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

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”).

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.

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 = E_res + C_res + 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), C_res y E_res 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:

C_res = 0,0014 M (t_ex-t_a) (2)

E_res = 0,0173 M (p_ex-p_a) (3)

E = w (p_sks-p_a)/R_t (4)

C = f_cl h_c (t_cl-t_a) (5)

R = f_cl h_r (t_cl-t_r) (6)

donde:

• t_ex es la temperatura del aire exhalado, t_ex = 29 + 0,2t_a

• t_a es la temperatura seca del aire

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

  p_ex = 0,1333 e ^{[18,6686-4030,183/(t}ex ^+235)]

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

  p_a = (HR/100) 0,1333 e ^{[18,6686-4030,183/(t}a ^+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)

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

  p_sks = 0,1333 e ^{[18,6686-4030,183/(t}sk ^+235)] ,

  siendo t_sk la temperatura de la piel.

• R_t es la resistencia evaporativa del vestido y se obtiene de la expresión R_t =0,16 [f_cl /(h_c+h_r)+I_clr]

• f_cl es un factor de superficie del vestido tal que f_cl = 1 + 1,97 I_clr

• h_c 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

• v_ar es la velocidad relativa del aire, su valor se calcula a partir de

  v_ar = v_a+ 0,0052 (M-58)

  siendo v_a la velocidad medida del aire.

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

  h_r = s e_sk A_r /A_DU [(t_cl + 273)⁴-(t r + 273)⁴ ] / (t_cl-t_r),

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

• A_r /A_DU 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.

• I_clr es la resistencia térmica del vestido considerando las condiciones reales de utilización. Se obtiene a partir de la resistencia térmica del vestido (I_cl) 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:

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 (I_clr) y del gradiente de temperatura entre la superficie de la piel (t_sk) y la superficie del vestido (t_cl).

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:

(t_sk t_cl) / I_clr = R + C (7)

De la ecuación (1) se deduce que

R + C = M – W – E_res – C_res – K – E – S

donde el término K es despreciable.

El índice IREQ es el valor de I_clr 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 – E_res – C_res – E….   (8)

y

IREQ = (t_sk – t_cl) / (M – W – E_res – Cr_es – E)  (9)

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

t_cl = t_sk – IREQ (M – W – E_res – C_res – 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 IREQ_min e IREQ_neutro

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, IREQ_min e IREQ_neutro.

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

Para el cálculo de ambos índices se emplean valores diferentes de t_sk (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