Estrés Calórico: Medición y Evaluación según ISO 7243 César Martínez Yagüe Ingeniero en Prevención de Riesgos y Medio Ambiente Universidad Bernardo O’Higgins Zanzíbar Poniente 7836. Santiago - Chile, 56 02 4158112
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Abstract El ser humano es un organismo homeotermo, esto implica que las reacciones metabólicas requieren una temperatura constante (alrededor de 37ºC) para desarrollarse, y en consecuencia el propio organismo dispone de mecanismos de regulación de la temperatura interna. Cuando la temperatura central del cuerpo supera los 38ºC ya se pueden producir daños a la salud y, a partir de los 40,5ºC, la muerte. El estrés por calor se produce cuando el entorno de una persona (temperatura del aire, temperatura radiante, humedad y velocidad del aire), su ropa y su actividad interactúan para producir una tendencia a que la temperatura corporal aumente, originando un riesgo para su salud y productividad. Toda acción preventiva desarrollada para minimizar el riesgo de la exposición ocupacional a calor, requiere efectuar mediciones que permitan evaluar el estrés térmico al que está sometido un trabajador en un medio ambiente caluroso, a nivel internacional la norma ISO 7243, nos entrega las técnicas de medición y evaluación. Palabras clave: Estrés térmico, índice TGBH, exposición a calor, evaluación estrés térmico, ISO 7243. Introducción La exposición laboral a calor constituye, frecuentemente, una fuente de problemas que se traducen en quejas por falta de confort, bajo rendimiento en el trabajo y, en ocasiones, riesgos para la salud. Por otra parte, el estudio del ambiente térmico requiere del conocimiento de las condiciones ambientales, del tipo de trabajo y del individuo. La combinación de estas variables que se presentan en el mundo laboral, pueden generar un riesgo para la salud de los 16ª SEMANA DE LA SALUD OCUPACIONAL – Medellín, Colombia – Noviembre de 2010 http://www.saludocupacional.com.co/
trabajadores. Esto está condicionado, casi siempre, a la existencia de radiación térmica (superficies calientes), humedad (mayor a 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. Una persona está expuesta a estrés térmico, cuando existen factores ambientales y propios del trabajo realizado que pueden hacer subir su temperatura corporal interna por encima de los 38° C: • F a c t o r e s A m b i e n t a l e s : La temperatura, la humedad, la velocidad del aire y, además, la temperatura de las superficies que rodean al puesto de trabajo, como piso, muros, techo, equipos, etc. • F a c t o r e s P r o p i o s d e l T r a b a j o : El esfuerzo físico que demandan las tareas realizadas y las características térmicas de la ropa de trabajo.
Existen diversos métodos para valorar el ambiente térmico en sus diferentes grados de agresividad, entre ellos: • El ín d i c e d e p r e f e r e n c i a m e d i a e s t i m a d a , PMV, permite determinar la sensación térmica para el cuerpo como un todo. • L a t a s a r e q u e r i d a d e s u d o r , SWreq, es un índice que calcula la sudoración necesaria para conseguir el equilibrio térmico a partir de una ecuación perfeccionada del equilibrio térmico, pero lo más importante es que constituye un método práctico para interpretar los cálculos comparando lo que se necesita con lo que es fisiológicamente posible y aceptable en el ser humano. • E l ín d i c e W B G T , temperatura de globo y bulbo húmedo, índice que se utiliza, por su sencillez, para evaluar el estrés calórico a que está sometido un trabajador en un medio ambiente caluroso.
Como el cuerpo controla el calor Debido a que el cuerpo humano es de sangre caliente, puede mantener una temperatura interna más o menos constante, aunque esté expuesto a temperaturas ambientales variables. Para mantener la temperatura interna dentro de límites seguros, el cuerpo tiene que eliminar el calor 16ª SEMANA DE LA SALUD OCUPACIONAL – Medellín, Colombia – Noviembre de 2010 http://www.saludocupacional.com.co/
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excesivo. Para eliminar el calor, el cuerpo cambia el ritmo y la cantidad de circulación de sangre en la piel. Cambia también la cantidad de líquido que las glándulas sudoríparas eliminan por la piel. Estas reacciones automáticas ocurren cuando la temperatura de la sangre sobrepasa los 98.6 °F (37 °C). El cerebro controla estas reacciones y las mantiene en equilibro. Durante este proceso de bajar la temperatura interna, el corazón empieza a bombear más sangre, los vasos sanguíneos se dilatan para adaptarse al aumento de la circulación, y los vasos sanguíneos microscópicos (capilares), que pasan por las capas superiores de la piel, empiezan a llenarse con sangre. La sangre circula más cerca de la superficie de la piel, y el calor excesivo se transfiere al ambiente más fresco. Si la pérdida de calor por el mecanismo descrito anteriormente es insuficiente, el cerebro sigue pensando que el cuerpo se calienta demasiado, por lo que envía señales a las glándulas sudoríparas para que eliminen grandes cantidades de sudor por la superficie de la piel. La evaporación de la transpiración refresca la piel y elimina grandes cantidades de calor del cuerpo. Cuando las temperaturas ambientales se acercan a la temperatura normal de la piel, el enfriamiento del cuerpo se complica. Si la temperatura del aire está igual o más elevada que la de la piel, la sangre que llega a la superficie del cuerpo no puede perder calor. Bajo estas condiciones, el corazón sigue bombeando sangre a la superficie del cuerpo. Las glándulas sudoríparas eliminan líquidos con electrolitos a la superficie de la piel. La evaporación se convierte en la manera más eficaz de mantener una temperatura constante en el cuerpo. La transpiración no refresca el cuerpo a menos que la humedad se elimine del cuerpo por evaporación. Bajo condiciones de alta humedad, la evaporación de la transpiración de la piel disminuye. Los esfuerzos del cuerpo por mantener una temperatura aceptable pueden verse considerablemente afectados. Estas condiciones dañan la capacidad de una persona de trabajar en un ambiente caluroso. Mucha sangre llega a la superficie externa del cuerpo. Relativamente menos sangre llega a los músculos activos, al cerebro, y otros órganos internos. Como consecuencia de ello, la fuerza del cuerpo disminuye, y el cansancio se produce antes de lo normal. El trabajador pierde su capacidad de estar alerta y puede afectarse la capacidad mental, así como también, la exactitud de los trabajos delicados o detallados. Otros trabajadores pueden ver disminuida su capacidad de comprender y retener información. Todo esto puede causar, que un trabajador no preste atención a los procedimientos de seguridad, o que se distraiga durante trabajos peligrosos. 16ª SEMANA DE LA SALUD OCUPACIONAL – Medellín, Colombia – Noviembre de 2010 http://www.saludocupacional.com.co/
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Riesgos para la Salud de la Exposición a Calor Los riesgos para la salud del personal que trabaja en ambientes calurosos dependen en forma importante de la condición física (edad, metabolismo, peso, uso de medicamentos, hipertensión, etc.) y grado de aclimatación al calor (OSHA, 2009). Entre los principales síntomas de una persona expuesta a calor se tienen los siguientes: a) F a t i g a : Los signos y síntomas principales de la fatiga son disminución en el rendimiento de la habilidad motriz, mental o de atención del trabajo. b) A g o t a m i e n t o : Los síntomas son dolor de cabeza, náusea, mareos, sed y vértigo. c) Ca l a m b r e s : Normalmente se presentan cuando el trabajo es muy intenso. Se atribuye a una falta de sales, debido a la pérdida que se produce por la transpiración. d) C o l a p s o : El cerebro no recibe suficiente oxígeno, debido a que la sangre fluye principalmente a las extremidades. Como resultado de esto, la persona expuesta se puede desmayar. e) E n r o j e c im i e n t o : Se producen manchitas o pápulas, principalmente, en zonas de la piel donde la ropa es más ajustada al cuerpo. El aumento del sudor produce picazón en dichas zonas. f) G o l p e d e Ca l o r : Ocurre cuando el sistema regulador de temperatura del cuerpo falla y su temperatura se eleva a niveles críticos. Los primeros síntomas son confusión, comportamiento irracional, pérdida de la conciencia, falta de sudor, piel seca y caliente, y temperatura corporal del orden de 41º C, pudiendo llegar a niveles que causen la muerte. Norma ISO 7243 Hot environments – Estimation of the heat stress on working man, based on the WBGT – index (wet bulb globe temperature). La norma ISO 7243, establece un método para evaluar el estrés calórico al que está sometido un individuo en un medioambiente caluroso y permite un diagnóstico fácil. Define la carga térmica como el resultado de la energía metabólica causada por la actividad que el sujeto realiza, e indica que un análisis detallado de la influencia del medioambiente sobre el estrés calórico requiere un conocimiento de los parámetros básicos siguientes: temperatura del aire, temperatura radiante media, velocidad del aire y humedad absoluta. Sin embargo, una estimación total de su influencia se puede hacer por medición de los parámetros derivados de estos parámetros básicos, los que son una función de las características físicas del espacio usado. 16ª SEMANA DE LA SALUD OCUPACIONAL – Medellín, Colombia – Noviembre de 2010 http://www.saludocupacional.com.co/
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El índice WBGT o índice TGBH, combina la medición de dos parámetros derivados: la temperatura natural de bulbo húmedo (TBH) y la temperatura de globo (TG) y en algunas situaciones, la medición de un parámetro básico: temperatura del aire, temperatura de bulbo seco, (TBS). Las ecuaciones siguientes muestran la relación entre los diferentes parámetros: a) En interior y exterior de edificios sin carga solar: TGBH = 0.7TBH + 0.3TG b) En el exterior de edificios con carga solar: TGBH = 0.7TBH + 0.2TG + 0.1TBS El (los) índice(s) TGBH calculado(s) se compara(n) con los valores de referencia (LMP). Medición de parámetros característicos del medioambiente La medición del(los) índice(s) TGBH necesita(n) la medición de dos parámetros derivados (TBH y TG) y la medición de un parámetro básico: temperatura del aire (TBS) La temperatura natural de bulbo húmedo (TBH), es el valor indicado por un sensor de temperatura cubierto con una mecha humedecida, que es ventilado naturalmente, es decir, colocado sin ventilación forzada en el medioambiente. El sensor de siguientes:
temperatura
debe
cumplir
con
las
características
a. Zona sensible del sensor: de forma cilíndrica; b. Diámetro externo parte sensible del sensor: 6 mm ± 1 mm; c. longitud del sensor: 30 mm ± 5 mm; d. Intervalo de medición: 5ºC a 40ºC; e. Precisión de la medición: ± 0.5 ºC; f.
La parte sensible completa del sensor debe estar cubierta con una mecha blanca de un material altamente absorbente de agua (por ejemplo algodón);
g. La mecha debe estar tejida en forma de manga y debe quedar 16ª SEMANA DE LA SALUD OCUPACIONAL – Medellín, Colombia – Noviembre de 2010 http://www.saludocupacional.com.co/
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ajustada con precisión sobre el sensor. Una mecha muy apretada o muy suelta es perjudicial para la precisión de la medición; h. La mecha se debe mantener limpia; i.
La parte inferior de la mecha debe estar sumergida en un recipiente con agua destilada. La parte libre de la mecha debe tener de 20 mm a 30 mm; el recipiente debe estar diseñado de manera tal que la temperatura del agua en su interior no aumente como resultado de la radiación desde el medioambiente.
La temperatura de globo, es la temperatura indicada por un sensor de temperatura colocado en el centro de un globo que tiene las características siguientes: a. Diámetro: 150 mm; b. Coeficiente medio de emisión: 0.95 (globo negro mate); c. Espesor: tan delgado como sea posible; d. Intervalo de medición: 20ºC a 120ºC; e. Precisión de medición: -
Intervalo entre 20ºC a 50ºC: ± 0.5 ºC
-
Intervalo entre 50ºC a 120ºC: ± 1 ºC
La temperatura del aire, es un parámetro básico que puede ser medida por cualquier método adecuado, sin importar la forma del sensor utilizado. El sensor, debe estar protegido de la radiación por un dispositivo que no impida la circulación de aire a través del sensor. El intervalo de medición es de 10ºC a 60ºC, con una precisión de ± 1 ºC. Medición y estimación de la energía metabólica La cantidad de calor producida dentro del cuerpo humano es un elemento del estrés calórico, por lo tanto, es esencial determinarla para su evaluación. El consumo metabólico se puede determinar midiendo el consumo de oxígeno del trabajador o estimándolo a partir de tablas de referencia. Debido a la naturaleza del índice TGBH es posible estimar el consumo metabólico de acuerdo con tablas de referencia, es así como la clasificación de las actividades se puede restringir a 5 clases principales denominadas: metabolismo basal, consumo metabólico bajo, consumo metabólico moderado, consumo metabólico alto y consumo metabólico 16ª SEMANA DE LA SALUD OCUPACIONAL – Medellín, Colombia – Noviembre de 2010 http://www.saludocupacional.com.co/
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muy alto. Ver Anexo 1. Especificaciones de mediciones. o
Relativas a la heterogeneidad del medioambiente.
Cuando ciertos parámetros no tienen un valor constante en el entorno laboral, es necesario determinar el índice TGBH en tres posiciones en relación al piso, correspondientes a la altura de la cabeza, abdomen y tobillos. Cuando el trabajador está de pie, las mediciones se deben efectuar a 0.1m; 1.1 m y 1.7 m sobre el piso; cuando está sentado a 0.1 m; 06 m y 1.1 m sobre el piso. Las mediciones preferentemente deben realizarse en forma simultánea. El valor medio del índice TGBH se obtiene a partir de los tres índices ponderados, usando la fórmula siguiente:
TGBH
⎛ ⎞ + + = ⎜TGBH CABEZA 2TGBH abdomen TGBH tobillos ⎟ ⎜ ⎟ 4 ⎝ ⎠
Si el medioambiente es prácticamente homogéneo (heterogeneidad ≤ 5%), se puede adoptar un procedimiento simple que consiste en determinar el índice TGBH solo a la altura del abdomen. Sin embargo, en caso de discusión en la interpretación del análisis, se debe usar como valor de referencia el índice TGBH determinado de acuerdo con el procedimiento normal (tres mediciones). Para una determinación rápida del índice TGBH es suficiente efectuar una medición en el nivel donde el estrés calórico es máximo. El uso de este procedimiento induce a una seguridad influida por la sobre evaluación del estrés calórico. El uso de este procedimiento se debe indicar en el informe de evaluación. o
Relativas a la variación de los parámetros en el tiempo.
Si el análisis del lugar de trabajo y de la actividad ha mostrado que un parámetro no tiene un valor constante en el tiempo, se debe determinar un valor medio representativo. El procedimiento consiste en medir el desarrollo continuo de este parámetro (M, TGBH, etc.) como una función del tiempo y obtener el valor medio ponderado en el tiempo. El tiempo 16ª SEMANA DE LA SALUD OCUPACIONAL – Medellín, Colombia – Noviembre de 2010 http://www.saludocupacional.com.co/
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base, T, para el calculo de los valores medios es un período de trabajo/descanso de 1 hora, que es representativo del máximo del estrés calórico. El valor medio de un parámetro se calcula a partir de: −
p
=
p t + p t + . . . . + p t t +t +.... +t 1
1
2
2
1
2
n
n
n
En que: p1, p2 ...... pn = nivel del parámetro obtenido durante el tiempo t1, t2 ...tn respectivamente; t1 + t2 + .... + tn = T = 1 h El número de mediciones dependerá de la velocidad de variación de los parámetros, de las características de respuesta de los sensores usados y de la precisión deseada de la medición. Período y duración de las mediciones De acuerdo a la norma ISO 7243, la determinación del índice TGBHH permite solo la estimación del estrés calórico al que está sometido un individuo en el momento cuando se efectúan las mediciones. Por lo tanto, es recomendable que éstas se efectúen en el período correspondiente a los máximos de estrés calórico, es decir, generalmente durante el período más intenso del verano y al medio día o cuando el equipo generador de calor esté en funcionamiento. La duración de cada medición depende del tiempo de respuesta del sensor, y que en ciertas condiciones puede ser considerable (especialmente en la medición de la temperatura de globo). Valores límites de exposición Los TLVs (Threshold Limit values), del año 2010, de la ACGIH (American Conference of Governmental Industrial Hygienist), proponen un Valor Límite de Exposición y un Límite de Acción, basándose en la categoría de la tasa metabólica para el trabajo y la proporción aproximada del trabajo en una hora. Tabla 2.
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Lugar de Trabajo en un Ciclo de Trabajo y Recuperación De 75% al 100% De 50% al 75% De 25% al 50% De 0% al 25%
Límite de Acción (valores de WBT en °C)
TLV (valores de WBT en °C) Ligero
Moderado
Pesado
Muy Pesado
Ligero
Moderado
Pesado
Muy Pesado
31.0
28.0
-
-
28.0
25.0
-
-
31.0
29.0
27.5
-
28.5
26.0
24.0
-
32.0
30.0
29.0
28.0
29.5
27.0
25.5
24.5
32.5
31.5
30.5
30.0
30.0
29.0
28.0
27.0
TABLA 2. Criterio de evaluación según índice TGBH. Fuente: ACGIH, TLVs 2010
Debido a que los límites de la Tabla 2, están definidos para individuos vestidos con ropa liviana (de verano), no pueden ser aplicados en forma directa si el trabajador usa trajes especiales que reduzcan o impidan la evaporación del sudor y permeabilidad del aire. Por lo tanto, hay que corregir el TGBH obtenido en la medición, según la ropa utilizada sumándole los valores presentados en la Tabla 3. Tipo de ropa * Camisa manga larga y pantalones Overol Doble capa de vestuario Overol de Polipropileno SMS** Overol de Poliolefinas *** Ropa impermeable al vapor de agua
Sumar a TGBH (ºC) 0 0 3 0.5 1 11
* =Debajo de los overoles se considera que solo se tiene la ropa interior. ** =Tela de fibras de polipropileno dispuestas al azar soldadas térmicamente. *** =Tela tipo Tyvec. TABLA 3. Valores de corrección del índice TGBH según tipo de ropa. Fuente: ACGIH, TLVs 20 10
Por otra parte, hay que considerar que los valores de referencia, TLVs, son representativos del efecto medio del calor sobre el trabajador en un período razonablemente largo de trabajo. Ellos no toman en cuenta los valores peak del estrés calórico al que pueden estar sometidos los individuos durante períodos cortos (unos pocos minutos) como resultado de un medioambiente particularmente caluroso o de una actividad física momentáneamente intensa. Además, cuando hay duda respecto del valor del consumo metabólico a ser adoptado, el valor de referencia que se usa es aquel que corresponde al consumo metabólico más alto; por otra parte, si toda 16ª SEMANA DE LA SALUD OCUPACIONAL – Medellín, Colombia – Noviembre de 2010 http://www.saludocupacional.com.co/
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medición o estimación es imposible debe usarse la clase 4. Informe de evaluación El informe de evaluación del estrés calórico al que está sometido un individuo en una situación dada debería contener los siguientes datos: a. Introducción: antecedentes puestos de trabajo;
generales,
fecha
de
evaluación,
b. Antecedentes generales del proceso: descripción del proceso, características de las fuentes de calor, identificación de los puestos de trabajo con exposición a calor; c. Indicadores de riesgo de exposición a calor: definición del índice TGBH a utilizar, LMP; d. Mediciones y Resultados: descripción de los puestos de trabajo incluyendo las tareas realizadas por el trabajador, identificación y características del equipo de medición utilizado, valores de la TBS, TBH y TG en cada puesto de trabajo, temperatura en el exterior de la nave, comentario sobre aspectos particulares de loa medición, apreciación sobre los mecanismos como se produce la exposición, efectos en la ventilación existente; e. Conclusiones: identificación de los puestos de trabajo con y sin riesgo, mecanismo principal de transferencia de calor que causa la exposición, influencia del medio externo en los resultados obtenidos f. Recomendaciones: respecto de protección personal (provisión de agua, vestimenta de protección, ritmo de trabajo/descanso y otros). Respecto del medio de trabajo (pantallas, aislamiento, ventilación y otros)
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Referencias Bibliográficas • American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH). 2010. Threshold Limit Values for Chemical Substances and Physical Agents & Biological Exposure Indices. ACGIH Worldwide. USA. • International Organization for Standardization. Hot environments – Estimation of the heat stress on working man, based on the WBGT – index (wet bulb globe temperature). ISO 7243. • International Organization for Standardization. Ergonomics of the thermal environments – Instruments for measuring physical quantities. ISO 7726. • International Organization for Standardization. Ergonomics determination of metabolic heat production. ISO 8996.
–
• National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH). 2010. NIOSH Safety an Health Topics. Cold Stress. Disponible en Internet: http:// www.cdc.gov/niosh/topics/coldstress/
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Anexo 1 Intervalo de consumo metabólico M
Clase
Relativo a una unidad de área en la superficie de la piel
Para un área media de 1.8 m2 en la superficie de la piel
Valor a ser usado para el cálculo del con sumo metabólico medio Ejemplos W/m2
W
W W/m 0
2
M ≤ 65
M ≤ 117
Metabolism o basal
Descanso 65
117
1 consumo metabólico bajo 65 < M ≤ 130
117 < M ≤ 234
100
180
2 consumo metabólico moderado
130 < M ≤ 200
234 < M ≤ 360
165
200< M ≤ 260
360 < M ≤ 468
230
297
414
Trabajo brazos cavar, caminar de 5.5 Km/h.
522
Actividad intensa con pasa rápido a forzado, trabajar con hacha, correo, caminar a velocidad mayor a 7Km/h
4 consumo metabólico muy alto
M > 260
M > 468
290
De pie: taladrar, fresar, bobinar, caminar ocasionalmente (velocidad hasta 3.5 Km/h) Trabajo sostenido de manos y brazos, trabajo de manos y piernas, trabajo de manos y tronco, caminar a velocidad de 3.5 Km/h a 5.5 Km/h.
3 consumo metabólico alto
Sentado cómodo: trabajo manual liviano; trabajo de manos y brazo; trabajo de manos y piernas.
intenso de y tronco, segar, a velocidad Km/h a 7
TABLA 1. Calificación de niveles de consumo metabólico. Fuente: ISO 7342.
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