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Fecha de Publicación: 18/11/2003
Carga Térmica

Estrés por frío: evaluación de las exposiciones laborales - 1º Parte



Introducción

La exposición laboral a ambientes fríos (cámaras frigoríficas, almacenes fríos, trabajos en el exterior, etc.) depende fundamentalmente de la temperatura del aire y de la velocidad del aire. El enfriamiento del cuerpo o de los miembros que quedan al descubierto puede originar hipotermia o su congelación. Es relativamente desconocido el sistema de valorar la magnitud del riesgo que supone el trabajo en ambientes fríos por lo que en este documento se informa de la tendencia actual al respecto, proporcionando una herramienta, que aunque todavía no es objeto de Norma, si que se ha estudiado por la International Standard Organización (ISO) en forma de documento de base (Technical Report. ISO TR 11079:1993 “Evaluation of cold environments. Determination of re quired clothing insulation. IREQ”).

Efectos fisiológicos debidos al frío

El cuerpo humano genera energía a través de numerosas reacciones bioquímicas cuya base son los compuestos que forman los alimentos y el oxígeno del aire inhalado. La energía que se crea se emplea en mantener las funciones vitales, realizar esfuerzos, movimientos, etc. Gran parte de esta energía desprendida es calorífica. El calor generado mantiene la temperatura del organismo constante siempre que se cumpla la ecuación del balance térmico (ver apartado Evaluación del riesgo por enfriamiento general del cuerpo).

Cuando la potencia generada no puede disiparse en la cantidad necesaria, porque el ambiente es caluroso, la temperatura del cuerpo aumenta y se habla de riesgo de estrés térmico. Si por el contrario el flujo de calor cedido al ambiente es excesivo, la temperatura del cuerpo desciende y se dice que existe riesgo de estrés por frío. Se generan entonces una serie de mecanismos destinados a aumentar la generación interna de calor y disminuir su pérdida, entre ellos destacan el aumento involuntario de la actividad metabólica (tiritera) y la vasoconstricción. La tiritera implica la activación de los músculos con la correspondiente generación de energía acompañada de calor.

La vasoconstricción trata de disminuir el flujo de sangre a la superficie del cuerpo y dificultar así la disipación de calor al ambiente. Paradójicamente y debido a la vasoconstricción, los miembros mas alejados del núcleo central del organismo ven disminuido el flujo de sangre y por lo tanto del calor que ésta transporta, por lo que su temperatura desciende y existe riesgo de congelación en manos, pies, etc.

Estos dos efectos principales del frío, descenso de la temperatura interna (hipotermia) y congelación de los miembros originan la subdivisión de las situaciones de estrés por frío en enfriamiento general del cuerpo y enfriamiento local de ciertas partes del cuerpo (extremidades, cara, etc.)

Según la American Conference of Governmental industrial Hygienists (ACGIH), los efectos sufridos por el organismo cuando desciende su temperatura interna (enfriamiento general del cuerpo) son los que se muestran en la tabla 1.

Tabla 1. Situaciones clínicas progresivas de la hipotermia

Temperatura interna (°C)

Síntomas clínicos

37,6

Temperatura rectal normal

37

Temperatura oral normal

36

La relación metabólica aumenta en un intento de compensar la pérdida de calor

35

Tiritones de intensidad máxima

34

La victima se encuentra consciente y responde.
Tiene la presión arterial normal

33

Fuerte hipotermia por debajo de esta temperatura

32
31

Consciencia disminuida. La tensión arterial se hace difícil de determinar. Las pupilas están dilatadas aunque reaccionan a la luz. Cesa el tiriteo

30
29

Pérdida progresiva de la consciencia.
Aumenta la rigidez muscular.
Resulta difícil determinar el pulso y la presión arterial.
Disminuye la frecuencia respiratoria

28

Posible fibrilación ventricular

27

Cesa el movimiento voluntario.
Las pupilas no reaccionan a la luz.
Ausencia de reflejos tendinosos

26

Consciencia durante pocos momentos

25

Puede producirse fibrilación ventricular espontánea

24

Edema pulmonar

22
21

Riesgo máximo de fibrilación ventricular

20

Parada cardiaca

18

Hipotermia accidental mas baja para recuperar a la víctima

17

Electroencefalograma isoeléctrico

9

Hipotermia más baja simulada por enfriamiento para recuperar al paciente


Evaluación del riesgo por enfriamiento general del cuerpo Intercambio de calor entre el organismo y el ambiente

Para la evaluación del riesgo por enfriamiento general se propone el cálculo del índice IREQ (aislamiento requerido del atuendo). El IREQ es el aislamiento del vestido necesario para que se cumpla la ecuación del balance térmico, cuya expresión es la siguiente:

M - W = Eres + Cres + E + K + R + C + S    (1)

Donde M es la actividad metabólica del trabajo, W es la potencia mecánica (la mayoría de las veces cuantitativamente despreciable), Cres y Eres son los términos de calor sensible y latente respectivamente debido a la diferencia de temperatura y humedad del aire inspirado y exhalado, E es el calor cedido por evaporación del sudor, K es el calor intercambiado entre el cuerpo y superficies en contacto con él (también es despreciable su valor frente a los otros términos y se considera asumida su influencia en el balance a través de los términos C y R, que son los términos de intercambio de calor por convección y radiación respectivamente, mientras que S es el calor acumulado por el organismo, cuyo valor permite conocer tiempos máximo de permanencia en un ambiente determinado.

El valor de cada uno de los términos mencionados (todos ellos se expresan como potencia por unidad de superficie corporal, watios/m2 ) viene determinado por las siguientes ecuaciones:

Cres = 0,0014 M (tex-ta) (2)

Eres = 0,0173 M (pex-pa) (3)

E = w (psks-pa)/Rt (4)

C = fcl hc (tcl-ta) (5)

R = fcl hr (tcl-tr) (6)

donde:

  • tex es la temperatura del aire exhalado, tex = 29 + 0,2ta

  • ta es la temperatura seca del aire

  • pex es la presión parcial del vapor de agua en el aire exhalado, que se calcula sabiendo que

    pex = 0,1333 e [18,6686-4030,183/(tex +235)]

  • pa es la presión parcial del vapor de agua en el aire ambiente y se calcula mediante la expresión:

    pa = (HR/100) 0,1333 e [18,6686-4030,183/(ta +235)]

    siendo HR la humedad relativa en %.

  • w es la fracción de piel húmeda que participa en la evaporación del sudor. Su valor se encuentra entre 0,06 (no hay prácticamente evaporación) y 1 (piel totalmente mojada)

  • psks es la presión de saturación del vapor de agua a la temperatura de la piel y puede calcularse a partir de la expresión:

    psks = 0,1333 e [18,6686-4030,183/(tsk +235)] ,

    siendo tsk la temperatura de la piel.

  • Rt es la resistencia evaporativa del vestido y se obtiene de la expresión Rt =0,16 [fcl /(hc+hr)+Iclr]

  • fcl es un factor de superficie del vestido tal que fcl = 1 + 1,97 Iclr

  • hc es el coeficiente de convección,

    hc = 3,5+5,2 var      si var £1 m/s
    hc = 8,7 var 0,6 si var >1 m/s
  • var es la velocidad relativa del aire, su valor se calcula a partir de

    var = va+ 0,0052 (M-58)

    siendo va la velocidad medida del aire.

  • hr es el coeficiente de transferencia de calor por radiación, que se calcula según la expresión

    hr = s esk Ar /ADU [(tcl + 273)4-(t r + 273)4 ] / (tcl-tr),

    donde s es la constante de Stefan Boltzman (5,67 · 10-8 w/m2 K4 ) y esk es la emisividad del atuendo (0,95). Si la temperatura radiante media (tr) es muy alta, esk varía claramente con el color de la ropa y debe ajustarse su valor.

  • Ar /ADU es la fracción de superficie corporal participante en los intercambios de calor por radiación y depende de la postura del cuerpo. Puede tomarse el valor 0,77 para la mayoría de situaciones.

  • Iclr es la resistencia térmica del vestido considerando las condiciones reales de utilización. Se obtiene a partir de la resistencia térmica del vestido (Icl) extraída de las tablas correspondientes (ver Norma ISO 9920 ó resumen en tabla 2) y teniendo en cuenta la actividad metabólica M de la siguiente forma:

Iclr = 0,9 Icl     si M £ 100 w/m2
Iclr = 0,8 Icl si M > 100 w/m2

Tabla 2: Criterios para la determinación del IREQ y valoración del enfriamiento local

Enfriamiento

Índice

Temperatura de la piel tsk (°C)

Humedad de la piel w

Pérdida máxima de Energía calorífica Qlim (wh/m2)

Pérdida máxima de Potencia calorífica WCI (w/m2 )

General

IREQmin

30

0,06

X

X

IREQneutro

35,7-0,0285M

0,001 M

X

X

Tiempo máximo de exposición

30 (estrés por frío)
35,7-0,0285M (mínimo confort)

0,06 (estrés por frío)
0,001 M (mínimo confort)

-40

X

WCI

X

X

X

1600

Local

Temperatura de la piel de las manos

15-24

X

X

X

M es la actividad del trabajo en w/m2


Flujo de calor a través del vestido y cálculo del IREQ

El flujo de calor a través de la ropa de trabajo se lleva a cabo por conducción, convección y radiación (intercambio de calor seco) y por evaporación del sudor (intercambio de calor latente). El efecto del vestido en este último ya viene contabilizado por la expresión (4) mientras que el calor seco fluye dependiendo de la resistencia térmica de aquél (Iclr) y del gradiente de temperatura entre la superficie de la piel (tsk) y la superficie del vestido (tcl).

Como el flujo de calor seco (R + C,) a través de la superficie del vestido es equivalente al intercambio de calor entre la superficie del vestido y el ambiente, se justifican las ecuaciones (5) y (6) en el cálculo del balance térmico, pero también se pueden expresar los valores de C y R en función de la resistencia térmica del vestido de la siguiente forma:

(tsk tcl) / Iclr = R + C (7)

De la ecuación (1) se deduce que

R + C = M - W - Eres - Cres - K - E - S

donde el término K es despreciable.

El índice IREQ es el valor de Iclr que hace cumplir la ecuación del balance térmico con pérdida neta de calor nula (S = 0), de forma que representa la resistencia térmica del vestido necesaria para evitar el enfriamiento general del cuerpo, por lo que teniendo en cuenta además la expresión (7) se obtiene:

R + C = M - W - Eres - Cres - E....   (8)

y

IREQ = (tsk - tcl) / (M - W - Eres - Cres - E)  (9)

La ecuación (9) contiene dos variables desconocidas (IREQ y tcl); de ella se despeja tcl :

tcl = tsk - IREQ (M - W - Eres - Cres - E)

Al sustituir t cl en la ecuación (8), los términos C y R contienen así mismo esa variable por lo que debe resolverse (8) por iteración.

Cálculo del IREQmin e IREQneutro

El hecho de que se cumpla la ecuación del balance térmico (S=0), no implica necesariamente que la situación sea confortable, antes bien, admite numerosas soluciones en las que la temperatura interna del cuerpo se mantiene constante (no son previsibles efectos adversos por estrés térmico o estrés por frío) pero el ambiente sería considerado de inconfortable por el individuo expuesto.

Se dice que existe confort térmico cuando la sensación es neutra respecto al ambiente térmico. La situación de confort térmico implica que los valores de la temperatura de la piel y la evaporación del sudor estén acotados entre ciertos límites. Para la evaluación de la exposición al frío mediante el índice IREQ, se propone el cálculo de dos valores de éste, IREQmin e IREQneutro.

El primero de ellos representa el aislamiento térmico del vestido (Iclr) mínimo para evitar el enfriamiento general del cuerpo. El segundo corresponde al Iclr que proporcionará además confort térmico.

Para el cálculo de ambos índices se emplean valores diferentes de tsk (temperatura de la piel) en función de la actividad metabólica y de w (humedad de la piel) en la resolución de la ecuación (8), según el criterio de la tabla 2.

 

Redactor:

Pablo Luna Mendaza
Ldo. en Ciencias Químicas

CENTRO NACIONAL DE CONDICIONES DE TRABAJO



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