Conceptos Clave de Termodinámica y Confort Térmico en Ambientes

Conceptos Fundamentales de Calor y Temperatura

El calor es la forma de propagación de la energía térmica. La temperatura es una medida que nos da una idea aproximada de cuán agitadamente se mueven las moléculas de un cuerpo. La diferencia es que el calor hace que la temperatura aumente o disminuya: si añadimos calor, la temperatura aumenta; si lo quitamos, disminuye.

Tipos de Calor: Latente y Sensible

Calor Latente

Es la cantidad de calor que se suministra o quita a una sustancia y que hace conservar su temperatura, cambiando su estado. Ejemplo: agua a 0°C → hielo a 0°C.

Calor Sensible

Es la cantidad de calor que se suministra o quita a una sustancia y hace cambiar su temperatura sin cambiar su estado. Ejemplo: agua a 0°C → agua a 20°C.

Efectos de las Temperaturas Extremas en el Cuerpo Humano

Efectos de las Altas Temperaturas (Hipertermia)

• Vasodilatación sanguínea: Contribuye a aumentar el intercambio de calor.
• Activación de las glándulas sudoríparas: Aumenta el intercambio de calor por evaporación del sudor.
• Aumento de la circulación sanguínea.
• Cambio electrolítico del sudor.

Consecuencias de la Hipertermia:

• Calambres
• Deficiencia circulatoria
• Deshidratación
• Golpe de calor
• Trastornos en la piel (erupciones, quemaduras)

Efectos de las Bajas Temperaturas (Hipotermia)

• Vasoconstricción sanguínea.
• Desactivación de las glándulas sudoríparas.
• Disminución de la circulación sanguínea.
• Autofagia de grasa almacenada.

Consecuencias de la Hipotermia:

• Malestar general
• Disminución de la destreza manual
• Congelamiento de miembros afectados
• Reducción de la sensibilidad

Conceptos de Humedad Ambiental

Humedad Absoluta

Es la cantidad de agua que se encuentra por unidad de masa o volumen en el aire, expresada en g/m³.

Humedad Relativa

Expresa el potencial de evaporación que tiene el aire.

Tipos de Temperaturas de Bulbo para Medición Ambiental

Temperatura de Bulbo Seco

Es la temperatura que se obtiene de forma directa del aire, mediante un termómetro común. Estos están formados por un tubo capilar que contiene alcohol o mercurio; cuando el líquido aumenta su temperatura, se dilata y nos da una escala grabada en el capilar.

Temperatura de Bulbo Húmedo

Es la temperatura que se toma con un termómetro común con ampolleta o bulbo revestido con una gasa mojada con agua destilada. El agua en contacto con el bulbo se evapora según las condiciones del aire.

Temperatura de Punto de Rocío

Es la temperatura hasta la cual hay que enfriar una masa de aire, manteniendo constante la presión, para que la masa de aire se sature.

Herramientas para la Medición y Análisis del Aire

Psicrómetro

Es una herramienta que sirve para medir la temperatura del bulbo húmedo y bulbo seco.

Diagrama Psicométrico

Sirve para encontrar distintos valores característicos de una determinada masa de aire conociendo dos de ellos.

Índices de Confort Térmico: MET y TEC

MET (Metabolismo)

Unidad definida como 58,2 W/m² o 50 kcal/m² hora. Representa el calor producido por un hombre en actividad sedentaria.

TEC (Temperatura Efectiva Corregida)

Combina la temperatura del termómetro seco y la humedad relativa. Se define como un índice empírico desarrollado a partir de la sensación de confort.

Datos para el cálculo de TEC:

• Temperatura del termómetro seco.
• Temperatura del termómetro húmedo.
• Velocidad del viento.

La temperatura efectiva es la correspondiente al punto en que se corta la línea que une ambas temperaturas con la correspondiente a la velocidad del aire.

Ejemplo de Cálculo de TEC:

Trataremos de determinar las características que debe tener el aire para lograr un 75% de gente confortable en verano en un local comercial.

Datos del Ejemplo:

• Destino: Comercio
• Tipo de tarea: Asistente de comercio
• Tipo de gente: Adulto promedio
• Estación: Verano
• Cantidad de gente confortable: 75%
• Velocidad del aire: 0,5 m/s

De acuerdo con el destino del local y el tipo de tarea, queda determinado el metabolismo:

Comercio - Asistente de comercio = 2 MET

Tomando el valor de adulto promedio:

2 MET x 58,2 W/m² x 1,8 m² = 209,52 W

La producción metabólica de calor será (M-W):

(M-W) = 209,52 - 0,2(209,52 - 100) = 187,62 W

Así obtenemos el valor de TEC.

Producción Metabólica de Calor y su Relación con TEC

La producción de calor metabólico es la diferencia entre el metabolismo (M) y la energía transformada en trabajo mecánico (W). En el índice de tensión térmica, un rendimiento del 20% de la energía producida a un nivel de descanso de aproximadamente 100 kcal/h se considera un valor aceptable.

Entonces, la producción de calor metabólico se calcula de acuerdo con la siguiente fórmula:

(M - W) = M - [0,2(M - 100)]

Podemos, mediante fórmulas o gráficos, determinar el intercambio de calor por convección, por radiación y la efectividad de enfriamiento por sudor.