CARGA TERMICA Y SALUD

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1 CARGA TERMICA Y SALUD Ing. R. Liliana Gelman Suplente de Calidad del CECON INTI (Centro de Investigación y Desarrollo en Construcciones, perteneciente al Sistema de Centros del Instituto Nacional de Tecnología Industrial) INTRODUCCIÓN: El hombre funciona como un sistema donde es imprescindible lograr un equilibrio térmico. Las pérdidas de calor desde el cuerpo hacia el aire deben mantener una relación con las ganancias de calor provenientes de fuentes como la radiación solar y la producción interna de calor del propio cuerpo. Un edificio también funciona como un sistema térmico. Su forma, diseño y componentes controlan y modifican los flujos de calor como la radiación solar, el viento y el impacto de las variaciones diurnas de temperatura. La sensación térmica del usuario de un local surge de la composición de la temperatura del aire y de la radiación térmica de las superficies que lo envuelven, cuando ellas están más calientes, la sensación térmica es de una temperatura mayor que la del propio aire. Contrariamente a lo que ocurre con otros agentes ambientales, el calor no actúa en forma específica sobre algún tejido o función determinada de la persona expuesta sino que, en forma compleja, sus variaciones afectan la fisiología total del organismo. La temperatura del cuerpo varía cíclicamente durante las horas del día y de acuerdo con la actividad física. Durante el trabajo físico, la temperatura del cuerpo se eleva. Dos son las fuentes de calor que constituyen la carga térmica: a) el calor generado en los procesos metabólicos b) el calor proveniente del ambiente, o carga térmica ambiental. DESARROLLO DEL ESTUDIO: Se efectúa un relevamiento del galpón seleccionado para la investigación y se definen las zonas de medición, como puede verse en el anexo fotográfico. Dichas zonas corresponden a ubicaciones típicas que el operador cubre durante su tarea diaria. El personal evaluado se considera adaptado fisiológicamente, o sea aclimatado al calor. Cuando se trata de personas no aclimatadas, éstas pueden sufrir un aumento de temperatura y ritmo cardíaco, incluso sentir angustia muy intensa y molestias que las inhiben de exponerse nuevamente. a) Estimación del calor metabólico: El calor metabólico es una consecuencia de la actividad corporal y debe ser estimado para cada caso en particular, dependiendo de la naturaleza de las tareas que se desempeñen en cada caso. INTI CECON Carga Térmica y Salud. Ing. Liliana Gelman 1

2 El calor metabólico se calcula a partir de la siguiente expresión: M = M b + M I + M II M b = Metabolismo basal: 70 kcal / h M I = Componente del metabolismo según la posición y movimiento del cuerpo. M II = Componente del metabolismo según la clase o tipo de trabajo. En general se cuenta con tablas especiales para ello, de las cuales y a título de ejemplo se transcribe la adoptada por la Ley de Higiene y Seguridad en el Trabajo actualizada según decreto 911 del 5/8/96. POSICIÓN DEL CUERPO M I (kcal/h) A: extendido, sentado B: de pie C: caminando 1 D: subiendo 2 TIPO DE TRABAJO M I I (kcal/h) I) MANUAL II) DE BRAZOS III) CORPORAL 1) FACIL 2) PENOSO 1) FACIL 2) PENOSO 1) FACIL 2) LIGERO 3) PENOSO 4) MUY PENOSO Se transcribe a continuación el criterio adoptado y previamente consensuado con personal de la Unidad Técnica Tecnología del Hormigón del CECON, por las tareas que realizan diariamente los operarios en los edificios 10 y 31 del Parque Tecnológico Nacional del INTI: Aplicación de La Ley Encabeza- miento EDIFICIO 10 EDIFICIO 31 Pintura Rotura Embalaje Tareas Atención Limpieza Comida Lavado Secado Tamizado 15 a 35 PROBETAS Varias Clientes Bolsas de 25 kg de ARENA posición: B A B C B B C A B D B M I (Kcal/h) tipo trabajo: III 3 II 1 III 2 III 1 III 2 I 1 III 2 I 1 III 2 III 4 III 3 M II (Kcal/h) M total (Kcal/h) duración h ú 8 en cálculo de M total se incluye el metabolismo basal = 70 kcal/h El cálculo del metabolismo medio es el promedio temporal ponderado del metabolismo desarrollado en cada intervalo de duración de la tarea: t i b) Mediciones en el ambiente: M P = M i x t i t i En cada sitio en que se llevó a cabo la tarea o se utilizó como lugar de descanso, se midieron las siguientes variables ambientales y se registró el tiempo de exposición en cada ubicación: TBS: temperatura de bulbo seco [ºC]. Es la medición de la temperatura del aire. TBH: temperatura de bulbo húmedo [ºC]. Es la temperatura obtenida midiendo rápidamente el aire que pasa por un termómetro corriente que tiene una mecha húmeda sobre la columna de mercurio INTI CECON Carga Térmica y Salud. Ing. Liliana Gelman 2

3 La evaporación de la humedad en la mecha, si el contenido de humedad del aire circundante lo permite, enfría el termómetro a una temperatura inferior a la registrada por el bulbo seco. TG: temperatura globo [ºC]. El dispositivo de medición es un termómetro de bulbo seco corriente, que se coloca en el centro de un flotador pintado de negro opaco. Es eficaz porque la superficie del flotador se calienta por el calor radiante, y calienta el aire dentro del globo, afectando así al termómetro de bulbo seco. Se utilizaron dos termómetros globos: TG1 y TG2, ambos ubicados a 1,5m del nivel del suelo. V : velocidad del aire [m/s]. Se mide con un anemómetro de molinete, que consiste en un molinete montado sobre un eje, sobre el cual la corriente de aire ejerce presión. Las revoluciones de la rueda se transmiten por un sistema de engranajes a un dispositivo registrador. El índice de YAGLOU [TGBH] se calcula según la siguiente expresión, definida para lugares interiores o exteriores sin carga solar: TGBH = 0.7 TBH TG Este índice se determina para cada una de las posiciones ocupadas por el operador, efectuándose un promedio ponderado en tiempo del mismo: TGBH P = TGBH i x t i t i Donde t i es el tiempo de exposición en cada tarea y t i el tiempo correspondiente a la duración total de las tareas, que en este caso son jornadas de 8hs de trabajo. c) Instrumental utilizado: Monitor de stress térmico Psicrómetro de revoleo. Termómetros Globos. Vaisala. Termómetros. Estación meteorológica Pirómetro óptico Termógrafo Solarímetro Anemómetro. Estación meteorológica Balanza. Tensiómetro. Termómetro timpánico RESULTADOS OBTENIDOS: Presión y pulso: De acuerdo con Brouha demostramos con este caso real que los cambios de presión en el operario quedan determinados por la intensidad del trabajo y que mientras el ambiente tiene influencia sobre la frecuencia cardíaca, su efecto sobre la presión sanguínea es despreciable. DIA DE LA MEDICIÓN: 05/01/01 Temp. Exterior: 35.5 ºC Altura: cm HR exterior: % OPERADOR: PEDRO Edad: 48 años Radiación solar: I 970 W/m 2 Peso: 73 kg INTI CECON Carga Térmica y Salud. Ing. Liliana Gelman 3

4 HORA Desde Hasta TAREAS en el Edificio 10 SIN AISLACION TERMICA 8:00 8: Desayuno 8: 11: Encabezamiento de probetas Metabolismo Kcal/h Presión Operario máxima Mínima TGBHp (ºC) pulso : 13: Embalaje de probetas : 15 comida :00 Rotura de probetas Ambiente acondicion * Nota: La temperatura del operario se mantuvo en 36.4ºC El instrumental para obtener los datos de presión, pulso, peso, temperatura de los operarios fueron consultados con los médicos del Hospital de Clínicas y controlados por el médico del INTI. Tipo de Trabajo: Mp = W TGBH P : 27.1 ºC 0.7 La Ley de Higiene y Seguridad en el Trabajo tiene establecida, los tiempos máximos y mínimos de trabajo y descanso mínimo admisibles para el personal ocupado en la industria. Esta regulación tiende a evitar el exceso de stress y fatiga térmica, previniendo daños a la salud del personal ocupado, que pueden llegar hasta la posibilidad del golpe de calor, con grave riesgo para la vida de los afectados. En nuestro caso, el tipo de trabajo está en el límite del trabajo moderado, y el valor del índice obtenido indica que el operario puede trabajar en forma continua. Está dentro de los límites permitidos por la Ley, como vemos en la siguiente tabla: REGIMEN DE TRABAJO Y DESCANSO Liviano 2W Límites permisibles para la carga térmica: TGBH (ºC) TIPO DE TRABAJO Moderado 2 a 0W Pesado 0W Trabajo continuo % trabajo y 25% descanso c/hora % trabajo y % descanso, c/hora % trabajo y 75% descanso, c/hora Límites fuera de Ley: DIA DE LA MEDICIÓN: 24/01/01 Temp. Exterior: 33 ºC±0.5 ºC Altura: 169 cm HR exterior: 43 % OPERADOR: Edad: 52 años BONSI Radiación solar: I 1100 W/m 2 Peso: 110 kg INTI CECON Carga Térmica y Salud. Ing. Liliana Gelman 4

5 Desde HORA Hasta Edificios Veloc. Viento m/seg Datos de los edificios TAREAS Tareas varias Tamizado arena Tamizado arena Tamizado arena Tamizado arena y otras tareas Tareas varias Almuerzo c/aire acondicionado Tareas varias Tareas varias Tareas varias TGBHp (ºC) Peso kg Datos del Operario Metabolismo Kcal/h PRESION máxima mínima Pulso * Nota: La temperatura de la piel del operario osciló entre 37 y 38ºC Tipo de Trabajo: Mp = 418 W TGBH P : 26.7ºC 0.7 En el caso precedente, el tipo de trabajo es mayor de 0W, por lo cual se considera trabajo pesado, y el valor del índice es mayor de 25.9ºC. Esto implica que el trabajador que esté realizando este tipo de tareas debe descansar 15 minutos por hora de trabajo. El tamizado de la arena se realiza en el edificio 31, cuyas condiciones ambientales son muy poco confortables, ya que la totalidad de la envolvente es de chapa metálica, con ventanas difíciles de abrir por su envejecimiento. Ventila a través de un portón que se abre sólo cuando se trabaja en él. Su superficie total es de aproximadamente 532m 2. El edificio 10 posee mampostería de ladrillos y cubierta de chapa de fibrocemento, actualmente aislada térmicamente. Su superficie es de 126m 2. Posee 7 ventanas de 1.3 x 0.65m y un portón de 2.4 x 1.4m abierto las 8hs de trabajo. En este caso, día 24 de enero de 01, fue afectada seriamente la presión del operario como también su frecuencia cardíaca. Acá influyen la tarea que realiza y las condiciones ambientales. A partir de estos datos, el operario comenzó un tratamiento para su presión, descansa el tiempo indicado y trata de ingerir mayor cantidad de agua. Cuando la temperatura del aire ( 33ºC) y las de las paredes son inferiores a la de la piel ( 38ºC), el cuerpo pierde calor. Al incrementarse la actividad física menor es la temperatura de la piel requerida para el comienzo de la sudoración, por lo que se sugiere incrementar el movimiento del aire en el ambiente, ya que facilita la pérdida de calor y mejora la sensación de confort del operario. Ante estas situaciones se han tomado las siguientes acciones en los edificios: Soluciones sugeridas en el galpón del edificio 31: abrir las ventanas existentes en su totalidad. arreglar un portón lateral a fin de obtener ventilación cruzada. Aislar térmicamente. Colocar un bebedero, ya que las pérdidas de cloruro sódico por el sudor durante el trabajo, pueden ser reparadas bebiendo agua. INTI CECON Carga Térmica y Salud. Ing. Liliana Gelman 5

6 Soluciones sugeridas en el galpón del edificio 10: abrir las ventanas existentes en su totalidad. construir nuevas ventanas para lograr cumplimentar la superficie de ventilación e iluminación requeridas por cálculo. Debido al envejecimiento de la cubierta de chapas existentes, se sugiere cambiar la totalidad de las mismas por chapas metálicas, eliminando las chapas translúcidas por su excesiva radiación al medio ambiente. Se aisló térmicamente con lana de vidrio de 7.5cm de espesor, donada por la Empresa ISOVER. Se pintaron las paredes con colores claros. COMPARACIONES: Galpón del PTM-Edificio 10 aislado térmicamente y sin aislar: Este tinglado, como la inmensa mayoría de los establecimientos industriales, no poseía resistencia térmica alguna. La evolución de la temperatura en su interior es natural, vale decir, sin acondicionamiento de aire. De techos en estas condiciones proviene un calor radiante muy importante, que produce efectos subjetivos muy desagradables pudiendo provocar malestar en el personal. Con una aislación térmica adecuada se puede llegar a controlar, en buena medida la TG y TBS, variables estipuladas por la Ley: a) la temperatura de globo: TG, por cuanto la aislación térmica baja notablemente la temperatura superficial interior del techo, lo que incide de una manera muy importante sobre la temperatura media radiante, o sea, la temperatura de globo. b) la temperatura de bulbo seco: TBS, por cuanto la aislación térmica del techo reduce significativamente el flujo térmico a través del mismo, con lo que las temperaturas interiores se mantienen muy bajas, especialmente durante las horas diurnas, de radiación solar y temperaturas exteriores de bulbo seco elevadas. A continuación se observarán las diferencias existentes entre las TBS, temperatura del aire o bulbo seco, y las TG, temperaturas globo, para dos días: el 07/02/01 donde el tinglado está sin aislar y el 12/03/01 con el tinglado aislado con lana de vidrio de 7,5cm de espesor cubierta su cara interna con foil de aluminio. El día de la medición sin aislación térmica fue el 07/02/01, con una temperatura exterior de 32.4 ±0.5ºC, con una humedad relativa de 63% y una radiación solar de 9 W/m 2. El día de la medición con aislación térmica fue el 09/03/01, con una temperatura exterior de 31.5 ±0.5ºC, con una humedad relativa de 69% y una radiación solar de 1000 W/m 2. Horas SIN AISLACION TERMICA ºC CON AISLACION TERMICA ºC TG TBS TBH TGBH cumbrera TG TBS TBH TGBH cumbrera INTI CECON Carga Térmica y Salud. Ing. Liliana Gelman 6

7 El calor radiante de fuentes como llamas abiertas (hornos) o el sol, no tienen efecto calórico apreciable en el aire por donde pasa, pero su energía es absorbida por cualquier objeto que toquen, por lo que calentará a las personas, paredes, máquinas, etc. Consiguientemente, un hombre expuesto a calor radiante no encontrará alivio contra la fatiga térmica usando un ventilador. Debe estar resguardado por una pantalla que absorba o refleje la radiación de la fuente de calor. Y según la Ley de Stefan Boltzman, a medida que aumenta la temperatura de un cuerpo, aumenta la energía total irradiada. Comparando estos días de mediciones, observamos que la TG ha disminuido como así también la TBS. Ambas disminuciones favorecen el confort ambiental. La temperatura superficial interior de la cubierta de techo aislada, muestra una disminución en valores aproximados al %. Límites dentro de la Ley: DIA DE LA MEDICIÓN: 14/03/01 Temp. Exterior: 31.4 ºC HR exterior: 59 % Radiación solar: I 900 W/m 2 HORA Desde Hasta Duración hs TAREAS en el Edificio 10 CON AISLACION TERMICA Metabolismo Kcal/h TGBHp (ºC) 8:00 8:.5 Desayuno 8: 11: 3 Encabezamiento de probetas : 13: 2 Embalaje de probetas : comida :00 1 Rotura de probetas Ambiente acondicion Nota: La temperatura del operario se mantuvo en 36.4ºC Tipo de Trabajo: Mp = 387 W TGBH P : 24.8ºC 0.7 Si bien la temperatura exterior es de 31.4ºC, observamos que ante situaciones de trabajo similares pero con aislación térmica los valores del índice han disminuido notablemente. Los operarios disfrutan condiciones interiores con temperaturas más altas en invierno, y una mejor distribución de calor en el lugar de trabajo durante el verano. CONCLUSIONES: En edificios de servicio, particularmente los industriales, el confort térmico es un factor de productividad. Los accidentes de trabajo aumentan en la medida en que el local se aparta de la temperatura de confort. De esto deriva la necesidad de dotar la envolvente de una buena resistencia térmica para minimizar los aumentos térmicos indebidos. INTI CECON Carga Térmica y Salud. Ing. Liliana Gelman 7

8 En general, en la mayoría de las obras aisladas térmicamente los obreros no necesitan interrumpir su trabajo, pues los valores de carga térmica, están dentro de los limites admitidos por la Ley de Higiene y Seguridad en el Trabajo. El motivo principal de este trabajo como el de todos los precedentes, es poner énfasis en los aspectos de salubridad del personal ocupado y su seguridad; se trata de reducir la siniestralidad laboral. Las temperaturas medias máximas de los meses de enero y febrero se han incrementado en 3ºC aproximadamente desde el año 1998 al 01 en la Pcia. de Buenos Aires, esto nos hace reflexionar acerca de las consecuencias de este incremento de temperaturas y su relación con el tema de carga térmica y la salud de los operarios que trabajan en edificios industriales cuyo diseño no contempló los recursos que ofrece la arquitectura bioclimática. como síntesis, hay recursos para lograr el confort deseado. Según las posibilidades de la obra, factores económicos y de uso, el proyectista elegirá el recurso más apropiado. REFERENCIAS: Riesgos laborales debidos a la carga térmica. Ing. Julio C. Durán Evaluación de la carga térmica en ambientes de trabajo. Ing. Julio C. Durán Ley Nacional de Higiene y Seguridad en el Trabajo. Carga Térmica. Art Diseño Bioambiental y Arquitectura Solar Martin Evans y Silvia de Schiller La influencia de la aislación térmica sobre la evolución de la temperatura en el interior de una vivienda típica en verano, Ing. Paul Bittner, Ing. Liliana Gelman y Arq. Alicia Maronna. Temperaturas radiantes en techos de chapas metálicas aisladas y no aisladas. Ing. Vicente Volantino, Ing. Jorge Cornejo, Ing. Paul Bittner, Ing. Liliana Gelman, Sr. Víctor Moruga. Uso Racional de la energía. Aislación térmica. Ing. Paul Bittner AGRADECIMIENTOS: Se agradece muy especialmente la colaboración del personal del CIIA-INTI (Centro de Investigación y Desarrollo de Ingeniería Ambiental). Al CIPURE-INTI (Centro de Investigación y Desarrollo para el Uso Racional de la Energía) y al CEFIS-INTI (Centro de Investigación y Desarrollo en Física). A la Empresa ISOVER y al Ing. Alberto Englebert por la provisión del aislante térmico. A los Dres. Vicente Castiglia y Pompei del Hospital de Clínicas, ambos pertenecientes a la Cátedra sobre Metodología de la Investigación. INTI CECON Carga Térmica y Salud. Ing. Liliana Gelman 8

9 CARGA TERMICA Y SALUD ANEXO FOTOGRÁFICO tareas realizadas en el galpón del edificio 10 Encabezamiento de probetas: Consiste en recubrir las caras planas de las probetas de hormigón con una pasta de azufre, grafito y arena, fundida en cubas a 135ºC. La temperatura superficial del horno es de 93ºC. El operario de nombre Pedro, realiza esta tarea desde las 8:hs hasta las 11hs. Las probetas son cilíndricas de 15 cm de diámetro x cm de alto, pesan entre 13 y 14kg. El número de probetas que se encabeza no es constante, varía entre 16 a 35 por jornada. Extractor de humos TG2 Cubas Monitor de stress térmico Ventilación forzada hacia el extractor Probetas encabezadas Rotura de probetas: La determinación de la resistencia a la compresión y módulos de rotura a flexión se realiza en un local acondicionado térmicamente. El instrumental que se observa es una Prensa CIFIC de 0Tn. SALA DE PRENSAS Probeta identificada y encabezada INTI CECON Carga Térmica y Salud. Ing. Liliana Gelman 9

10 CARGA TERMICA Y SALUD ANEXO FOTOGRÁFICO tareas realizadas en el galpón del edificio 10 Varias: Se observan los recipientes y/o bolsas de polietileno o similares de cierre hermético, que sirven para colocar las submuestras de cemento. Como se ve cada una lleva una tarjeta identificatoria. Estos materiales se usan para la realización de ensayos físico-mecánicos de cemento. Almuerzo: Pedro Bonsi Salvador Portón de entrada al Edificio 10 Bolsas de cemento INTI CECON Carga Térmica y Salud. Ing. Liliana Gelman 10

11 CARGA TERMICA Y SALUD ANEXO FOTOGRÁFICO tareas realizadas en el galpón del edificio 31 Tamizado de arena: Secado de arena: Escalera Horno de secado de arena CARGA TERMICA Y SALUD Vista del edificio 31 INTI CECON Carga Térmica y Salud. Ing. Liliana Gelman 11

12 ANEXO FOTOGRÁFICO Vista en planta del galpón del edificio 10 INTI-PTM- Ventanas de 1.3m x 0.65m EDIFICIO 31 1C1 1B1 1A1 1C2 1B2 1A2 2C2 2B 2A2 2C1 2B1 2A1 14m Sala Comedor Tareas vs. cumbr era ENCABEZAMIENT O DE PROBETAS TG1 Atención clientes Pintura de TG2 Portón de entrada Embalaje de materiales N solarímetro Distribución usada en el Estudio termográfico Oficinas edif.10 Rotura de probetas Cabriada En corte Colocación de la aislación térmica, lana de vidrio de 7,5cm de espesor: 9m Lana de vidrio con foil de aluminio Cabriada Chapas translúcidas Chapas de fibrocemento INTI CECON Carga Térmica y Salud. Ing. Liliana Gelman 12

13 CARGA TÉRMICA Y SALUD ANEXO TERMOGRÁFICO Galpón del edificio 10 Estas imágenes muestran la distribución de temperaturas y la influencia de la aislación térmica en este galpón de chapas de fibrocemento. Este estudio lo realizó el CIPURE por medio de termografías tomadas desde el interior, con una cámara AGEMA Thermovisión 5 cuya precisión de medida es de ±2ºC, con una sensibilidad térmica <0.1ºC. SIN AISLACIÓN TÉRMICA CON AISLACIÓN TÉRMICA Valor de emisividad adoptado para fibrocemento: E=0.95 Valor de emisividad adoptado para aislación: E=0.25 Día de medición: 04/01/01 Día de medición: 12/03/01 Temperatura ambiente: 34.5ºC Temperatura ambiente: 28.5ºC 2A C 18.3 C 1A1 2A2.4 C 18.0 C 36.9 C 18.3 C INTI CECON Carga Térmica y Salud. Ing. Liliana Gelman 13

14 CARGA TÉRMICA Y SALUD ANEXO TERMOGRÁFICO Galpón del edificio 10 SIN AISLACIÓN TÉRMICA CON AISLACIÓN TÉRMICA 1A2.4 C 18.0 C 2B C 13.5 C 64.2 C 2C C 38.2 C 13.5 C INTI CECON Carga Térmica y Salud. Ing. Liliana Gelman 14

15 CARGA TÉRMICA Y SALUD ANEXO TERMOGRÁFICO Galpón del edificio 10 SIN AISLACIÓN TÉRMICA CON AISLACIÓN TÉRMICA 37.0 C 1C C 33.0 C 2C C.4 C 1B C INTI CECON Carga Térmica y Salud. Ing. Liliana Gelman 15