Frío o calor:
La polémica
de la sensación térmica



Por
Por Bruno Henríquez Pérez*



Análisis y determinación del área de confort térmico




Cuántas veces, al compartir con un grupo de personas, encontramos que unos sienten frío, mientras otros calor; además, hay personas que prefieren el frío, y otras el calor.
 

Cuando llega el verano vemos que a veces el termómetro marca una temperatura alta, pero soportable, mientras que otras veces no es tan alta y sudamos a mares, y nos sentimos como ahogados.

En el invierno, por el contrario, advertimos que inclusive los extranjeros provenientes de los países que llamamos fríos, se tienen que abrigar cuando sopla un vientecito, de los que traen los frentes fríos a nuestras costas, mientras nosotros estamos esperando para usar esa ropa que, por causa del calor, no podemos usar el resto del año.

La sensación de calor es más marcada en los días de verano, pero notamos que muchas veces no se corresponde lo que sentimos con lo que marca el termómetro. Esto se ve influido por el viento, la humedad, o si estamos al sol o a la sombra.

El termómetro corriente, llamado también de bulbo seco o de líquido en vidrio, por estar hecho de vidrio con una escala, un capilar y un bulbo lleno de mercurio, mide la temperatura del fluido en el que está inmerso, ya sea un líquido, un gas o el aire atmosférico.

La temperatura es una variable ambiental que, como propiedad física, se refiere a las nociones comunes de frío o calor; sin embargo, su significado formal en termodinámica es más complejo, ya que a menudo el calor o el frío percibido por las personas tiene que ver más con la sensación térmica, que con la temperatura señalada por los instrumentos. Fundamentalmente, la temperatura es una propiedad que poseen los sistemas físicos a nivel macroscópico. Sólo puede ser medida en el equilibrio, precisamente porque se define como el resultado de un equilibrio entre el objeto a medir (el aire, el agua, el cuerpo humano, etc.), y el objeto que mide, el termómetro.

Cuando en el termómetro corriente, de líquido en vidrio, se dilata el mercurio dentro del capilar al calentarse, o se contrae al enfriarse, lo hace hasta que alcanza el equilibrio térmico con lo que mide; así, para cada valor de la temperatura la columna de mercurio señala una longitud diferente y ahí se registran los valores en la escala de grados Celsius que conocemos, y que indica cero para la temperatura de congelación del agua, y 100 para la de ebullición.

La temperatura, además, está íntimamente relacionada con la energía interna de un sistema.
Un concepto importante al analizar las variables ambientales en la construcción de edificios, el uso de locales o el desarrollo de cualquier actividad, es el concepto de confort, y aunque éste se relaciona muchas veces con las condiciones creadas artificialmente, como el mobiliario, la amplitud de los locales, la privacidad o la climatización en un sentido más amplio, está influido por las condiciones físico-ambientales y las variables meteorológicas y ambientales del entorno.

Así, se entiende por confort la sensación total de bienestar físico y mental. El ciclo de vida de un individuo está compuesto por estados de actividad, fatiga y recuperación. Este ciclo puede ser afectado por condiciones climáticas desfavorables, y el estrés resultante en el organismo puede provocar desde estados de incomodidad y pérdidas de eficiencia, hasta afectaciones a la salud.

Los ocupantes de una instalación valoran la calidad de su diseño desde el punto de vista físico y emocional, pues las sensaciones de bienestar o de incomodidad contribuyen a la formación de un juicio total del lugar donde se descansa, se estudia o se trabaja. Los criterios de confort total dependerán de los sentidos de las personas. En especial, nos referiremos al intercambio térmico del organismo con su entorno, que depende de la producción y pérdida de calor del organismo.

El organismo produce calor continuamente. La mayoría de los procesos bioquímicos que en él ocurren (construcción de tejidos, conversión de energía, trabajo muscular) son exotérmicos, es decir, liberan energía. De toda la energía que produce el cuerpo, 80% se libera al entorno en forma de calor en dependencia del índice metabólico general y la actividad desarrollada por la persona.

La temperatura interna del cuerpo debe permanecer equilibrada y constante alrededor de los 37 °C, y la superficial de la piel alrededor de 30 °C. Para mantener la temperatura corporal es necesario liberar todo el exceso de calor, y esto se realiza por convección, radiación, evaporación y, en alguna medida, por conducción a los cuerpos con los que se esté en contacto.

La convección es debida a la transmisión de calor desde el cuerpo hacia el aire en contacto con la piel o las ropas. Este aire caliente al ser más ligero sube y es sustituido por aire frío. La pérdida de calor por convección aumenta con la velocidad del movimiento del aire, o por mayor diferencia de temperatura entre el aire y la piel; también favorece este proceso la ubicación en espacios abiertos o locales con puntales altos.

El intercambio de energía por radiación depende de la temperatura de la superficie del cuerpo y de la temperatura de las áreas circundantes, y se representa por la temperatura media radiante que se mide con el termómetro de globo.

La evaporación del agua de la piel es otra vía de intercambio de calor, y depende de la velocidad del aire incidente, de su humedad y de la cantidad de sudor (humedad por evaporar). Mientras más seco esté el aire, mayor será la evaporación. Este efecto se aprecia en la medición de la temperatura con el termómetro de bulbo húmedo, que sirve para calcular la humedad relativa.

La pérdida o ganancia de calor por conducción depende de la diferencia de temperatura entre el cuerpo y el objeto que esté en contacto con él. Podemos ver así que las magnitudes ambientales que influyen en la sensación de confort son la temperatura de bulbo seco (TBS); la temperatura media radiante, que es la temperatura promedio de las superficies circundantes; el efecto de la radiación solar incidente, que se obtiene con un termómetro de globo (TG); la humedad del aire, que se puede medir con un higrómetro, o calcularse a partir de T medida con un termómetro de bulbo húmedo (TBH), y la velocidad del aire, que influye sobre la pérdida de calor por convección y por evaporación, y se mide con un anemómetro (v).


Confort y sensación térmica

En el análisis de la sensación térmica se introducen varios índices, entre ellos el índice del calor sofocante y los de temperatura efectiva y temperatura efectiva corregida.
El calor sofocante, como sensación medible, aparece cuando la temperatura es tan alta que la persona suda para que la evaporación del sudor la refresque, pero la humedad relativa es tan alta que el enfriamiento por evaporación no es posible, o es tan pequeña que no contrarresta la sensación de calor.

La sensación de calor sofocante se expresa por un índice desarrollado por la meteoróloga rusa Davitaya, a mediados del siglo xx, que usa el llamado complejo humedad-temperatura, representado por valores simultáneos de humedad relativa y temperatura.

Este índice indica la sensación de tensión o estrés térmico causado por la alta temperatura, que obliga a sudar para refrescar la piel por evaporación, y la alta humedad relativa que evita la evaporación del sudor. Esta combinación de factores en el complejo temperatura-humedad relativa, indica cuáles combinaciones dan diferentes gradaciones de calor sofocante, que se evalúan en una escala abierta del 1 al 8. El valor cero no se reporta, pues bajo este valor no está presente el fenómeno (Tabla 1).

Tabla 1. Índices de la sensación de tensión o estrés
térmico causado por la alta temperatura (calor sofocante)



Débil: 1, 1/2, 2, 2/3 y 3. Causa molestias y falta de confort, pero se puede eliminar con ventilación.
Moderado: 3/4, 4, 4/5 y 5. Exige, además de ventilación, ropas más ligeras y tomar algún líquido frío.
Fuerte: 5/6, 6, 6/7 y 7. Causa molestias, fatiga y deshidratación, y algunas personas se desmayan.
Extremo: 8 y >8. Shock térmico, desmayos y deshidratación, y puede causar daños irreversibles.

Para hacer una representación de la temperatura que sentimos, nos aproximamos por etapas. La primera, con la medición del termómetro de bulbo seco o temperatura seca que marca la temperatura del aire que nos rodea; en la segunda etapa se toma la temperatura sensible, que se calcula a partir de una combinación de la temperatura seca y la de bulbo húmedo o la humedad relativa; en la tercera, se mide la temperatura efectiva, donde se conjugan la temperatura seca, la húmeda y la velocidad del aire o el viento sobre la persona; y una cuarta etapa, la temperatura efectiva corregida, en la que se introduce el efecto de la radiación a través de la temperatura media radiante, registrada mediante el termómetro de globo.

Estas se pueden mostrar si observamos el nomograma de temperatura efectiva corregida, en la ecuación de Yaglou-Minard.

¿Cómo se halla la temperatura efectiva corregida en el nomograma? (Fig. 1):

 

Fig. 1. Nomograma de temperatura efectiva
para personas vestidas con ropa de trabajo.
 


1. Mida la temperatura de globo TG, o de bulbo seco (TBS).
2. Mida la temperatura de bulbo húmedo (TBH).
3. Mida la velocidad del aire (v).
4. Ubique la TG en la escala vertical izquierda del nomograma.
5. Ubique la TBH en la escala vertical derecha del nomograma.
6. Conecte los dos puntos con una línea transversal.
7. Seleccione la curva que resulte más apropiada con la velocidad del aire registrada.
8. Marque un punto donde la curva de velocidad seleccionada intercepte la línea dibujada.
9. Lea el valor de la línea pequeña inclinada a través del mismo punto; este es el valor de la temperatura efectiva corregida.

Observe que para la misma línea de unión de las temperaturas hay diferentes valores de temperatura efectiva corregida en dependencia de la velocidad del viento: a más velocidad del viento menor temperatura, pero para temperaturas muy altas, mayores de 37 °C, el viento, en lugar de refrescar, calienta.

La gama de condiciones dentro de las que 80% de la población se siente bien, se denomina zona de confort. Luego de muchos estudios se han obtenido valores límites y medios para la zona de confort en nomogramas.

Para las regiones tropicales, esta zona está limitada por valores de temperatura efectiva, o efectiva corregida, que oscilan entre 22 y 27 °C, y se considera como óptima la de 25 °C; en el nomograma se puede apreciar en las casillas sombreadas. La velocidad del aire debe estar entre 0,15 y 1,5 m/s.

Si los valores de temperatura, humedad y velocidad del viento que obtenemos en nuestra medición no caen dentro de estas casillas, estamos fuera del área de confort térmico.
Como se puede observar, el confort se obtiene en una gama de valores muy estrecha dentro de las condiciones posibles de nuestro entorno. Lograrlo depende de las condiciones que podamos crear en el entorno, y de la energía y la inteligencia de que dispongamos para hacerlo.

* Centro de Gestión de la Información y Desarrollo de la Energía (CUBAENERGÍA),
La Habana, Cuba.
e-mail: bruno@cubaenergia.cu