La temperatura de globo y bulbo húmedo mide de forma más directa la temperatura en relación con el riesgo de enfermedad por calor de una persona, al tener en cuenta los efectos de la temperatura del aire, la humedad relativa, la velocidad del viento y el calor radiante. La temperatura de globo y bulbo húmedo (WBGT, por sus siglas en inglés) es el promedio ponderado de la temperatura de bulbo húmedo, globo negro y la temperatura del aire, donde WBGT = 0.7Tw + 0.2Tg + 0.1Td.
Los empleadores que cuentan con trabajadores en riesgo de sufrir enfermedades por calor están obligados por la OSHA a establecer un programa completo de prevención de enfermedades por calor. De acuerdo con dicho programa, un empleador debe contar con medios adecuados para medir y monitorear los factores de estrés térmico.
La OSHA ha publicado documentos de orientación, como la guía de 42 páginas “Using the Heat Index: A Guide for Employers” (Uso del índice de calor: una guía para empleadores); sin embargo, la regulación específica bajo la cual se rige el estrés térmico es la OSHA 29 U.S.C. § 654, 5(a)1.
“Cada empleador deberá proporcionar a cada uno de sus empleados un empleo y un lugar de trabajo libres de riesgos reconocidos que causen o puedan causar la muerte o daños físicos graves a sus empleados”.
De 1999 a 2003, 3,442 personas murieron en los EE. UU. por enfermedades relacionadas con el calor, y entre 1992 y 2006, 423 de las muertes fueron de trabajadores estadounidenses. Tan solo en 2014, 2,630 trabajadores sufrieron enfermedades por calor y 18 fallecieron [Departamento de Trabajo de los EE. UU.].
Entre 2012 y 2013, las enfermedades por calor de 20 personas, 13 de las cuales fallecieron, dieron lugar a citaciones federales de ejecución. Se descubrió que 13 de los 20 empleadores no habían incorporado un enfoque para identificar el riesgo de enfermedad por calor (p. ej., el índice de calor) en su programa de prevención de enfermedades por calor [CDC].
La enfermedad por calor es causada por un estrés térmico no compensable. Esto ocurre cuando la tasa de calor generado supera la tasa a la que se disipa. La “combustión” de oxígeno y trifosfato de adenosina es el medio principal por el cual el cuerpo humano convierte energía química en energía cinética. Sin embargo, hasta el 80% se convierte en calor. De manera similar, cuando el oxígeno y la gasolina se combustionan en un motor, la mayor parte de la energía también se convierte en calor.
Al realizar trabajo de oficina, el cuerpo humano genera la potencia de dos bombillas de 60 vatios (cuya impaciencia al reemplazar una nos recuerda que pueden calentarse bastante). Sin embargo, al realizar trabajos de construcción pesados, el cuerpo puede generar hasta 500 vatios. Si el estrés térmico no es compensable, la temperatura corporal central aumenta y se desarrolla la enfermedad por calor.
El golpe de calor por esfuerzo es una categoría mortal de enfermedad por calor en la que la temperatura corporal supera los 104 °F (40 °C). La persona puede experimentar inicialmente dolor de cabeza, piel seca, aumento de la respiración, frecuencia cardíaca acelerada, náuseas, confusión y mareos.
Entre muchos otros factores, las condiciones ambientales como la temperatura, la luz solar, el viento y la humedad determinan qué tan bien puede el cuerpo disipar el calor. La temperatura de globo y bulbo húmedo mide más específicamente la temperatura en relación con estas condiciones ambientales.
La temperatura del aire, normalmente denominada Td, TA o simplemente T, es una medida incompleta del calor ambiental. Mide la energía cinética asociada con el movimiento de las moléculas de aire. Este tipo de transferencia de energía ocurre por conducción. Las mediciones de la temperatura del aire no logran capturar la transferencia de calor a través de la vaporización, radiación y convección.
La temperatura de bulbo húmedo, denominada Tw, es una medida de la temperatura que afecta al potente proceso de enfriamiento por evaporación. La transpiración, y en menor medida la respiración, es la forma en que el cuerpo humano disipa el calor a través del enfriamiento por evaporación. Ocurre debido a la fuerza intermolecular del agua, conocida como fuerza de Van der Waals. Los átomos de hidrógeno de las moléculas de agua son atraídos débilmente hacia los átomos de oxígeno de las moléculas de agua adyacentes. Cuando ocurre la evaporación, se debe superar la energía asociada con esta atracción para separar las moléculas. Esta fuerza, similar a separar dos imanes, se conoce como entalpía de vaporización.
El agua tiene una entalpía de vaporización muy alta de 15 kilocalorías por onza. Teóricamente, por cada onza de transpiración que se evapora, transporta consigo 15 kilocalorías de calor. Como referencia conceptual, una pérdida de 15 kilocalorías es suficiente para enfriar 61 libras de agua en 1° Fahrenheit.
La humedad deshabilita el proceso de evaporación. Existe una cantidad máxima de vapor de agua que puede ocupar un volumen dado de aire o vacío. Esta capacidad se basa en la presión de vapor de equilibrio del agua. La humedad relativa es el valor porcentual de la presión de vapor parcial en comparación con la presión de equilibrio a una temperatura determinada. En otras palabras, la humedad relativa es la humedad comparada con la capacidad de humedad.
Efectivamente, a medida que aumenta la humedad relativa, la tasa de evaporación disminuye y la eficiencia del enfriamiento por evaporación a partir del sudor disminuye. El enfriamiento por evaporación no puede ocurrir con una humedad relativa cercana al 100%.
La temperatura oficial más alta registrada en la Tierra fue en Death Valley, California, en 1913. La temperatura del aire fue de 134° F (56.7 °C). Hipotéticamente, si la humedad relativa hubiera sido de un 13% seco ese día, la temperatura de bulbo húmedo habría sido de 85° F (29.4 °C).
Compare esto con la temperatura de bulbo húmedo equivalente de 85° F el 13 de julio de 1995 durante la ola de calor mortal en Chicago, que mató a 739 personas. La temperatura del aire fue de solo 99° F (37.2 °C).
La temperatura de bulbo húmedo es la temperatura que toma en cuenta la reducción del enfriamiento por evaporación debido a la humedad relativa. Un dispositivo WBGT también incorpora instrumentación para capturar el calor adquirido a través del calor radiante y captura parcialmente la pérdida de calor a través del viento, conocida como temperatura de globo, globo negro o temperatura radiante media, generalmente denominada Tg.
Mientras que la temperatura del aire y la temperatura de bulbo húmedo miden la transferencia de energía térmica a través de la conducción y la vaporización, el globo negro tiene en cuenta la transferencia de calor a través de la radiación electromagnética y la convección.
El cuerpo humano irradia radiación infrarroja y reabsorbe la radiación del entorno. En entornos típicos, ocurre una pérdida neta de unos 100 vatios de calor corporal a través de la radiación infrarroja. Sin embargo, en presencia de luz solar, asfalto caliente o un horno, las fuentes adicionales de radiación electromagnética dan como resultado una ganancia neta significativa.
El asfalto negro absorbe más del 90% de la energía lumínica del sol y reemite radiación infrarroja. Según la ley de Stefan-Boltzmann, un estacionamiento a 145° F (62.8 °C) emite 650 W/m2. Teóricamente, 650 W/m2 es suficiente potencia para calentar 100 libras de agua en 14° F en 1 hora (sobre 2 m2).
A plena luz del sol y al nivel del mar, una persona puede recibir alrededor del doble de esta cantidad de radiación en forma de luz infrarroja, visible y UV (53, 42 y 4 por ciento, respectivamente). La irradiancia de la luz solar disminuye según el ángulo debido a la ubicación geográfica, la estación y la hora del día. El globo negro mide este efecto radiativo.
El viento, sin embargo, contrarresta los efectos del calor acumulado a través de la radiación mediante la convección. Dado que el viento acelera el intercambio de calor entre el aire y el globo negro, sirve para enfriar el globo tal como serviría para enfriar el cuerpo. Sin embargo, en el cuerpo, el viento también sirve para acelerar el proceso de evaporación. Por lo tanto, la temperatura del globo negro solo captura parcialmente los efectos de enfriamiento por convección del viento. ¿Cómo elegir un medidor WBGT adecuado? Evalúe el instrumento y evalúe al fabricante.
Para un medidor WBGT real, es importante verificar que el medidor esté equipado con un parámetro de globo negro además de la función de bulbo húmedo. Al revisar las especificaciones, recuerde que no es solo una cuestión de rango de humedad y temperatura; es una cuestión de un rango de humedad en todo el dominio de temperatura. En otras palabras, si el rango máximo de Tw es 120° F (48.9 °C) y el rango máximo de Td es 140° F (60 °C), esto podría significar que en condiciones de 5% de HR, el rango de temperatura de bulbo húmedo es en realidad solo 79° F (26.1 °C) y no 120° F. Aclare esta especificación con el fabricante.
Un medidor con una función de registro de datos o transmisión inalámbrica de datos es beneficioso, ya que los datos son útiles para los organismos reguladores y de acreditación, y son esenciales para la validación y verificación de su programa de prevención de enfermedades por calor.
Confirme que el instrumento venga con un Certificado de Calibración que sea trazable al NIST de acuerdo con los criterios de prueba ISO/IEC 17025. Asimismo, asegúrese de que el instrumento venga con una garantía y una política de devolución segura.
Determine si el fabricante tiene un programa de calidad establecido. Además de las acreditaciones y los años en el negocio, los indicios de un programa de calidad sólido incluyen la capacidad de un fabricante para responder preguntas científicas y regulatorias. Un fabricante debe estar preparado para responder rápidamente preguntas relacionadas con la función, la calidad, las especificaciones, la validación y la regulación. Una medida adicional de un departamento de calidad establecido es la capacidad de realizar calibraciones, desarrollo de métodos y pruebas de concepto para sus clientes.