energetyka pracy.doc

Energetyka pracy

Ciężkość pracy jest jedna z podstawowych cech charakteryzujących pracę fizyczną,

wydatek energetyczny jest jej miarą.

Ciężkość pracy zleży od takich czynników fizycznych jak:

·     Pozycja ciała

·     Aktywność ruchowa

·     Ciężar przemieszczanych lub podtrzymywanych przedmiotów

·     Tempo wykonywania czynności.

Wydatek energetyczny jest to ilość energii cieplnej produkowanej przez organizm podczas wykonywania jakiejkolwiek czynności, w tym czynności roboczej.

Stanowi on podstawę do oceny kosztu energetycznego wykonywanej pracy wg jej uciążliwości.

Z wykonywaniem ciężkiej pracy fizycznej wiążą się pewne dodatkowe uprawnienia pracownicze i obowiązki pracodawcy – konieczność wydawania posiłków profilaktycznych i napojów.

Jednocześnie ciężkość pracy fizycznej jest jednym z powodów ograniczeń możliwości zatrudniania na danym stanowisku niektórych grup pracowników takich jak:

= młodociani

= kobiety w ciąży i  w okresie karmienia.

Energetyczne kryteria oceny stopni ciężkości pracy fizycznej

Najmniejszymi wydatkami energetycznymi charakteryzują się prace wykonywane na siedząco, np. prace biurowe.

Zapotrzebowanie energii przy tych pracach wynosi mniej niż 8,4 kJ/min.

Utrzymanie pozycji siedzącej powoduje zużycie 1,3 kJ/min

Natomiast maszynopisanie już 4,6 – 6,7 kJ/min.

Wszelkie tego typu prace powodują wydatek energetyczny rzędu 2095 – 3352 kJ netto i są określane jako prace lekkie.

Podczas prac powodujących konieczność długotrwałego  wysiłku fizycznego obciążenie nie powinno przekraczać norm fizjologicznych.

W granicach tych norm mieści się wydatek energetyczny określany w tabelach jako praca średnio-ciężka tj.

·         3771kJ/zmianę u kobiet

·         do 6285 kJ/zmianę u mężczyzn.

Zaliczamy tutaj prace wykonywane na stojąco, bez dźwignia dużych ciężarów składające się z różnorodnych czynności (prace przy obsłudze maszyn i  urządzeń – prace tokarzy, ślusarzy, prace montażowe).

Prace ciężkie lub bardzo ciężkie to prace  wykonywane ciężkimi narzędziami lub  związane z dźwiganiem ciężarów. Są to  wszystkie prace związane z kopaniem,  kuciem załadunkiem.

·         Praca kilofem powoduje wydatek energetyczny  ok. 30 kJ/min.

·         Praca łopatą  - ok. 25  -38 kJ/min

·         Praca piłą – ok. 38 – 50 k/min

·         Młotem pneumatycznym ok. 21- 33 kJ/min.

·         Dźwignie worków o masie 20 kg ok. 21-25 kJ/min. (zależy od czasu trwania dźwigania, od wielkości i sposobu przenoszenia ciężarów, odległości na jaką się je przenosi.

Skutki obciążenia ciężką pracą fizyczną

Nadmierne i niewłaściwe obciążenie ciężką pracą fizyczną  jest przyczyną wielu urazów i dolegliwości układu mięśniowo-szkieletowego a także może być czynnikiem ryzyka chorób układu krążenia.

Ma na to wpływ niewłaściwa pozycja podczas pracy, zbyt duża masa przedmiotów i narzędzi pracy jak również niewłaściwa częstość powtórzeń wykonywanych czynności.

Ciężka praca fizyczna może:

·     zwiększać ryzyko uszkodzenia układu ruchu,

·     być przyczyną przyspieszenia powstawania zmian zwyrodnieniowych (np. kręgosłupa) i związanych z nimi dolegliwościami,

·     czynnikiem ryzyka chorób układu krążenia.

Aktywność mięśniowa jest powodem występowania lokalnego zmęczenia mięśni. Moment pojawienia się zmęczenia  zależy od  skurczów mięśni. Podczas wysiłku statycznego – przewaga skurczów izometrycznych – zmęczenie pojawia się bardzo szybko , gdy siła VO2 przekracza 40% maksymalnej siły danej grupy mięśniowej. Wraz z wiekiem obniża się nie tylko maksymalna siła mięśni  ale również próg, przy którym występuje zmęczenie.

Jeśli mięśnie są zmęczone po pracy i nie następuje wystarczająca odnowa do dnia następnego, a sytuacja powtarza się – pojawiają się skargi na przewlekłe zmęczenie. Jest to przyczyna nasilania się dolegliwości związanych z zaburzeniami ze strony układu mięśniowo-szkieletowego. U starszych pracowników obniżenie „progu zmęczenia” oraz pogorszenie  możliwości odnowy po wysiłku fizycznym doprowadza do chronicznego przeciążenia mięsni ścięgien.

Codzienne przeciążenie trwające wiele lat powoduje drobne uszkodzenia mięśni, stąd zrozumiałe jest zwiększenie się częstości dolegliwości dotyczących układu mięśniowo-szkieletowego.

Określenie ciężkości pracy jest zabiegiem względnie prostym i nie wymaga posługiwania się skomplikowanymi metodami. Jednakże ich zastosowanie , interpretacja uzyskanych wyników wymaga wiedzy, z zakresu fizjologii człowieka oraz doświadczenia szczególnie wtedy, gdy trzeba oszacować ciężkość pracy poprzez porównanie pracy wykonywanej na danym stanowisku z pracami dla, których ciężkość pracy została określona metodami obiektywnymi.

Podstawowa przemiana materii

Wydatek energetyczny jest miarą ilości ciepła wytwarzanego w organizmie i odzwierciedla tempo przemian metabolicznych. W warunkach spoczynkowych organizm zużywa pewną ilość energii (produkuje pewną ilość ciepła), która zapewnia jego funkcjonowanie, podtrzymywanie procesów życiowych. Spoczynkowy poziom metabolizmu zależy od takich czynników, jak:

·     Wiek  (obniża się wraz z wiekiem)

·     Płeć (wyższy jest u mężczyzn niż u kobiet -  tkanka tłuszczowa o mniejszej aktywności metabolicznej)

·     Pora doby (wyższy jest w dzień niż w nocy)

·     Czas spożywania posiłków (specyficzne działanie pokarmów – wzrost poziomu metabolizmu w okresie trawienia i przyswajania pokarmów)

·     Temperatury ciała (zmiana temperatury ciała o 1 OC powoduje zmianę tempa metabolizmu o ok. 13%)

·     Temperatury otoczenia (przy  spadku temperatury otoczenia poniżej dolnej temperatury  krytycznej zaczyna się wzrost poziomu metabolizmu, wynikający głównie z drżenia mięśniowego, wzrostu poziomu hormonów tarczycy i adrenaliny).

Poziom wydatku energetycznego w spoczynku można obliczyć wg następujących wzorów:

Dla mężczyzn

                            BMR=66,473 + 13,752 x mc + 5,003 x H – 6,755 x A

Dla kobiet

                            BMR=66,096 + 9,563 x mc x 1,850 x H – 4,676 x A

Gdzie:

BMR - przemiana podstawowa w kcal/24 godz.

mc – masa ciała

H – wysokość ciała w cm

A – wiek w latach

Czynniki składające się na całkowitą przemianę materii

1. Swoiste dynamiczne działanie pożywienia; w praktyce, przy badaniu kosztu kalorycznego pracy wartość swoistego działania pożywienia ustala się na 10%.

2. Wydatek czynnościowy poza pracą zawodową; przeciętne zużycie energii na wykonanie codziennych czynności ocenia się na ok. 250 kcal na dobę - u kobiet i ok. 400 kcal na dobę - u mężczyzn.

3.  Wydatek energetyczny pod wpływem obciążenia pracą zawodową - oceniany jest w jednostkach pracy efektywnej, netto, po odliczeniu wielkości podstawowej przemiany materii.

Jeżeli przyjmiemy, że mężczyzna o masie ciała 70 kg zużywa  na podstawową przeminę materii w czasie doby 7743 kJ a jego działanie ogranicza się do czynności dnia codziennego  (chodzenie, mycie, jedzenia, itp.) to na przemianę ogólną zużyje ok.9419 kJ/dobę.

U kobiet o masie 65 kg  wydatek energii  na ogólną przemianę materii  jest mniejszy  i wynosi 6939 kJ.

Definicje:

Chronometraż - metoda badania pracy stosowana do przybliżonego obliczania wydatku energetycznego. Polega na oznaczeniu czasu wykonywania elementarnych czynności roboczych o określonym wydatku energetycznym, którego wartości odczytuje się z tabel lub mierzy.

Kaloria, kilokaloria, dżul, kilodżul - jednostki energii cieplnej.

Kalorie efektywne pracy - netto - część wydatku energetycznego bezpośrednio zużywanego na wykonanie pracy zawodowej.

Jednostki wydatku energetycznego

wydatek energetyczny wyrażany jest w kacl a zgodnie z układem SI w kilodżulach (kJ) do celów obliczani bilansu cieplnego organizmu niezbędnego w ocenie obciążenia termicznego i mikroklimatu wyrażany jest w watach (W) na jednostkę powierzchni ciała (m2)

Wartość wydatku energetycznego wyrażoną w poszczególnych jednostkach można przeliczyć posługując się wzorami:

(kacl) x 4,1868 = (kJ)

(kJ) x 0,2388 = (kcal)

(kcal/min) x 69,78 = (W)

(W) x 0,01433 = (kcal/min)

(W) = J/sek

Jeżeli mamy wyrazić wydatek energetyczny w stosunku do powierzchni ciała to trzeba ją obliczyć posługując się poniższym wzorem:

SA= H0,725 x mc0,425 x 0,007184

SA – powierzchnia ciała w m2

mc – masa ciała w kg

H – wysokość ciała w cm

Obliczona wg tego wzoru powierzchnia ciała

Mężczyzny (o masie ciała 70 kg i wzroście 170 cm) wynosi 1,8 m2

Kobiety (o masie ciała 60 kg i wzroście 160 cm) wynosi 1,6 m2

Szacowanie wartości wydatku energetycznego

Badanie wydatku energetycznego można przeprowadzić jedną z czterech niżej wymienionych metod:

1 - dokonywanie pomiaru wydatku energetycznego metodą kalorymetrii pośredniej

2 -  oznaczenie wydatku energetycznego na podstawie pomiaru wentylacji płuc

3 -  oceny wydatku energetycznego na podstawie pomiarów innych zmian fizjologicznych podczas pracy, głównie częstości skurczów serca

4 - metodą szacunkową  chronometrażowo – tabelaryczną wg Lehmanna

Metoda kalorymetrii pośredniej

Polega na pomiarze ilości tlenu zużytego w czasie pracy wydzielonego dwutlenku węgla. Istniej ścisła zależność między ilością tlenu pochłoniętego a ilością powstającej energii. 1 litr zużytego tlenu wyzwala od 4,7 do 5,05 kcal; zależy to częściowo od rodzaju utlenianych składników pożywienia.

Pomiar:

Osoba badana w czasie pracy oddycha przez specjalny ustnik połączony w rurą i wentylami. Powietrze przy wydechu kierowane jest przez zawór do gazometru, a następnie do zbiornika (worek Douglasa). Pomiar wykonuje się przez 5 do 10 min.

Powietrze zużyte mierzone jest w gazomierzu. Próbki  powietrza z worka poddawane jest analizie (oblicza się ilość zużytego tlenu i wydalonego CO2 w jednostce czasu.

Metoda ta jest najdokładniejsza i najbardziej rzetelna, ale z drugiej strony trudna do realizacji, zwłaszcza w warunkach przemysłowych, gdyż dokonuje się w laboratorium ze względu na dużą aparaturę.

Metodą tą mierzy jednostkowe zużycie energii  dla rożnych czynności w czasie pracy.  Mierzy się łączny czas trwania poszczególnych czynności w czasie zmiany roboczej. Następnie mnoży się czas poszczególnych czynności przez jednostkowy wydatek energetyczny. Sumuje się iloczyny i uzyskuje zużycie energii w ciągu zmiany roboczej.

Metoda pośrednia na podstawie pomiaru wentylacji płuc podczas pracy

Metoda ta polega na oznaczaniu wartości wentylacji płuc podczas poszczególnych cykli pracy. Istnieje zależność liniowa i wysoki współczynnik korelacji pomiędzy wielkością zużycia tlenu, wydatkiem energetycznym i wielkością wentylacji płuc, tak więc w celu szacowania wielkości wydatku energetycznego może być stosowany wyłącznie pomiar wentylacji płuc.

Pomiaru wentylacji płuc należy dokonywać:

·      w 4¸ 5 minut po rozpoczęciu czynności, a czas ten jest potrzebny do ustabilizowania się stanu równowagi czynnościowej, czyli wzrostu wentylacji płuc do poziomu charakterystycznego dla intensywności danego wysiłku.

·        w znanych warunkach temperatury i ciśnienia atmosferycznego, ażeby móc dokonać odpowiednich przeliczeń i wyrażać objętość powietrza w warunkach standardowych - STPD, co oznacza standardową temperaturę 0 °C, ciśnienie - 760 mm Hg (101,3 kPa) i suchy gaz, gdyż tylko te wielkości brane są do wyliczeń.

Na podstawie zależności  między wentylacją a pobieraniem tlenu można obliczyć przybliżoną wartość wydatku energetycznego posługując się równaniem:

E= 0,21 x VSTPD

gdzie:

E – wydatek energii w kJ/min

VSTPD - wentylacja płuc w l/min w warunkach STPD.

Metoda ta jest zastosowana w skonstruowanym w CIOP-BIP mierniku wydatku energetycznego MWE umożliwiającym ciągły pomiar objętości wydychanego powietrza, który oparty jest na opisanej wyżej równaniu.

Miernik ten na podstawie pomiaru wentylacji płuc, w sposób automatyczny wylicza i podaje wielkość wydatku energetycznego w kcal/min, kJ/min oraz W/m2. Do przeliczeń posłużono się wzorem Datta - Ramanathana podanym wyżej.

Uzyskana tą metodą wielkość wydatku energetycznego jest wielkością brutto, tak więc chcąc uzyskać wielkość netto, charakteryzującą określoną czynność zawodową, należy odjąć wielkość przemiany podstawowej, co dokonuje również w sposób automatyczny miernik.

Z uwagi na uzyskiwane wiarygodne i powtarzalne wyniki pomiarów oraz prostotę obsługi, opisywany miernik może być powszechnie stosowany w warunkach przemysłowych przez przeszkolone służby techniczne bhp.

W celu dokonania wyliczeń wydatku energetycznego u pracownika

zatrudnionego na określonym stanowisku pracy należy:

– przeprowadzić chronometraż czynności roboczych w ciągu zmiany roboczej, wyodrębniając w procesie pracy powtarzające się cykle czynności głównych, pomocniczych i przerw w pracy

– przeprowadzić pomiar wydatku energetycznego podczas poszczególnych czynności

– dokonać wyliczenia wydatku energetycznego netto podczas poszczególnych cykli

– podsumować wartości wydatku energetycznego wszystkich cykli roboczych w ciągu zmiany roboczej oraz przerw w pracy w celu uzyskania globalnej wartości wydatku podczas całej zmiany roboczej.

Ocena wydatku energetycznego na podstawie pomiaru zmian fizjologicznych podczas pracy, głównie częstości skurczów serca

Wraz ze wzrostem obciążenia wysiłkowego zmianom ulegają, obok wielkości wentylacji płuc i zużycia tlenu, również inne parametry fizjologiczne - częstość skurczów serca, temperatura wewnętrzna ciała, ciśnienie tętnicze krwi.

Pomiary częstości skurczów serca należą do najczęściej stosowanych metod, a dokonywać ich można w sposób telemetryczny, za pomocą Sport-testera bądź ręcznie badając tętno na dużych naczyniach. Zaletą tej metody jest łatwość jej stosowania, przy równoczesnym znacznym stopniu dokładności uzyskiwanych wyników.

Metoda pomiarów częstości skurczów serca opiera się na licznych badaniach, w których wykazano ich wzrost proporcjonalny do obciążenia pracą oraz korelacji pomiędzy częstością skurczów serca a zużyciem tlenu podczas obciążenia wysiłkowego. Zależność liniowa między częstością skurczów serca a wydatkiem energetycznym utrzymuje się w zakresie:

      - powyżej 120 uderzeń na minutę, gdyż wpływ emocjonalny może być wtedy pominięty

      - do 20 uderzeń poniżej maksymalnej częstości skurczów serca dla danej osoby.

Indywidualna maksymalna częstość skurczów serca może być oceniana na 200 minus wiek osoby.

Dysponując tabelarycznym zestawieniem zmian fizjologicznych podczas różnych obciążeń fizycznych (łącznie z wielkością zużycia tlenu i odpowiadającym mu wydatkiem energetycznym) możemy uzyskać przybliżoną wartość wydatku energetycznego dla określonej czynności. Można ją również wyliczyć w sposób przybliżony, stosując wzór:

      M = 4,0 X HR –255,

...