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Evaluación del estrés térmico por frío en el área de empaque de rosas

etres-termico-frio

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Evaluation of coldheat stress in the rose packing area

Incluido en la revista Ocronos. Vol. IV. Nº 1–Enero 2021. Pág. Inicial: Vol. IV; nº1:12

Autor principal (primer firmante): Damaris Daniela Morillo Cuasquén

Fecha recepción: 23 de diciembre, 2020

Fecha aceptación: 30 de diciembre, 2020

Ref.: Ocronos. 2021;4(1):12

Autores:

Damaris Daniela Morillo Cuasquén I

Mejía Pozo, Edwin Fernando II

Manolo Alexander Córdova SuárezIII

Puetate Morillo, Grace Alexandra IV

Rea Hinojosa Tania AlexandraV

Juan Pablo MuquinchePucaVI

Resumen

El frío excesivo en cuartos de almacenamiento de rosas puede ser un peligro para la salud, ya que la pérdida abrupta de calor del cuerpo puede provocar hipotermia, congelación y hasta accidentes. La disminución de la temperatura corporal debido a la pérdida de calor también afecta el desempeño físico, manual y perceptivo de las personas. Este artículo presenta un estudio experimental para estimar el aislamiento requerido de la ropa (IREQ) en base al flujo de calor por conducción, convección, radiación y evaporación.

Se estudiaron las condiciones termo-higrométricas y tasa metabólica en los puestos de trabajo con exposición a frio del área de empaque de rosas de 5 empresas de producción de rosas similares en el sector de Latacunga. Se empezó determinando el tiempo de exposición máximo y el aislamiento requerido (IREQ) del vestido utilizando la norma ISO 11079:2009.

El estudio contempló la medición de la Temperatura ambiente (Ta), Velocidad del aire (Va) y Humedad relativa utilizando la norma ISO 27243:1995 y se encontró la tasa metabólica mediante el método de observación siguiendo la norma ISO 8996:2005. Los resultados determinaron que con una tasa metabólica promedio (CTMi) de 113,3 W/m2, temperatura ambiente (Ta) de 4,6 °C y una velocidad del aire (Va) de 1,1 m/s el tiempo máximo de exposición (Dlim) es de 3,5 horas.

Además el aislamiento requerido del atuendo (IREQmin) es de 1,7 clo; lo que implica la necesidad de un incremento del 15,64%de protección de ropa de trabajo y una reducción del 56,55% en el tiempo de exposición para el puesto con menos actividad.

Palabras clave: Riesgos ergonómicos, biomecánica, Carga máxima admisible.

Abstract

Excessive cold in rose storage rooms can be a health hazard, as the abruptloss of heat from the body can lead to hypothermia, frostbite, and even accidents. The decrease in body temperature due to heat loss also affects people’s physical, manual, and perceptual performance. This article presents an experimental study to estimate there quired insulation of clothing (IREQ) base don heat flux by conduction, convection, radiation and evaporation. The thermo-hygrometric conditions and metabolic rate were studied in the jobs with exposure to cold in the rose packing area of ​​5 similar rose production companies in the Latacunga sector. It began by determining the maximum exposure time and the required insulation (IREQ) of the clothing using the ISO 11079: 2009 standard. The study contemplated theme asurement of ambient temperature (Ta), air velocity (Va) and relative humidity using the standard ISO 27243: 1995 and the metabolic rate was found by the observation method following the ISO 8996: 2005 standard. The results determined that with an average metabolicrate (CTMi) of 113.3 W / m2, room temperature (Ta) of 4 , 6 ° C and an air speed (Va) of 1.1 m / s the maximum exposure time (Dlim) is 3.5 hours. In addition, the required isolation of the attire (IREQmin) is 1.7 clo, which impliesthe need for an increase of 15.64% in protection of workclothes and a reduction of 56.55% in the exposure time fort he position with less activity.

Introducción

El entorno de trabajo exterior influye notablemente en el rendimiento de los seres humanos y específicamente es su salud. Si hace demasiado frío para el organismo podría desencadenar en congelación y otras condiciones de salud peligrosas (Ivanov et al., 2021). Las condiciones de trabajo con exposición a ambientes fríos, poca cantidad de ropa y donde la persona no realiza suficiente actividad física que compense el equilibrio térmico interno y externo, inducen a un enfriamiento local o generalizado que pueden causar congelamiento, lesiones por frío o hasta accidentes de trabajo por falta de motricidad en la ejecución delas tareas o pérdida de conciencia (Parsons, 2014).

La ropa proporciona un medio fundamental para controlar de primera manera estos intercambios de calor con el medio ambiente, lo que es importante en climas fríos, pero no es de tanta utilidad cuando el intercambio en sitios de trabajo no es homogéneo y existen flujos de aire convectivo que aceleran los procesos de enfriamiento y sus consecuencias(Holmer, 2011).

Por lo general en la producción de rosas para mantener condiciones óptimas del proceso de preservación las empresas ubican elementos mecánicos que generan corrientes turbulentas de aire por convección forzada en las áreas de empaque y zonas de almacenamiento con temperaturas que oscilan entre los 0 °C y 5 °C (Álvarez et al., 2004). En estas condiciones de trabajo la actividad metabólica que realiza el trabajador es importante para compensar y equilibrar las pérdidas de calor que recibe el trabajador en estas condiciones extremas de temperatura. Pese a esto la distribución de la ropa de trabajo no se hace en función del equilibrio térmico y tampoco pensando en las características propias del puesto, sino como un apartado a cumplir de manera general lo que dificulta la prevención en estos emplazamientos de trabajo muy concurridos.

Por otra parte, la gestión de la prevención ha evolucionado considerablemente y nuevas técnicas se han incorporado para buscar una mejora en la seguridad y salud de los trabajadores que ocupan estos puestos de trabajo críticos. Es así que el cálculo e iteraciones que involucra los métodos para estimar la cantidad de ropa requerida (IERQ) se han volcado al uso de simuladores que ayudan significativamente a la determinación de estos valores tan importantes de tiempos de exposición requeridos y ropa de trabajo necesaria. La ISO 11079 a incluido es sus apartados una herramienta muy amigable de utilizar denominada IRQver4_2. La cual es un software de código JAVA que permite calcular el IREQ mínimo y neutral,la duración límite de exposición (Dlim) y además calcula el tiempo requerido pararecuperación en ambientes fríos. Requiere 9 datos de entrada de los cuales 4 son calculados (gasto metabólico, trabajo mecánico, temperatura radiante y cantidad de ropa disponible) y 4 son medidos (temperatura ambiente, velocidad del aire, Humedad relativa, velocidad de desplazamiento).

La exposición permanente de los trabajadores de producción de rosas en cuartos adaptados para mantener condiciones bajas de temperatura en la zona más productiva de Latacunga en el área de empaque obliga a los ocupantes a condiciones de trabajo extremas por lo que este trabajo sirve de línea base para determinar las medidas de control adecuadas y cumplir con las preventivas recomendadas en el Decreto Ejecutivo 2393.

Metodología

La metodología de evaluación de la posible situación de estrés por frío, se desarrolló de la siguiente manera:

Determinación de condiciones termohigrométricas

La medida de los parámetros del ambiente se realizó siguiendo la Norma UNE-EN ISO 27243:1995. Para ello se utilizó un aparato de medición directa de las condiciones ambientales de marca: ExtechHt 30. En este trabajo se determinó la temperatura del aire (Ta), humedad relativa (HR) y velocidad del aire (Va) considerando la condición de exposición a los flujos de calor y frio por la situación de un ambiente cerrado sin flujos turbulentos que afecten a zonas específicas. Se hiso una medición de cada parámetro con tres réplicas a la altura del pecho para cada situación.

Cálculo de la carga térmica metabólica

La tasa metabólica física se determinó mediante la estimación del gasto energético ocupacional fundamentado en el método de observación, en los puestos de trabajo del área de empaque con exposición a condiciones de frío.((UNE-EN), 2005). Con la ecuación (1):

CTM= Mb+Pt+Tt+D                 (1)

Donde:

CTM= Carga térmica metabólica (W/m2)

Mb= metabolismo basal (W/m2)

Pt=Postura de trabajo (W/m2)

Tt=tipo de trabajo (W/m2)

D=desplazamiento (W/m2)

Si la exposición a temperatura extrema involucra más de una actividad se utilizará la ecuación 2 para establecer el promedio de tasa metabólica:

CTM= Σ[CTMi* ti]/ Σti              (2)

Donde:

CTM= Carga térmica metabólica (W/m2)

ti= tiempo de ejecución de cada actividad (h)

La protección propia de la ropa que cuenta el trabajador (Icl) se determina sumando cada valor de las prendas que posee de acuerdo a la norma ISO UNE-EN-ISO 11079:2009 tabla C.2. de conjuntos de ropa.

Estimación de la resistencia térmica del vestido IREQ

Primero se considera condiciones de equilibrio determinada por la ecuación 3.

CTM-W=Eres+Cres+E+K+R+C+S        (3)

Donde:

CTM= Carga térmica metabólica (W/m2)

W= Potencia mecánica útil (W/m2)

Eres= Calor perdido por evaporación respiratoria (W/m2)

Cres= calor perdido por convección respiratoria (W/m2)

E= Flujo de calor por evaporación de en la piel (W/m2)

K= Flujo de calor por conducción (W/m2)

R= Flujo de calor por radiación (W/m2)

C= Flujo de calor por convección (W/m2)

S= Tasa de almacenamiento de calor en el cuerpo (W/m2)

Luego se integra el calor al calentar y saturar aire que ingresa en el tracto respiratorio con la ecuación 4 y 5.

Cres=Cp.V(tex-ta)/Adu(4)

Eres=Ce.V(Wex-Wa)/Adu(5)

Donde:

Cp= Calor específico del aire seco a presión cnt. (J.kg-1.K-1)

V= Gasto de ventilación respiratoria (kg aire.s-1)

tex= Temperatura del aire expirado (°C)

ta= Temperatura del aire (°C)

Adu= Superficie del cuerpo, según Dubois (m2)

Ce= Calor latente de evaporación del agua (J.kg-1)

Wex= Relación de humedad del aire exhalado (kg agua/ kg aire seco)

Wa= Relación de humedad del aire inspirado (kg agua/ kg aire seco)

Seguidamente se define el cambio de calor por evaporación con la ecuación 6.

E=(psk-pa)/Ret(6)

Donde:

E= Flujo de calor por evaporación en piel (W/m2)

psk= Presión de saturación del vapor de agua a la temperatura de la piel (kPa)

pa= Presión parcial del vapor de agua (kPa)

Ret= Resistencia evaporativa total de la ropa y la capa límite de aire (m2.kPa/W)

En cuanto al intercambio de calor por radiación entre la ropa y el ambiente se cubre con la ecuación 7.

R=fcl.hr(tcl-tr)(7)

Donde:

R= Flujo de calor por radiación (W/m2).

fcl= Factor de superficie de la ropa (adimensional)

hr= Coeficiente de transferencia de calor por radiación (W.m-2.K-1)

tcl= Temperatura de la superficie exterior de la ropa (°C)

tr= Temperatura de radiación (°C)

Así mismo el intercambio de calor por convección se calcula con la ecuación 8.

C=fcl.hc(tcl-ta)(8)

Donde:

C= Flujo de calor por convección (W/m2).

hc= Coeficiente de transferencia de calor por convección (W.m-2.K-1)

Finalmente se observa en la ecuación 9, el cálculo del intercambio de calor a través de la ropa, así:

(tsk-tcl)/Iclr=fcl.hc(tcl-ta)(9)

Donde:

tsk= Temperatura local de la piel (°C).

Iclr= Aislamiento térmico resultante de la ropa (m-2.K.W-1)

En régimen permanente el aislamiento requerido de la ropa (IREQ) se calcula con la ecuación 10 así:

IREQ=(tsk-tcl)/(R+C)(10)

Como IREQ y tcl son variables desconocidas la ecuación 11 resuelve de mejor manera:

tcl=tsk-IREQ(CTM-W-Eres-Cres-E)                 (11)

Cálculo del tiempo máximo de exposición (Dlim)

Cuando la protección de la ropa del trabajador sea inferior al IREQ la exposición debe limitarse en el tiempo, para ello se utiliza la ecuación 12, así:

tmax=Qlim/S(12)

Donde:

Qlim= valor límite de Q (kJ.m-2)

S se calcula con la ecuación 13, así:

S=CTM-W-Eres-Cres-E-R-C(13)

Finalmente, tcl se resuelve con iteración de la ecuación 14, así:

tcl=tsk-Iclr(CTM-W-Eres-Cres-E-S)(14)

Resultados y discusión

Resultados de las condiciones termohigrométricas

En la Tabla 1. se presenta los resultados de las condiciones termo-higrométricas medidas en los puestos con exposición a frio.

Tabla 1. Datos condiciones termo-higrométricas puesto empaque

Ver: Anexos – Evaluación del estrés térmico por frío en el área de Empaque de Rosas, al final del artículo

Nota: Las mediciones se realizaron a la persona tomando un solo valor a la altura del pecho según ISO 27243:1995. Estos resultados son promedio aritmético de los 5 sitios evaluados en condiciones máximas.

Los promedios de las mediciones de temperatura de trabajo muestran valores menores a 10°C por lo que determina el estudio de estrés por frio. Aunque la velocidad del viento es controlada el flujo de aire y la distribución de los flujos convectivos en el área de trabajo no es homogénea.

Resultados de la carga térmica metabólica (CTM)

La Tabla 2 presenta los resultados de la aplicación de la norma ISO UNE-EN-ISO 8996:2005 en los puestos de trabajo del área de empaque de rosas.

Tabla 2. Carga térmica metabólica área de empaque de rosas

Ver: Anexos – Evaluación del estrés térmico por frío en el área de Empaque de Rosas, al final del artículo

Nota: Los resultados son de dos puestos fijos que ocupan el área de empaque. Mb=metabolismo basal, Pt=compuesto postural. Tt=tipo de trabajo, D=componente de desplazamiento.

La Tabla 3. muestra el cálculo del Aislamiento térmico del vestido (Icl) que utiliza el trabajador de empaque de rosas.

Tabla 3. Aislamiento térmico del vestido de los ocupantes en el área de empaque de rosas

Ver: Anexos – Evaluación del estrés térmico por frío en el área de Empaque de Rosas, al final del artículo

Nota: Los dos puestos de trabajo mantienen la misma ropa de protección en el área de empaque. R1= ropa interior, R2= camisa, R3=pantalones, R4=ropa de intemperie, R5=calcetines, R6= chaqueta larga. Datos tomados de la ISO UNE-EN-ISO 11079:2009 tabla C.2.

El valor de Icl no cubre las necesidades de protección que exige el puesto analizado y tampoco llega a los valores recomendados en la NTP 571 para la misma actividad. Los tiempos de trabajo y organización de las actividades no consideran tiempos de recuperación.

Resultados de la estimación de la resistencia térmica del vestido IREQ y tiempo máximo de exposición (Dlim)

La Figura 3 indica los resultados de la aplicación del programa IERQver4_2 en el área de empaque. De los 9 parámetros de ingreso, 8 son el resultado de cálculo o mediciones. Solo se tomó de referencia la permeabilidad del aire por estudios anteriores de estrés por calor en el mismo lugar (33,2 p/lm2s). No existe desplazamiento considerable en el área de estudio.

Figura 1. Calculo de IREQ, Dlim con programa IREQver4_2 ISO 11079

Ver: Anexos – Evaluación del estrés térmico por frío en el área de Empaque de Rosas, al final del artículo

La aplicación del programa determina un tiempo máximo de exposición de 3.5 h. con una protección de vestido óptima de 1,7 clo según ISO 9920 y un periodo de recuperación de 0,9 horas. Ver figura 2.

Figura 2. Cálculo del tiempo de recuperación con programa IREQver4_2 ISO 11079.

Ver: Anexos – Evaluación del estrés térmico por frío en el área de Empaque de Rosas, al final del artículo

El estudio de sensibilidad con el programa IREQ 2008 ver 4.2 determina valores de tiempos reducidos drásticamente por la incidencia de la velocidad del viento más que otros factores. Ver Figura 3.

Figura 3. Determinación de variables significativas en el tiempo de exposición a frio en el área de empaque de rosas para puesto 2.

Aplicación utilizada: programa IREQver4_2 ISO 11079.

Ver: Anexos – Evaluación del estrés térmico por frío en el área de Empaque de Rosas, al final del artículo

Conclusiones

Con el suministro de una chaqueta térmica se puede llegar a cubrir el déficit de protección por ropa (2% -15,64%) y cubrir los requerimientos de la ISO 9920 para el puestos analizado, sin embargo, el tipo de trabajo no permite subir la temperatura 1,4 °C (6 °C en el área de empaque) ambiente para alcanzar las 8 h como límite de exposición en esta área y cumplir la norma NTEINEN 11079, por lo que se recomienda un descanso o rotación de 0.9 horas para que las personas se recuperen.

La variable que influye significativamente en el estrés por frío en el empaque de rosas es la velocidad del aire ya que con solo subir 1 m/s el tiempo de exposición disminuye a 1,7 h el tiempo de exposición.

Los resultados han determinado, que de mantenerse las mismas condiciones es necesaria una reducción del tiempo de exposición al frio en un 56,25% para el puesto. El aire de retorno no es tratado y tampoco existe tomas de aire limpio para este tipo de trabajo sedentario en ambientes no calurosos, por lo que no cumple la NORMA UNE-EN 13779:2007 en cuanto a condiciones de lugares de trabajo.

Anexos – Evaluación del estrés térmico por frío en el área de Empaque de Rosas

Referencias bibliográficas

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