La actividad humana va acompañada de la liberación continua de calor al medio ambiente. Su cantidad depende del grado de estrés físico y oscila entre 85 W (en reposo) y 500 W (al realizar trabajos pesados). A procesos fisiológicos Como ocurre normalmente en el cuerpo, el calor generado por el cuerpo debe eliminarse por completo al medio ambiente. Un desequilibrio de calor puede provocar sobrecalentamiento o hipotermia del cuerpo y, como consecuencia, pérdida de la capacidad de trabajo, fatiga rápida, pérdida del conocimiento y muerte por calor.
El régimen de temperatura de la piel juega un papel importante en la transferencia de calor. Su temperatura varía dentro de límites bastante importantes y bajo la ropa es de 30...34 °C. En condiciones meteorológicas desfavorables, en determinadas partes del cuerpo la temperatura puede descender hasta los 20 °C y, a veces, incluso menos.
El bienestar térmico normal se produce cuando el entorno percibe completamente las emisiones de calor de una persona, es decir, cuando hay equilibrio de calor y temperatura órganos internos permanece constante. Si la producción de calor del cuerpo no puede transferirse completamente al medio ambiente, la temperatura de los órganos internos aumenta y ese bienestar térmico se caracteriza por el concepto de "calor". La temperatura más alta de los órganos internos que una persona puede soportar es de 43 °C. Cuando el ambiente percibe más calor del que produce una persona, el cuerpo se enfría. Este bienestar térmico se caracteriza por el concepto de “frío”. La temperatura mínima de los órganos internos que una persona puede soportar es de 25 °C. Un ambiente confortable es aquel cuya capacidad de enfriamiento corresponde a la producción de calor humana. En condiciones confortables, una persona no experimenta ninguna sensación térmica perturbadora: frío o sobrecalentamiento.
El equilibrio térmico del cuerpo humano es diferente según las diferentes condiciones climáticas. La temperatura tiene el mayor impacto en el bienestar de una persona.
aire. Se siente principalmente en las partes superficiales expuestas del cuerpo humano. La intensidad del metabolismo y los procesos oxidativos en los tejidos, la regulación del suministro de sangre a la piel, la sudoración y la respiración dependen de la temperatura corporal. A temperaturas normales de piel de una persona, hasta el 45% del calor se elimina al aire ambiente por radiación, hasta el 30% por intercambio de calor convectivo y hasta el 25% por evaporación del sudor.
Las altas temperaturas del aire tienen un efecto adverso sobre el sistema nervioso central y cardiovascular humano. La baja temperatura puede provocar hipotermia local y general del cuerpo y provocar resfriados.
El intercambio de calor entre una persona y el medio ambiente se produce mediante convección (el proceso de lavado del cuerpo con aire).
Temperatura, velocidad, humedad relativa y Presión atmosférica El aire ambiente se llama indicadores de microclima, y sus valores numéricos son parámetros del microclima.
Parámetros e intensidad del microclima. actividad física el cuerpo se caracteriza por el grado de confort del microclima industrial, la sensación de calor de una persona y su rendimiento.
Se ha descubierto que cuando la temperatura del aire supera los 30 °C, el rendimiento de una persona comienza a decaer. Limitar la temperatura del aire inhalado, a
que una persona todavía es capaz de respirar durante varios minutos sin medios especiales La protección es de aproximadamente 116 °C.
La tolerancia de una persona a la temperatura también depende de la humedad y la velocidad del movimiento del aire circundante. Cuanto mayor es la humedad relativa, menos sudor se evapora por unidad de tiempo y más rápido se sobrecalienta el cuerpo. La alta humedad con temperaturas del aire superiores a 30 °C tiene un efecto especialmente negativo en el bienestar térmico de una persona. A esta temperatura, todo el calor liberado se destina a la evaporación del sudor. Pero con mucha humedad, el sudor no se evapora, sino que fluye en gotas desde la superficie de la piel, agotando el cuerpo y no proporcionando la transferencia de calor necesaria. Junto con el sudor, el cuerpo humano pierde una cantidad importante de sales minerales. En condiciones de microclima industrial desfavorables, la pérdida de líquidos de una persona puede alcanzar los 8...10 litros por turno y con ello hasta 40 g de sal de mesa (en total en el cuerpo humano unos 140 g). A altas temperaturas del aire, los carbohidratos y las grasas se consumen más intensamente y las proteínas se destruyen.
La exposición prolongada a altas temperaturas, especialmente en combinación con alta humedad, puede provocar una acumulación significativa de calor en el cuerpo y el desarrollo de un sobrecalentamiento del cuerpo por encima del nivel permitido (hipertermia), una condición en la que la temperatura corporal aumenta a
38...39 °C (golpe de calor). En esta condición hay dolor de cabeza, mareos, debilidad general, distorsión de la percepción del color, sequedad de boca, náuseas, vómitos, sudoración profusa, pulso y respiración acelerados. Hay palidez, cianosis, las pupilas dilatadas y en ocasiones pueden aparecer convulsiones y pérdida del conocimiento.
En los talleres calientes para la reparación de material rodante ferroviario existen procesos tecnológicos que tienen lugar a temperaturas significativamente superiores a la temperatura del aire. ambiente. Las superficies calentadas emiten corrientes de energía radiante al espacio, lo que puede provocar consecuencias negativas. Los rayos infrarrojos tienen un efecto principalmente térmico en el cuerpo humano, lo que altera el funcionamiento normal de los sistemas cardiovascular y central. sistemas nerviosos s. Estos rayos pueden provocar quemaduras en la piel y los ojos. El daño ocular más común y grave causado por la exposición a los rayos infrarrojos son las cataratas.
Los procesos de fabricación llevados a cabo en baja temperatura, la alta movilidad del aire y la humedad pueden provocar enfriamiento e incluso hipotermia del cuerpo: hipotermia. EN periodo inicial Se observa exposición al frío moderado, una disminución de la frecuencia respiratoria y un aumento del volumen de aire inhalado. Con exposición prolongada al frío.
La temperatura del cuerpo humano se mantiene a un cierto nivel, independientemente de la temperatura ambiente. El mantenimiento de una temperatura constante se garantiza regulando la generación y transferencia de calor. La formación de calor en el cuerpo se produce de forma continua en todos los órganos como resultado de la oxidación. nutrientes. Un gran número de El calor se genera en los músculos, especialmente durante trabajo físico. Existe una relación directa entre el metabolismo y la generación de calor: un aumento del metabolismo va acompañado de un aumento de la generación de calor y, a la inversa, con una disminución del metabolismo, la generación de calor disminuye. La regulación de la generación de calor se reduce a cambios en el metabolismo. Así, cuando la temperatura ambiente disminuye, aumenta el metabolismo de las sustancias y, en consecuencia, la formación de calor. Un claro ejemplo de tal dependencia es el temblor de los músculos cuando el cuerpo se enfría. La irritación de los correspondientes receptores cutáneos por el frío provoca una contracción refleja de los músculos, que se acompaña de un aumento de su metabolismo y de un aumento de la formación de calor.
Simultáneamente con la generación de calor, se produce el proceso de transferencia de calor. La sangre que fluye a través de los órganos se calienta y luego libera el exceso de calor al medio ambiente. La transferencia de calor se produce principalmente a través de la piel por radiación y conducción de calor, así como por evaporación del sudor. Parte del calor se desprende con el aire exhalado, la orina y las heces. La radiación y conducción de calor a través de la piel se produce sólo si la temperatura ambiente es inferior a la temperatura corporal. A altas temperaturas del aire, el calor se libera principalmente o exclusivamente como resultado de la sudoración. La regulación de la transferencia de calor se basa en gran medida en los cambios en el volumen de sangre que fluye a través de los vasos de la piel y en la intensidad de la sudoración. Así, cuando los vasos de la piel se dilatan y aumenta el flujo sanguíneo, aumenta la transferencia de calor, y cuando se estrechan y disminuye el flujo sanguíneo, éste disminuye.
El proceso de generación y transferencia de calor está regulado por el sistema nervioso. Estos procesos están influenciados por el centro de termorregulación ("centro térmico"), ubicado en la parte intermedia del cerebro. Los experimentos con animales han establecido que la estimulación mecánica (inyección con una aguja especial) o eléctrica de esta zona del cerebro provoca un aumento de la temperatura corporal.
Normalmente, la excitación del centro térmico se produce como resultado de la irritación de los receptores de temperatura de la piel y bajo la influencia de la temperatura de la sangre que fluye hacia el centro. Por ejemplo, cuando los receptores de la piel se irritan por el frío, los impulsos que surgen en ellos se transmiten al centro de termorregulación. Al mismo tiempo, la temperatura de la sangre que lava el centro térmico puede cambiar ligeramente. En respuesta a estas irritaciones, el centro térmico tiene dos tipos de influencia: aumento del metabolismo en los tejidos, lo que aumenta la producción de calor, y estrechamiento de los vasos sanguíneos de la piel, lo que conduce a una disminución de la transferencia activa de calor. Como resultado, el cuerpo no se enfría.
en el organismo persona saludable Existe un equilibrio entre la generación de calor y la transferencia de calor: se libera al ambiente tanto calor como se genera. Gracias a esta correspondencia entre la generación de calor y la transferencia de calor, la temperatura corporal se mantiene al mismo nivel.
La temperatura corporal media de una persona sana medida en la axila oscila entre 36,5 y 36,9°. En los bebés, la temperatura corporal se determina en el recto (37 - 37,5°). Durante el día se producen pequeñas fluctuaciones de temperatura que siguen un patrón determinado. La temperatura más baja se observa de 4 a 6 horas, la más alta, de 16 a 18 horas. A partir de mediciones de temperatura en diferentes momentos del día, se puede elaborar una curva de temperatura diaria.
Muchas enfermedades van acompañadas de un aumento de la temperatura corporal, que se explica por una violación de la termorregulación. Un aumento de la temperatura corporal por encima de 41° es una amenaza para el cuerpo, ya que se alteran los procesos vitales (estos sólo son posibles dentro de ciertos límites de temperatura). A temperatura corporal alta hay fuerte aumento metabolismo: hay una mayor descomposición de las proteínas del propio cuerpo (equilibrio de nitrógeno negativo), un aumento de la frecuencia cardíaca y un aumento asociado de la presión arterial, aumento de la respiración, etc. Se observa un aumento de la temperatura corporal durante el trabajo muscular intenso, especialmente en condiciones de alta temperatura del aire. En este caso, una persona puede sufrir un golpe de calor.
En algunos casos, por ejemplo, durante un enfriamiento prolongado, la temperatura corporal resulta ser más baja de lo normal. A veces se induce artificialmente una disminución de la temperatura corporal (hipotermia) mediante intervenciones quirúrgicas(por ejemplo, durante una cirugía cardíaca). Esto conduce a una disminución del metabolismo en el cuerpo y a una disminución de la demanda de oxígeno de los tejidos. En tales condiciones, los tejidos toleran la falta de oxígeno en la sangre durante más tiempo.
13. TRANSFERENCIA DE CALOR HUMANA
La transferencia de calor es el intercambio de calor entre la superficie del cuerpo humano y el medio ambiente. EN proceso complejo Para mantener el equilibrio térmico del cuerpo, la regulación de la transferencia de calor es de gran importancia. En relación con la fisiología de la transferencia de calor, se considera transferencia de calor como la transferencia de calor liberado en procesos vitales desde el cuerpo al medio ambiente. La transferencia de calor se realiza principalmente por radiación, convección, conducción, evaporación. Enfriamiento, la mayor parte la ocupa la pérdida de calor por radiación y convección (73-88% de la pérdida total de calor) (1,5, 1,6). En condiciones que provocan el sobrecalentamiento del cuerpo, predomina la transferencia de calor por evaporación.
Transferencia de calor por radiación. En cualquier condición de actividad humana, el intercambio de calor se produce entre él y los cuerpos circundantes a través de radiación infrarroja (intercambio de calor por radiación). En el curso de su actividad vital, una persona a menudo está expuesta a los efectos de calentamiento de la radiación infrarroja con diferentes características espectrales: del sol, de la superficie calentada de la tierra, de los edificios, de los dispositivos de calefacción, etc. calentamiento por radiación, por ejemplo, en talleres calientes de metalurgia, vidrio, industria alimentaria, etc.
Una persona emite calor por radiación en los casos en que la temperatura de las vallas que la rodean es inferior a la temperatura de la superficie corporal. En el entorno humano a menudo hay superficies que tienen una temperatura significativamente más baja que la temperatura corporal (paredes frías, superficies acristaladas). En este caso, la pérdida de calor por radiación puede provocar un enfriamiento local o general de una persona. Los trabajadores de la construcción, los trabajadores del transporte, los trabajadores del servicio de frigoríficos, etc. están expuestos al enfriamiento por radiación.
La transferencia de calor por radiación en condiciones meteorológicas confortables representa entre el 43,8 y el 59,1% de la pérdida total de calor. Si en una habitación hay cercas con una temperatura inferior a la temperatura del aire, la gravedad específica de la pérdida humana de calor por radiación aumenta y puede alcanzar el 71%. Este método de enfriamiento y calentamiento tiene un efecto más profundo en el cuerpo que la convección (1,5 J. La transferencia de calor por radiación* es proporcional a la diferencia en la cuarta potencia de las temperaturas absolutas de las superficies del cuerpo humano y los objetos circundantes. Con un pequeña diferencia de temperatura, que se observa prácticamente en condiciones reales de actividad humana. La ecuación para determinar la pérdida de calor por radiación (Srad, W) se puede escribir de la siguiente manera:
donde un rad es la emisividad, W/(m2°C); Spad: superficie del cuerpo humano que participa en el intercambio de calor por radiación, m2; t1 - temperatura de la superficie del cuerpo humano (ropa), °C; t2 - temperatura de la superficie de los objetos circundantes, °C.
Emisividad un rad en valores conocidos t1 y t2 se pueden determinar a partir de la tabla. 1.3.
La superficie del cuerpo humano que participa en el intercambio de calor por radiación es menor que toda la superficie del cuerpo, ya que algunas partes del cuerpo se irradian mutuamente y no participan en el intercambio. La superficie corporal implicada en el intercambio de calor puede representar entre el 71 y el 95% de la superficie total del cuerpo humano. Para personas de pie o sentadas, el coeficiente de eficiencia de la radiación procedente de la superficie del cuerpo es 0,71; durante el movimiento humano puede aumentar a 0,95.
La pérdida de calor por radiación desde la superficie del cuerpo de una persona vestida Qrad, W, también se puede determinar mediante la ecuación
Transferencia de calor por convección. El calor se transfiere por convección desde la superficie del cuerpo (o la ropa) de una persona al aire que se mueve a su alrededor. Se producen intercambios de calor por convección libre (debido a la diferencia de temperatura entre la superficie del cuerpo y el aire) y forzado (bajo la influencia del movimiento del aire). En relación a la pérdida total de calor en condiciones de confort térmico, la transferencia de calor por convección es del 20-30%. La pérdida de calor por convección aumenta significativamente en condiciones de viento.
Utilizando el valor total del coeficiente de transferencia de calor (a rad.conv), los valores de pérdida de calor por radiación-convección (Orad.conv) se pueden determinar mediante la ecuación
Orad.conv = Orad.conv (tod-tv).
Transferencia de calor por conducción. Transferencia de calor desde la superficie del cuerpo humano a quienes están en contacto con ella. objetos duros llevado a cabo por conducción. La pérdida de calor por conducción de acuerdo con la ley de Fourier se puede determinar mediante la ecuación 
Como se desprende de la ecuación, la transferencia de calor por conducción es mayor cuanto menor es la temperatura del objeto con el que está en contacto la persona, mayor es la superficie de contacto y menor es el espesor del paquete de prendas de vestir.
En condiciones normales, el peso específico de la pérdida de calor por conducción es pequeño, ya que el coeficiente de conductividad térmica del aire en calma es insignificante. En este caso, una persona pierde calor por conducción solo desde la superficie de los pies, cuyo área es el 3% de la superficie corporal. Pero en ocasiones (en las cabinas de máquinas agrícolas, grúas torre, excavadoras, etc.) el área de contacto con las paredes frías puede ser bastante grande. Además, además del tamaño de la superficie de contacto, también importa la zona del cuerpo que se enfría (pies, zona lumbar, hombros, etc.).
Transferencia de calor por evaporación. Una forma importante de transferencia de calor, especialmente a altas temperaturas del aire y cuando una persona realiza trabajo físico, es la evaporación de la humedad y el sudor por difusión. En condiciones de confort térmico y enfriamiento, una persona en estado de relativo reposo físico pierde humedad por difusión (transpiración imperceptible) desde la superficie de la piel y el tracto respiratorio superior. Debido a esto, una persona libera entre el 23 y el 27% del calor total al medio ambiente, y 1/3 de la pérdida proviene del calor por evaporación del tracto respiratorio superior y 2/3 de la superficie de la piel. La pérdida de humedad por difusión está influenciada por la presión del vapor de agua en el aire que rodea a una persona. Dado que en condiciones terrestres el cambio en la presión del vapor de agua es pequeño, la pérdida de humedad debida a la evaporación de la humedad por difusión se considera relativamente constante (30-60 g/h). Fluctúan un poco sólo dependiendo del suministro de sangre a la piel.
La pérdida de calor por evaporación de la humedad por difusión desde la superficie de la piel Qexp.d, W, se puede determinar mediante la ecuación
Transferencia de calor durante la respiración. La pérdida de calor debido al calentamiento del aire inhalado es una pequeña fracción en comparación con otros tipos de pérdida de calor; sin embargo, con un aumento en el consumo de energía y una disminución de la temperatura del aire, la pérdida de calor de este tipo aumenta.
La pérdida de calor debida al calentamiento del aire inhalado Qin.n, W, puede determinarse mediante la ecuación
Qaliento.n=0,00 12Qe.t (34-tv),
donde 34 es la temperatura del aire exhalado, °C (en condiciones confortables) .
En conclusión, cabe señalar que las ecuaciones anteriores para calcular los componentes del equilibrio térmico sólo permiten una estimación aproximada del intercambio de calor entre una persona y el medio ambiente. También existen una serie de ecuaciones (empíricas y analíticas) propuestas por diferentes autores que permiten determinar la cantidad de pérdida de calor por radiación-convección (fred conv) necesaria para calcular la resistencia térmica de la ropa.
En este sentido, en la investigación, junto con los cálculos, se utilizan métodos experimentales para evaluar el intercambio de calor del cuerpo. Estos incluyen métodos para determinar la pérdida total de humedad de una persona y la pérdida de humedad por evaporación pesando a una persona vestida y desvestida, así como. así como determinar la pérdida de calor por radiación-convección utilizando sensores de medición de calor colocados en la superficie del cuerpo.
Además de los métodos directos para evaluar la transferencia de calor humana, se utilizan métodos indirectos, que reflejan el efecto en el cuerpo de la diferencia entre la transferencia de calor y la producción de calor por unidad de tiempo en condiciones de vida específicas. Este ratio determina el estado térmico de una persona, manteniendo el cual en un nivel óptimo o aceptable es una de las principales funciones de la ropa. En este sentido, los indicadores y criterios del estado térmico de una persona sirven. base fisiológica tanto diseño como evaluación de indumentaria.
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La actividad humana va acompañada de la liberación continua de calor al medio ambiente. Su cantidad depende del grado de estrés físico y oscila entre 85 (en reposo) y 500 W (durante el trabajo duro). Para que los procesos fisiológicos en el cuerpo se desarrollen con normalidad, el calor generado por el cuerpo debe evacuarse completamente al medio ambiente. La violación del equilibrio térmico puede provocar un sobrecalentamiento o hipotermia del cuerpo y, como consecuencia, una pérdida de capacidad. al trabajo, fatiga rápida, pérdida del conocimiento y muerte por calor.
Uno de los indicadores integrales importantes del estado térmico del cuerpo es la temperatura corporal promedio de aproximadamente 36,5 “C. Depende del grado de alteración del equilibrio térmico y del nivel de consumo de energía al realizar el trabajo físico. al hacer el trabajo gravedad moderada y grave, a altas temperaturas del aire, puede aumentar desde unas pocas décimas de grado hasta 1...2°C. La temperatura más alta de los órganos internos que una persona puede soportar es de 43 °C, la mínima es de 25 °C.
El régimen de temperatura de la piel juega un papel importante en la transferencia de calor. Su temperatura varía dentro de límites bastante importantes y bajo la ropa es de 30...34 °C. En condiciones meteorológicas desfavorables, en determinadas partes del cuerpo la temperatura puede descender hasta los 20 °C y, a veces, incluso menos.
El bienestar térmico normal se produce cuando la generación de calor Q TP La persona es completamente percibida por el entorno. Q A, es decir, cuando se produce el equilibrio térmico Q TP = Q A. Al mismo tiempo, la temperatura de los órganos internos permanece constante. Si la producción de calor del cuerpo no se puede transferir completamente al medio ambiente ( Q TP > Q A), la temperatura de los órganos internos aumenta y dicho bienestar térmico se caracteriza por el concepto de “calor”. En el caso de que el ambiente perciba más calor del que produce una persona ( Q TP < Q A), luego el cuerpo se enfría. Este bienestar térmico se caracteriza por el concepto de “frío”.
El intercambio de calor entre una persona y el medio ambiente se realiza por convección. q k como resultado del lavado del cuerpo por el aire, la radiación a las superficies circundantes y en el proceso de transferencia de calor y masa. ql durante la evaporación de la humedad que las glándulas sudoríparas llevan a la superficie de la piel y durante la respiración. El bienestar humano normal se logra sujeto a la igualdad:
Q TP = q k +ql +QTM
La cantidad de calor que desprende el cuerpo humano. de varias maneras, depende de uno u otro parámetro del microclima. Por tanto, la magnitud y dirección del intercambio de calor convectivo entre una persona y el medio ambiente está determinada principalmente por la temperatura ambiente, la presión atmosférica, la movilidad y el contenido de humedad del aire.
La radiación de calor se produce en dirección a las superficies que rodean a una persona, que tienen una temperatura más baja que la temperatura de la superficie de la ropa y las partes abiertas del cuerpo humano. A altas temperaturas de las superficies circundantes (más de 30 °C), la transferencia de calor por radiación se detiene por completo, y a temperaturas más altas, la transferencia de calor por radiación va en la dirección opuesta: de las superficies calientes a una persona.
La liberación de calor durante la evaporación de la humedad llevada a la superficie de la piel por las glándulas sudoríparas depende de la temperatura del aire, la intensidad del trabajo realizado por una persona, la velocidad del movimiento del aire circundante y su humedad relativa.
La temperatura, la velocidad, la humedad relativa y la presión atmosférica del aire circundante se denominan parámetros de microclima. La temperatura de los objetos circundantes y la intensidad de la actividad física del cuerpo caracterizan un entorno de producción específico.
Los principales parámetros que garantizan el proceso de intercambio de calor entre una persona y el medio ambiente, como se muestra arriba, son indicadores de microclima. En condiciones naturales en la superficie de la Tierra (nivel del mar), varían dentro de límites significativos. Así, la temperatura ambiente varía de -88 a + 60 °C; movilidad aérea: de 0 a 60 m/s; humedad relativa - del 10 al 100% y presión atmosférica - de 680 a 810 mm Hg. Arte.
Junto con los cambios en los parámetros del microclima, también cambia el bienestar térmico de una persona. Las condiciones que alteran el equilibrio térmico provocan reacciones en el organismo que contribuyen a su recuperación. Los procesos de regulación de la liberación de calor para mantener una temperatura constante del cuerpo humano se denominan termorregulación. Te permite mantener constante la temperatura corporal. La termorregulación se lleva a cabo principalmente de tres formas: bioquímicamente; cambiando la intensidad de la circulación sanguínea y la intensidad de la sudoración.
La termorregulación por medios bioquímicos, llamada termorregulación química, consiste en cambiar la producción de calor en el cuerpo regulando la velocidad de las reacciones oxidativas. Cambiar la intensidad de la circulación sanguínea y la sudoración cambia la liberación de calor al medio ambiente y, por lo tanto, se denomina termorregulación física.
La termorregulación del cuerpo se lleva a cabo simultáneamente por todos los medios. Por lo tanto, cuando la temperatura del aire disminuye, un aumento en la transferencia de calor debido a un aumento en la diferencia de temperatura se evita mediante procesos tales como una disminución en la humedad de la piel y, por lo tanto, una disminución en la transferencia de calor a través de la evaporación, una disminución en la temperatura del piel debido a una disminución en la intensidad del transporte de sangre desde los órganos internos y, al mismo tiempo, una disminución en la diferencia de temperaturas. Se ha establecido experimentalmente que el metabolismo óptimo en el cuerpo y, en consecuencia, rendimiento máximo Las actividades tienen lugar si los componentes del proceso de transferencia de calor están dentro de los siguientes límites: q k≈30 %; ql≈ 50 %; QTM≈ 20%. Este equilibrio caracteriza la ausencia de tensión en el sistema de termorregulación.
Los parámetros del microclima tienen un impacto directo en el bienestar térmico y el rendimiento de una persona. Se ha comprobado que a temperaturas del aire superiores a 25 °C, el rendimiento humano comienza a decaer. La temperatura máxima del aire inhalado a la que una persona puede respirar durante varios minutos sin equipo de protección especial es de unos 116°C.
La tolerancia de una persona a la temperatura, así como su sensación de calor, depende en gran medida de la humedad y la velocidad del aire circundante. Cuanto mayor es la humedad relativa, menos sudor se evapora por unidad de tiempo y más rápido se sobrecalienta el cuerpo. La alta humedad tiene un efecto especialmente desfavorable sobre el bienestar térmico de una persona.<ос >30 °C, ya que casi todo el calor generado se libera al ambiente mediante la evaporación del sudor. Cuando aumenta la humedad, el sudor no se evapora, sino que cae en gotas desde la superficie de la piel. Se produce el llamado flujo torrencial de sudor, que agota el cuerpo y no proporciona la transferencia de calor necesaria. Junto con el sudor, el cuerpo pierde una cantidad importante de sales minerales, oligoelementos y vitaminas solubles en agua. En condiciones desfavorables, la pérdida de líquidos puede alcanzar los 8...10 litros por turno y con ello hasta 40 g de sal de mesa (en total hay unos 140 g de NaCl en el organismo). Las pérdidas de más de 30 g de NaCl son extremadamente peligrosas para el cuerpo humano, ya que provocan una alteración de la secreción gástrica. espasmos musculares, calambre. La compensación de la pérdida de agua en el cuerpo humano a altas temperaturas se produce debido a la descomposición de carbohidratos, grasas y proteínas.
Para restablecer el equilibrio agua-sal de los trabajadores en los talleres calientes, se instalan puntos de reposición de agua carbonatada salada (aproximadamente 0,5% de NaCl). agua potable a razón de 4...5 litros por persona por turno. Varias fábricas utilizan proteína y vitamina en polvo para estos fines. En climas cálidos se recomienda beber frío agua potable o té.
La exposición prolongada a altas temperaturas, especialmente en combinación con alta humedad, puede provocar una acumulación significativa de calor en el cuerpo y el desarrollo de un sobrecalentamiento del cuerpo por encima del nivel permitido (hipertermia), una condición en la que la temperatura corporal aumenta a 38. ..39°C. Con hipertermia y como consecuencia. golpe de calor Se observan dolor de cabeza, mareos, debilidad general, distorsión de la percepción del color, sequedad de boca, náuseas, vómitos, sudoración profusa, pulso y respiración acelerados. En este caso se observa palidez, cianosis, las pupilas están dilatadas, en ocasiones se producen convulsiones y pérdida del conocimiento.
En los talleres calientes de las empresas industriales, la mayoría de los procesos tecnológicos se llevan a cabo a temperaturas significativamente superiores a la temperatura del aire ambiente. Las superficies calentadas emiten corrientes de energía radiante al espacio, lo que puede tener consecuencias negativas. Los rayos infrarrojos tienen un efecto principalmente térmico en el cuerpo humano, lo que altera la actividad de los sistemas cardiovascular y nervioso. Los rayos pueden provocar quemaduras en la piel y los ojos. El daño ocular más común y grave causado por la exposición a los rayos infrarrojos son las cataratas.
Los procesos de producción que se llevan a cabo a bajas temperaturas, alta movilidad del aire y humedad pueden provocar enfriamiento e incluso hipotermia del cuerpo: hipotermia. En el período inicial de exposición al frío moderado se observa una disminución de la frecuencia respiratoria y un aumento del volumen de inhalación. Con la exposición prolongada al frío, la respiración se vuelve irregular, la frecuencia y el volumen de la inhalación aumentan. La aparición de temblores musculares, en los que no se realiza trabajo externo y toda la energía se convierte en calor, puede retrasar durante algún tiempo la disminución de la temperatura de los órganos internos. El resultado de la acción. temperaturas bajas Son heridas por frío.
2. CONTROL DE INDICADORES DEL MICROCLIMA
Los parámetros estándar del microclima industrial están establecidos por GOST 12.1.005-88, así como por SanPiN 2.2.4.584-96.
Mesa- Rendimiento óptimo microclima en lugares de trabajo industriales
|
Periodo del año |
Temperatura del aire, 0 C |
Temperatura de la superficie, 0 C |
Humedad relativa, % |
Velocidad del aire, m/s |
|
|
Frío |
Ia(hasta 139) |
22…24 |
21…25 |
60…40 |
0,1 |
|
IIb (140…174) |
21…23 |
20…24 |
60…40 |
0,1 |
|
|
IIb(175…232) |
19…21 |
18…22 |
60…40 |
0,2 |
|
|
IIb (233…290) |
17…19 |
16…20 |
60…40 |
0,2 |
|
|
III (más de 290) |
16…18 |
15…19 |
60…40 |
0,3 |
|
|
Cálido |
Ia (hasta 139) |
23…25 |
22…26 |
60…40 |
0,1 |
|
lb (140…174) |
22…24 |
21…25 |
60…40 |
0,1 |
|
|
IIa (175…232) |
20…22 |
19…23 |
60…40 |
0,2 |
|
|
IIb (233…290) |
19…21 |
18…22 |
60…40 |
0,2 |
|
|
III (más de 290) |
18…20) |
17…21 |
60…40 |
0,3 |
Para evaluar la naturaleza de la vestimenta y la aclimatación del cuerpo en diferentes épocas del año, se introdujo el concepto de época del año. Hay períodos cálidos y fríos del año. La época cálida del año se caracteriza por una temperatura exterior media diaria de + 10 °C y superior, la época fría es inferior a + 10 °C.
Teniendo en cuenta la intensidad del trabajo, todos los tipos de trabajo, en función del consumo total de energía del cuerpo, se dividen en tres categorías: ligero, moderado y pesado. Las características de los locales de producción por la categoría de trabajo realizado en ellos se establecen por la categoría de trabajo realizado por la mitad o más de los trabajadores en el local correspondiente.
A trabajo ligero(categoría I) incluye el trabajo realizado sentado o de pie que no requiere un estrés físico sistemático (trabajo de controladores, en procesos de fabricación de instrumentos de precisión, trabajo de oficina, etc.). Los trabajos ligeros se dividen en categoría 1a (consumo de energía hasta 139 W) y categoría 16 (consumo de energía 140...174 W). El trabajo medio-pesado (categoría II) incluye trabajos con consumo de energía de 175...232 (categoría Ha) y 233...290 W (categoría 116). La categoría Na incluye el trabajo asociado con caminar constantemente, realizado de pie o sentado, pero que no requiere el movimiento de objetos pesados. La categoría Pb incluye el trabajo asociado con caminar y transportar pesos pequeños (hasta 10 kg) (en talleres de ensamblaje mecánico, producción textil, durante; procesamiento de madera, etc.). El trabajo pesado (categoría III) con un consumo de energía superior a 290 W incluye el trabajo asociado con la sistemática. estrés físico, en particular con movimiento constante, con transporte de pesos importantes (más de 10 kg) (en fraguas, fundiciones con procesos manuales, etc.).
En el área de trabajo de las instalaciones de producción, según GOST 12.1.005-88, se pueden establecer condiciones microclimáticas óptimas y permisibles. Las condiciones microclimáticas óptimas son una combinación de parámetros microclimáticos que, con una exposición humana prolongada y sistemática, proporcionan una sensación de confort térmico y crean los requisitos previos para un alto rendimiento.
Las condiciones microclimáticas aceptables son combinaciones de parámetros microclimáticos que, con una exposición humana prolongada y sistemática, pueden causar estrés en las reacciones termorreguladoras y que no van más allá de los límites de las capacidades fisiológicas de adaptación. En este caso, no se producen problemas de salud, ni sensaciones de calor incómodas que empeoren el bienestar, ni disminución del rendimiento.
Las mediciones de indicadores de microclima se realizan en el área de trabajo a una altura de 1,5 m del piso, repitiéndolas en tiempos diferentes día y año, en diferentes periodos proceso tecnológico. Se miden la temperatura, la humedad relativa y la velocidad del aire.
Para medir la temperatura y la humedad relativa se utiliza un psicrómetro de aspiración de Assmann (Fig. 2). Consta de dos termómetros. En uno de ellos, el depósito de mercurio se tapa con un paño, que se humedece con una pipeta. Un termómetro de bulbo seco muestra la temperatura del aire. Las lecturas de un termómetro húmedo dependen de la humedad relativa del aire: su temperatura es menor cuanto menor es la humedad relativa, ya que a medida que disminuye la humedad, aumenta la tasa de evaporación del agua del tejido humedecido y la superficie del depósito se enfría más. intensamente.
Para eliminar la influencia de la movilidad del aire en la habitación en las lecturas del termómetro húmedo (el movimiento del aire aumenta la tasa de evaporación del agua de la superficie del tejido humedecido, lo que conduce a un enfriamiento adicional del globo de mercurio con la correspondiente subestimación del valor de humedad medido en comparación con su valor real), ambos termómetros están colocados en tubos protectores metálicos. Para aumentar la precisión y estabilidad de las lecturas del instrumento, al medir la temperatura con termómetros secos y húmedos, se hacen pasar flujos de aire constantes a través de ambos tubos, creados por un ventilador ubicado en la parte superior del instrumento.
Antes de medir, se aspira agua con una pipeta especial y se humedece la cubierta de tejido del termómetro húmedo. En este caso, el dispositivo se sostiene verticalmente, luego se amartilla el mecanismo del reloj y se instala (se cuelga o se sostiene en la mano) en el punto de medición.
Después de 3...5 minutos, las lecturas de los termómetros secos y húmedos se establecen en ciertos niveles, a partir de los cuales se calcula la humedad relativa del aire mediante tablas especiales.
La velocidad del movimiento del aire se mide mediante anemómetros (Fig. 2.7). Cuando las velocidades del aire exceden 1 m/s, se utilizan anemómetros de paletas o de copa; a velocidades más bajas, se utilizan anemómetros de hilo caliente.
El principio de funcionamiento de los anemómetros de paletas y copas es mecánico. Bajo la influencia de la fuerza aerodinámica de un flujo de aire en movimiento, el rotor del dispositivo con alas (placas) unidas comienza a girar a una velocidad cuyo valor corresponde a la velocidad del flujo que se aproxima. Mediante un sistema de ruedas dentadas, el eje está conectado a flechas móviles. La manecilla central muestra unidades y decenas, las manecillas de las esferas pequeñas muestran cientos y miles de divisiones. Usando una palanca ubicada en el lateral, puede desconectar el eje del mecanismo de engranajes o conectarlo.
Antes de la medición, registre las lecturas del dial con el eje apagado. El dispositivo se instala en el punto de medición y el eje con las alas adjuntas comienza a girar. La hora se anota mediante un cronómetro y se enciende el dispositivo. Después de 1 minuto, moviendo la palanca, se apaga el eje y se vuelven a registrar las lecturas. La diferencia en las lecturas del instrumento se divide por 60 (el número de segundos en un minuto) para determinar la velocidad de rotación de la mano, el número de divisiones que recorre en 1 segundo. Según el valor encontrado, utilizando el gráfico suministrado con el dispositivo, determine la velocidad del movimiento del aire por segundo.
Para medir bajas velocidades del aire se utiliza un anemómetro de hilo caliente, que también permite determinar la temperatura del aire. El principio de medición se basa en el cambio. resistencia eléctrica Elemento sensible del dispositivo cuando cambian la temperatura y la velocidad del aire. Con base en la magnitud de la corriente eléctrica medida por un galvanómetro, la velocidad del flujo de aire se determina mediante tablas.
LITERATURA
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2014-05-14
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Denisenko G.F. Seguridad y salud en el trabajo: Tutorial. – M.: Escuela Superior, 1995. .
Druzhinin V.F., Motivación de actividades en situaciones de emergencia, M., 1996.
El intercambio de calor se produce constantemente entre una persona y su entorno. Los factores ambientales afectan al cuerpo de manera compleja y, dependiendo de sus valores específicos, los centros vegetativos (estriado, tubérculo gris del diencéfalo) y la formación reticular, interactuando con la corteza cerebral y enviando impulsos a los músculos a lo largo de las fibras simpáticas, Proporcionar un equilibrio óptimo entre los procesos de generación y transferencia de calor.
La termorregulación del cuerpo es una combinación de factores fisiológicos y procesos quimicos, destinado a mantener la temperatura corporal dentro de ciertos límites (36,1...37,2 °C). El sobrecalentamiento del cuerpo o la hipotermia provocan alteraciones peligrosas en las funciones vitales y, en algunos casos, enfermedades. La termorregulación está garantizada por cambios en dos componentes de los procesos de intercambio de calor: la producción de calor y la transferencia de calor. El equilibrio térmico del cuerpo está significativamente influenciado por la transferencia de calor, ya que es el más controlable y variable.
El calor se produce en todo el cuerpo, pero sobre todo en los músculos estriados y el hígado. La generación de calor del cuerpo humano, vestido con ropa de casa y en estado de relativo reposo a una temperatura del aire de 15...25 ° C, se mantiene aproximadamente en el mismo nivel. A medida que la temperatura disminuye, aumenta, y cuando aumenta de 25 a 35 °C, disminuye ligeramente. A temperaturas superiores a 40 °C, la producción de calor comienza a aumentar. Estos datos indican que la regulación de la producción de calor en el cuerpo se produce principalmente a bajas temperaturas ambientales.
La producción de calor aumenta al realizar un trabajo físico, y cuanto más duro es el trabajo. La cantidad de calor generado también depende de la edad y el estado de salud de la persona. Los valores medios de producción de calor de un adulto, en función de la temperatura ambiente y la severidad del trabajo realizado, se dan en la Tabla 14.3.
14.3. Producción de calor humano dependiendo de la temperatura del aire y la severidad del trabajo realizado.
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Temperatura del aire, "C |
Producción de calor, J/s |
Temperatura del aire, °C |
Producción de calor, J/s |
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estado de reposo |
Trabajo moderado |
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Trabajo fácil |
Trabajo duro y muy duro |
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Hay tres tipos de transferencia de calor desde el cuerpo humano:
radiación (en forma de rayos infrarrojos emitidos por la superficie del cuerpo hacia objetos con menor temperatura);
convección (calentamiento del aire que lava la superficie del cuerpo);
evaporación de la humedad de la superficie de la piel, las membranas mucosas del tracto respiratorio superior y los pulmones.
La relación porcentual entre estos tipos de transferencia de calor de una persona que se encuentra en condiciones normales de reposo se expresa con las siguientes cifras: 45/30/25. Sin embargo, esta relación puede variar según los valores específicos de los parámetros del microclima y la severidad del trabajo realizado.
La transferencia de calor por radiación ocurre sólo cuando la temperatura de los objetos circundantes es menor que la temperatura de la piel expuesta (32...34,5 °C) o las capas exteriores de ropa (27...28 °C para una persona vestida con ropa ligera y aproximadamente 24 °C). °C para una persona con ropa de invierno). La mayor parte de la radiación pertenece al rango infrarrojo con una longitud de onda de (4...50) * 10-6 m. En este caso, la cantidad de calor que pierde el cuerpo por unidad de tiempo, J/s (1 J/s = 1 W),
Pp = Sδ(Tch4 - To4),
donde S es el área de superficie del cuerpo humano, determinada a partir del gráfico (Fig. 14.1), m2. Si se desconocen la masa y la altura de una persona, entonces tome S = 1,5 m2; δ - emisividad reducida, W/(m2*K4): para tejido de algodón 5 = 4,2*10-8, para lana y seda δ = 4,3*10, para piel humana δ = 5,1*10 -8; PM es la temperatura de la superficie del cuerpo humano: para una persona desnuda 306 K (corresponde a 33 °C); To es la temperatura ambiente, K.
Arroz. 14.1. Gráfico para determinar la superficie del cuerpo humano en función de su peso y altura.
La transferencia de calor por convección también ocurre si la temperatura de la superficie de la piel o capas superiores ropa por encima de la temperatura del aire lavándola. En ausencia de viento, una capa de aire de 4...8 mm de espesor adyacente a la superficie de la piel de una persona desnuda se calienta debido a su conductividad térmica. Las capas más distantes se calientan debido al movimiento natural del aire o al impulso forzado. Con un aumento en la velocidad del movimiento del aire, el grosor de la capa límite que rodea a una persona disminuye a 1 mm y la transferencia de calor desde la superficie del cuerpo aumenta varias veces. Pérdida de calor por convección a través de Vías aéreas menos que de la piel, y ocurren en los casos en que la temperatura del aire inhalado es más baja que la temperatura corporal. La transferencia de calor por convección aumenta al aumentar la presión barométrica.
Aproximadamente, la pérdida de calor por unidad de tiempo por convección, J/s, se puede determinar mediante la fórmula
Pk1 = 7(0,5 + √v)S(Tch - To)
Pk2 = 8,4(0,273 + √v)S(Tch - To)
donde v es la velocidad del aire, m/s.
La primera fórmula se utiliza para la velocidad del aire v ≤ 0,6 m/s, la segunda, para v > 0,6 m/s.
La evaporación es la pérdida de calor cuando temperatura elevada aire cuando los métodos de transferencia de calor mencionados anteriormente sean difíciles o imposibles. En condiciones normales, se produce una sudoración imperceptible en la mayor parte de la superficie del cuerpo humano, como resultado de la difusión de agua sin la participación activa de las glándulas sudoríparas. La excepción son las superficies de las palmas, plantas y axilas(que constituye aproximadamente el 10% de la superficie corporal), sobre el cual se secreta sudor de forma continua.
Como resultado de la evaporación, el cuerpo pierde una media de unos 0,6 litros de agua al día. Dado que la evaporación de 1 g de agua requiere aproximadamente 2,5 kJ de calor, su pérdida por día será de aproximadamente 1500 kJ. Con un aumento de la temperatura del aire y la severidad del trabajo debido a una penetración más activa del líquido a través de las paredes de los vasos arteriales, entrelazadas con las glándulas sudoríparas y regulación nerviosa La sudoración aumenta, alcanzando los 5 litros por turno, y en algunos casos los 10... 12 litros. La transferencia de calor también aumenta.
Si la secreción es demasiado intensa, el sudor no siempre tiene tiempo de evaporarse y puede liberarse en forma de gotas. En este caso, la capa húmeda de la piel impide la transferencia de calor, lo que provoca además un sobrecalentamiento del cuerpo. Además de la humedad a través del sudor, una persona pierde una gran cantidad de sales (1 litro de sudor contiene 2,5...2,6 g de cloruro de sodio) y vitaminas hidrosolubles (C, BI, 62), lo que provoca un engrosamiento de la piel. sangre y deterioro del corazón. Cabe señalar que con la pérdida de una cantidad de agua equivalente al 1% del peso corporal total, la persona experimenta una sensación de sed extrema; la pérdida del 5% de agua provoca la pérdida del conocimiento, el 10%, la muerte.
La cantidad de sudor producida depende de las características individuales del cuerpo, así como del grado de adaptabilidad a determinadas condiciones climáticas. La intensidad de la evaporación de la humedad se ve afectada por la temperatura y la velocidad del aire.
Aproximadamente 300...350 g de humedad al día se evaporan a través del tracto respiratorio, lo que provoca una pérdida de 750...875 kJ de calor.
La pérdida total de calor por evaporación por unidad de tiempo, J/s, se puede determinar aproximadamente mediante la fórmula
Рi = 0,6547q(1 + kl), donde q es la intensidad de la secreción de sudor, g/h, determinada pesando a la persona; kl es el factor de conversión para la transferencia de calor a través de los pulmones, dependiendo de la temperatura ambiente: a O "C kl = 0,43, a 18 °C - 0,3, a 28 °C - 0,23, a 35 °C - 0,035 y a 45°C kl = 0,015.
