Pomiaru wydatku energetycznego można dokonać także na podstawie zachodzących w czasie pracy zmian fizjologicznych. Fakt ten umożliwia

Transkrypt

1 Pomiaru wydatku energetycznego można dokonać, stosując różnego rodzaju metody: kalorymetrię bezpośrednią, kalorymetrię pośrednią, chronometrażowo tabelaryczną według Lehmanna, metodę oceny na podstawie mechanicznego efektu pracy, ocenę wydatku energetycznego na podstawie zachodzących w czasie pracy zmian fizjologicznych, ocenę uciążliwości wynikającej z wysiłków statycznych, ocenę uciążliwości związanej z monotypowością ruchów roboczych oraz badanie odnowy tętna" jako metody stopnia obciążenia pracą. Pierwsza metoda kalorymetrii bezpośredniej pozwala na jednoczesny pomiar wymiany gazowej i wytworzonego ciepła aparatem Atwatera Rosa Benedicta. Zasada oznaczania opiera się na ustalaniu różnicy temperatur wody wchodzącej do układu i wychodzącej z niego. Wentylację zapewnia zamknięty układ krążącego powietrza, a wytwarzany dwutlenek węgla jest absorbowany przez pochłaniacze zawierające wapno sodowe. Szeroko stosowana jest metoda kalorymetrii pośredniej. Opiera się ona na ilości wykorzystywanego tlenu i wyprodukowanego w tym samym czasie dwutlenek węgla. Do oznaczeń stosowane są dwa systemy aparatów: otwarty z przepływem powietrza i zamknięty, w którym wydychany dwutlenek węgla jest pochłaniany przez wapno sodowe. Zużyty tlen zostaje uzupełniany ze zbiornika, wykazującego jednocześnie wielkość przepływu. Znając ilość tlenu potrzebnego do wytworzenia l kcal oraz współczynnik oddechowy, można obliczyć wielkość wydatku energetycznego człowieka. Pomiary wydatku energetycznego zarówno za pomocą kalorymetrii bezpośredniej, jak i pośredniej wymagają odpowiedniej aparatury i specjalnie wyszkolonego personelu. Są one niezwykle pracochłonne i kłopotliwe dla pracowników, na których dokonuje się badań. Dlatego też metody te są stosowane w wyspecjalizowanych laboratoriach badawczych. Potrzeby związane z analizą ciężkości pracy wymagają zastosowania bardziej dostępnych metod oceny wydatku energetycznego na stanowisku roboczym. Celowe wydaje się w związku z tym przedstawienie metod, które stanowią drogi postępowania w tym zakresie.

2 Stosując chronometrażowo tabelaryczną metodę oceny wydatku energetycznego, posługujemy się tabelami przedstawiającymi wielkości wydatku energetycznego przy różnych czynnościach w k J efektywnych na minutę 9. Stosując tabele, ograniczymy się do dokładnego chronometrażu czynności wykonywanych przez pracownika. Obliczamy, ile czasu w ciągu zmiany roboczej zużywa pracownik na poszczególne, jednolite pod względem energetycznym czynności, mnożymy uzyskane wartości w minutach przez odpowiednie liczby dżuli zamieszczone w tabelach. Suma tych iloczynów stanowi wielkość efektywnego wydatku energetycznego pracownika. Należy mieć na uwadze, że tabele nie obejmują wszystkich rodzajów prac, jakie wykonuje pracownik. Przy napotkaniu trudności w tym względzie można wykorzystać uproszczoną metodę chronometrażowo tabelaryczną oceny wydatku energetycznego według Lehmanna. Metoda ta polega na uwzględnieniu zajmowanej przy pracy pozycji ciała oraz określonego przez rodzaj pracy stopnia zaangażowania układu mięśniowego (por. tab. 7, część A i B). Z tabeli 7 część A odczytujemy liczbę dżuli zużytkowaną na otrzymanie danej pozycji ciała przy pracy. Z tabeli 7 część B odczytujemy zapotrzebowanie energetyczne związane z wykonywaniem pracy zależnie od zajmowanej pozycji. Po zakwalifikowaniu wykonanych czynności do odpowiedniego typu obciążeń dokonujemy chronometrażu na podstawie danych zawartych w tabeli 7 część A i B, a następnie dodajemy obliczone wartości, otrzymując poszukiwany wydatek energetyczny przy danym, rodzaju wykonywanej pracy. Kolejna metoda oceny wydatku energetycznego na podstawie mechanicznego efektu pracy jest możliwa do zastosowania tam, gdzie mechaniczny efekt pracy może być łatwo wymierzony w kilogramometrach. W warunkach produkcyjnych ma to miejsce wówczas, gdy mięśnie dynamicznie przeciwdziałają sile ciężkości, np. przenoszenie ciężarów na pewną wysokość, ładowanie itp.

3 Pomiaru wydatku energetycznego można dokonać także na podstawie zachodzących w czasie pracy zmian fizjologicznych. Fakt ten umożliwia Tabela 7. Normatywy cząstkowe wydatku energetycznego w zależności od pozycji ciała i rodzaju wykonywanej pracy Część A Pozycja ciała Wydatek energetyczny w kcal/min w kj/min Siedząca 0,3 1,2 Na kolanach 0,5 2,1 Na kucki 0,5 2,1 Stojąca 0,6 2,5 Stojąca pochylona 0,8 3,3 Chodzenie 1,7 3,5 7,1 14,6 Wchodzenie po pochyłości 0,75 3,1 bez obciążenia na l m wzniesienia na l m wzniesienia Część B Rodzaj pracy Wydatek energetyczny w kcal/min w kj/min Praca palców, dłoni i przedramienia lekka 0,3 0,6 1,2 2,5 średnia 0,6 0,9 2,5 3,8 Praca jednego ramienia lekka 0,7 1,2 2,9 5,0 średnia 1,2 1,7 5,0 7,1 Praca obu ramion lekka 1,5 2,0 6,3 8,4 średnia 2,0 2,5 8,4 10,5 Praca mięśni kończyn i tułowia lekka 2,5 4,0 10,5 16,7 średnia 4,0 6,0 16,7 25,1 ciężka 6,0 8,5 25,1 35, wykorzystanie kształtowania się pewnych parametrów hemodynamicznych i respiracyjnych do oceny natężenia wysiłku fizycznego

4 pracownika. W tym przypadku dokonuje się pomiaru wentylacji płuc, częstości tętna i temperatury ciała (por. tab. 8). Liczby dżuli podane w tabeli ujmują zarówno efektywny wydatek energetyczny, jak i przemianę podstawową. Są to tzw. dżule brutto. W celu wyliczenia dżuli efektywnych, bez uwzględnienia przemiany podstawowej, odejmujemy od załączonych wartości 4,2 kj. W trakcie wykonywania pracy występuje zawsze obciążenie statyczne. W związku z tym celowe wydaje się stosowanie metody oceny uciążliwości wynikającej z wysiłków statycznych. Ocena obciążenia statycznego nie może być oparta na ścisłych metodach naukowych jako zbyt kłopotliwych. W związku z tym dla celów praktycznych można zastosować analizę pozycji ciała zajmowanej przez pracownika przy pracy. Klasyfikację opartą na tym kryterium przedstawia tabela 9. Podane w tabeli przykłady mają charakter orientacyjny. Kolejna metoda polega na badaniu wpływu monotypowości wykonywanych ruchów na wzrost ogólnego obciążenia fizycznego. Stosowana klasyfikacja stopnia obciążenia wynikającego z monotypowości ruchów opiera się na założeniu, iż mamy do czynienia z powtarzającą się operacją roboczą, obarczającą tylko pewne grupy mięśni, co wywołuje stany lokalne zmęczenia. W celu wyliczenia wielkości zmęczenia bierzemy pod uwagę liczbę powtórzeń stereotypowej operacji roboczej w ciągu zmiany i wielkość użytej przy tym siły (por. tab. 10). Należy zwrócić uwagę, że monotypowość ruchów ma pewien związek z tzw. monotonią pracy. Wielokrotne powtarzanie ograniczonych przestrzennie operacji roboczych stanowi podstawowy czynnik w wywoływaniu monotonii. Zjawisko to znajduje reperkusje przede wszystkim w sferze psychicznej pracownika. Ostatnią z omawianych metod, służącą do oceny wydatku energetycznego, jest badanie odnowy tętna". Wykonanie znaczniejszego wysiłku fizycznego wymaga zaangażowania wielu funkcji fizjologicznych. Pomiar częstości tętna stanowi najbardziej dostępną metodę badania reakcji układu krążenia w czasie pracy zawodowej. Częstość tętna badać możemy podczas wysiłku lub w

5 czasie przerwy między kolejnymi wysiłkami. Ten ostatni sposób pozwala na sporządzanie tzw. krzywych odnowy tętna.

6 Tabela 8. Zmiany fizjologiczne zachodzące w organizmie człowieka podczas pracy w zależności od natężenia wysiłku fizycznego Natężenie wysiłku Wydatek energetyczny Zużycie tlenu fizycznego kcal/min kj/min (w l/min) Bardzo lekki <2,5 <10,5 <0,5 Lekki 2,5 5,0 10,5 21,0 0,5 1,0 Średni 5,1 7,5 21,1 31,6 1,1 1,5 Ciężki 7,6 10,0 31,7 41,9 1,6 2,0 Bardzo ciężki 10,1 12,5 42,0 52,6 2,1 2,5 Niezmiernie ciężki 12,6 15,0 52,7 62,7 2,6 3,0 Wyczerpujący >15,0 >62,7 >3,0 Natężenie wysiłku fizycznego Wentylacja pluć (w l/min) Częstotliwość tętna na min cd. tab. 8 Temperatura ciała C Bardzo lekki <10 <75 <37,1 Lekki ,1 37,5 Średni ,6 38,0 Ciężki ,1 38,5 Bardzo ciężki ,6 39,0 Niezmiernie ciężki ,1 39,5 Wyczerpujący >85 >180 >39,5 Po zakończeniu pracy zaczyna się okres odpoczynku, podczas którego odbywa się restytucja, czyli powrót do normy (por. rys. 8). Na podstawie dynamiki zmian częstości tętna w okresie restytucji możemy wnioskować o ilościowych i jakościowych cechach jego odnowy. Sporządzenie krzywych odnowy tętna pozwala na bardziej pogłębioną analizę uciążliwości wykonywanej pracy. Analiza taka jest pełniejsza i bardziej obiektywna.

7 Rys. 8. Przebieg procesu restytucji (według G. Lehmanna) Źródło: Por. G. Lehmann, Praktyczna, s. 56 Pytania kontrolne 1. Co jest celem fizjologu pracy? 2. Fizjologiczna definicja pracy ludzkiej. 3. Klasyfikacja pracy według wielkości ogólnego wydatku energetycznego. 4. Jakie czynniki określają wielkość podstawowej przemiany materii?

8 5. Jakie elementy składają się na całkowity wydatek energetyczny u człowieka? 6. Jakimi metodami dokonuje się pomiaru wielkości wydatku energetycznego? 7. W jaki sposób dokonuje się pomiaru wielkości wydatku energetycznego uproszczoną metodą tabelaryczno chronometraźową według G. Lehmanna? 8. Na czym polega pomiar wielkości wydatku energetycznego za pomocą zachodzących w czasie pracy zmian fizjologicznych? 9. Jakie znaczenie ma przebieg fizjologicznej krzywej pracy w ciągu doby, tygodnia i roku dla planowania i organizowania przebiegu procesu pracy? 10. Jakie formy zmęczenia mogą wystąpić w czasie pracy? 11. W jaki sposób można przeciwdziałać procesowi zmęczenia się podczas pracy? Literatura zalecana Koczocik Przedpelska J.: Podstawy fizjologii pracy i ergonomii. Skrypty uczelniane AE, Poznań Krause M.: Ergonomia. Praktyczna wiedza o pracującym człowieku i jego środowisku, wyd. Śląska Organizacja Techniczna, Katowice Lehmann G.: Praktyczna fizjologia pracy, PZWL, Warszawa Jończyk Z., Juszczyk M.: Tajemnica biorytmów, MON, Warszawa Wykowska M.: Ćwiczenia laboratoryjne s ergonomii. Wydawnictwo AGH, Kraków Wykowska M.: Ergonomia, Wydawnictwo AGH, Kraków 1994.

9 Metoda obliczeń: gdzie : ( ) E480 iepoz iecz i i= 1 E480 iepoz iecz n W = W + W t W W W wydatek energetyczny w ciągu zmiany roboczej; wydatek energetyczny w ciągu i-tej czynności roboczej ze względu na pozycję przy pracy; wydatek energetycz ny w ciągu i-tej czynności roboczej ze względu na zaangażowanie grup mięśni; (1.1) UWAGA Zarówno W jak i Epoz W nie występują samodzielnie tzn. drugi składnik nie równa się 0. Ecz Tabela do obliczeń: W E Lp. Opis Czas trwania (iloczyn czynności (min) W Epoz W Ecz kolumny 3 i sumy kolumn 4 oraz 5) kcal oraz kj W E480

10 Tabela Wydatek energetyczny związany z pracą na poszczególnych stanowiskach pracy Przemysł Górniczy (węglowy) Hutniczy Rodzaj czynności Średnie i skrajne wartości kcal/min kj/min Urabianie węgla kilofem 6,7 (5,7 8,4) 28,0 (23,8 Wiercenie przy użyciu 3,5 (2,0 6,0) 14,6 (8,4 25,1) Praca i wiertarką ki udarową 11,2 (10,2 46,8 (42,6 Praca młotem 5,6 12 (3,2 1) 7,9) 23,450 6) (13,4 Ładowanie wózków 7,0 (6,6 7,7) 29,3 33 0) (27,6 Praca przy obudowie 4,9 (3,1 8,4) 20,5 32 1) (13,0 Obsługa pieca elektrycznego 35 1) roczne ładowanie złomu 13,7 (12,0 57,3 (50,2 1,4) ręczne ładowanie dolomitu 9,9 14 (8,7 7) 41,4 (36,4 49,7) pobieranie próbki 5,0 11 (3,6 9) 6,2) 20,9 (15,0 25,9) odbijanie otworu 12,6 (10,2 52,7 (42,6 74,4) zamykanie otworu 17 10,1 8) 42,2 Obsługa piły 3,5 (4,7 6,2) 14,6 (19,6 25,9) Kowal przy dużym młocie 5,5 (5,4 5,7) 23,0 (22,6 23,8) Metalowy Toczenie 2,0 (1,5 4,0) 8,4 (6,3 16,7) Ślusarskie prace montażowe 3,2 (2,8 4,5) 13,4 (11,7 18,8) Roboty blacharskie 2,1 (1,9 3,5) 8,8 (7,9 14,6) Spawanie 1,5 (0,8 2,1) 6,3 (3,3 8,8) Wiercenie blach wiertarką 3,8 (2,3 5,6) 15,9 (9,6 23,4) Obróbka lk blach młotem 3,4 (2,3 6,0) 14,6 (9,6 25,0) Wbijanie nitów młotkiem cznym lk lutowniczym Odlewnictwo: 3,9 (2,9 5,3) 16,3 (12,1 22,1) formowanie ręczne (duże 3,6 (2,1 5,1) 15,0 (8,8 21,3) ubijanie ki) ubijakiem 3,3 (2,2 5,3) 13,8 (9,2 22,1) nym

11 Budowlany Murowanie 3,0 12,5 Mieszanie cementu 3,7 15,5 Tynkowanie 3,1 13,0 Układanie cegieł 3,0 12,5 Wykonywanie posadzki 3,4 14,2 Drzewny Maszynowe piłowanie drewna 1,4 5,8 Ręczne piłowanie drewna 9,0 12,0 37,6 50,2 Wiercenie 6,0 25,1 Stolarstwo (ogólne) 3,4 14,2 Elektroniczny Nawijanie uzwojenia 1,4 5,8 Radiomechanik 1,8 7,5 Poligrafia Ręczne układanie czcionek 1,3 5,4 Drukarz 1,3 5,4 Introligatorstwo 1,4 5,8

12 Tabela. Zużycie kcal i kj na minutę podczas wykonywania różnych czynności (według Spitzera-IIettingera) Średnie i skrajne wartości Czynności Warunki pracy kcal/min kj/min l Pchanie ók 3,6 km/godz., równa, twarda d(wartość jak przy chodzeniu wysokość 20 C) uchwytu 100 cm: Ciągnięcie ók Rąbanie b Praca Piłowanie l Praca siła pchania 11,6 kg 7,7 32,2 silą pchania 16,1 kg 10,6 44,3 3,6 km/godz., równa, twarda d(wartość jak przy chodzeniu 20 C) siła ciągu 11,6 kg 8,5 35,6 gila ciągu 16,1 kg 10,9 45,6 Ciężar siekiery 2 kg 35 uderzeń/ /min: uderzenie poziome 9,5 11,0 39,7 46,0 uderzenie pionowe 10,0 11,5 41,8 48,1 Ostrzenie pali drewnianych: 34 uderzenia/min ,5 51 uderzeń/min 4,6 19,2 42 ruchy pilnikiem/min 3,85 kcal 2,0 8,4 (16,1 kj) 60 ruchów/min 2,82 kcal (11,8 80 kj) ruchów pilnikiem/min 2,94 (12,3 k l kj) Uderzenie miotem oburącz, całą ł 4,4 kg ciężaru młota, 15 uderzeń 2,5 10,4 4,2 17,6

13 Piłowanie d na min: uderzenie z rozmachem 7,3 30,5 uderzenia z obrotem 6,7 28,0 10,6 kg ciężaru młota, 10 uderzeń na min: uderzenia z rozmachem 8,2 34,0 uderzenia z obrotem 7,3 30,5 Piłowanie wykonane na stojąco drzewa iglastego leżącego, 30 cm bego, pilą dwuosobową o zębach ój kątnych 60 podwójnych posuwów/min 9,0 37,6 Na klęczące wykonane ścięcie wanie drzewa), drzewo iglaste, dwuosobową długości 1400 mm i o trójkątnych zębach 60 podwójnych posuwów/min 12,0 50,2 Praca szuflą Pasek, ciężar szufli 8 kg Odległość rzutu l m: liczba m/min kcal/rzut kj/rzut wysokość rzutu 0,5 m 15 0,420 6,3 1,756 6,3 wysokość rzutu 1,0 m 12 0,550 6,6 2,299 6,6 wysokość rzutu 1,5 m 12 0,670 8,0 2,801 8,0 wysokość rzutu 2,0 m 12 0,740 8,9 3,093 8,9 Odległość rzutu 2 m: wysokość rzutu 0,5 m 12 0,600 7,2 2,508 7,2 wysokość rzutu 1,0 m 10 0,780 7,8 3,260 7,8 wysokość rzutu 1,5 m 10 0,900 9,0 3,762 9,0 wysokość rautu 2,0 m 10 1,000 10,0 4,180 10,0 Odległość rautu 3 m: wysokość rzutu 1,0 m 10 0,880 8,0 3,678 8,8 wysokość rzutu 1,5 m 10 0,950 9,5 3,971 9,5 wysokość rzutu 2,0 m 10 1,040 10,4 4,347 10,4 Kopanie Łopata ogrodowa, ziemia gliniasta 7,5 8,7 31,3 36,4 Motyka, ziemia gliniasta 8,7 10,7 36,4 44,7 Orka Cztcrolemieszowy pług, 3,6.4,9 15,0 20,5 zaprzęg konny Okopywanie 50 uderzeń motyką/min, osoba buraków kobieta

14 waga motyki długość szerokość w kg trzonu ostrza w cm w cm 0, ,6 10,9 1, ,4 10,0 1, ,5 10,4 Przerywanie Gleba ciężka, odstęp rzędów 50 buraków osoba badanego kobieta w pochylonej 4,68 m 2 /min 2,6 10,9 klęczącej 4,64 m 2 /min 2,4 10,0 z podpórką 3,44 m 2 /mm 2,5 10,4 Koszenie Koniczyna 8,3 34,7 Pszenica ozima 7,5 31,3 Jęczmień 7,3 30,5 l Kopanie Osoba badana kobieta Klęcząc 6,4 kg/min 2,6 10,9 Siedząc 7,6 kg/min 1,4 5,8 Prace w Gotowanie, stojąc lub chodząc stwie Czyszczenie obuwia 1,0.2, ,4 Zmywanie naczyń Szycie na maszynie Chodzenie Równa, gładka droga, bardzo ciężaru ubiór, obuwie gimnastyczne: 2 km/godz. 1,2 5,0 3 km/godz. 1,7 7,1 4 km/godz. 2,1 8,8 5 km/godz. 2,8 11,7 6 km/godz. 3,8 15,9 7 km/godz. 5,4 22,6 Chodzenie Szosa, ciężkie obuwie 4 3,1 13,0 ciężaru Droga trawiasta 4 km/godz. 3,6 15,0 Ściumisko, ziemia pokryta świerkowym, bruzdy kartoflane 4 km/godz. 4,3 18,0 Ściernisko podorane (piaszczyste, niasta ziemia) 3,5 km/godz. 4,3 18,0 Ciężka ziemia, głęboko przeorana i bronowana, lesowo gliniasta 3 km/godz. 5,2 21,7 Chodzenie z Równa, otwarta droga: rem na 10 kg ciężaru 4 km/godz. 3,6 15,0 30 kg ciężaru 4 km/godz. 5,3 22,1

15 50 kg ciężaru 4 km/godz. 8,1 33,9 75 kg ciężaru 3,5 km/godz. 11,7 48,9 100 kg ciężaru 3 km/godz. 15,0 62,7 Zużycie energii przy noszeniu obu rącz do 40 kg ciężaru mniejsze o ło 10%, przy noszeniu za pomocą nosidła o około 20% mniejsze niż przy noszeniu na plecach Wchodzenie Równia pochyła, gładka droga, górę 2,5 km/godz., ciężar na plecach: 10% wzniesienia, szybkość się 7,24 m/min, bez ciężaru: 4,9 20,5 20 kg ciężaru 6,1 25,5 50 kg ciężaru 9,2 38,5 16% wzniesienia, szybkość 17,6 m/min, bez ciężaru: 8,3 34,7 20 kg ciężaru 10,5 43,9 50 kg ciężaru 16,0 66,9 Schodzenie Równia pochyla, 5 km/godz, jak przy wchodzeniu z 10% 5 2,2 9,2 10 1,8 7,5 20 2,7 11,3 Jazda 30 3,83 15,9 Gładka ulica, bez wiatru szybkość 12 km/godz. 3,5 14,6 szybkość 16 km/godz. 5,2 21,7 szybkość 20 km/godz. 7,8 32,6 Różne Prowadzenie pojazdów: wóz turystyczny 1,0 4,2 ciężarówka jednotonowa 1,3 5,4 ciężarówka o dużej 1,5 6,3 wózek przenośnikowy, 2,0 8,4 Prowadzenie dźwigów: dźwigi nowoczesne, (0,6 0,7) (2,5.2,9) w pozycji siedzącej w kabinie z widocznością panoramiczną dźwigi starego typu, (2,2 2,6) (9,2.10,9) w pozycji stojącej, widzenie przejazdu przez wychylenie się zewnątrz kabiny Mycie samochodu 2,9 12,1 Prace biurowe (pozycja siedząca) 0,6 (0,3 0,8) 2,5 (11,2 13,4)

16 Maszynopisanie (kobiety): maszyna zwykła 30 1,1 1,5 4,6 6,3 maszyna zwykła 40 1,4 1,6 5,8 6,7 maszyna elektryczna 30 1,1 1,2 4,6 5,0 maszyna elektryczna 40 1,3 1,4 5,4 5,8