Apuntes de Confort Termico

1  APUNTES ELABORA ELA BORA DO POR EL PROFESOR : LUIS CERDA MISKULINI MISKUL INI CONFORT TERMICO

El cuerpo humano es un organismo cuya característica caracterís tica esencial es la necesidad fisiológica de conservar; aproximadamente constante, su temperatura interior corporal en 37 °C. Producto del metabolismo y de la actividad que desarrollan las personas se genera internamente una determinada cantidad de energía que la designaremos por energía metabólica “M”. Para mantener la temperatura constante en nuestro cuerpo toda la energía metabólica “M” debe ser disipada hacia el medio exterior.

M 37°C

Si

M > DISIPACION TOTAL

b) Si

M < DISIPACION TOTAL

c)

M = DISIPACION TOTAL

a)

Si

DISIPACION DISIPACION TOTAL DE ENERGIA

La temperatura del cuerpo aumenta, lo que expresamos como sensación de CALOR. La temperatura del cuerpo disminuye, lo que expresamos como sensación de FRÍO. La temperatura del cuerpo permanece constante, lo que significa que el cuerpo se encuentra en BALANCE TERMICO.

BALANCE TERMICO, no necesariamente implica que el cuerpo humano se encuentre en CONFORT TERMICO, en dicho ambiente. ambiente. BALANCE TERMICO solamente indica que la temperatura del cuerpo permanece constante, pero esta condición se puede alcanzar a temperaturas del cuerpo diferentes a 37°C, como se explicará más adelante. CONFORT TERMICO es aquella sensación de agrado térmico, donde la persona no transpira y la temperatura interior corporal es de 37°C. Para encontrarse en CONFOR TERMICO, el cuerpo debe encontrarse encontrarse en BALANCE TERMICO, y además cumplirse 2 condiciones condiciones adicionales. adicionales. Por lo lo tanto tanto el BALANCE BALANCE TERMICO es una condición necesaria, necesaria, pero no suficiente para alcanzar el CONFORT TERMICO.

2 DISIPACION DE ENERGIA

La disipación total de energía del cuerpo puede efectuarse mediante dos vías que son: • Trabajo físico (W). Es una función del tipo de actividad que desarrolla la persona. • Pérdidas de calor del cuerpo hacia el entorno que lo rodea. Trabajo físico (W)

M

Pérdidas de calor 

La energía metabólica (M) , se expresa en kcal/h y en especial depende de la actividad que desarrolla la persona. Se puede tabular. El trabajo físico (W) , también depende de la actividad que la persona ejecute. El trabajo físico se puede expresar como una fracción o porcentaje de la energía metabólica, y este factor recibe el nombre de EFICIENCIA MECANICA CORPORAL ( ). =(W/M)

Por lo tanto

°/1

W= M

kcal/h

Se acostumbra a expresar la energía metabólica M, por unidad de superficie del cuerpo desnudo, denominada Area Du Bois (A DU ), con el objetivo de dejar esta energía independiente del tamaño de las personas.  A DU = 0,203 P 0,425 Z 0,725

( m2 )

Donde:  A DU = Area Du Bois = Area del cuerpo desnudo ( m 2 ) P = Peso, en ( kg ) Z = Estatura, en ( m ) M / A / A DU = Energía metabólic a por uni dad de área cuerpo desn udo, udo , en kcal/h m 2

Esta energía metabólica se encuentra contenida en Tabla 3.1, igual que según tipo de actividad.

“ η“,

3 PERDIDAS DE CAL OR DEL CUERPO HUMANO

tmrt ta tp tc trop

tc = Temperatura interior corporal , °C. tp = Temperatura superficie de la piel, °C. trop = Temperatura exterior del vestuario , °C. ta = Temperatura del aire del local , °C. (temperatura de bulbo seco) tmrt = Temperatura media radiante de las paredes, °C. Las paredes de un recinto tienen diferentes temperaturas por lo tanto la “ tmrt “ representa la temperatura media interior de todas las paredes , y con la cual el cuerpo humano intercambia calor radiante . En forma rigurosa la temperatura media radiante se define como aquella temperatura uniforme de una superficie negra (. α =1 ) que rodea totalmente a la persona y con la cual el cuerpo humano intercambia las mismas pérdidas de calor por radiación, que con respecto al ambiente real ( cual intercambia diferentes calores radiantes con cada pared). El trabajar con “tmrt” simplifica radicalmente el cálculo de las pérdidas por radiación del cuerpo humano con las paredes del recinto que lo encierra. Pérdidas de calor por convección con el aire del ambiente interior (Qc).

Sabemos que el cuerpo, en general, posee mayor temperatura que el aire del recinto, por lo tanto pierde calor por convección. La magnitud de esta pérdida dependerá de la temperatura del aire (ta) y de la velocidad relativa del aire del recinto con respecto al cuerpo. A menor ta, implica mayor Qc, y a mayor velocidad del aire también es mayor Qc. Pérdidas de calor por cond ucción a través del vestuario (Qk) .

La temperatura de la piel (tp), es mayor que la temperatura exterior de nuestro vestuario (trop), por lo tanto el cuerpo rechaza calor a través del vestuario mediante el mecanismo de conducción. A mayor cantidad de ropa implica menor Qk, y vice-versa

4 Pérdidas de calor por radiación con las paredes (QR) .

En general las paredes de un ambiente tienen menor temperatura que el exterior de nuestro vestuario, por lo tanto existe un flujo neto de calor radiante que el cuerpo humano rechaza hacia las paredes. Entre más fría se encuentren las paredes mayor será la pérdida de calor radiante que experimenta el cuerpo (situación de invierno). Por el contrario, entre mayor sea la temperatura de las paredes, menor serán las pérdidas de calor radiante ( situación de verano o bien estando cerca de superficies calientes). Si una superficie tiene mayor  temperatura que el exterior de nuestro vestuario, entonces nuestro cuerpo tendría una ganancia de calor radiant e. Pérdidas de calor por respiración sensible (Er,s)

Las personas aspiran aire a la temperatura ambiental “ta”, y este aire al pasar por el sistema respiratorio ( fosas nasales y pulmones) recibe calor del cuerpo siendo expulsado a una mayor temperatura, que se estima en 34°C. Por lo tanto el cuerpo pierde calor para calentar el aire que aspiramos. Entre más frío sea la temperatura del aire ambiental, mayor será está pérdida de calor, y vice-versa. Pérdidas de calor por respiración latente (Er,L) .

Las personas aspiran aire con un determinado contenido de humedad (humedad específica), y al pasar por el sistema respiratorio ( fosas nasales y pulmones) recibe humedad, expulsándose con una humedad específica mayor. Una fracción de agua líquida que posee el cuerpo en su interior se evapora pasando a incorporarse a la corriente de aire que aspiramos. El calor latente necesario para evaporar agua líquida del cuerpo, es aportado por éste, dando origen a una pérdida de calor para humectar el aire aspirado. Entre menor sea la humedad relativa del aire ambiental ( y también específica ), mayor será la pérdida “Er, L.”. Pérdidas de calor por evaporación de la transpiración (Et)

Cuando el cuerpo humano transpira (sudor), frente a la temperatura ambiental, o bien producto de la actividad, entonces el cuerpo debe aportar una gran cantidad de calor  latente para evaporar esta transpiración ( agua líquida ). El sudor es una defensa que posee el cuerpo para que su temperatura no siga incrementándose, debido a que al rechazar calor para evaporar el sudor, la temperatura del cuerpo debe empezar a disminuir o bien estabilizarse.

5 Pérdidas de calor por difusió n de la hum edad de la piel (Ed)

La piel del cuerpo humano siempre está levemente húmeda debido a que la piel es porosa y por ende agua del interior del cuerpo aflora por los poros hasta la superficie. El cuerpo humano debe aportar calor, latente, para evaporar esta humedad. La diferencia con respecto a la pérdida de calor “Et”, es que Ed es de tipo permanente, pero de magnitud muy pequeña frente a la situación cuando se transpira producto del funcionamiento de la glándulas sudoríparas. Esta pérdida de calor está condicionada por las características sicrométricas del aire ambiental.

Er,s

QR

Qk = Qc + Q R

Qk

Er, L

Condición general Qc

Et

Ed

Calor interno (H)

( kcal / h )

H= M –W

Como

H = M (1 H / A

kcal/h , entonces :

W= M

DU

) kcal /h

= M / A

DU

(1-

)

( kcal / h m 2 )

 ANALISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL CUERPO

Sabemos que si frente a un ambiente térmico determinado, se cumple que. La temperatura del cuerpo aumenta, lo M DISIPACION TOTAL ENERGIA que expresamos como sensación de CALOR. Esto sucede en ambientes de alta temperatura. Entonces la temperatura del cuerpo tiende a subir, y esta tendencia es detectada por  los nervios de la superficie de la piel, cuales reaccionan informando, sobre esta tendencia, a la parte del cerebro denominada tálamo, donde reside el centro de control de temperatura corporal. Este centro nervioso responde tratando de corregir  la situación de aumento de temperatura. Primero permite que se expandan los vasos sanguíneos, que llevan la sangre hacia la superficie del cuerpo, con el fin de aumentar las pérdidas de calor por convección y radiación. También aumenta el ritmo cardíaco, en el objetivo de envíar más sangre por el sistema circulatorio. Además

6 aumenta el ritmo respiratorio para aumentar las pérdidas de calor por respiración sensible y latente ( mayor flujo másico de aire es aspirado ). Si el cuerpo humano aún no entra en balance térmico con el ambiente, entonces el tálamo estimula el funcionamiento de las glándulas sudoríparas para que aparezça el sudor ( agua líquida sobre la superficie de la piel ), entonces el cuerpo debe aportar una gran cantidad de calor (latente), para evaporar dicha transpiración y así hacer disminuir la temperatura del cuerpo. La transpiración es una gran defensa que posee el cuerpo humano para atenuar  el aumento de temperatura del cuerpo. Todas las actuaciones o correcciones señaladas anteriormente son automáticas, sin esfuerzo conciente de la persona y han sido originadas por la sensación de calor  (temperatura del cuerpo sobre los 37°C). Si la condición es aún insuficiente para mantener la temperatura adecuada del cuerpo, entonces el sistema nervioso toma medidas adicionales para la preservación de la vida, acentuando la sensación de malestar hasta el punto que el individuo se encuentra impulsado a adoptar medidas externas, de modo de restablecer el balance térmico. Estas medidas pueden ser: • Sacarse ropa ( aumenta las pérdidas por conducción). • Abrir puertas y ventanas, o colocar un ventilador ( aumentan las pérdidas por  convección al aumentar la velocidad del aire respecto a la persona). • Realizar un trabajo de menor nivel de actividad. Por lo tanto el balance térmico del cuerpo puede lograrse: • Aumentando las pérdidas de calor  • Disminuyendo el nivel de actividad (M / A DU menor ) Si a pesar de todas las correcciones señaladas anteriormente, tanto internas como externas, no logramos restablecer el equilibrio térmico, entonces se entra a una zona de calentamiento gradual e inevitable del cuerpo, con los daños fisiológicos correspondiente. Si ahora nos encontramos en un ambiente térmico donde: M < DISIPACION TOTAL La temperatura del cuerpo disminuye, y expresamos sensación de FRÍO. Acá el balance térmico puede lograrse de dos maneras: • Disminuyendo las pérdidas de calor. Se contraen los vasos sanguíneos, se respira más lento, se coloca más ropa, nos ubicamos frente a una fuente de mayor temperatura ( cerca de un calefactor), cerrando puertas y ventanas, etc. • Aumentando el nivel de actividad. Si a pesar de todas las correcciones, tanto internas como externas, no logramos establecer el balance térmico del cuerpo entonces entramos a una zona de enfriamiento gradual e inevitable del cuerpo, con tendencia a la muerte por  hipotermia.

7 NOTA: La unica alternativa de superar las condiciones térmicas adversas y peligrosas para la salud, frente a los casos anteriores, consis te en modific ar  las condiciones ambientales, tales como cambiar la temperatura del aire, media radiante de las paredes , humedad relativa del aire y velocidad del aire en el interior del local. DEFINICION DE CONFORT TERMICO.

Confort térmico óptimo, es aquella condición en que debe encontrarse una persona para que los elementos de control de temperatura del cerebro (termoreguladores) permanezcan inactivos . En la práctica, a través de investigaciones con grupos de personas en cámaras climáticas, se ha podido verificar que no es necesario ser tan estricto en las condición anterior para obtener confort térmico, sino que se permite un moderado nivel de transpiración ( según el grado de actividad ) y una variación muy leve de la temperatura interior corporal, respecto a los 37°C.

Medio ambiente

Actúa

Cuerpo humano

Manifestación

Nervios su . iel

Correcciones

• • • •

Variación ritmo cardíaco Variación ritmo pulmonar  Funcionamiento glándulas sudoríparas Temblor muscular 

Acciones internas

Informan

Cerebro tálamo

Ordena

Acciones externas

• • • •

FRIO

Modificar vestuario Modificar actividad Disponer elementos complementarios Etc.

CALOR Zona de balance térmico

Zona enfriam. inevitable

Zona calent. inevitable Zona confort térmico

35°C

39°C 37 °C Confort térmico óptimo

8 ECUACION DE BALANCE TERMICO DEL CUERPO

El balance térmico del cuerpo puede lograrse dentro del rango 35°C a 39°C (tal como se ilustra en la figura anterior) . Es decir el cuerpo humano a través de todas sus correcciones internas y además impulsado a realizar acciones externas, solamente puede estabilizar la temperatura del cuerpo entre ± 2 °C, respecto a 37°C. Todo lo anterior de acuerdo a las condiciones ambientales existentes. La primera condición básica para el confort térmico, es que el cuerpo humano debe encontrarse en balance térmico con el medio que lo rodea, y esto implica que toda la energía metabólica debe ser disipada al exterior del cuerpo. Por lo tanto podemos establecer las siguientes ecuaciones matemáticas: M = Disipación total de energía = W + Σ Pérdidas de calor  M – W = H = Σ Pérdidas de calor  H = Et + Ed + Er,s + Er, L + Qc + QR ( kcal / h) Qk También puede plantearse de la siguiente forma: H - Et - Ed - Er,s - Er, L = Qk = Qc + QR ( kcal / h) Expresándola por unidad de superficie del cuerpo desnudo ( A (1/ A DU )(H - Et- Ed- Er,s - Er, L ) =Qk / A

DU

=(1/ A

DU

DU

), tenemos:

)(Qc + QR ) ( kcal / h m 2) (1)

Para cuantificar las energías anteriores, se han desarrollado las siguientes ecuaciones, con las nomenclaturas correspondientes: ENERGIAS DE DISIPACION CORPORAL M W η H Et Ed Er,s Er,l Qk Qc QR

: Energía Metabólica : Trabajo Físico corporal : Eficiencia mecánica corporal : Calor Interno : Pérdidas de calor por evaporación del sudor (transpiración) : Pérdidas de calor por difusión de la humedad de la piel ( permeabilidad de la piel) : Pérdidas de calor por respiración sensible : Pérdidas de calor por respiración latente : Pérdidas de calor por conducción a través del vestuario : Pérdidas de calor por convección con el aire ambiente : Pérdidas de calor por radiación con las paredes del ambiente

CUANTIFICACIÓN DE LAS ENERGÍAS CORPORALES •

H / ADu = M/ ADu (1 - η)

•

Et / A Du = 0.42 [M/ A Du (1 - η) - 50 ]

•

Ed / ADu = 0.35 [1.92 tp – 25.3 –pa]

(kcal /h m 2 ) En confort térmico

9 •

Er,s / ADu = 0.0014 M/ A Du ( 34 – ta)

•

Er,l / ADu = 0.0023 M/ A Du ( 44 – pa)

•

Qk / ADu = ( tp – trop) / 0.18 Ιcl

(kcal /h m 2 )

NOTA : “ Icl “ es un índice práctico, que representa la resistencia térmica del vestuario.en una unidad original designada (clo), y sus valores posibles se encuentran contenidos en la Tabla 3.2 Se definió de la siguiente forma Icl = Rcl / 0.18

(m2 h °C / kcal )

Rcl = Resistencia térmica del vestuario en Recordar :

(clo)

Qk = A Du ( tp – trop ) / Rcl

( kcal /h)

•

Qc / ADu = fcl hc ( trop – ta)

•

QR / ADu = 3.41 ⋅ 10-8 fcl ( Trop 4 – Tmrt 4 )

•

tp = 35.7 – 0.032 M/ ADu (1 - η)

(°C)

•

hc = 10.4 √ v

( kcal/ h m2 °C )

• fcl = (Acl / ADu) = 1 + 0.15 Ιcl 0.63

Trop y Tmrt, en KELVIN En confort térmico

( factor de vestuario )

• pa = φ ⋅ pvs) ta presión parcial del vapor de agua en el aire ambiental •

(mm Hg)

( mmHg ) : presión parcial del vapor de pvs = 105.7384 106 e  – [ 3928.5/ (ta + 231.667) ] agua saturado en el aire, a la temperatura de bulbo seco

REEMPLAZANDO LAS ECUACIONES DE LAS ENERGÍAS EN LA ECUACIÓN DE BALANCE TERMICO (1), SE OBTIENE LA ECUACIÓN DE BAL.TERMICO (2)

M/ ADu (1 - η) - E t / A Du - 0.35 [1.92 tp – 25.3 – pa] - 0.0014 M/ A Du ( 34 – ta) - 0.0023 M/ A Du ( 44 – pa ) = ( tp – trop) / 0.18 Ιcl = fcl hc ( trop – ta) + + 3.41 ⋅ 10-8 fcl ( Trop 4 – Tmrt 4 ) “ Et “

y “ tp” , se analizarán posteriormente.

(2)

10 CONDICIONES PARA CONFORT TÉRMICO

1.- Que se cumpla el BALANCE TÉRMICO para el cuerpo. Para lograr esto la temperatura interior corporal debe estar comprendida entre 35 y 39 °C, es decir entre ± 2° de 37°C. 2.- Que la temperatura de la piel se encuentre dentro del rango comprendido entre 30° y 35 °C. En este caso tp = f( M/ ADu), y su correlación matemática es: tp = 35.7 – 0.032 M/ ADu (1 - )

(°C)

3.- Que exista un moderado nivel de transpiración. ( kcal/ h m2)

0 ≤ Et / A A Du ≥ 50

En este caso Et = f( M/ADu), y su correlación matemática es : Et / A Du = 0.42 [ M/ADu (1 - ) - 50 ]

( kcal/ h m2)

ECUACION PARA CONFORT TÉRMICO Ahora, introduciendo en la ecuación de B.T (2) las ecuaciones para “Et” y “tp” válidas solamente para condiciones de confort térmico, obtenemos la ecuación de confort térmico (3), en función de diversas variables o parámetros. M/ ADu (1 - η) - 0.42 [ M/ A Du (1 - η) - 50 ] - 0.35 [ 43 – 0.061 M/ A Du (1 - η) – pa] 0.0014M/ ADu ( 34 – ta) - 0.0023 M/ A Du ( 44 – pa ) = [35.7 – 0.032 M/ A Du (1 - η) – trop) ] / 0.18 Ιcl = fcl hc ( trop – ta) + 3.41 ⋅ 10-8 fcl ( Trop 4 – Tmrt 4 ) (3) Podemos concluir que para analizar y obtener condiciones de confort térmico humano debemos tener en consideración 6 tipos de variables o parámetros que son los siguientes:

•  ACTIVIDAD : M/ A Du ; • VESTUARIO : Icl ; fcl • VARIABLES AMBIENTALES : ta ;

tmrt ;

pa ( )

;

hc ( V )

Es decir debe considerarse el tipo de actividad a desarrollar en el lugar de permanencia, tipo de vestuario a utilizar y 4 variables ambientales. Ahora, la temperatura exterior de nuestro vestuario ( trop ) , no es una variable independiente, sino que resulta ser función de las variables señaladas anteriormente, es así que si igualamos el primer miembro de la ecuación de confort (3), con el segundo miembro, y despejamos “trop”, ésta resulta ser función de las siguientes variables, y obtenemos la ecuación de confort (4), dada a través de la temperatura de la ropa:

11 tro p,4 = f (M/ A Du ; Icl ; p a ; ta ) Entonces trop, 4 es la siguiente: trop 4 = f (M/ A Du (1 - ), cl , pa , ta ) trop 4 = 35.7 – 0.032 M/ A Du (1 - η) - 0.18 Ιcl { M/ ADu (1 - η) - 0.42 [M/ A Du (1 - η) - 50 ] 0.35 [ 43 – 0.061 M/ A Du (1 - η) – pa] - 0.0014 M/ ADu (1 - η) ( 34 – ta) - 0.0023 M/ A Du ( 44 –  pa ) } (4) Asimismo, si a continuación se iguala el segundo miembro de la ecuación (3) con el tercer  miembro, y despejando “trop”, se obtiene una función implícita para tp ( debido a la imposibilidad matemática de despejar trop) de la siguiente forma: tro p,5 = f(M/ A Du ; Icl ; ta ; tmrt ; hc ; trop ) trop 5 =35.7 – 0.032 M/ M/ ADu (1 - η) - 0.18 Ιcl { fcl hc ( trop – ta) + 3.41 ⋅ 10-8 fcl ( Trop 4  – Tmrt 4 ) } (5) Por lo tanto se puede apreciar que la ecuación de confort térmico (3), quedó desglosada en 2 ecuaciones, y representada a través de la trop,4 y trop,5, que es una misma variable. Para obtener condiciones de confort térmico, deben satisfacerse simultáneamente las ecuaciones (4) y (5). Normalmente la resolución matemática pasa por procedimientos iterativos. NOTA : a) Recordar que la igualdad entre el segundo miembro y el tercero, se origina en la condición general Qk = Qc + QR, que se cumple siempre existiendo confort o no , ecuacion (5) b) La igualdad del primer miembro con el segundo miembro se origina en la condición de balance térmico y confort, donde M = W + Pérdid as de calor  , ecuación (4). c) Para condiciones ambientales de no confort o cuando se trata de evaluar un ambiente térmico cualquiera, entonces no puede utilizarse la ecuación (4), y la temperatura de la ropa debe calcularse solamente con la ecuación (5) , es decir con trop,5.

12 TIPOS DE PROBLEMAS EN CONFORT TERMICO Para obtener condiciones de confort térmico podemos encontrarnos frente a dos situaciones diferentes, que son : 1.- CASOS DONDE ta = tmrt 2.- CASOS DONDE ta ≠ tmrt Para problemas de caso 1, normalmente, radican en calcular ta = tmrt para acondicionar  térmicamente un recinto, en confort. En este caso debemos iniciar el proceso, estimando una probable temperatura “ta” como solución del problema y enseguida verificar si ésta es la correcta, mediante un proceso matemático iterativo. Nos damos ta, probable solución  En la ecuación (4), de “trop,4” , calculamos previamente “pa = φ ⋅ pvs) ta “  En seguida calculamos trop,4, suponiendo conocidos M/ ADu ; Icl ; pa ; ta  En la ecuación (5) de “trop,5 “, usamos en el segundo miembro la “t rop” calculada  anteriomente. Se conocen además Icl y hc ( hc = 10.4 √ v ) Calculamos trop, 5 .  Confrontamos con trop, 4. Si la diferencia entre ambas temperaturas es menor de 0.1  °C ( error ), entonces aceptamos que el “ta” dado constituye la solución del problema. Si la diferencia es mayor, del error asignado, entonces debemos partir con otra etapa de  iteración, asignando un nuevo valor para ta, y repetir el proceso cuantas veces sea necesario hasta que trop, 4 ≅ trop,5 . En cada etapa de iteración la diferencia entre trop,4 y trop,5 debe ir decreciendo, es decir debemos ir convergiendo a la solución. El proceso de solución puede ser igual, en el caso de que la variable a obtener sea otra, tal como calcular el Icl o actividad o velocidad del aire. Para problemas del caso 2, normalmente, radican en calcular ta y tmrt para acondicionar  térmicamente un recinto, en confort.En este caso debemos conocer  M/ A Du ; Icl ; |ta – tmrt| φ y V . Iniciar el proceso, estimando una probable temperatura “ta” como solución del problema y enseguida verificar si ésta es la correcta, mediante un proceso matemático iterativo, semejante al caso 1. Nos damos ta, probable solución  En la ecuación (4), de “trop,4” , calculamos previamente “pa = φ ⋅ pvs) ta “  En seguida calculamos trop,4, suponiendo conocidos M/ ADu ; Icl ; pa ; ta  En la ecuación (5) de “trop,5 “, usamos en el segundo miembro la “t rop” calculada  anteriomente. Calculamos trop, 5 .  Confrontamos con trop, 4. Si la diferencia entre ambas temperaturas es menor de 0.1  °C ( error ), entonces aceptamos que el “ta” dado constituye la solución del problema. Si la diferencia es mayor, del error asignado, entonces debemos partir con otra etapa de  iteración, asignando un nuevo valor para ta, y repetir el proceso cuantas veces sea necesario hasta que trop, 4 ≅ trop,5 .. NOTA: Se puede apreciar que la solución matemática es compleja y requiere una gran cantidad de tiempo en búsqueda del resultado correcto, y muchos pasos de iteración, normalmente, se requieren

13 DIAGRAMAS DE CONFORT TERMICO En el objetivo de simplificar el cálculo para obtener condiciones de confort térmico, se han elaborado diagramas especiales, para directas aplicaciones prácticas, y con combinaciones bien definidas entre grado de actividad y vestuario (M/ ADu ; Icl ) DOS TIPOS DE GRÁFICOS DE CONFORT De acuerdo a lo señalado en los casos de problemas de confort, también existen dos tipos de gráficos que son: a) GRAFICOS para casos donde ta = tmrt ( Fig.3.1 + complementaria y Fig 7 ). b) GRAFICOS para casos donde ta ≠ tmrt ( Fig.3.2 + complementaria )

GRAFICOS PARA ta = tmrt Figura 3.1 Contiene 6 gráficos, confeccionados a partir de las ecuaciones de confort, para η = 0 y seis combinaciones entre actividad y vestuario: M/ A Du = 50 ; 100 ; 150 kcal/h m 2 Icl = 0.5 ; 1.0 clo Tienen como coordenadas, en las abscisas ta = tmrt y en la ordenada t* =TBH. Curvas paramétricas la humedad relativa del aire y velocidad relativa del aire ( φ ; V ) La figura 3.1 complementaria es de estructura similar, pero está confeccionada para vestuarios Icl = 0 y Icl = 1.5 clo Figura 7 Contiene 4 gráficos, confeccionados a partir de las ecuaciones de confort, para η= 0 ; φ = 50 % y cuatro tipos de vestuario: Icl = 0 ; 0.5 ; 1.0 y 1.5 clo Tienen como coordenadas, en las abscisas ta = tmrt y en la ordenada V ( velocidad del aire) Curvas paramétricas son los niveles de actividad: M/ A Du = 50 ; 75 ; 100 ; 125 y 150 kcal/h m 2

GRAFICOS PARA ta

tmrt

Figura 3.2 Contiene 6 gráficos, confeccionados a partir de las ecuaciones de confort, para η = 0 ; φ = 50 % y seis combinaciones entre actividad y vestuario: M/ A Du = 50 ; 100 ; 150 kcal/h m 2 Icl = 0.5 ; 1.0 clo Tienen como coordenadas, en las abscisas ta y en la ordenada tmrt. Curva paramétrica la velocidad relativa del aire (φ ; V ) NOTA: Cualquier punto en la diagonal de un gráfico representa aquella condición de confort donde ta = tmrt. La figura 3.2 complementaria es de estructura similar, pero está confeccionada para vestuarios Icl = 0 y Icl = 1.5 clo.

14 INFLUENCIA RELATIVA DE LAS VARIABLES DE CONFORT La influencia relativa de cada una de las principales variables que intervienen en la ecuación de confort puede ser obtenida por diferenciación parcial, de la ecuación de confort, seguida por la determinación de coeficientes diferenciales, del tipo “ t/ ... “ Las figuras 3.3 y 3.4 contienen diagramas confeccionados con diferentes coeficientes diferenciales. FIGURA 3.3 Contienen diagramas con los coeficientes diferenciales t/ pa ; ta/ tmrt ; t/ Icl , determinados para φ = 50 % y η= 0. FIGURA 3.4 Contienen diagramas con los coeficientes diferenciales t / V ; t / determinados para φ = 50 % y η= 0.  An ali cemos el c oefic ien te

( M/ A Du)

t / Icl ( °C / clo )

Representa el cambio necesario en ta y tmrt ( ta = tmrt ) para restablecer las condiciones de confort, cuando la resistencia térmica del vestuario experimenta la variación de una unidad, es decir 1 clo. Existen 3 gráficos de este coeficiente para actividades de M/ ADu 50 ; 100 y 150 kcal / h m 2 En el eje de las abscisas está Icl y en el eje de las ordenadas el coef. diferencial. Curva paramétrica es la velocidad del aire. Si el coeficiente fuese δt / δIcl = - 6.2 ( °C / clo). significa que por cada clo que varíe el vestuario, debemos variar en 6.2 °C la temperatura del aire, para restablecer nuevas condiciones de confort. El signo negativo significa que si el Icl lo aumentamos, entonces debemos disminuir la temperatura del aire para restablecer las condiciones de confort ( son de signos contrarios) De acuerdo a lo anterior podemos establecer la siguiente condición: t / Icl = t / Icl

Por lo tanto, para cualquier variación del vestuario, la variación en la temperatura del aire, para el confort será:

t) Icl = Icl ( t / Icl)

(°C)

Coeficiente t / ( M/ A Du)

°C / (kcal/h m 2 )

Representa el cambio necesario en ta y tmrt ( ta = tmrt ) para restablecer las condiciones de confort, cuando el nivel de actividad de la persona experimenta la variación de una unidad, es decir 1 kcal/h m 2 Existen los mismos tipos de gráficos de este coeficiente, que el caso anterior. Si el coeficiente fuese t / ( M/ A Du) = - 0.16 C / (kcal/h m 2 , significa que por cada kcal/h m 2 que varíe la actividad , debemos variar en 0.16 °C la temperatura del aire, para restablecer nuevas condiciones de confort. El signo negativo significa que aumentamos el nivel de avtividad, entonces debemos disminuir la temperatura del aire para restablecer las condiciones de confort ( son de signos contrarios)

15 De acuerdo a lo anterior podemos establecer la siguiente condición: t / ( M/ A Du) = t / M/ A Du

Por lo tanto, para cualquier variación del vestuario, la variación en la temperatura del aire, para el confort será:

t) M/ ADu = M/ A Du * ( t / ( M/ A Du))

Coeficiente ta / tmr t

(°C)

( °C / °C )

Representa el cambio necesario en ta para restablecer las condiciones de confort, cuando la temperatura media radiante de las paredes (tmrt) experimenta la variación de una unidad, es decir 1 °C. Existen los mismos tipos de gráficos de este coeficiente, que los casos anteriores. Si el coeficiente fuese ta / tmrt = - 0.75, significa que por cada °C que varíe la temperatura de las paredes, debemos variar en 0.75 °C la temperatura del aire, para restablecer nuevas condiciones de confort. El signo negativo significa que si disminuye la temperatura de las paredes, entonces debemos aumentar la temperatura del aire para restablecer las condiciones de confort ( son de signos contrarios) De acuerdo a lo anterior podemos establecer la siguiente condición: ta/ tmrt = ta / tmrt ta) tmrt = tmrt *( ta / tmrt)

Por lo tanto, para cualquier variación del vestuario, la variación en la temperatura del aire, para el confort será: (°C)

Coeficiente t / pa ( °C / mm Hg) Representa el cambio necesario en ta y tmrt ( ta = tmrt ) para restablecer las condiciones de confort, cuando la presión parcial del vapor de agua del aire experimenta la variación de una unidad, es decir 1 mm Hg. Existen los mismos tipos de gráficos de este coeficiente, que los casos anteriores Si el coeficiente fuese δt / δpa = - 0.12 ( °C / mm Hg) significa que por cada mmHg que varíe “pa”, debemos variar en 0.12 °C la temperatura del aire, para restablecer nuevas condiciones de confort. El signo negativo significa que si pa ( ) lo aumentamos, entonces debemos disminuir la temperatura del aire para restablecer las condiciones de confort ( son de signos contrarios) De acuerdo a lo anterior podemos establecer la siguiente condición: t / pa = ta / pa

Por lo tanto, para cualquier variación de pa ( ), la variación en la temperatura del aire, para el confort será:

16 t) pa = pa ( t / pa) (°C) Como, normalmente lo que controlamos directamente en un ambiente es su humedad relativa, y un cambio de ésta se traduce en una variación de “pa”, entonces expresemos pa en función de . pa =

pvs)ta’

Donde “ ta’ ” corresponde a la última temperatura ya corregida o ajustada por las otras variables, tales como actividad, vestuario y temperatura media radiante. Como gran aplicación de estos coeficientes, es obviar el uso de las ecuaciones de confort. Podemos utilizar los gráficos de confort, para la combinación de actividad y vestuario más próximo a nuestro problema real y posteriormente corregir la temperatura de confort por lo que difiere la actividad, vestuario , humedad relativa y temp.media radiante, reales, respecto al gráfico usado inicialmente. Como ejemplo : Supongamos que deseamos obtener temperatura de confort con ta = tmrt y conocemos: M/ ADu = 90 kcal/h m2

Icl = 1.1 clo

φ= 65 %

V = 0.1 m/s

NO EXISTE GRAFICO DE CONFORT PARA ESTE CASO. Entonces podemos obtener  inicialmente una temperatura.de confort utilizando el gráfico de Fig.3.1 , para : M/ ADu = 100 kcal/h m2 Icl = 1.0 clo φ= 50 % V = 0.1 m/s Se obtiene gráficamente un ta’ = tmrt ‘ = 15 °C La temperatura real para nuestro caso se obtendrá aplicando correcciones por  M/ A Du = -10 Icl = + 0.1 pa = pvs)ta’ = (0.65 –0.5) pvs )ta’ = +0.15 pvs)ta’ ta = tmrt = ta’ + t) M/ Adu +

t) Icl +

t) pa

17 CAPITULO II.

EVAL UACION DE AMBIENTES TERMICOS

Evaluar un ambiente térmico determinado, en las condiciones que se encuentra, se trata de poder cuantificar el nivel de sensación térmica que experimentarían un grupo de personas que ocupasen dicho ambiente, y así poder tener una referencia para conocer si las personas sentirán frío o calor, y a que nivel, o bien estar próximos a las condiciones de confort térmico. Lo anterior permitirá decidir si es necesario modificar artificialmente ese ambiente, instalando un sistema de aire acondicionado de frío o calor, o bien algún sistema de calefacción más tradicional ( calefacción central con agua caliente, calefactores eléctricos localizados, calefacción con placas infrarrojas, estufas de algún tipo, etc.) Para este efecto la ASRHAE ( Sociedad Americana de Ingenieros en calefacción, refrigeración y aire acondicionado), definió 7 niveles sicofísicos de sensación térmica, y que se exponen en la siguiente escala: +3 +1 +2 0 -1 -2 -3

: : : : : : :

MUY CALUROSO CALUROSO LIGERAMENTE CALUROSO ( TIBIO ) NEUTRO ( CONFORT ) LIGERAMANTE FRIO ( FRESCO ) FRIO MUY FRIO

VOTACION MEDIA ESPERADA ( PMV ) En un índice de sensación térmica promedio que manifestarían ( o experimentarían) un grupo de personas , expuestas a un ambiente térmico determinado. Obviamente, este índice debe estar basado en la escala de sensación térmica elaborada por  la ASRHAE, y es así que se tiene: PMV > 0 Para ambientes calurosos PMV = 0 Para condiciones de confort térmico PMV < 0 Para ambientes fríos El índice PMV dependerá de la actividad que desarrollen las personas, en un ambiente, y de la carga térmic a (L). Se entiende por carga térmica, el desbalanceamiiento térmico que tendrán las personas en recinto que se estudia. CARGA TERMICA

= L = H - Σ Pérdidas de calor 

L > 0 ⇒ H > Σ Pérdidas de calor  ⇒ L = 0 ⇒ H = Σ Pérdidas de calor  ⇒ L < 0 ⇒ H < Σ Pérdidas de calor  ⇒ L = H - Et - Ed - Er,s - Er,l - Qc - Q R

SENSACION DE CALOR BALANCE TERMICO SENSACION DE FRIO ( kcal /h )

18 Por lo tanto PMV = f (M/ A Du ; L ) La función anterior se determinó a través de ensayos con grupo de personas, ubicadas en una cámara climática a diferentes condiciones de temperatura y humedad relativa. De los resultados de dichos ensayos se logró obtener la siguiente relación matemática para cuantificar el índice PMV.

VOTACION MEDIA ESPERADA (PMV) PMV = ( 0.352 e  – 0.042 M/ADu + 0.032 ) * L

Para expresar la ecuación anterior en función de las variables del ambiente, se procede a reemplazar “L” en función de las pérdidas de calor y éstas a su vez en función de sus parámetros, quedando de la siguiente forma: PMV = ( 0.352 e  – 0.042 M/ADu + 0.032 ) { M/ADu (1 - η) - 0.42 [ M/A Du (1 - η) - 50 ] - 0.35 [ 43 – 0.061 M/A Du (1 - η) – pa] - 0.0014 M/A Du (34 – ta) - 0.0023 M/A Du ( 44 – pa ) - [35.7 – 0.032 M/A Du (1 - η) – trop,5) ] / 0.18 Ιcl } (6) NOTA: La temperatura de la ropa a utilizar, en estos casos, debe ser necesariamente la que se obtenga con la ecuación (5),es decir con trop, 5 ya que proviene de la condición general Qk = Qc + QR . Analizando las ecuación (6) se aprecia que el índice PMV resulta ser función de : PMV = f (M/ADu ; pa (φ ) ; ta ; Icl ; trop, 5 ) Pero trop,5 a su vez es función de tro p,5 = f(M/ A Du ; Icl ; ta ; tmrt ; hc ; trop ) Lo que finalmente nos conduce a la conclusión que PMV depende de: PMV = f (M/ADu ; Icl ; ta ; tmrt ; pa ( ) ; hc ( V ) ) TABL AS DE PMV ( Tablas 13 ) En el objetivo de simplificar el cálculo del PMV, se han elaborado tablas especiales que contienen diversos valores del índice PMV para ambientes con φ = 50 % ; η = 0 y condición ta = tmrt, para diferentes tipos de actividad ; vestuario y velocidad relativa del aire ( Tablas 13). Se disponen de 6 Tablas, encabezadas para un tipo de actividad determinada, que son: M/A Du = 50 ; 60 ; 80 ; 100 ; 120 y 150 kcal/h m 2

19   

Cada Tabla contiene Icl = 0 ; 0.25 ; 0.5 ; 0.75 ; 1: 1.25 ; 1.5 clo Velocidades del aire que van desde < 0.1 hasta 1.5 m/s ta = tmrt variables, para cada caso.

Para determinar el índice PMV, primero debemos seleccionar la tabla correspondiente para el tipo de actividad que se desarrolla en el local que se estudia. Después se entra con el Icl , ta=tmrt y velocidad del aire. Analizando las Tablas correspondientes, se puede apreciar que hay valores positivos y negativos, como es de esperar, y por lo tanto, para aquella situación donde el PMV=0 corresponde a una condición de confort. Esto se puede obtener interpolando entre los valores más próximos a cero. Las Tablas, naturalmente, no pueden tener todas las múltiples combinaciones que pueden existir entre las 6 variables que participan en un ambiente térmico, por lo tanto éstas poseen su grado de restricción en las aplicaciones. Para ampliar el campo de aplicación de éstas se han obtenido determinados coeficientes diferenciales del tipo ( PMV/ ......), cuales se analizan a continuación: CURVAS DE VARIACION PARCIAL PARA AJUSTAR EL PMV DE TABLAS Cuando el valor de algunas de las variables, que permiten determinar el PMV, no se encuentra dentro de las que contienen las Tablas 13, entonces se puede evaluar la situación realizando un proceso combinado entre lo que contienen las Tablas y ajustado o corregido a través de los coeficientes diferenciales ( PMV/ ......), contenidos en la figura 4.1. Es un proceso parecido a las correcciones efectuadas para confort térmico con los coeficientes t / ....... Estos coeficientes se encuentran graficados para 3 actividades que son M/A Du = 50 ; 100 y 150 kcal/h m2 y con φ = 50 % ; η = 0 . ( PMV/

) Representa la variación que experimenta el PMV de un ambiente cuando su humedad relativa varía en 1 %.

Entonces podemos plantear que: (δ PMV/ δφ ) = ∆PMV / ∆φ PMV) =

( PMV/

)

( PMV/ t ) Representa la variación que experimenta el PMV de un ambiente cuando la temperatura del aire y media radiante de las paredes varían en 1 °C. Acá se considera que ta = tmrt. Entonces podemos plantear que: (δ PMV/ δt ) = ∆PMV / ∆t PMV) t =

t ( PMV/ t )

20 ( PMV/ tmrt ) Representa la variación que experimenta el PMV de un ambiente cuando, solamente, la temperatura media radiante de las paredes varía en 1 °C. Entonces podemos plantear que: (δ PMV/ δtmrt ) = ∆PMV / ∆tmrt PMV) tmrt =

t mrt ( PMV/ t )

Finalmente, para obtener el PMV buscado, para nuestro ambiente real, se obtiene: PMV = PMV’ + PMV) + PMV) t + PMV) tmr t PMV’ : De Tabla 13 para condiciones más próximas a situación real PMV) ; PMV) t y PMV) tmrt : De ecuaciones usando los coeficientes diferenciales de figura 4.1

PORCENTAJE DE PERSONAS INCONFORTABLES (PPD) Es un índice que nos permite tener otro elemento de análisis, para emitir un juicio respecto a la naturaleza de cualquier ambiente térmico. Se entiende por PPD al porcentaje de las personas que ocupan un ambiente térmico y que frente a él se sienten marcadamente inconfortables, entendiéndose como tal a los niveles de sensación térmica comprendidos entre –2 y –3 ( para frío) y +2 y +3 ((para calor). Niveles de sensación térmica de –1 o +1 no se consideran como marcadamente inconfortables, ya que no siendo condiciones de confort, son soportables para las personas. El índice PPD se determinó experimentalmente, mediante ensayos con grupos de personas, en cámaras climáticas, igual que el índice PMV. Del análisis de los resultados se pudo obtener una dependencia entre ambos índices, cual se encuentra graficada en la figura 4.2 PPD %

5 PMV -

0 + El PPD mínimo corresponde a un 5% ( para condiciones de confort térmico)

21 CAPITULO III. AMBIENTES CALUROSOS INDUSTRIALES En este capítulo se estudian los diversos esfuerzos térmicos y sus implicancias fisiológicas en las personas que se encuentran expuestas, durante un período extenso , a un ambiente caluroso. Previamente se hace necesario definir una nueva temperatura que interviene en esta materia, y es aquella denominada “ TEMPERTAURA RESULTANTE (TR ) . “Es la temperatura uniforme de un ambiente negro, ficticio, que rodea a una persona y con la cual intercambia el mismo calor por convecci ón y radiación, respecto al ambiente real”. Necesariamente la temperatura resultante TR, debe encontrarse entre ta y tmrt.  AMBIENTE REAL

AMBIENTE FICTICIO ( EQUIVALENTE)

tmrt ta

tmrt

tmrt’

ta

ta’

Qr 

Qr’

Qc’

Qc

( )

• • • •

ta’ = tmrt’ = T R

Qc + QR = Qc ‘ + QR’

La temperatura resultante necesariamente debe estar comprendida entre ta y tmrt del ambiente real. La temperatura resultante de alguna manera puede medirse en forma práctica. A través de investigaciones, se ha encontrado que se puede medir con un termómetro denominado “ de globo “ , que reune condiciones bien determinadas de tamaño y naturaleza de su superficie externa. El termómetro de globo investigado en Estados Unidos es una esfera de cobre hueca, de diámetro 6” (≈ 15 cm ), pintada de negro por su cara exterior. La temperatura registrada en el interior de la esfera corresponde a la temperatura resultante TR . TR

TR = TG

A través del desarrollo matemático de la relación ( ) y arreglos matemáticos se llega a obtener la siguiente ecuación para calcular T R. TR = ( hc ta + 4,3 tmrt ) / ( hc + 4,3 )

( °C )

22 hc = 10,4

V

kcal / h m 2 °C

Aprovechando la ecuación anterior podemos calcular la temperatura media radiante (tmrt) de un ambiente determinado, si se conoce la velocidad del aire del ambiente (hc), la temperatura de bulbo seco y logramos medir T G = TR .  AMBIENTES CAL UROSOS INDUSTRIALES En la industria hay muchas situaciones ambientales en las cuales los trabajadores deben estar expuestos al calor. Usualmente lograr un acondicionamiento de aire para confort es imposible o impracticable. Lo anterior implica que las personas se encontrarán sometidas a un esfuerzo térmico, por  exposición al calor, pero que deberá ser mantenido por debajo del nivel de peligro fisiológico. Existen diversos trastornos y peligros fisiológicos por exposición al calor. La severidad de éstos dependen de la magnitud y el tiempo de elevación de la temperatura del cuerpo. Los trastornos correspondientes, en general podemos agruparlos de la siguiente forma: 1.- AGOTAMIENTO TERMICO LEVE

• • • •

Fatiga Dolor de cabeza Vértigos Vómitos

2.- AGOTAMIENTO TERMICO SEVERO

• •

Calambres Desmayos

3.- SHOCK TERMICO

• • •

Daños cerebrales Estado de coma Muerte

En condiciones de exposición térmica calurosa, una persona trabajando puede establecer un balance térmico, pero sólo con transpiración activa, temperatura elevada del interior del cuerpo y de la piel y una velocidad cardíaca acelerada. Los límites superiores de tolerancia fisiológica, a la exposición térmica, están determinados por el límite más alto al cual pueden ser elevados con seguridad los índices de esfuerzo térmico velocidad de transpiración, temperatura del cuerpo y velocidad cardíaca. INDICE DE ESFUERZO TERMICO “ HSI” Dos investigadores BELDING & HATCH, propusieron un índice de esfuerzo térmico, por  exposición al calor, y lo designaron “HSI” . Este concepto está basado en dos criterios fisiológicos y sobre la ecuación fundamental del balance térmico del cuerpo. Los criterios fisiológicos son los siguientes: a) Que la temperatura de la piel ( tp ), no deba exceder de 35° C ( 95 ° F ).

23 b) Con el fin de limitar las pérdidas de líquido del cuerpo, la velocidad de transpiración no deberá exceder de 1 lt /h, lo que equivale aproximadamente a una pérdida de calor por  evaporación de la transpiración de 2400 BTU / h (Et ). En el objetivo de encontrar una expresión matemática para cuantificar el esfuerzo térmico, a que se encontrará una persona en un ambiente caluroso, se parte de la ecuación de balance térmico del cuerpo con su ambiente. Recordando, tenemos: H – Et - Ed – Er,s - Er,l = Qk = Qc + Q R

( BTU / h )

Despreciando aquellas pérdidas de calor poco influyentes en condiciones térmicas severas, tales como Ed, Er,s y Er,l ; se tiene : Et = H - Qc - QR

( BTU / h )

Et representa las pérdidas de calor por evaporación de la transpiración necesaria para obtener el balance térmico del cuerpo, es decir la necesaria para equilibrar el calor interno con las pérdidas de calor por convección y radiación. Cálculo de Et en BTU /h H/ADU = M/ADU ( 1 - η )

kcal / h m2

H = ADU ⋅ M/ADU ( 1 - η )

kcal / h

Como

1 kcal ≈ 4 BTU / h

H = 4 A DU ⋅ M/ADU ( 1 - η )

BTU / h

Tomamos el área standard, para persona joven que pesa 70 kg y mide 1,73 m de estatura, que es de 1,84 m 2, y tenemos: H = 4 ⋅ 1,84 ⋅ M/ADU ( 1 - η )

BTU / h

Finalmente: H = 7,36 M/A DU ( 1 -

)

BTU / h

Pérdid as de calor por convección Los investigadores propusieron la siguiente relación simplificada: Qc = 2 V 0.5 ( tp – ta)

BTU /h

Tomando para la temperatura de la piel , el valor límite aceptado que es de 95 °F, se tiene: Qc = 2 V 0.5 ( 95 – ta) Donde :

BTU /h

24 V es la velocidad del aire , en pie / min ta = temperatura de bulbo seco del aire . en °F. Perdidas de calor por radiacion Se propuso la siguiente relación simplificada: QR = 22 ( tp - tmrt )

BTU /h

Tomando el tp límite de 95 °F , se tiene: QR = 22 ( 95 - tmrt )

BTU /h

PERDIDAS DE CALOR MAXIMA POR EVAPORACION DE LA TRANSPIRACION La pérdida de calor máxima por evaporación de la transpiración que puede experimentar  una persona, está dada por las condiciones sicrométricas del aire ambiental, es decir de su temperatura , humedad relativa y velocidad del aire. Esta pérdida por evaporación está dada por la siguiente ecuación de transferencia de masa: Et, máx = 517 V 0.4 ( pp - pa )

BTU /h

Donde : V = velocidad del aire, en pie /min pp = presión parcial del vapor de agua saturado, a la temperatura de la piel, en psia. pa = presión parcial, real, del vapor de agua en el aire, en psia. Tomando la temperatura de la piel en 35 °C, se tiene que pvs) Como 1 psia = 51,7 mm Hg Ahora

se tiene que :

pa = φ ⋅ pvs ) ta

Finalmente, se tiene que: Et, máx = 517 V

0.4

( 0.816 - pa )

DEFINICION DEL INDICE HSI HSI =

(Et / Et, máx ) 100

BTU /h

35°C

= 42,17 mm Hg

pvs) 35°C = 0,816 psia

25 El HSI nos permite relacionar la pérdida de calor por evaporación de la transpiración que debiera experimentar el cuerpo humano, para entrar en balance térmico con el ambiente, de tal modo que la temperatura de la piel no exceda de los 35°C = 95°F, respecto a la pérdida de calor máxima por este concepto, es decir  el que permite el ambiente, y que corresponde a la pérdida real por evaporació n de la transpi ración.

Si el HSI < 100

significa que la persona estará expuesta a un esfuerzo térmico

menor que el máximo permitido, y que podrá entrar en balance térmico con una temperatura de la piel < 35°C ( 95°F). Si el HSI = 100 significa que la persona estará expuesta a un esfuerzo térmico en el máximo permitido, y que podrá entrar en balance térmico con una temperatura de la piel = 35°C ( 95°F). Si el HSI > 100 significa que la persona estará expuesta a un esfuerzo térmico mayor que el máximo permitido, y que no podrá entrar en balance térmico con una temperatura de la piel límite de 35°C ( 95°F). Solamente podría entrar en balance térmico con una temperatura superior a 35°C, lo cual sobrepasa el límite máximo permitido sin poner en riesgo la salud. Por lo tanto una persona no puede estar sometida a un HSI mayor de 100. La única solución posible consiste en modificar las condiciones de algunas variables ambientales. Las implicancias fisiológicas de los diferentes valores del HSI ≤ 100, sobre una persona, en un ambiente caluroso, en una jornada diaria de 8 horas, se detallan en la Tabla 15.3. Un resumen de esta Tabla se indica a continuación: RESUMEN TABL A 15.3 --- HSI HSI -20 a -10 0 +10 a +30 +40 a +60 +70 a +90 100

Implicancias fisi ológ icas exposici ón al calor durante 8 hrs. Tensión térmica suave. Recuperación del calor  Sin tensión térmica Tensión térmica suave. Disminución en el rendimiento Tensión térmica severa. Amenazas para la salud. Tensión térmica muy severa. Sólo un pequeño % está apto. Máximo trabajo tolerado por hombres jóvenes y adecuados.

INDICE DE ESFUERZO TERMICO TGBH ( Ley Chil ena ) Este índice, corresponde a la Ley Chilena según Decreto N° 19 del 14 de Enero de 1976. TGBH significa TEMPERATURA DE TERMOMETRO DE GLOBO CON BULBO SECO. Es un método muy sencillo de aplicar y su expresión de cálculo es de carácter empírico. La Ley citada anteriormente fija valores máximos permisibles de este índice, en lugares de trabajo. La Tabla de límites máximos permitidos corresponde a la carga calórica a que los trabajadores podrán exponerse en forma repetida, sin provocar efectos adversos a la salud.

26 Sus valores se aplican a :

• • •

Trabajadores aclimatados al calor. Con vestimenta ligera adecuada. Con suministro de agua y sal, durante la jornada de trabajo. Para reponer la deshitración y pérdidas de sales, producto de la transpiración.

El objetivo fundamental en que se basa este índice, es el criterio fisiológico de que la temperatura interior co rpor al no sobr epase los 38°C. El TGBH es una temperatura, en °C , que es el resultado de las ponderaciones de diferentes temperaturas, y las cuales son un reflejo del esfuerzo térmico y magnitud de determinadas pérdidas de calor. CALCULO DEL TGHB A QUE ESTA EXPUESTA UNA PERSONA Se distinguen dos situaciones: a) Para ambientes expuestos a radiación infrarroja o radiación de onda corta o de altas temperaturas de fuentes emisoras. TGBH = 0.7 TBHN + 0.2 TG + 0.1 TA

( °C )

b) Para ambientes expuestos a radiación de onda larga o de bajas temperaturas de fuentes emisoras. TGBH = 0.7 TBHN + 0.3 TG

( °C )

DONDE: TBHN = Temperatura de bulbo húmedo en convección natural, en °C. TG = Temperatura de termómetro de globo o temperatura resultante, en °C. TA = Temperatura de bulbo seco del aire, en °C. TABLA de TGBH, máx.

Tipo de trabajo Continuo 75% Trabajo 25% Descanso c/h 50% Trabajo 50% Descanso c/h 25% Trabajo 75% Descanso c/h

 A C T I V I D A D LIVIANA M/A DU 109 kcal / h m 2 30.0

MODERADA M/A DU 190 kcal / h m 2 26.7

PESADA M/A DU 190 kcal / h m 2 25.0

30.6

28.0

25.9

31.4

29.4

27.9

32.2

31.1

30.0