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Definicion Operacional TEMPERATURA.
Medición a través del método
Fanger.
La Fundamentos del método
El método Fanger para la valoración del confort térmico,
fue propuesto en 1973 por P.O. Fanger, en la publicación Thermal Confort (New
York, McGraw-Hill, 1973). Este método es en la actualidad uno de los más
extendidos para la estimación del confort térmico.
A partir de la información relativa a la vestimenta, la
tasa metabólica, la temperatura del aire, la temperatura radiante media, la
velocidad relativa del aire y la humedad relativa o la presión parcial del
vapor de agua, el método calcula dos índices denominados Voto medio
estimado (PMV-predicted mean vote) y Porcentaje de personas
insatisfechas (PPD-predicted percentage dissatisfied), valores ambos, que
aportan información clara y concisa sobre el ambiente térmico al
evaluador.
La importancia y aplicación generalizada del método queda
patente en su inclusión como parte de la norma ISO 7730 relativa a la evaluación
del ambiente térmico.
El Voto medio estimado es un índice que refleja
el valor de los votos emitidos por un grupo numeroso de personas respecto de
una escala de sensación térmica de 7 niveles (frío, fresco, ligeramente fresco,
neutro, ligeramente caluroso, caluroso, muy caluroso), basado en el equilibrio
térmico del cuerpo humano (la producción interna de calor del cuerpo es igual a
su pérdida hacia el ambiente).
El equilibrio térmico depende de la actividad
física, de la vestimenta, y de parámetros ambientales como: la temperatura del
aire, la temperatura radiante media, la velocidad del aire y la humedad del
aire.
El Voto medio estimado predice el valor medio de la sensación térmica. No obstante, los votos individuales se distribuirán alrededor de dicho valor medio, por lo que resulta útil estimar el Porcentaje de personas insatisfechas por notar demasiado frío o calor, es decir aquellas personas que considerarían la sensación térmica provocada por el entorno como desagradable.
Aplicación del método
Introducción
El método Fanger, mediante el cálculo del índice del Voto
medio estimado (PMV), permite
identificar la sensación térmica global correspondiente a determinado ambiente
térmico. Una vez identificada la sensación térmica el cálculo del índice del
Porcentaje de personas insatisfechas (PPD) permitirá predecir el porcentaje de
personas que considerarán dicha situación como no confortable.
El procedimiento de aplicación del método se resume en los
siguientes pasos:
1. Recopilación de información, que incluirá:
1.1.
El
Aislamiento de la ropa.
1.2.
La
Tasa metabólica.
1.3.
Características
del ambiente, definida por:
·
La
Temperatura del aire.
·
La
Temperatura radiante.
·
La
Humedad relativa o la Presión parcial del vapor de agua.
·
La
Velocidad relativa del aire.
2. Cálculo del Voto medio estimado (PMV).
3. Obtención de la sensación térmica global a
partir del Voto medio estimado, según la escala de 7 niveles definida por
Fanger.
4. Cálculo de Porcentaje estimado de insatisfechos
(PPD) a partir del valor del PMV.
5. Análisis de resultados: (estos puntos se
proponen como complemento a la aplicación del método propiamente dicho).
·
Valoración
de la situación (satisfactoria o no adecuada) en función del valor del PMV y
del PPD.
·
Análisis
del balance térmico correspondiente a las condiciones evaluadas.
6. Si la situación resulta insatisfactoria
proponer las correcciones oportunas de mejora de las condiciones térmicas.
7. En caso de haber realizado correcciones,
evaluar de nuevo la tarea con el método para comprobar su efectividad.
Consideraciones previas a la
aplicación del método
Según las recomendaciones de la norma ISO 7730
"Ergonomía del ambiente térmico", el índice del Voto medio estimado
(PMV) sólo debería utilizarse para evaluar ambientes térmicos en los que las
variables implicadas en el cálculo permanecieran comprendidas dentro de los
siguientes intervalos, (que equivalen a ambientes térmicos entre frescos (-2) y
calurosos (2)):
·
Tasa
metabólica comprendida entre 46 y 232 W/m² ( 0,8 met. a 4 met).
·
Aislamiento
de la ropa entre 0 y 0,31 m² K/W (0 clo. y 2 clo ).
·
Temperatura
del aire entre 10 Cº y 30 Cº.
·
Temperatura
radiante media entre 10 Cº y 40 Cº.
·
Velocidad
del aire entre 0m/s y 1 m/s.
·
Presión
del vapor de agua entre 0 y 2700 Pa.
El método está especialmente diseñado para el estudio de
condiciones ambientales estacionarias, aunque resulta una buena aproximación
ante pequeñas variaciones de las condiciones en estudio utilizándose en este
caso valores medios ponderados en el tiempo (en concreto en la hora
precedente).
1. Recopilación de datos necesarios para el
cálculo:
El método comienza con la recogida de datos necesarios para
los cálculos posteriores:
1.1. El Aislamiento de la ropa:
El valor del aislamiento térmico proporcionado por la ropa
puede estimarse mediante la consulta de tablas (ISO 7730, ISO 9920). Estas
tablas permiten el cálculo a partir de combinaciones habituales de ropa o bien
mediante la selección personalizada de las prendas del trabajador.
Si la tarea se desarrolla sentado, al valor del aislamiento
proporcionado por la ropa se le debería añadir el aislamiento proporcionado por
el asiento.
Las unidades para medir el aislamiento térmico de la ropa
son el clo. y los metros cuadrados kelvin por vatio (m²K/W).
La siguiente tabla puede orientar al evaluador sobre el
rango de valores que puede tomar la variable aislamiento térmico de la ropa:
|
Tipo de ropa |
Aislamiento (clo.) |
|
Desnudo |
0 clo. |
|
Ropa ligera (Ropa de verano) |
0.5 clo. |
|
Ropa media (Traje completo) |
1 clo. |
|
Ropa pesada (Ropa de invierno) |
1.5 clo. |
Tabla 1. Valores de aislamiento de la ropa en clo. Según INSHT-NTP74
Para la obtención del Voto Medio Estimado se requiere el
valor del Aislamiento de la ropa medido en m²K/W, si se dispone de la medida en
unidades clo. se aplicará la siguiente conversión: 1 clo. = 0,155 m²K/W.
1.2. La Tasa metabólica:
La tasa metabólica mide el gasto energético muscular que
experimenta el trabajador cuando desarrolla una tarea, gran parte de dicha
energía es transformada directamente en calor. Aproximadamente sólo el 25% de
la energía es aprovechada en realizar el trabajo, el resto se convierte en
calor, circunstancia observada por Fanger e incluida en su análisis del confort
térmico.
El cálculo de la tasa metabólica será necesario no sólo
como variable para la estimación del bienestar térmico mediante el Voto Medio
Estimado, sino también para la evaluación de la carga física asociada a la
tarea, al observarse una relación directa entre la dureza de la actividad
desarrollada y el valor de la tasa metabólica.
|
Nivel de
actividad |
Metabolismo de trabajo kcal/jornada (8h) |
|
Trabajo ligero |
<1600 |
|
Trabajo medio |
1600 a 2000 |
|
Trabajo pesado |
>2000 |
Tabla 2. Relación entre tasa metabólica
y carga física de la tarea según INSHT-NTP177
El valor de la tasa metabólica puede estimarse mediante la
aplicación de los siguientes métodos, clasificados en 4 niveles según su
precisión:
|
Nivel |
Métodos de estimación del metabolismo |
|
Nivel 1.
Tanteo |
1a. Estimación
de la tasa metabólica en función la profesión. (ISO 8996) 1b. Estimación
de la tasa metabólica en función del tipo de actividad. (ISO 8996 - ISO
7730) |
|
Nivel 2. Observación |
2a. Estimación de la tasa metabólica a
partir de los componentes de la actividad (ISO 8996, INSHT- NTP
323) 2b. Estimación de la tasa metabólica
por actividad-tipo (ISO 8996, INSHT- NTP 323). |
|
Nivel 3. Análisis |
Estimación
de la tasa metabólica en función del ritmo cardiaco bajo condiciones
determinadas ISO 8996. |
|
Nivel 4.Actuación experta |
Medida del consumo de oxígeno. Método del agua doblemente marcada. Calorimetría directa. |
Tabla 3. Métodos principales de estimación del metabolismo.
Si la tasa metabólica varía en el tiempo debe calcularse su
valor medio ponderado durante la hora precedente.
A continuación se muestran las distintas unidades de medida
de las tasas metabólicas y sus equivalencias, siendo las más utilizadas por las
tablas normalizadas la unidad met. y el W/m².
|
1 kcal |
4184 kj |
|
1kcal/h |
1161 W |
|
1 W |
0.861 kcal/h |
|
1kcal/h |
0.644 W/m2 |
|
1 W/m2 |
1553 kcal/h (para una superficie corporal estándar
de1.8 m2) |
|
1 met. |
0.239 kcal |
|
1 met. |
58.15 W/m2 |
Tabla 4. Tabla de equivalencia de
unidades de medida de la Tasa metabólica.
La siguiente tabla muestra los valores de la tasa
metabólica en función de la actividad desarrollada y puede servir al evaluador
como primera aproximación.
|
Clase |
Tasa Metabólica en W/m2 |
Ejemplos de Actividades |
|
Descanso |
65 |
Descansando,
sentado cómodamente. |
|
Tasa metabólica baja |
100 |
Escribir, teclear, dibujar, coser, anotar
contabilidad, manejo de herramientas pequeñas, caminar sin prisa ( velocidad
hasta 2,5 Km./h) |
|
Tasa metabólica moderada |
165 |
Clavar
clavos, limar, conducción de camiones, tractores o máquinas de obras, caminar
a una velocidad de 2,5 Km./h hasta 5,5 Km./h. |
|
Tasa metabólica alta |
230 |
Trabajo intenso con brazos y tronco,
transporte de materiales pesados, Pedalear, empleo de sierra, caminar a una
velocidad de 5,5 Km./h hasta 7 Km./h. |
|
Tasa metabólica muy alta |
260 |
Actividad
muy intensa a ritmo de muy rápido a máximo, trabajo con hacha, cavado o
pelado intenso, subir escaleras, caminar a una velocidad superior a 7 Km./h. |
Tabla 5. Valores medios de las tasas metabólicas en función de la actividad desarrollada (ISO 8996).
Para el cálculo del Voto Medio Estimado la variable Tasa
metabólica deberá estar medida en W/m², si se dispone de la medida en unidades
met. se aplicará la siguiente conversión: (1 met. = 58,15 W/m²)
1.3. Características del
ambiente
Para finalizar con la recopilación de datos se registrarán
las características del ambiente mediante la medición o cálculo de las
siguientes variables:
La Temperatura del aire medida en grados Celsius. Si se
dispone de la medida en Kelvin se aplicará la siguiente conversión: T(ºC)=(T(K)
- 273)
La Temperatura radiante media que se corresponde con el
intercambio de calor por radiación entre el cuerpo y las superficies que lo
rodean. Dicha variable deberá indicarse en grados Celsius, si se dispone de la
medida en Kelvin se aplicará la siguiente conversión: T(Cº)=(T(K) - 273).
La temperatura radiante media se puede calcular a partir de los valores medidos de la temperatura seca, la temperatura de globo y la velocidad relativa del aire mediante la siguiente ecuación:
Ecuación 1. Cálculo de la temperatura
radiante media.
La Humedad relativa medida en porcentaje o
la Presión parcial del vapor de agua medida en Pa. El método
permite realizar los cálculos en función de ambas variables siendo éstas
excluyentes.
La Velocidad relativa del aire medida
en m/s.
Etapa de Cálculo
Una
vez finalizada la fase de recogida de información se procederá al cálculo del
Voto Medio Estimado (PMV) mediante alguno de los siguientes procedimientos:
Mediante
la resolución de la "ecuación de confort" propuesta por Fanger.
Consultando tablas normalizadas (en este caso debería incluirse la temperatura operativa en la recopilación de datos inicial).(ISO 7730)
A
continuación se expone el cálculo del Voto medio estimado (PMV) mediante
"la ecuación del confort" definida por Fanger que relaciona entre sí
las variables recopiladas hasta el momento: aislamiento de la ropa, tasa
metabólica y características del ambiente.
|
Ecuación 2. Cálculo del Voto medio estimado (PMV).
·
M es la tasa
metabólica en W/m².
·
W es la potencia
mecánica efectiva en W/m² (puede estimarse en 0).
·
Icl es el aislamiento de
la ropa en m² K/W.
·
fcl es el factor de
superficie de la ropa.
·
ta es la temperatura
del aire en ºC.
·
tr es la temperatura
radiante media en ºC.
·
var es la velocidad
relativa del aire en m/s.
·
pa es la presión
parcial del vapor de agua en Pa.
·
pa=
RH/100*exp(16,6536-4030,183/ (ta + 235)) ; Dónde: RH es la humedad relativa del
aire medida en porcentaje
·
hc es el coeficiente de
transmisión del calor por convección en W/(m²K )
·
tcl es la temperatura de
la superficie de la ropa en ºC.
Seguidamente, el valor obtenido para el Voto medio estimado (PMV) se comparará con la siguiente escala de sensación térmica organizada en siete niveles, con el fin de determinar la sensación térmica global percibida por la mayoría de los trabajadores correspondiente a las condiciones evaluadas.
|
Rango de
valores |
Sensación térmica |
|
+3 |
Muy caluroso |
|
+2 |
Caluroso |
|
+1 |
Ligeramente caluroso |
|
0 |
Neutro |
|
-1 |
Ligeramente fresco |
|
-2 |
Fresco |
|
-3 |
Frío |
Tabla 6. Escala de sensación térmica en función del valor del Voto medio estimado.
|
|
PMV=- 0.4 el ambiente térmico es
ligeramente fresco |
|
|
|
Figura 1. Representación gráfica de la
Escala de sensación térmica para un valor del Voto medio estimado de -0.4.
El método completa su análisis con la estimación del Porcentaje
de personas insatisfechas (PPD) a partir del Voto medio estimado (PMV). Dicho
índice analiza aquellos votos dispersos alrededor del valor medio obtenido, y
representa a las personas que considerarían la sensación térmica como
desagradable, demasiado fría o calurosa.
La siguiente fórmula representa el cálculo del Porcentaje de personas insatisfechas (PPD):
Ecuación 3. Cálculo del Porcentaje de personas insatisfechas (PPD) a partir del Voto medio estimado (PMV).
Figura 2. Representación gráfica del
Porcentaje de personas insatisfechas para PPD=8,33%, correspondiente a un valor
del PMV= -0,4.
Análisis de los resultados
Voto medio estimado (PMV):
Si el valor del Voto medio estimado (PMV) pertenece al rango de valores comprendidos
entre -0,5 y 0,5, reflejará una situación térmica satisfactoria, confortable
para la mayoría de los trabajadores. En otro caso la situación se considerará
inadecuada y por tanto deberían llevarse a cabo medidas correctoras de mejora
de la sensación térmica.
Se recomienda la utilización del índice del Voto medio
estimado (PMV) para el estudio de condiciones térmicas cuyo resultado esté
comprendido entre -2 (ambiente fresco) y +2 (ambiente caluroso), por tanto si
el resultado obtenido excede dichos límites se deberían utilizar otros métodos
de evaluación del ambiente térmico.
Los valores del Voto medio estimado (PMV) cercanos a 0
indican condiciones en las que la sensación térmica se considera neutra, lo que
equivale a afirmar que existe confort térmico.
Por último, cabe destacar que la ecuación que obtiene el
PMV permite tanto comprobar la comodidad de un ambiente térmico dado, como
predecir aquellas combinaciones de valores de las variables implicadas que
representan situaciones
Porcentaje de personas
insatisfechas (PPD):
Valores del Porcentaje de personas insatisfechas (PPD) de hasta 10% reflejarán una situación satisfactoria para la mayoría de las personas (90% satisfechos), mientras que valores superiores indicarán una situación de inconfort térmico. Dicho valor se corresponde con los límites -0,5 y 0,5 indicados para el PMV.
El mejor valor del Porcentaje de personas insatisfechas
(PPD) que se puede obtener es de un 5%, correspondiente a una situación de
neutralidad térmica, o lo que es lo mismo, con un valor cero del Voto medio
estimado (PMV). La ecuación no contempla por tanto la situación ideal de que no
exista ningún trabajador insatisfecho con las condiciones térmicas, estimando
que en las mejores condiciones de confort térmico al menos un 5% puede no estar
conforme.
Balance térmico
El análisis comparativo de los valores de los términos de
la ecuación definida por Fanger para el cálculo del Voto medio estimado, que
identifican a los diferentes mecanismos de perdida de calor, puede orientar al
evaluador sobre los aspectos térmicos más desfavorables a intervenir.
Figura 3. Representación gráfica del Balance térmico correspondiente a un valor del PMV= -0,7 situación térmica inadecuada.
Bibliografía
·
Ergonomía
del ambiente térmico: UNE-EN ISO 7730:2006.
·
Ergonomía
del ambiente térmico: UNE-EN ISO 8996:2004.
·
INSHT-
NTP 323: Determinación del metabolismo energético.
·
INSHT- NTP
74: Confort térmico - Método de Fanger para su evaluación.
·
INSHT- NTP
177: La carga física de trabajo: definición y evaluación.
·
INSHT- NTP
501: Ambiente térmico: confort térmico local
·
INSHT- NTP
322: Valoración del riesgo de estrés térmico: índice WBGT
