎ𝑃𝑎 ∗
0.0295𝑖𝑛𝐻𝑔 25.4𝑚𝑚𝐻𝑔
∗
= 50.76𝑚𝑚𝐻𝑔
1ℎ𝑃𝑎
1𝑖𝑛𝐻𝑔
Pwa= 50.76mmHg
𝐸𝑚𝑎𝑥=1.2 ∗ 0.580.6 ∗ (42 − 50.76) = −7.58Kcal/h = W/m2
𝐼𝑇𝑇 = [
319.47𝐾𝑐𝑎𝑙/ℎ
] ∗ 100% = 4214.64%
−7.58𝐾𝑐𝑎𝑙/ℎ
Como el ITT es mayor al 100% debe calcularse el tiempo máximo de exposición (TME)
𝑇𝑀𝐸 =
3900
= 11.92𝑚𝑖𝑛
319.47 − (−7.58)
Esto indica que los operarios solo pueden trabajar bajo estas condiciones 11 o 12 minutos.
Se procede a calcular el tiempo de recuperación.
Condiciones del sitio de recuperación:
● Tbs= 21°C =294.15 °K
● Tbh= 17°C = 290.15°K
● Tg= 23°C = 296.15°K
Vel de descanso = √0.22 + 0.12 + 0.22 = 0.3𝑚/𝑠
Nivel de aislamiento de vestimenta= 1 clo
Consumo metabólico= 65W/m2 = 100.9Kcal/h
1. Para determinar del Ereq:
Consumo metabólico 140W/m2
M= 100.9Kcal/h
Kr (ropa de trabajo) = 6.6
4
TRM= 100 ∗ √[(
296.15 4
100
) + 2.48 ∗ √0.3 ∗ (296.15 − 294.15)] = 298.73𝐾= 25.58°C
Ts= 35°C
R: 6.6 * (25.58– 35) = -62.17 Kcal/h
C= 𝐾𝑐 ∗ 𝑣 0.6 ∗ (𝑇𝑏𝑠 − 𝑇𝑠) Kcal/h con temperaturas en °C
Kc (ropa de trabajo) = 0.6
C= 0.6 ∗ 0.30.6 ∗ (21 − 35) = - 4.1.Kcal/h
𝐸𝑟𝑒𝑞 =100.9Kcal/h -62.17 Kcal/h - 4.1Kcal/h
𝐸𝑟𝑒𝑞 = 34.63Kcal/h =22.29 W/m2
2. se calcula la 𝐸𝑚𝑎𝑥
Ke (ropa de trabajo) = 1.2
Pws: 42mmHg
Pwa = Pv (mmHg)
Pv= Pstbs - ꝺ * Pb * (Tbs – Tbh)
(17,27∗21)
● Pstbs= 6.11 ∗ 𝑒
[(237.3+21)]
= 24.88ℎ𝑃𝑎
● ꝺ = 0,00120
● Pb= 856 hPa
● Pv= 24.88 – 0,00120 * 856 * (42.06 – 27.93) = 10.36hPa
● 10.36ℎ𝑃𝑎 ∗
0.0295𝑖𝑛𝐻𝑔
1ℎ𝑃𝑎
∗
25.4𝑚𝑚𝐻𝑔
1𝑖𝑛𝐻𝑔
= 7.76𝑚𝑚𝐻𝑔
● Pwa= 7.76mmHg
𝐸𝑚𝑎𝑥 = 1.2 ∗ 0.30.6 ∗ (42 − 7.76) = 19.95Kcal/h = 12.86W/m2
Temperatura radiante media:
𝑇𝑀𝑅 =
3900
= −265.66
19.95 − 34.63
De acuerdo con el resultado el personal operario no podría descansar en la zona de
descanso bajo las condiciones dadas.
4.ANÁLISIS DE RESULTADOS:
En esta primera parte del laboratorio podemos evidenciar que ni modificando el consumo
metabólico para que “A” sea igual a 28°C se podría igualar el valor de “C”, por ende en
este caso no es posible terminar el método de WBGT promedio ya que según los valores
encontrados tenemos que para “C” el valor correspondiente es 32.93°C en la formula
𝐴−𝐵
Ft:(𝐶−𝐷)+(𝐴−𝐵) ∗
60𝑚𝑖𝑛
ℎ𝑜𝑟𝑎
y este excede los valores permitidos de la tabla de valores límite
de referencia para el índice WBGT, Según la ISO 7243 el valor de “A” en nuestro
ejercicio seria de 28°C; entonces NO SE CUMPLE CON LA CONDICIÓN ya que según
el conocimiento adquirido según la metodología de clase se advierte que “C” nunca
puede ser mayor que “A” y cuando esto pasa no se pueden utilizar las ecuaciones de la
ISO y lo que se recomienda es ubicar al empleado en otro sitio de descanso.
6. CONCLUSIONES:
1.En este laboratorio se puede que tiempo de descanso se puede tomar cuando una persona
se encuentra expuesta al calor
2.
Se logro conocer el manejo de los instrumentos de medición y cada uno de ellos
nos puede ayudar a medir cada una de las variables que influyen en la evaluación
del trabajador y su ambiente
3. Se logra aplicar todos los cálculos matemáticos adquiridos en clase manejando un
desarrollo consecutivo de los mismos, para tener un análisis de cada resultado dado
4. Mediante este laboratorio se analizó que el costo metabólico de una persona
expuesta a calor se puede obtener por medio de una recolección de información e
inspecciones, realizando la verificación y evaluando la eficiencia de los módulos,
tablas de fichado y calibración.
5. Se logra interpretar y manejar la diferencia entre una temperatura homogénea
(mediciones realizadas a la altura del abdomen y monitoreo de 10 a 15 minutos) y
heterogénea (mediciones a diferente altura como: cabeza, abdomen y tobillo),
finalizando, se realiza un monitoreo por 15 minutos o el tiempo a considerar según
el evaluador.
6. RECOMENDACIONES
1.Establecer puntos de reposo cuando se obtengan los resultados de las mediciones.
2.Ampliar la información con respecto a la dotación que se le da a los colaboradores para la
ejecución de dichas tareas y que genere un confort térmico que al mismo tiempo sean seguras
utilizando material resistente a dicha actividad.
3.Realizar evaluaciones periódicas del personal que ayuden a identificar de manera temprana
casos de estrés térmico, que ayuden a disminuir la materialización del riesgo.
8. BIBLIOGRAFIA
1. https://es.slideshare.net/mobile/oscarreyesnova/peligro-temperaturas-extremas-senabucaramanga-cesar2011#:~:text=Ts%20%3D%20TEMPERATURA%20DE%20LA%20PIEL,Kc%20%3D%2
0COEFICIENTE%20DE%20CALOR%20CONVECTIVO
2. https://www.youtube.com/watch?v=iSt30sIRBoY
3.https://www.youtube.com/watch?v=WJj0Kq1ueOU
4.https://www.youtube.com/watch?v=jp1lgO2hYUo
5.https://www.youtube.com/watch?v=3pGfeUQsilg
6.https://www.youtube.com/watch?v=gxsm3XXMzCU