Magnituds ambientals, unitats i instruments de mesurament. Generació metabòlica de calor
L’intercanvi de calor entre el home i el medi (figura), determina el grau de compatibilitat tèrmica entre l’organisme i l’entorn on es troba. Aquest intercanvi, és extremadament complex i s’efectua principalment pels mecanismes de radiació, convecció i evaporació de la suor.
A la vegada que estudiem aquests mecanismes d’intercanvi cal conèixer els paràmetres físics o magnituds ambientals que els condicionen que són:
- La temperatura de l’aire.
- La temperatura radiant mitjana.
- La velocitat de l’aire.
- La humitat.
Aquests paràmetres estaran a la vegada relacionats amb la calor metabòlica i la vestimenta.
Magnituds ambientals
Quan estudiem la interacció entre les persones i l’ambient tèrmic és necessari l’anàlisi dels paràmetres tèrmics propis del cos humà (temperatures del cos, metabolisme, etc.), els factors que integren l’ambient tèrmic (temperatura de l’aire, temperatura radiant mitjana, humitat i velocitat de l’aire), i altres factors com la roba que, d’una manera o una altra, intervenen en aquest intercanvi.
Per això es fan necessaris, a més de conèixer les magnituds que hi intervenen, les unitats de mesurament, els instruments i mètodes de mesurament.
Cal recordar que els mesuraments ambientals necessaris per a l’avaluació dels riscos requereixen l’ús d’instruments fiables i calibrats.
Els requisits exigibles dels instruments es descriuen en les normes UNE EN 27726 i ISO 7726.
Temperatura de l'aire
La temperatura de l’aire es mesura amb termòmetres. Aquesta es pot mesurar en graus Celsius (ºC) o Kelvin (ºK). Normalment en l’avaluació de riscos fem servir els ºC. La fórmula per determinar l’equivalència entre graus Celsius o Kelvin és:
La temperatura de l’aire (seca), la determina un termòmetre ordinari amb un bulb apantallat de la radiació procedent del Sol i de les superfícies radiants de l’entorn, al voltant del qual pot circular lliurement l’aire.
Es pot utilitzar qualsevol tipus de termòmetre, tant els clàssics de vidre com els basats en sensors amb indicació digital. Com a norma, es recomana que tinguin una precisió superior a 0,5 ºC.
Encara que sembli que mesurar la temperatura amb un termòmetre és una cosa molt fàcil, és necessari respectar certes condicions perquè el resultat sigui correcte:
- La lectura no s’ha de fer immediatament, s’ha d’esperar el temps necessari perquè arribi a un valor estable. El temps necessari depèn del tipus i la mida del termòmetre. És el que s’anomena constant en el temps.
- Cal que hi hagi moviment de l’aire al voltant del bulb (v > 1 m/s). Si en el lloc del mesurament l’aire està en repòs, es pot forçar el moviment amb un petit ventilador.
- La temperatura que s’ha de mesurar ha d’estar dins el rang de mesurament del termòmetre.
- L’element sensor ha d’estar protegit de la calor radiant. Normalment n’hi ha prou amb una pantalla brillant que eviti la incidència sobre l’element sensor de les radiacions emeses pels cossos calents (o freds) situats en l’entorn.
Al mercat hi ha diferents termòmetres de mesurament. Poden ser líquids, de resistència, termistors i termoelèctrics.
Termòmetres líquids
Els termòmetres líquids en tub de vidre són els més comuns de tots. El líquid que s’utilitza més freqüentment és l’alcohol etílic. Fins el 2014 s’havia fet servir molt el mercuri. L’alcohol etílic és una substància termoscòpica. Es tracta d’un líquid que té una dilatació molt regular, i les temperatures que reflecteix els seus canvis d’estat es troben molt allunyades entre si.
Vigileu amb els termòmetres que podem trobar al carrer o a les autopistes, que en no complir els paràmetres d’instal·lació adequades, ens poden donar valors molt erronis.
-
- El termòmetre de mercuri era un dels termòmetres més usuals fa anys per mesurar la temperatura.
La seva utilització és molt senzilla, però tenen els inconvenients de la seva elevada constant en el temps (entre 3 i 15 minuts), i que són fràgils.
El mercuri no es podia emprar com a líquid termomètric més que per temperatures per sobre dels -39 ºC, perquè el seu punt de congelació es troba precisament a aquesta temperatura. Per a temperatures molt baixes, l’alcohol etílic pur 100% dóna resultats més satisfactoris.
Aquests termòmetres estan constituïts per un dipòsit de vidre, esfèric o cilíndric, que es perllonga per un tub capil·lar també de vidre, tancat per l’altre extrem. Per la calor, el líquid tancat en el dipòsit s’expandeix i ascendeix pel tub de vidre. La temperatura es llegeix gràcies a una escala graduada el valor de la qual correspon a l’extrem de la columna del líquid quan aquesta es para.
El mercuri pot mesurar des dels -39 °C (punt de congelació del mercuri) fins als 357 °C (el seu punt d’ebullició). Els termòmetres de mercuri es van prohibir a partir de l’abril de 2014.
Termòmetres de resistència
Els termòmetres de resistència es basen en un metall la resistència elèctrica del qual augmenta aproximadament 0,4% per grau centígrad d’increment de temperatura. Se solen anomenar per les sigles RTD (resistance temperature detector).
L’alcohol acolorit pot mesurar des dels -112 °C (punt de congelació de l’etanol, l’alcohol que s’hi empra) fins als 78 °C (el seu punt d’ebullició).
-
- Termòmetre de resistència
Com que el mesurament de resistència elèctrica es basa, en general, en una comparació amb altres resistències, és necessari mantenir la de referència a una temperatura fixa i constant durant el mesurament.
Aquests instruments permeten fer mesuraments a distància i la seva resposta és lineal, encara que presentin constants altes en el temps (uns 7 minuts).
Un termòmetre de resistència és un instrument utilitzat per mesurar les temperatures aprofitant la dependència de la resistència elèctrica dels metalls, aliatges i semiconductors (termistors) respecte a la temperatura.
Les característiques que han de tenir els materials que formen el conductor de resistència són:
- Alt coeficient de temper atura de la resistència, ja que d’aquesta manera l’instrument de mesurament serà molt sensible.
- Alta resistivitat, ja que com més gran sigui la resistència a una temperatura donada, més gran serà la variació per grau i més sensibilitat tindrà.
- Relació lineal resistència-temperatura.
Les resistències utilitzades solen ser de níquel, platí, coure o tungstè, segons la zona de temperatures en què es treballi.
Exemples de termòmetres de resistència segons el material utilitzat per les sondes
El platí. És el material més adequat des del punt de vista de precisió i estabilitat, però presenta l’inconvenient del seu cost. Amb un termòmetre d’aquest tipus convenientment graduat es poden fer mesuraments amb una exactitud de 0,01 °C i es poden mesurar fàcilment canvis de temperatura de 0,001 °C. El platí s’empra molt en els termòmetres de resistència industrials, en una escala de temperatura aproximadament de -50 °C a 550 °C.
El níquel. Més barat que el platí, posseeix una resistència més elevada amb una variació per grau més alta. L’interès d’aquest material rau en la seva sensibilitat, però hi ha una falta de linealitat en la seva relació resistència-temperatura. Els termòmetres de resistència de níquel s’usen molt en instal·lacions industrials de precisió, en les quals s’aconsegueix l’equilibri del pont per acció manual o per mitjà d’un registrador automàtic equilibrador. Tenen una precisió de 0,5 °C.
El coure. El coure té una variació de resistència uniforme en el rang de temperatura proper a l’ambient; és estable i barat, però té l’inconvenient de la seva baixa resistivitat; això fa que les variacions relatives de resistència siguin menors que les de qualsevol altre metall. D’altra banda, les seves característiques químiques el fan inutilitzable per sobre dels 180 °C. Tenen una precisió de 0,1 °C.
El tungstè. Té una sensibilitat tèrmica superior a la del platí, per sobre de 100 °C, i es pot utilitzar a temperatures més altes, fins i tot amb una linealitat superior. Així mateix, se’n pot fer fil molt fi, de manera que s’obtinguin resistències de valor elevat. Tanmateix, com a conseqüència de les seves propietats mecàniques, la seva estabilitat és molt inferior a la del platí.
Els termistors
Els termistors són una variant dels termòmetres de resistència en què s’utilitzen semiconductors i es produeix un canvi substancial en la seva resistència com a resposta a un petit canvi de temperatura.
La principal característica d’aquests tipus de resistències és que tenen una sensibilitat unes deu vegades més gran que les metàl·liques i que la seva resistència augmenta en disminuir la temperatura.
Els semiconductors dels termistors estan constituïts per òxids metàl·lics, com ara Mg O, Mg Al O, Mn O, Fe O, Co O, Ni O, etc.
Per la seva alta sensibilitat, permeten obtenir una alta resolució en la mesurament de temperatura i, per la seva alta resistivitat, poden tenir una massa molt petita, fet que els confereix una velocitat de resposta ràpida i permet emprar fils llargs per a la seva connexió, encara que aquests estiguin sotmesos a canvis de temperatura.
Els termistors són instruments d’ús senzill que presenten una sensibilitat elevada i una constant de temps molt baixa.
Les possibilitats dels termistors són moltes, però cal remarcar el seu elevat preu i que la resposta no és lineal, la qual cosa obliga a fer calibratges constants.
Termòmetres termoelèctrics
Els termòmetres termoelèctrics es basen en la força electromotriu que es produeix quan se solden dos fils de metalls diferents formant un circuit tancat, sempre que les dues soldadures estiguin a temperatures diferents.
La força electromotriu per a un parell de metalls depèn de la diferència de temperatura entre les seves soldadures.
-
- Avui en dia s'utilitzen molts aparells mesuradors de la temperatura ambiental que també porten incorporats sensors de la humitat. Són els termohigròmetres.
Aquests instruments són generalment cars i de baixa sensibilitat, però se solen utilitzar per al càlcul en estudis fisiològics, ja que presenten una constant en el temps baixa (entre 30 i 50 segons) i permeten fer mesuraments allunyats en diferents punts a la vegada.
La temperatura de globus i la temperatura radiant mitjana
Tots els cossos emeten i reben radiacions la longitud d’ona (λ) de les quals depèn de la temperatura superficial. En l’ésser humà és d’uns 30 i 36 ºC, al qual correspon una de 9,4 nm (infrarojos).
La temperatura radiant mitjana es correspon amb l’intercanvi de la calor per radiació entre el cos i les superfícies que l’envolten.
Els radiòmetres són instruments que mesuren el flux tèrmic per radiació, a partir del qual es pot deduir el valor de la temperatura radiant mitjana de l’entorn.
Són instruments que fins ara no s’havien utilitzat en l’avaluació de riscos i que ara es comencen a utilitzar des del punt de vista de confort tèrmic.
En l’avaluació de riscos, l’estimació de la temperatura radiant mitjana es realitza de forma indirecta, a partir de la temperatura de globus, de la temperatura de l’aire i de seva velocitat.
La temperatura de globus (Tg) és la temperatura indicada per un termòmetre situat al centre d’una esfera de coure de 15 cm de diàmetre pintada de color negre mat (emissivitat > 0,95) i d’un gruix molt prim (0,05 a 0,2 mm). Aquest comporta un temps d’inèrcia alt, d’aproximadament 25 minuts.
-
- Termòmetre de globus
En l’actualitat es fan servir globus d’uns 4 cm de diàmetre amb una resposta d’entre 5 i 8 minuts.
El globus s’escalfa per la radiació procedent de les diferents fonts de calor del local, incloent-hi les persones; d’altra banda, intercanvia calor per convecció amb l’aire, per la qual cosa es refreda per les pèrdues de calor per convecció quan l’aire té una temperatura inferior a la del globus, i s’escalfa per convecció quan la temperatura de l’aire és més elevada.
Amb aquesta disposició, el termòmetre indica la temperatura de l’esfera de coure, que és, de fet, la temperatura a la qual s’estableix un estat d’equilibri estacionari en què el flux de calor que rep l’esfera per radiació des de l’entorn és igual al que surt de l’esfera per convecció.
De manera general la temperatura radiant mitjana es pot calcular a partir dels valors de la temperatura seca, la temperatura de globus i la velocitat relativa de l’aire mitjançant l’equació següent:
Com en qualsevol mesurament, cal prendre certes precaucions per fer una lectura correcta del termòmetre de globus:
- La lectura no és immediata, hem d’esperar un temps necessari perquè el valor s’estabilitzi. Aquest pot arribar, segons com sigui el termòmetre de globus, fins als 15 minuts.
- No és imprescindible que hi hagi un moviment d’aire al voltant del bulb, però es pot forçar una mica el pas de l’aire per facilitar la lectura.
- La temperatura que s’hagi de mesurar ha d’estar en el rang del mesurament del termòmetre.
- El globus no ha d’estar protegit de la calor radiant de l’entorn. Hem de vigilar que la presència del treballador o la del tècnic que fa els mesuraments no constitueixi una pantalla entre el focus de la calor radiant (superfícies calentes) i l’aparell de mesurament.
-
- Actualment s'utilitzen els monitors d'estrès tèrmics, que porten incorporats els termòmetres de globus, el de l'aire sec i el de temperatura humida natural.
Humitat de l'aire
La humitat és la quantitat de vapor d’aigua present a l’aire. En el SI es pot expressar, en el cas de la humitat absoluta, com a grams d’aigua per metre cúbic d’aire (g/m³ d’aire) o, en el cas de la humitat relativa o grau d’humitat, en percentatge de la humitat total que pot contenir l’aire a la temperatura a què ens trobem (%).
La humitat absoluta és la quantitat de vapor d’aigua continguda en un volum determinat d’aire (g/m³).
La humitat relativa és la relació percentual (%) entre la pressió parcial de vapor d’aigua que hi ha a l’aire respecte a la màxima possible que hi podria haver a aquesta temperatura.
El contingut d’aigua en l’aire es coneix com a humitat relativa i es defineix com el percentatge de saturació de l’aire amb vapor d’aigua, és a dir, és la relació entre la quantitat de vapor d’aigua que conté un metre cúbic d’aire en unes condicions determinades de temperatura i pressió, i la que tindria si estigués saturat a les mateixes temperatura i pressió.
La humitat relativa (HR) d’una mostra d’aire depèn de la temperatura i de la pressió a la qual es trobi.
La pressió parcial de vapor d’aigua i la pressió de saturació s’expressen en kPa (quilopascal).
Hi ha diferents instruments de mesurament de la humitat relativa. Els més coneguts són els anomenats higròmetres, que donen una indicació directa de la humitat de l’aire en forma absoluta o relativa (%).
-
- L'higròmetre ens dóna directament la humitat relativa (%).
Els higròmetres que es basen en materials orgànics (higròmetres de cabell) presenten la característica de certs polímers que canvien la longitud en funció del seu contingut d’aigua, i alhora la quantitat d’aigua és funció de la humitat relativa de l’ambient. Són instruments barats i molt populars, però tenen una precisió baixa i no serveixen per ser utilitzats en l’avaluació de riscos.
Altres tipus d’higròmetres es basen en el mesurament del punt de rosada que es mesura per la resistència elèctrica d’un film salí o de certs polímers com el poliestirè sulfonat, o l’augment de pes de substàncies higroscòpiques com el clorur de liti. Aquests higròmetres normalment estan dissenyats per ser utilitzats en laboratoris. Les indicacions són més precises que els anteriors, però són instruments molt delicats i que no estan pensats per ser utilitzats en ambients bruts o contaminats.
-
- El psicròmetre està format de dos termòmetres, un de sec i un altre de submergit en aigua mitjançant una mussolina de cotó.
Un altre instrument molt utilitzat per mesurar la humitat de l’aire és el psicròmetre. Està format per dos termòmetres, un dels quals és un termòmetre ordinari i mesura la temperatura seca.
El segon termòmetre té un element sensor recobert per un drap (mussolina) de cotó mullat amb aigua destil·lada dins un bulb. El seu objectiu és mantenir una pel·lícula fina d’aigua que mulli completament el sensor, de manera que la indicació d’aquest sigui la temperatura de la pel·lícula d’aigua; per això s’anomena temperatura humida de l’aire.
Amb els valors de temperatura seca i temperatura humida, i seguint la indicació de la taula del psicròmetre, es pot determinar la humitat relativa (%) de l’aire en aquell moment.
Exemple d'aplicació de la taula d'un psicròmetre
Calculeu la humitat relativa de l’aire si els termòmetres del psicròmetre indiquen:
- Termòmetre sec: 30 °C
- Termòmetre humit: 25 °C
Consultant la taula d’un psicròmetre i situant-nos en els 30 °C de la temperatura seca (esquerra) i busquem la intersecció dels 5 °C (a dalt), que és la diferència entre els dos termòmetres.
El valor que obtenim és 66% d’humitat relativa.
| Tseca | Diferència entre temperatura seca i temperatura humida | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | |
| 10 | 100 | 88 | 76 | 65 | 54 | 43 | 33 | 24 | 15 | |||||||||
| 11 | 100 | 88 | 76 | 66 | 55 | 45 | 35 | 27 | 18 | |||||||||
| 12 | 100 | 89 | 77 | 66 | 56 | 47 | 38 | 29 | 20 | 11 | ||||||||
| 13 | 100 | 89 | 78 | 67 | 58 | 49 | 40 | 32 | 23 | 15 | ||||||||
| 14 | 100 | 90 | 79 | 68 | 59 | 50 | 42 | 34 | 26 | 18 | 10 | |||||||
| 15 | 100 | 90 | 79 | 69 | 60 | 51 | 43 | 36 | 28 | 20 | 14 | |||||||
| 16 | 100 | 90 | 80 | 70 | 61 | 53 | 44 | 37 | 30 | 22 | 16 | 10 | ||||||
| 17 | 100 | 91 | 80 | 71 | 63 | 54 | 46 | 38 | 32 | 24 | 18 | 12 | ||||||
| 18 | 100 | 91 | 81 | 71 | 63 | 55 | 48 | 39 | 33 | 26 | 20 | 14 | ||||||
| 19 | 100 | 91 | 81 | 72 | 64 | 56 | 49 | 41 | 34 | 28 | 22 | 16 | 10 | |||||
| 20 | 100 | 92 | 82 | 73 | 64 | 57 | 50 | 43 | 36 | 30 | 24 | 18 | 12 | |||||
| 21 | 100 | 92 | 82 | 74 | 65 | 58 | 52 | 45 | 38 | 32 | 26 | 20 | 14 | |||||
| 22 | 100 | 92 | 83 | 74 | 66 | 60 | 53 | 46 | 39 | 34 | 28 | 22 | 16 | 11 | ||||
| 23 | 100 | 92 | 83 | 75 | 67 | 61 | 55 | 48 | 41 | 35 | 30 | 23 | 18 | 13 | ||||
| 24 | 100 | 92 | 83 | 75 | 68 | 62 | 56 | 50 | 42 | 36 | 31 | 25 | 20 | 15 | 10 | |||
| 25 | 100 | 92 | 84 | 76 | 69 | 63 | 57 | 51 | 44 | 38 | 32 | 27 | 22 | 17 | 12 | |||
| 26 | 100 | 93 | 84 | 76 | 70 | 63 | 57 | 52 | 45 | 39 | 34 | 28 | 24 | 19 | 14 | |||
| 27 | 100 | 93 | 85 | 77 | 71 | 64 | 58 | 52 | 47 | 41 | 36 | 30 | 25 | 21 | 16 | 11 | ||
| 28 | 100 | 93 | 85 | 78 | 72 | 65 | 59 | 53 | 48 | 42 | 37 | 32 | 27 | 23 | 18 | 13 | ||
| 29 | 100 | 93 | 85 | 79 | 72 | 66 | 60 | 54 | 49 | 43 | 38 | 33 | 29 | 24 | 20 | 15 | 11 | |
| 30 | 100 | 93 | 86 | 79 | 73 | 66 | 60 | 55 | 50 | 45 | 40 | 35 | 31 | 26 | 21 | 16 | 12 | |
| 31 | 100 | 93 | 86 | 79 | 73 | 67 | 61 | 56 | 51 | 46 | 41 | 36 | 32 | 27 | 22 | 18 | 14 | 10 |
| 32 | 100 | 93 | 86 | 80 | 74 | 68 | 62 | 56 | 52 | 47 | 42 | 37 | 33 | 28 | 23 | 19 | 15 | 12 |
| 33 | 100 | 93 | 86 | 80 | 74 | 68 | 63 | 57 | 52 | 47 | 43 | 38 | 34 | 29 | 25 | 21 | 17 | 14 |
| 34 | 100 | 94 | 87 | 80 | 75 | 69 | 64 | 58 | 53 | 48 | 43 | 38 | 35 | 30 | 26 | 24 | 18 | 16 |
| 35 | 100 | 94 | 87 | 81 | 75 | 70 | 64 | 58 | 53 | 48 | 44 | 39 | 36 | 31 | 27 | 23 | 20 | 18 |
| 36 | 100 | 94 | 87 | 81 | 75 | 70 | 65 | 59 | 54 | 49 | 45 | 40 | 37 | 32 | 29 | 25 | 22 | 19 |
| 37 | 100 | 94 | 87 | 82 | 76 | 71 | 65 | 60 | 55 | 50 | 46 | 41 | 38 | 33 | 30 | 26 | 23 | 20 |
| 38 | 100 | 94 | 87 | 82 | 76 | 71 | 66 | 61 | 56 | 51 | 47 | 42 | 38 | 34 | 31 | 27 | 24 | 21 |
| 39 | 100 | 94 | 88 | 82 | 76 | 72 | 66 | 62 | 57 | 52 | 48 | 43 | 39 | 35 | 32 | 28 | 25 | 22 |
| 40 | 100 | 94 | 88 | 82 | 77 | 72 | 67 | 63 | 58 | 53 | 49 | 44 | 39 | 35 | 32 | 29 | 26 | 23 |
Les indicacions donades per obtenir un valor correcte de la temperatura seca són vàlides, però, a més, el termòmetre de bulb humit requereix precaucions addicionals, que són:
- La lectura no és immediata, s’ha d’esperar el temps necessari per arribar a un valor estable. El temps necessari depèn del tipus i la mida del termòmetre (generalment és d’entre 10 i 15 minuts) i la lectura dels dos termòmetres ha de ser simultània.
- El drap de cotó ha d’estar net.
- L’aigua destil·lada ha de mullar completament el drap, però sense gotejar.
- És imprescindible que hi hagi un moviment d’aire al voltant del bulb (v > 1 m/s). Si al lloc on s’ha de mesurar l’aire està en repòs, serà necessari forçar-ne el moviment amb un petit ventilador.
- La temperatura que s’ha de mesurar ha d’estar en el rang del termòmetre.
- L’element sensor ha d’estar protegit de la calor radiant.
En l’avaluació de riscos per estrès tèrmic, cal diferenciar altres conceptes, com la temperatura de bulb humida (Tbh) i la temperatura de bulb humida natural (Tbhn).
La temperatura de bulb humida es troba apantallada de les fonts de radiació, i la temperatura de bulb humida natural no es troba apantallada i es ventila de manera natural.
En el psicròmetre, un dels dos termòmetres que hi trobem mesura la temperatura de l’aire (Ta) o temperatura seca (són sinònims) i l’altre, la temperatura humida (temperatura de bulb humida Tbh), ja que es troba apantallada tantde les radiacions com de la circulació natural de l’aire.
Una altra manera de calcular la humitat relativa d’un ambient determinat, i que s’utilitza freqüentment en l’avaluació d’ambients tèrmics, és mitjançant el diagrama psicomètric.
El diagrama psicromètric, que podem veure en la figura mostra la interdependència de la humitat relativa (corbes en diagonal), la temperatura seca de l’aire (escala horitzontal, eix X) i la massa de vapor d’aigua per massa d’aire sec amb la seva equivalència en pressió parcial de vapor d’aigua, en kPa (escala de l’esquerra, eix Y).
Diagrames psicromètrics
Diagrames en què la pressió parcial del vapor d’aigua esta expressada en hPa (hectopascals), que és el valor en kPa multiplicat per deu.
Les línies rectes obliqües són les de la temperatura constant de bulb humit (temperatura humida).
Exemple d'utilització del diagrama psicromètric
Si la temperatura seca exterior de l’aire és 32 °C i hi ha una pressió parcial de vapor d’aigua de 2,65 kPa (i una temperatura humida de 25 °C), veiem que li correspon una humitat relativa d’aproximament un 56%.
Si utilitzéssim la taula adjunta a un psicròmetre, veuríem que obtenim el mateix resultat.
Segons la taula, veiem que li correspon una humitat del 56%.
També es coneix la relació entre la humitat relativa i la pressió parcial de vapor d’aigua (Pa) i la pressió del vapor d’aigua en saturació (Ps).
Hi apliquem la fórmula. Com que es refereix se a un %, multipliquem per 100:
La pressió de saturació de l’aigua (Ps), 4,7 kPa, la trobem en allargar en el diagrama la temperatura seca de l’aire (32 °C), fins a arribar a la intersecció d’una humitat relativa del 100% (línia discontínua en el diagrama psicomètric).
Un altre paràmetre relacionat amb la humitat és el punt de rosada o temperatura de rosada, i es defineix com la temperatura a la qual comença a condensar el vapor d’aigua contingut en l’aire.
Ps: pressió de saturació
Th:temperatura humida
Tr:temperatura de rosada
Unitats de pressió
1kPa = 10 hPa
1 hPa = 1 mbar (mil·libars)
1.013 mbar (mil·libars) = 1 at (atmosfera) = 760 mmHg (mm de mercuri)
Així, quan l’aire se satura (humitat relativa igual al 100%) s’arriba al punt de rosada.
Velocitat de l'aire
La velocitat de l’aire sobre el cos humà influeix en l’intercanvi tèrmic entre el cos i l’ambient, i per tant en la temperatura del cos.
Els intercanvis per convecció i per evaporació són els que estan més influenciats per la velocitat de l’aire.
Si la temperatura de l’aire està per sota de la temperatura de la pell, la velocitat de l’aire provocarà la pèrdua de calor; en canvi, si la temperatura de l’aire està per sobre de la temperatura de la pell, el cos agafarà calor de l’aire.
-
- Anemòmetre
El mesurament de la velocitat de l’aire es realitza amb un anemòmetre i la seva unitats en el SI és m/s.
Hi ha una gran varietat de models d’anemòmetres de diferents dissenys i aplicables al mesurament de la velocitat de l’aire en els llocs de treball.
Però el mesurament de la velocitat no és senzilla, atesa l’enorme variabilitat d’aquesta magnitud tant pel que fa al temps com a l’espai.
Per fer mesuraments aplicables a l’avaluació de riscos l’instrument utilitzat ha de ser com menys direccional millor, és a dir, ha d’indicar el valor correcte de la velocitat de l’aire independentment de la seva direcció i ha de ser capaç de mesurar amb una precisió a partir de 0,2 m/s.
En la taula podem veure la classificació dels diferents tipus de moviments de l’aire relacionats amb la velocitat.
El rang de mesurament recomanat per calcular la velocitat de l’aire es descriu en la norma ISO 7726.
| Tipus de moviment | Velocitat de l’aire (m/s) |
|---|---|
| Moviment imperceptible | Va < 0,25 |
| Brisa lleugera | 0,25 < Va < 0,5 |
| Brisa (fa moure el cabell i el vestit) | 0,5 < Va < 1,5 |
En la prevenció de riscos professionals, a l’hora de fer un mesurament de la velocitat de l’aire i d’aplicar-la a les situacions d’estrès tèrmic, cal diferenciar dos tipus de velocitat de l’aire: la velocitat absoluta i la velocitat relativa, que dependran de la relació entre la velocitat de l’aire i de la velocitat del cos, o d’una part del cos, respecte a l’aire teòricament immòbil.
Quan parlem de velocitat de l’aire, generalment es parla del concepte de velocitat absoluta de l’aire.
Velocitat de l'aire absoluta (Va)
La velocitat absoluta és la que es considera com la intensitat de la velocitat integrada sobre totes les direccions.
Aquesta es defineix per la seva intensitat i direcció; per tant, la manera de mesurar-la és mitjançant sondes, que poden ser omnidireccionals o direccionals.
Si s’utilitza un captador direccional en els tres eixos X, Y, Z s’obté el seu valor mitjançant l’expressió:
Velocitat relativa (Var)
La velocitat relativa és la velocitat de l’aire respecte a les persones i en funció de la seva activitat.
Aquesta es pot calcular a partir de la velocitat de l’aire absoluta, tenint en compte el metabolisme del treballador. En la taula s’indica la component de la velocitat de l’aire segons una activitat metabòlica determinada.
L’expressió que en resulta és:
M és el metabolisme (W/m²).
| Activitat | Velocitat (m/s) |
|---|---|
| Serrar a màquina | 0,15 |
| Treball amb una mà: llimar ferro, raspallar fusta, serrar a mà… | 0,25 |
| Treball amb les dues mans: martell | 0,5 |
En higiene industrial es poden utilitzar diferents aparells per mesurar la velocitat del vent. Els més coneguts són:
- Anemòmetre d’aspes. Els anemòmetres de paletes o aspes són instruments mecànics direccionals dotats d’aspes de diferents tipus (paletes i copes), que són molt útils quan la velocitat del vent arriba a valors perceptibles, però que són poc útils en locals, a causa de la baixa velocitat del vent.
Així, els desavantatges que poden presentar els anemòmetres d’aspes són:- Són molt sensibles a la direcció de l’aire i, per tant, s’han d’orientar estrictament en la direcció del flux d’aire. Quan aquesta direcció es desconeix, s’han de fer mesuraments en les tres direccions perpendiculars.
- El rang de mesurament va d’uns 0,3 m/s a 10 m/s, i per tant tindran limitacions quan en l’avaluació d’una situació d’estrès tèrmic no s’arriba a una velocitat de 0,25 m/s.
-
- Anemòmetre de paletes o aspes, també conegut com de cassoletes
- Catatermòmetres. Els catatermòmetres són uns tipus de termòmetres de dilatació de líquids (alcohol) amb un bulb de gran volum que conté dues marques corresponents a les temperatures t1 i t2, que estan indicades en el capil·lar del termòmetre. El bulb s’escalfa en aigua temperada a una temperatura superior t1, s’asseca i s’exposa a l’aire a la velocitat que es vol mesurar, i mitjançant un cronòmetre, es mesura el temps que tarda l’instrument a refredar-se de t1 a t2.
La velocitat del vent ve donada en una taula referencial per a aquest instrument en funció del temps.
-
- Els termoanemòmetres són aparells molt utilitzats en higiene industrial perquè són fàcils de fer servir.
- Termoanemòmetre. El termoanemòmetre, o també anomenat anemòmetre de fil calent, és actualment un instrument molt freqüent quan volem avaluar les condicions termohigromètriques d’un lloc de treball. Es basa en el mateix principi que el catatermòmetre, però no és necessari mesurar el temps transcorregut per a la pèrdua de calor; el termoanemòmetre mesura la pèrdua de calor per unitat de temps.
Per escalfar-se utilitza un element elèctric que després perd calor, fonamentalment per convecció.
Conegudes les dades de calefacció de l’aparell i les temperatures de l’element i de l’aire, es calcula el coeficient de convecció de calor i amb aquest, la velocitat de l’aire.
Per tant, aquest instrument disposa de dos elements de mesurament: un per a la temperatura de l’element i l’altre per a la temperatura de l’aire.
Els anemòmetres de fil calent proporcionen un rang dinàmic que va de 0 m/s a 1 m/s. Proporcionen una estimació instantània de la velocitat en un punt de l’espai. Són instruments molt sensibles també a la direcció de l’aire.
Unitats de mesurament de les magnituds tèrmiques
La unitat de mesurament de l’energia tèrmica oficial que estableix el sistema internacional (SI) és el joule, que té com a símbol J. Les unitats més utilitzades són la caloria (cal) i el seu múltiple, la quilocaloria (kcal), però no estan incloses en el sistema d’ús legal a l’Estat espanyol; per tant, les dades de mesurament de la calor sempre s’han de donar en joules.
La unitat de mesurament del flux tèrmic en el SI es mesura en watts (W) o quilowatts (kW).
Un joule equival a 0,239 calories.
En els estudis de fisiologia i d’higiene industrial té interès el flux tèrmic per unitat de superfície corporal, que es mesura en W/m2 o kW/m2.
Un quilowatt equival a 861 kcal/h.
La calor metabòlica es correlaciona habitualment amb la superfície corporal (SC) en metres quadrats, amb el pes (Pc) en quilograms i amb l’altura de l’individu (H) en metres.
La superfície corporal es pot determinar, coneixent-ne el pes i l’altura, mitjançant taules, gràfics o nomografies i equacions com la de DuBois i DuBois (1915):
On:
SC: superfície corporal (m2)
Pc: pes corporal (kg)
H: altura (m)
Moltes vegades, sense afectar gaire la precisió de la fórmula, en la majoria de les feines s’utilitza habitualment el valor de la superfície corporal d’1,8 m2, que es correspon a un home estàndard de 70 kg de pes i 1,73 m d’estatura.
Utilització de la fórmula de DuBois i DuBois per calcular la superfície corporal
Utilitzarem els paràmetres d’un “home estàndard” de 70 kg de pes i 1,73 m d’estatura.
Un altra unitat utilitzada per mesurar el flux tèrmic és la unitat met, que es defineix com el flux tèrmic equivalent a la generació mitjana de calor d’una persona asseguda en repòs (104 W o 90 kcal/h) a través de la superfície corporal mitjana (1,8 m2).
Tot això equival a un flux tèrmic de 58 W/m2 o 50 kcal/h · m2.
La norma ISO 7243 estableix la correlació entre les activitats en W/m2 i el valor en met (taula).
| W/m2 | met | kcal/h·m2 | kcal/h |
|---|---|---|---|
| 58,15 | 1 | 50 | 90 |
| 69,6 | 1,2 | 60 | 110 |
| 81,2 | 1,4 | 70 | 125 |
| 92,8 | 1,6 | 80 | 145 |
El metabolisme (M), que transforma l’energia química dels aliments en energia mecànica i en calor, mesura el consum energètic muscular.Es mesura en unitats d’energia i potència i la seva unitat és el W/m2.
En la taula podem trobar un resum de les principals unitats que s’utilitzen per fer els càlculs en l’estudi de l’ambient termohigromètric.
-
- Exemples de flux tèrmic de calor generat per diferents activitats utilitzant com a unitat el met.
| Unitats | Equivalència |
|---|---|
| 1 kcal | 4,184 kJ |
| 1 kcal/h | 1,161 W |
| 1 W | 0,861 kcal/h |
| 1 W/m² | 1,553 kcal/h (per a SC = 1,8 m²) |
| 1 kcal/h | 0,644 W/m² |
| 1 met | 0,239 kcal |
| 1 met | 58,15 W/m² |
Generació metabòlica de calor
Cal recordar que el metabolisme és la suma de totes les reaccions químiques que es produeixen a l’interior de l’organisme, a causa de les reaccions de combustió dels aliments amb l’ajuda de l’oxigen, i que pràcticament tota aquesta energia metabòlica es converteix en calor a l’interior del cos.
El consum metabòlic és l’energia que l’organisme necessita per realitzar un treball, i aquesta energia l’obté de l’oxidació dels aliments.
Diferenciem dos tipus de metabolisme: el metabolisme basal i el metabolisme del treball.
- Metabolisme basal és la calor generada pel cos humà en el seu interior quan està en repòs, i que depèn de l’edat, el pes, l’estatura i el sexe i pot ser modificat per trastorns patològics individuals.
- Metabolisme del treball és la calor generada pel cos quan està sotmès a esforços musculars, i que depèn del tipus de treball.
Metabolisme total = metabolisme basal + metabolisme del treball
Encara que l’organisme estigui en repòs, ha de mantenir les seves funcions vegetatives (respiració, circulació, etc.).
Els mètodes aplicables per mesurar la producció de calor per l’activitat metabòlica es poden agrupar d’una manera genèrica en:
- Els que es basen en el mesurament del consum d’oxigen.
- Els que es basen en el mesurament de la freqüència cardíaca.
- Estimació de la despesa energètica mitjançant taules.
- Mesurament de la despesa energètica mitjançant el control dels aliments.
Mesurament de la despesa energètica mitjançant el consum d'oxigen
El mètode de mesurament de la despesa energètica mitjançant el consum d‚oxigen és molt pràctic, ja que, coneixent el valor calòric de l’oxigen amb una alimentació d’hidrats de carboni, greixos (lípids) i proteïnes, es pot saber l’energia consumida pel treballador en la realització de l’activitat.
Es pot conèixer la despesa energètica total a partir del volum d’oxigen consumit i del valor calòric del O2.
On:
DEtotal: despesa energètica que inclou el metabolisme basal en quilojoules/minut.
VO2: volum d’oxigen que s’ha consumit en litres/minut.
vcO2: valor calòric del O2 en quilojoules/litres.
Per tant, per conèixer la despesa energètica neta o del treball és necessari deduir del total el metabolisme basal de la persona.
Hi ha una relació quasi lineal entre la càrrega metabòlica i el consum d’oxigen.
A una taxa de consum d’oxigen d’1 l/s correspon una càrrega metabòlica de 20,1 kW.
La quantitat d’energia obtinguda per cada litre d’oxigen pot variar segons la proporció dels hidrats de carboni, dels greixos i de les proteïnes. Els seus valors respectius són 21,14 kJ/l en el cas dels hidrats de carboni, 19,85 kJ/l en el cas dels greixos i 18, 67 kJ/l en el de les proteïnes.
El consum d’oxigen (O2) i la producció de diòxid de carboni (CO2) durant l’activitat es pot mesurar mitjançant diferents tipus d’instruments, fins i tot en feines que requereixen molta mobilitat.
Malauradament, la realització d’aquest tipus de mesuraments requereix una instrumentació molt sofisticada que no es pot fer servir en entorns laborals i el seu ús queda limitat a experiments de laboratori.
Exemple del càlcul energètic a partir del consum d'oxigen
Un treballador en una determinada activitat ha fet una despesa de 4 litres d’oxigen per minut. Si s’accepta que el valor calòric del O2 en kJ/l és de 20,1, quina haurà estat la despesa energètica?
Fórmula a utilitzar: 
Si ho expressem en W, el valor és 1.339 W (que és força elevat).
Un altre valor que s’ha de tenir en compte, quan fem la valoració energètica, és el quocient respiratori (QR), que és la relació entre el diòxid de carboni (CO2) produït per la combustió dels aliments durant la feina i l’oxigen (O2) consumit.
Recordeu els factors de conversió de la taula.
Aquest quocient ens permet conèixer la característica de l’esforç que es fa a nivell metabòlic, o el que és el mateix: si un exercici és aeròbic o anaeròbic.
Exercicis aeròbics i anaeròbics
Que un exercici sigui anaeròbic o aeròbic depèn del tipus de via energètica principalment utilitzada o “combustible” oxidat (lípids, hidrats de carboni o proteïnes).
Mesurant el VO2 i el VCO2 d’un treballador o esportista durant el seu esforç (hi ha màquines per ferho: sobre una bicicleta fixa o en cintes, mesurant els gasos inhalats i els exhalats) i després dividint-los, obtenim les possibilitats següents:
- QR = 1 es consumeix principalment hidrats de carboni (glucosa).
- QR = 0,8 (consum de proteïnes).
- QR = 0,7 (consum fonamentalment de greixos o lípids).
Al seu torn, obtenim dades indirectes sobre la modificació del pH sanguini (acidesa a la sang): si el QR > 1, hi ha més producció de CO2 (diòxid de carboni espirat) que no es pot compensar per l’assimilació de O2 (oxigen) i, per tant, estem entrant en el que es coneix com a llindar anaeròbic. Això passa perquè per neutralitzar l’acidesa dels ions hidrogen (H+), subproductes del metabolisme cel·lular, l’organisme genera bicarbonat, que a la vegada produeix diòxid de carboni (CO2).
Mesurament de la despesa energètica mitjançant la freqüència cardíaca
En els últims anys han aparegut instruments per mesurar la càrrega metabòlica, que es basen en el mesurament de la freqüència cardíaca i que es poden fer servir en entorns laborals.
Fins almenys les 170 pulsacions per minut (en el que hi ha una relació lineal entre la freqüència cardíaca i el metabolisme) es pot calcular la despesa energètica en les diferents activitats físiques, utilitzant el valor de la freqüència cardíaca.
Amb aquests valors podem calcular una recta entre el volum d’oxigen consumit en litres per minut i la freqüència cardíaca.
Freqüència cardíaca màxima
La freqüència cardíaca màxima (teòrica) a què es pot arribar en un exercici d’esforç sense posar en risc la salut i sempre que hi hagi condicions físiques òptimes es pot calcular mitjançant la fórmula per edat:
FC màx. = 220 - edat (homes)
FC màx. = 226 - edat (dones)
Aquests valors s’obtenen al laboratori en sotmetre el treballador a un esforç físic.
Cal tenir present que, per conèixer l’energia calòrica que provoca l’activitat física, és necessari deduir la del metabolisme basal, i si es vol més precisió, tenir en compte l’eficiència mecànica de l’activitat.
Exemples de mesures energètiques per la freqüència cardíaca i correccions
En una activitat molt dinàmica com anar en bicicleta o aixecar càrregues a nivells superiors s’ha de descomptar entre el 20% i el 25% de la despesa energètica, que no es transformarà en calor dins l’organisme, sinó en treball positiu.
En el cas d’un treball negatiu, com baixar les escales i baixar càrregues a nivells inferiors, s’ha de sumar a aquest treball extrem negatiu, que es convertirà en calor dins de l’organisme.
Estimació de la despesa energètica mitjançant taules
El càlcul del consum energètic mitjançant taules és la manera més senzilla d’obtenir aquesta informació, i pot ser de gran ajuda i molt pràctic quan s’utilitza amb rigor.
Hi ha diversos mètodes per determinar la despesa energètica que es basen en taules, que ens indicaran els valors de la producció de calor. La norma ISO 8996 recull els diferents mètodes d’utilització de taules per determinar la despesa energètica del treball. Aquesta les classifica de la manera següent:
- Classificació en funció del tipus d’activitat.
- Classificació en funció de les professions.
- Utilització de taules d’estimació per activitat tipus.
- Estimació del metabolisme a partir dels components de l’activitat.
L’estimació del consum metabòlic a través de taules implica acceptar uns valors estandarditzats per a diferents tipus d’activitat, esforç, moviment, etc., i suposar tant que la nostra població s’ajusta a la que va servir de base per a la confecció de les taules com que les accions generadores d’una despesa energètica són, en el nostre cas, les mateixes que les expressades en les taules.
Aquests dos factors constitueixen les desviacions més importants respecte de la realitat i motiven que els mètodes d’estimació del consum metabòlic mitjançant taules ofereixin menys precisió que els basats en mesuraments de paràmetres fisiològics. A canvi, són molt més fàcils d’aplicar i en general són més utilitzats.
Classificació en funció del tipus d'activitat
Una de les taules més generals és la que ens presenta la despesa energètica metabòlica segons la intensitat de l’activitat. Mitjançant aquest sistema es pot classificar ràpidament el consum metabòlic en repòs, lleuger, moderat, pesat o molt pesat, en funció del tipus d’activitat que es du a terme.
El terme numèric que se n’obté representa només el valor mitjà, dins un interval possible massa ampli. Ho podem veure en la taula, en què el metabolisme s’expressa en W/m².
Aclariment
En activitats laborals habituals, és molt estrany trobar càrregues metabòliques sostingudes durant tota la jornada laboral superiors a 200 W/m². Però en períodes de temps més curts es poden trobar valors molt superiors, fins i tot de milers de W/m², com passa en fer un esforç. Però sempre estaran compensats amb períodes de menys activitat, de manera que el valor mitjà diari rarament supera el valor indicat.
Des d’un punt de vista quantitatiu, el mètode permet establir amb certa rapidesa com és el nivell aproximat de metabolisme. Per la seva simplicitat, és un mètode força utilitzat. Però cal recordar que és bastant imprecís i presenta un risc d’error elevat.
| Intensitat de l’activitat | Metabolisme (W/m2) |
|---|---|
| Descans | M < 65 |
| Lleuger | 65 < M < 130 |
| Moderat | 130 < M < 200 |
| Pesat | 200 < M < 260 |
| Molt pesat | 260 < M |
Exemples de diferents metabolismes
- Metabolisme lleuger. Assegut amb comoditat: treball manual lleuger (escriptura, picar a màquina, dibuix, costura, comptabilitat); treball amb mans i braços (petits estris de taula, inspecció, acoblament o classificació de materials lleugers); treball de braços i cames (conduir un vehicle en condicions normals, maniobrar un interruptor amb el peu o amb un pedal). Dempeus: trepanar (peces petites); fresadora (peces petites); bobinatge, enrotllat de petits revestiments, mecanització amb estris de baixa potència; marxa ocasional (velocitat fins a 3,5 km/h).
- Metabolisme moderat. Treball mantingut de mans i braços (clavar, omplir); treball amb braços i cames (maniobres sobre camions, tractors o màquines); treball de braços i tronc (treball amb martell pneumàtic, acoblament de vehicles, enguixada, manipulació intermitent de materials moderadament pesants, recol·lecció de fruits o de llegums); embranzida o tracció de càrregues lleugeres o de carretons; marxa a una velocitat de 3,5 a 5,5 km/hora; forjat.
- Metabolisme elevat (pesat). Treball intens amb braços i tronc; transport de materials pesants; treballs de cavada; treball amb martell; serrar; laminació o cisellatge de fusta dura; segar a mà; excavar; marxa a una velocitat de 5,5 a 7 km/hora; empenta o tracció de carretons molt carregats; col·locació de blocs de formigó.
- Metabolisme molt elevat (molt pesat). Activitat molt intensa a marxa ràpida propera al màxim; treballar amb la destral; acció de palejar o de cavar intensament; pujar escales, una rampa o una escala; caminar ràpidament amb passos petits, córrer, caminar a una velocitat superior a 7 km/h.
Per ampliar la informació sobre la determinació del metabolisme energètic, vegeu l’NTP 323/93 en la secció “Adreces d’interès” del web del crèdit.
Exemple d'aplicació de la taula d'estimació del metabolisme segons la intensitat del treball
Feu una estimació de la despesa metabòlica mitjana que suposa una feina de recol·lecció de fruita.
Solució:
En les feines associades a un metabolisme moderat, hi trobem la recol·lecció de fruits i llegums, al qual correspon un valor entre 130 i 200 W/m2.
Classificació en funció de les professions
El consum metabòlic segons la professió fa una estimació general de la despesa per a diferents feines. Aquesta relació figura en la taula. Cal tenir en compte que en els valors que figuren en aquesta taula s’inclou el metabolisme basal.
El progrés tecnològic fa que l’activitat física que comporten les diferents professions variï substancialment amb el temps, per la qual cosa aquest mètode pot ser molt imprecís.
| Professió | Metabolisme W/m2 | Professió | Metabolisme W/m2 | Professió | Metabolisme W/m2 |
|---|---|---|---|---|---|
| Artesans | Indústria siderúrgica | ||||
| Paleta | 110 a 153 | Obrer d’alts forns | 170 a 220 | ||
| Fuster | 110 a 175 | Obrer de forn elèctric | 125 a 145 | ||
| Vidrier | 90 a 125 | Modelador a mà | 140 a 240 | ||
| Pintor | 100 a 140 | Modelador a màquina | 105 a 165 | ||
| Forner | 105 a 140 | Fonedor | 140 a 240 | ||
| Carnisser | 055 a 070 | ||||
| Rellotger | |||||
| Indústria minera | Ferreteria i manyeria | Impremta | |||
| Empenyedor de vagonetes | 070 a 085 | Ferrer forjador | 90 a 200 | Compositor manual | 075 a 095 |
| Picador d’hulla (estratificació base) | 140 a 240 | Soldador | 75 a 125 | Enquadernador | 075 a 100 |
| Obrer de forn de coc | 115 a 175 | Torner | 75 a 125 | Agricultura | |
| Fresador | 85 a 140 | Jardiner | 115 a 190 | ||
| Mecànic de precisió | 70 a 110 | Conductor de tractor | 085 a 110 | ||
| Circulació | |||||
| Conductor de cotxe | 075 a 090 | ||||
| Conductor d’autocar | 075 a 125 | ||||
Utilització de taules d'estimació per activitat tipus
Aquest mètode ofereix més precisió que els anteriors, ja que limita l’extensió de l’activitat a la qual assigna la despesa metabòlica, utilitzant taules que atorguen valors de despesa energètica a tasques que solen formar part del treball habitual.
La taula mostra valors de despesa energètica per a algunes tasques concretes, incloent-hi en aquests valors el metabolisme basal.
| Activitat | Metabolisme W/m2 |
|---|---|
| ACTIVITATS DE BASE | |
| Caminar en pla | |
| 2 km/h | 110 |
| 3 km/h | 140 |
| 4 km/h | 165 |
| 5 km/h | 200 |
| Caminar en pujada, 3 km/h | |
| inclinació de 5° | 195 |
| inclinació de 10° | 275 |
| inclinació de 15° | 390 |
| Caminar en baixada 5,5 km/h | |
| inclinació de 5° | 130 |
| inclinació de 10° | 115 |
| inclinació de 15° | 120 |
| Pujar una escala (0,172 m/esglaó) | |
| 80 esglaons/minut | 440 |
| Baixar una escala (0,172 m/esglaó) | |
| 80 esglaons/minut | 155 |
| Transportar una càrrega en pla, 4 km/h | |
| massa 10 kg | 185 |
| massa 30 kg | 250 |
| massa 50 kg | 360 |
| PROFESSIONS | |
| Indústria de la construcció | |
| Posar maons (construcció d’un mur de superfície plana) | |
| maó massís (massa 3,8 kg) | 150 |
| maó foradat (massa 4,2 kg) | 140 |
| maó foradat (massa 15,3 kg) | 125 |
| maó foradat (massa 23,4 kg) | 135 |
| Prefabricació d’elements acabats en formigó | |
| encofrat i desencofrat (revestiment de formigó pretesat) | 180 |
| col·locació de carcasses d’acer | 130 |
| abocament del formigó (revestiment de formigó pretesat) | 180 |
| Construcció d’habitatges | |
| preparació del morter de ciment | 155 |
| abocament de formigó per a ciments | 275 |
| compactació de formigó per vibracions | 220 |
| encofrat | 180 |
| càrrega de carretó amb pedres, sorra i morter | 275 |
| Indústria siderúrgica | |
| Alts forns | |
| preparació de la canal de colada | 340 |
| perforació | 430 |
| Emmotllament (emmotllament a mà) | |
| emmotllament de peces mitjanes | 285 |
| buidatge amb martell metàl·lic | 175 |
| emmotlament de peces metàl·liques | 140 |
| Emmotllament a màquina desemmotllament | 125 |
| emmotllament, colada mitjançant un operari | 220 |
| emmotllament, colada mitjançant dos operaris | 210 |
| emmotllament a partir de la colada suspesa | 190 |
| Taller d’acabat | |
| treball amb martell pneumàtic | 175 |
| esmolada, encunyació | 175 |
| Indústria forestal | |
| Transport i treball amb destral | |
| caminar pel bosc (4 km/h) i transport (massa 7 kg) | 285 |
| transport a mà (4 km/h) d’una trossejadora (18 kg) | 385 |
| treball amb destral (massa 2 kg, 33 cops/minut) | 500 |
| tallar arrels amb destral | 375 |
| poda (avet) | 415 |
| Serrada | |
| tall transversal, trossejament mitjançant 2 operaris | |
| 60 dobles cops per minut, 20 cm2 per doble cop | 415 |
| 40 dobles cops per minut, 20 cm2 per doble cop | 240 |
| tala per trossejament | |
| trossejament per un operari | 235 |
| trossejament per dos operaris | 205 |
| tall transversal | |
| trossejament per un operari | 205 |
| trossejament per dos operaris | 190 |
| escorçament | |
| valor mitjà a l’estiu | 225 390 |
| valor mitjà a l’hivern | 225 390 |
| Agricultura | |
| cavament | 380 |
| conreu amb tir de cavalls | 235 |
| conreu amb tractor | 170 |
| sembra amb tractor | 95 |
| mantornada (massa del caveguet) | 170 |
| ESPORTS | |
| Cursa | |
| 9 km/h | 350 |
| 12 km/h | 405 |
| 15 km/h | 510 |
| Esquí, en terreny pla i amb bona neu | |
| 7 km/h | 350 |
| 9 km/h | 405 |
| 12 km/h | 510 |
| Patinatge | |
| 12 km/h | 225 |
| 15 km/h | 285 |
| 18 km/h | 360 |
| TREBALLS DOMÈSTICS | |
| fer la neteja | 100 a 200 |
| cuinar | 80 a 135 |
| fregar plats, dempeus | 145 |
| rentar a mà i planxar | 120 a 220 |
| afaitar-se, rentar-se i vestir-se | 100 |
Estimació del metabolisme a partir dels components de l'activitat
Mitjançant les taules que presenten la despesa energètica segons l’activitat, separadament, es disposa d’informació sobre postures, desplaçaments, etc., de manera que la suma de la despesa energètica que suposen aquests components, que en conjunt integren l’activitat, és el consum metabòlic d’aquesta activitat.
L’estimació del metabolisme a partir dels components de l’activitat és probablement el sistema més utilitzat per determinar el consum metabòlic.
Els termes que s’han de sumar són els següents:
- Metabolisme basal. El metabolisme basal correspon al consum d’energia d’una persona ajaguda i en repòs. Representa la despesa energètica necessària per mantenir les funcions vegetatives (respiració, circulació, etc.). En la taula es mostra el valor del metabolisme basal en funció del sexe i de l’edat.
| Homes | Dones | ||
|---|---|---|---|
| Anys | W/m2 | Anys | W/m2 |
| 18 | 50,170 | 18-19 | 42,618 |
| 19 | 49,091 | 20-24 | 41,969 |
| 20-21 | 48,059 | 25-44 | 41,412 |
| 22-23 | 47,351 | 45-49 | 40,530 |
| 24-27 | 46,678 | 50-54 | 39,394 |
| 28-29 | 46,180 | 55-59 | 38,489 |
| 30-34 | 45,634 | 60-64 | 37,828 |
| 35-39 | 44,869 | 65-69 | 37,468 |
| 40-44 | 44,080 | ||
| 45-49 | 43,349 | ||
| 50-54 | 42,607 | ||
| 55-59 | 41,876 | ||
| 60-64 | 41,157 | ||
| 65-69 | 40,368 | ||
- Metabolisme per a la postura corporal. Els valors representats en la taula són els que es corresponen al consum d’energia que té una persona en funció de la postura que manté (dempeus, assegut, etc.).
Metabolisme basal
Es pot prendre com una bona aproximació 44 W/m2 per als homes i 41 W/m2 per a les dones (corresponen aproximadament al metabolisme basal d’un home d’1,7 metres d’alçada, 70 kg de pes i 35 anys d’edat, i d’una dona d’1,6 metres d’alçada, 60 kg de pes, i 35 anys).
El metabolisme basal disminueix a mesura que augmenta l’edat de la persona.
El valor del metabolisme basal és menor en la dona que en el home.
Aquests valors no tenen en compte el metabolisme basal.
| Posició del cos | Metabolisme (W/m2) |
|---|---|
| Assegut | 10 |
| Agenollat | 20 |
| Ajupit | 20 |
| De peus | 25 |
| De peus inclinat | 30 |
- Component del tipus de treball. És la despesa energètica que es produeix en funció del tipus de treball (manual, amb un braç, amb el tronc, etc.) i de la intensitat d’aquest (lleuger, moderat, pesat, etc.). Els valors del metabolisme segons el tipus de treball estan representat en la taula.
Aquests valors no tenen en compte el metabolisme basal.
| Tipus de treball | Metabolisme (W/m2) Valor mitjà | Interval |
|---|---|---|
| Treball amb les mans | ||
| lleuger | 15 | < 20 |
| mitjà | 30 | 20-35 |
| intens | 40 | > 35 |
| Treball amb un braç | ||
| lleuger | 35 | < 45 |
| mitjà | 55 | 45-65 |
| intens | 75 | > 65 |
| Treball amb dos braços | ||
| lleuger | 65 | < 75 |
| mitjà | 85 | 75-95 |
| intens | 105 | > 95 |
| Treball amb el tronc | ||
| lleuger | 125 | < 155 |
| mitjà | 190 | 155-230 |
| intens | 280 | 230-330 |
| molt intens | 390 | > 330 |
- Component de desplaçament. Es refereix al consum d’energia que suposa el fet de desplaçar-se, horitzontalment o verticalment, a una velocitat determinada.
L’ús de la taula, en què figuren les dades segons el desplaçament, implica multiplicar el valor del consum metabòlic per la velocitat de desplaçament per obtenir la despesa energètica corresponent al desplaçament estudiat.
Aquests valors no tenen en compte el metabolisme basal.
| Tipus de treball | Metabolisme (W/m²) / (m/s) |
|---|---|
| Velocitat de desplaçament en funció de la distància | |
| caminar de 2 a 5 km/h | 110 |
| Caminar en pujada, de 2 a 5 km/h | |
| inclinació 5° | 210 |
| inclinació 10° | 360 |
| Caminar en baixada, 5 km/h | |
| declinació 5° | 60 |
| declinació 10° | 50 |
| Caminar amb una càrrega a l’esquena, 4 km/h | |
| càrrega de 10 kg | 125 |
| càrrega de 30 kg | 185 |
| càrrega de 50 kg | 285 |
| Velocitat de desplaçament en funció de l’altura | |
| pujar una escala | 1.725 |
| baixar una escala | 480 |
| Pujar una escala de mà inclinada | |
| sense càrrega | 1.660 |
| amb càrrega de 10 kg | 1.870 |
| amb càrrega de 50 kg | 3.320 |
| Pujar una escala de mà vertical | |
| sense càrrega | 2.030 |
| amb càrrega de 10 kg | 2.335 |
| amb càrrega de 50 kg | 4.750 |
Amb els valors tabulats es poden obtenir valors mitjans mesurats durant un temps determinat.
Exercici d'aplicació de les taules metabòliques sense moviment
Calculeu el consum metabòlic d’una treballadora de 35 anys d’edat que du a terme una tasca de supervisió en una cinta transportadora. La treballadora no es mou i està dreta davant la cinta, fent una feina lleugera amb els dos braços.
En aquest cas, com que coneixem moltes dades del desenvolupament de la feina de la treballadora, hi aplicarem l’estimació del metabolisme a partir dels components de l’activitat.
En aquests casos, cal considerar el metabolisme basal.
Així, utilitzarem: la taula del metabolisme basal, la taula del metabolisme per a la postura corporal (taula 14), la taula del metabolisme per a diferents tipus d’activitats i la taula del metabolisme segons el desplaçament en funció de la velocitat.
Buscarem en les taules corresponents el valor del consum metabòlic:
- Metabolisme basal (dona de 35 anys) = 41,412 W/m²
- Valor del metabolisme segons la postura corporal (dreta) = 25 W/m²
- Valor del metabolisme per a diferents tipus d’activitats (treball lleuger amb els dos braços) = 65 W/m²
- Valor del metabolisme segons el desplaçament (no es mou) = 0 W/m²
Així, per al càlcul total de l’activitat, sumarem els valors obtinguts en les diferents taules.
Metabolisme total = 41,412 W/m² + 25 W/m² + 65 W/m² + 0 W/m² = 131,412 W/m²
Exercici d'aplicació de les taules metabòliques amb moviment
Utilitzarem les dades de l’exercici anterior, suposant que la treballadora es mou i va seguint la cinta transportadora a la velocitat de 10 metres en 14 segons.
Utilitzarem les taules metabòliques a partir dels components de l’activitat.
Taula del metabolisme basal. Taula del metabolisme per a la postura corporal. Taula del metabolisme per a diferents tipus d’activitats. Taula del metabolisme segons el desplaçament en funció de la velocitat.
- Metabolisme basal (dona de 35 anys) = 41,412 W/m²
- Valor del metabolisme segons la postura corporal (dreta) = 25 W/m²
- Valor del metabolisme segons el tipus d’activitat (treball lleuger amb els dos braços) = 65 W/m²
- Valor del metabolisme segons el desplaçament (camina 10 metres en 14 segons), calcularem la velocitat mitjana:
Veiem que el metabolisme que li correspon segons la taula és: 110 W/m² / m/s. Així:
Per al càlcul total de l’activitat, sumarem els valors obtinguts en les diferents taules.
Metabolisme total = 41,412 W/m² + 25 W/m² + 65 W/m² + 78,1 W/m² = 209,512 W/m²
Mesurament de la despesa energètica mitjançant el control dels aliments
El mesurament de la despesa energètica mitjançant el control dels aliments és un dels mètodes menys utilitzats, ja que pot arribar a ser molt lent en el càlcul, i feixuc i complex en la quantificació de tots els aliments consumits i en el mesurament de les activitats.
Aquest control dels aliments s’ha de fer durant un període de temps relativament llarg, en què s’ha de conèixer el valor calòric d’aquests, deduït del pes dels aliments consumits.
També cal quantificar la despesa energètica de les activitats, tant en les que es fan laboralment com en les no laborals.
Si coneixem de manera precisa l’alimentació dels hidrats de carboni, els greixos i les proteïnes, es pot calcular l’energia consumida pel treballador en la realització de l’activitat.
Això ens permetrà conèixer quantes calories s’han emmagatzemat en el cos i quantes s’han invertit en les seves activitats.