Castillo Bertoz, Juan
Departamento de Proyectos de Ingeniería. Universitat Politècnica de Catalunya. Diagonal, 647, 08028 Barcelona. España. +34 628 400 96juanchocasb@gmail.com
González Benítez, M. Margarita (p)
Departamento de Proyectos de Ingeniería. Universitat Politècnica de Catalunya. Diagonal, 647, 08028 Barcelona. España. +34/934011610 maria.margarita.gonzalez@upc.edu
ABSTRACT
Las necesidades tecnológicas en docencia y en oficinas, requieren sistemas para proporcionar electricidad, a partir de enchufes, en todos los escritorios. Este sistema proporciona una gran movilidad de las mesas para que puedan colocarse según la actividad a desarrollar. Igualmente facilita las tareas de mantenimiento y limpieza, al evitar el cableado por el suelo mejorando la accesibilidad con silla de ruedas.
El sistema consiste en la alimentación de pequeñas redes de mesas interconectadas entre sí y situadas según la conveniencia de la actividad. Las mesas de cada red se proporcionarán electricidad las unas a las otras a partir de una única toma de corriente situada en la pared.
Además, el diseño de la mesa tiene en cuenta los problemas generados por los campos electromagnéticos del cableado. Esto es posible, en gran parte, por el sistema de descarga electrostática mediante de las propias patas, evitando así el síndrome de lipoatrofia semicircular y pudiéndose aplicar a la gran mayoría de mesas y escritorios con esta misma problemática.
Palabras clave
Mesa con enchufes, Lipoatrofia semicircular, descarga electrostática
INTRODUCCIÓN
Hemos establecido las bases para diseñar una mesa/escritorio, con suministro de electricidad a 230V, mediante la incorporación de tomas de corriente. Esta mesa también se adapta a posibles configuraciones de distribución de las mesas dentro de aulas y oficinas, según si el tipo de actividad. Las mesas podrían estar dispuestas en línea o agrupadas en cuadrado respectivamente.
En la gran mayoría de las mesas de oficina, al haber cables y tomas de corriente de forma permanente, se genera riesgo de que los usuarios padezcan el síndrome de lipoatrofia semicircular. Este diseño tiene en cuenta la problemática y da soluciones específicas para minimizarla.
El objetivo es crear un precedente en el diseño de muebles, dotando a las mesas de tomas de corriente para los diferentes aparatos eléctricos sin que estén, necesariamente, conectados directamente a la red eléctrica. Otro gran valor añadido de este proyecto es el de ser una instalación antilipoatrofia, que puede ser aplicado en un futuro a todo tipo de mesas con o sin el sistema propuesto de enchufes.
Por lo tanto, este primer diseño pretende dar solución a las necesidades del aulario universitario y abrir las puertas a futuros diseños no sólo aplicados al inmobiliario de universidad, sino también al laboral e incluso al doméstico. Cabe destacar que, dependiendo de las necesidades (estéticas, de seguridad, de utilización etc.), esos diseños pueden llegar a ser muy diferentes a éste, pero compartiendo la idea común de fusionar red eléctrica y muebles.
En el diseño de la mesa, se han considerado las medidas determinadas por estudios ergonómicos, estudios de costes, estudios medioambientales y estudios aplicados a la salud (lipoatrofia semicircular).
DISEÑO DE LA MESA
La idea planteada como solución para el diseño de la mesa es la de pasar la electricidad de mesa en mesa. De esta manera, todas dispondrán de tomas de corriente, Independientemente de cómo estén colocadas las mesas, únicamente una por grupo (ya sea en línea o en cuadrado) estará conectada a la red eléctrica.
Tipo de unión entre mesas
Se descartan las uniones rígidas porque, al unir un conjunto de mesas, las uniones estarían sometidas a mayores fuerzas y momentos que una unión simple entre dos mesas. Con el tiempo y el desgaste, muchas de estas uniones podrían formar pequeñas holguras que darían problemas de contacto. Este sistema además eleva el coste y restringe el movimiento de las mesas.
Imagen de una mesa con el sistema de unión con cable de espiral
Por todo ello, se ha optado por un sistema de unión flexible entre las mesas. La opción elegida es la de un cable eléctrico en forma de espiral de forma que puedavariar su longitud. En la longitud de reposo el cable se mantendría debajo de la mesa y estirado alcanzaría la toma de corriente de la mesa contigua.
Componentes y pieza
Los criterios de selección han sido fijados por criterios funcionales, económicos, ambientales y de salud. Aunque las piezas están diseñadas para hacer una versión simple y económica de la mesa, se pueden extrapolar los consejos o recomendaciones a otros tipos de componentes o piezas. De esta forma, existe la posibilidad de tener diferentes versiones de la mesa, dependiendo de las exigencias a las que esté sometida pero con la misma finalidad.
Tablero
Esta pieza es la principal de cualquier mesa. Su función principal es la de proporcionar una superficie en la cual se pueda trabajar cómodamente. También será la pieza donde se irán anclando las diferentes piezas.
El material del tablero será de conglomerado de madera y láminas de melamina en las superficies. La superficie de la mesa deberá ser poco reflectante (acabados en mate), para reducir los reflejos y el brillo, y con ello las molestias visuales. Se elegirán siempre colores suaves y deberán evitarse las superficies muy oscuras, que producen contrastes muy fuertes entre el tablero y los apuntes o documentos.
El tablero deberá tener un grosor total mínimo de 4cm (5cm en nuestro caso) y tener cantos curvados o rectos con aristas redondeadas. El motivo de estos redondeos no es sólo por motivos de seguridad o estéticos, sino además, tal y como está explicado en el apartado de lipoatrofia semicircular, para que las posibles zonas de presión sean más amplias y la descarga de electrones lo más suave posible.
En cuanto a las dimensiones se cumplirán los mínimos establecidos en la norma UNE-EN 1729-1:2006.
Tablón trasero
La función principal del tablón trasero es dar estabilidad a las patas de la mesa. Debido al diseño de las patas, es necesario algún elemento de unión entre ellas para evitar su balanceo (rotación). Sin el tablón o algún elemento que hiciese la misma función, la mesa no tendría estabilidad suficiente y las uniones de las patas con la mesa sufrirían mucho, aumentando las posibilidades de rotura durante su utilización.
Hay que mencionar también las funciones estéticas, pues su colocación reduce la visibilidad del cableado y de las piezas de la parte inferior de la mesa. Se deja una distancia de 100 mm entre tablero y el tablón para poder operar con facilidad la unión de las mesas.
Cables y componentes eléctricos
En el conjunto de la mesa, se utilizan diferentes accesorios eléctricos que podrían generar problemas o representar peligro para las personas. Por ello, se ha seguido el reglamento de baja tensión ITC-BT-49 Instalaciones eléctricas en muebles [1].
Los cables interiores, desde el interior de la mesa hasta la conexión con la instalación del aula, deberán ser como mínimo H05RR-F (cables flexibles aislados con goma) o H05VV-F (cables flexibles aislados con policloruro de vinilo (PVC)). La mínima sección será de 2,5mm2 de cobre si hay bases de toma de corriente.
El cable de espiral es el encargado de suministrar la electricidad a la mesa ya sea a partir de otra mesa o de la toma de corriente de la pared. Un extremo sale de la parte inferior central del tablero con su correspondiente sistema antitracción (prensaestopas) para asegurar su sujeción. El otro extremo se unirá directamente al enchufe situado en la parte inferior del siguiente tablero o directamente al de la pared. A diferencia de los cables interiores, el cable de espiral será totalmente exterior y expuesto a fuerzas tanto de tracción como de torsión y por ello deberá estar más reforzado.
La sección del cable de espiral corresponderá como mínimo a 3G 2,5mm2. El cable, gracias a su forma de espiral, podrá variar su extensión hasta 3 veces (de reposo a extendido) y así lograr la conexión a la mesa más próxima cuando sea necesario.
Tomas de corriente
Se colocarán dos tomas de corriente unidas directamente al tablero. Una en la parte superior para suministrar electricidad a los usuarios y otra en la parte inferior para interconectar las mesas mediante el cable de espiral
Imagen parte inferior del tablero con toma de corriente inferior y cable de espiral
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Patas |
Las patas de toda mesa tienen como objetivo principal sostener y dar estabilidad al conjunto. Debido a la incorporación de cables eléctricos, la mesa puede cargarse electro-estáticamente por los campos generados por los cables. El objetivo pues, es facilitar la descarga electro-estática mediante las patas.
Las patas estarán compuestas por dos conjuntos tubulares de acero inoxidable doblados en forma de U.
La principal diferencia de este conjunto de patas con las de cualquier otra mesa residirá en el conjunto pata-tacos. Este conjunto será conductor, tanto la pata como el taco, y su objetivo será descargar la electricidad estática de la mesa al suelo.
Los tacos típicos de una mesa serían de goma o algún otro material similar. Estos, en cambio, estarán fabricados de un plástico con una baja resistividad eléctrica.
Imagen de la tapa
La opción finalmente elegida ha sido utilizar StatKon RF203 [2] basado en un compuesto de resina también de Nylon 66 que contiene Fibra de Vidrio y Polvo de Carbón. La elección final es más cara que la PA6.6 pero consigue unas mejores características conductoras.
Según los datos proporcionados por el fabricante, el plástico StatKon ofrece una resistencia eléctrica de superficie de 1·103 a 1·105 Ohms, ideal para disipar la electricidad estática.
En la figura, podemos ver una comparación de la resistencia eléctrica superficial de diferentes elementos.
Resistividad eléctrica superficial de diferentes materiales en Ohms. (Fuente: SABIC Innovative
Plastics)[2]
El diseño de la tapa se basará en conseguir una gran superficie de contacto entre la pata y la tapa, y sobre la tapa y el suelo.
La unión de la tapa con la pata se efectuará por presión y mediante el adhesivo conductor Supreme 33 [3], que asegurará un contacto uniforme para no disminuir la conductividad del conjunto pata.
El adhesivo es una resina epoxi, con un proceso de curado que se puede hacer a temperatura ambiente. Para asegurar la unión con el adhesivo se tarda 24h a temperatura ambiente, pero esto no representará ningún problema puesto que la unión pata con la tapa se hace mediante presión y esto asegurará la posición.
ERGONOMÍA
El estudio ergonómico, en el caso que nos ocupa, es adecuar el diseño y las proporciones de la mesa según las necesidades del usuario, evitando así posturas incorrectas o forzadas y favoreciendo la sensación de comodidad durante su utilización.
En el diseño de un producto, se debe tener en cuenta multitud de problemas y muchas de las cotas vienen impuestas o, en parte determinadas, por el modo de utilización o para evitar circunstancias o situaciones no deseadas.
Dimensiones
El estudio ergonómico de la mesa se basa en la Norma UNE EN 1729.1:2006, la cual especifica las dimensiones funcionales y el marcado de las sillas y las mesas de uso en centros de enseñanza.
Un estudio previo de las sillas utilizadas para la enseñanza sitúa la media de la altura del asiento en 44 cm. Sabiendo que la altura del asiento determina la altura y dimensiones de la mesa, y siendo 43 cm un código verde y 46 cm un código azul, se determinarán las que corresponden a la mesa proyectada. Por lo tanto, efectuaremos una interpolación de las tablas para determinar las dimensiones de la mesa. En la tabla siguiente, podemos observar las medidas según el código y dicha interpolación.
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Código |
Verde |
Azul |
Mesa eléctrica |
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Silla: altura asiento |
430 mm |
460 mm |
440 mm |
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h1: altura de tapa |
710 mm |
760 mm |
727 mm |
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T1: profundidad mín. de la tapa |
500 mm |
500 mm |
500 mm |
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Longitud mín. de la tapa, por persona |
600 mm |
600 mm |
600 mm |
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H2 |
610 mm |
665 mm |
628 mm |
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H4 |
520 mm |
565 mm |
535 mm |
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T2 |
400 mm |
400 mm |
400 mm |
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T3 |
500 mm |
500 mm |
500 mm |
Dimensiones funcionales según código e interpolación para el diseño de la mesa
Las dimensiones del espacio requerido para el usuario de esta mesa cumple holgadamente los mínimos de la norma UNE EN 1729.1:2006. En las figuras siguientes podemos visualizar dichos cumplimientos representados por un sólido en 3D.
Imágenes de la mesa cumpliendo los requisitos dimensionales
ESTUDIO LIPOATROFIA SEMICIRCULAR
Descripción [4]
La literatura médica describe la LIPOATROFIA SEMICIRCULAR (LS) como “enfermedad poco frecuente, idiopática (sin causa conocida), cuya manifestaciónclínica consiste en la atrofia de una zona semicircular del tejido fino graso subcutáneo, situado sobre todo en el frente de los muslos”.
La hipótesis que ha cobrado más fuerza sobre el origen de esta enfermedad, se relaciona con la descarga electrostática (ESD) del mobiliario a los usuarios de mismos. Estadísticamente está comprobado que la gran mayoría de casos de lipoatrofia se dan en los muslos y son causados por mesas de escritorio.
Las descargas electrostáticas se producen en las piernas, donde el cuerpo humano está más cercano a la base de la mesa de trabajo y puede establecer contacto fácilmente. Estas descargas hacen que los macrófagos activados modifiquen la estructura del tejido adiposo. En la imagen siguiente podemos apreciar esta pérdida de tejido adiposo.
Imagen de paciente con síndrome de Lipoatrofia semicircular. Imagen procedente del estudio “Síndrome de Lipoatrofia semicircular (LS) relacionado con los Edificios” hecho por SEGLA
El estudio concluye que el Síndrome de Lipoatrofia semicircular está relacionado directamente con los edificios de oficinas nuevos y modernos, así como con los nuevos entornos de trabajo.
A pesar de que el origen sigue siendo desconocido, se sabe que diversos factores son determinantes para su aparición: baja humedad, electricidad estática y/o los campos electromagnéticos.
Causas [4]
Campos electromagnéticos
En estudios publicados por el Instituto Flemish Institut for Technological Research, se realizaron mediciones de campos eléctricos y magnéticos en puestos de trabajo que producían LS, siendo los resultados correspondientes a los campos magnéticos normales, pero los resultados de las mediciones de los campos eléctricos eran excesivamente altos debajo de las mesas, a la altura de las rodillas. Este descubrimiento ha conducido a la hipótesis de que algunos tipos de mesas absorben los campos electromagnéticos generados por los cables y ordenadores y se cargan con ellos. Al entrar en contacto con un conductor -el cuerpo humano- se produce una descarga eléctrica. El hecho de que la LS se produzca fundamentalmente en la parte superior del muslo, ha llevado a los investigadores a suponer que la descarga tiene lugar en esa zona.
Basándonos en estudios realizados por SEGLA, los casos de LS se dan principalmente en edificios nuevos y con una humedad relativa baja, que facilita la acumulación de cargas eléctricas en los objetos. Se aprecia que la aparición de la LS secombinan los factores: presencia de campos electromagnéticos (cables y ordenadores) y humedad relativa baja en la zona de trabajo.
La Comisión Internacional de Protección contra la Radiación No Ionizante (ICNIRP) es una organización no gubernamental, reconocida formalmente por la OMS, evalúa los resultados de estudios científicos realizados en todo el mundo. Los límites de exposición según la ICNIRP se presentan en la tabla siguiente [5].
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Fuente |
Exposición máxima típica de la población |
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Campo eléctrico (V/m) |
Densidad de flujo magnético (µT) |
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Campos naturales |
200 |
70 (campo magnético terrestre) |
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Red eléctrica (en hogares que no están próximos a líneas de conducción eléctrica) |
100 |
0,2 |
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Red eléctrica (bajo líneas principales deconducción eléctrica) |
10 000 |
20 |
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Trenes y tranvías eléctricos |
300 |
50 |
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Pantallas de televisión y ordenadores |
10 |
0,7 |
Resumen de los límites de exposición recomendados por la ICNIRP [5]
Electricidad estática y humedad
Otro factor implicado es la electrostática, en la cual la conductividad del tablero del escritorio desempeña un papel importante; ya que la resistencia superficial varía:
- 0 - e4 material conductor
- e4 - e9 material disipativo
- > e10 aislante.
La Descarga electrostática (ESD) es un fenómeno que hace que circule una corriente eléctrica repentina y momentánea entre dos objetos distintos (de la mesa, por ejemplo, hacia el estudiante). El cuerpo humano actúa como polo positivo y los electrones como polos negativos.
Los objetos metálicos tienen la facultad de acumular electrones en las partes extremas o periféricas (patas metálicas de la mesa, cajoneras, soportes metálicos, etc.).
Las descargas electrostáticas locales en los muslos, (o antebrazos o abdomen), donde el cuerpo humano se acerca al borde de la mesa, pueden explicar de una manera plausible, desde el punto de vista biológico, qué está sucediendo en el tejido adiposo superficial. Los macrófagos activados producen citoquinas, que pueden dañar los adipocitos y modificar la estructura del tejido adiposo, y ser la causa de la destrucción celular.
El hecho de que no notemos las descargas electrostáticas, no significa que no las recibamos, ya que el umbral de sensibilidad del cuerpo humano oscila entre los2.500 y 3.000 Voltios (2K5V y 3 KV).
Al igual que los campos eléctricos, los campos magnéticos son más intensos en los puntos cercanos a su origen y su intensidad disminuye rápidamente conforme aumenta la distancia desde la fuente. Los materiales comunes, como las paredes de los edificios, no bloquean los campos magnéticos.
Controlar la humedad relativa del ambiente implica grandes diferencias para la cantidad de cargas. Cuanta menor humedad relativa, los valores de las cargas y potenciales acumulados es mayor.
Algunas de las actividades diarias hechas por las personas, pueden generar cargas que son acumuladas en el cuerpo. Hay bastantes estudios que llegan a resultados similares, en promedio y para valores bajos de menos de un 20% de humedad relativa en el ambiente, los valores de cargas y potenciales acumulados son los más altos. Sin embargo donde la humedad relativa del ambiente es alta, digamos más del 65%, entonces se encuentra que el promedio de las cargas acumuladas en las actividades son bajas y consecuentemente, los potenciales medidos son los más bajos
Prevención
Las horas de exposición son determinantes en esta patología y es por ello que el estudio de prevención se basará en una exposición prolongada de forma que una exposición esporádica no presentaría problema ninguno.
Como se ha podido ver antes los factores clave que originan la LS son la electricidad estática, los campos electromagnéticos generados principalmente por los cables y todo ellos fomentado por una baja humedad del ambiente. En las propuestas de mejora y prevención de la LS se tendrán únicamente en cuenta los factores de la electricidad estática y los campos magnéticos puesto que es imposible controlar la humedad ambiental desde este estudio. Los campos eléctricos y magnéticos generados por los cables y ordenadores son inferiores a los recomendados por la ICNIRP [5], por lo que el efecto más influyente en el caso de la mesa será el del efecto electrostático.
La primera medida preventiva a tener en cuenta en el diseño del proyecto es la distancia, cuanta mayor distancia haya desde los cables y enchufes hacia el usuario, menor será el efecto sobre éste ya que la intensidad del campo magnético y del campo eléctrico disminuye mucho con la distancia.
Es por ello que se evitará tener enchufes/ cables cerca del usuario y mucho menos en la parte inferior de la mesa puesto que la distancia a los muslos sería mínima. Por lo tanto la zona indicada para colocar el enchufe es sobre la superficie de la mesa en una de las esquinas opuestas a la posición del usuario. Los cables irán por debajo de la mesa pero por el lado opuesto para así tener mayor distancia y suficiente operatividad para hacer las conexiones entre mesas.
Las siguientes medidas van más encaradas a evitar la acumulación de electricidad estática sobre todo en zonas claves como podrían ser los bordes de la superficie de la mesa o zonas susceptibles de contacto con el usuario.
Todos los bordes o esquinas serán bien redondeados para evitar que haya acumulación excesiva de cargas en los perfiles, puesto que las zonas con acabados abruptos acumulan siempre un número mayor de electrones. Por otro lado se pondrá una pequeña puesta a tierra desde las patas mediante las tapas de las patas, ya que poniendo las típicas de goma se aislaría la mesa del suelo y se cargaría en exceso de electricidad estática. Las tapas de las patas estarán fabricadas, como ya se hacomentado, a partir de StatKon, un plástico duro suficientemente conductor que facilitaría la descarga electrostática de la mesa. Por tanto en ningún caso esta mesa está indicada para instalaciones con suelos aislantes, moquetas o resistividades demasiado altas que no permitan descargar la electricidad estática de la mesa mediante las patas.
Imagen de la unión de una tapa con un extremo de la pata
El material de las partes que estén normalmente en contacto con el usuario, como la superficie de la mesa, será disipativo para que no tenga una gran acumulación de electrones ni tampoco actúe como aislante entre diferentes partes. Además el grosor de la superficie de la mesa no será inferior a 3 cm. para que la presión postural ejercida en caso de contacto con el cuerpo del usuario sea suficientemente amplia para no repercutir sobre él y la acumulación de electrones sea más uniforme. También se aumentará la distancia muslo-superficie de la mesa a lo que exigen las normativas, y se tendrá en cuenta en caso de querer incorporar un cajón debajo de la mesa en un futuro (cajón que en ningún caso será metálico, sino de un material disipativo).
CONCLUSIONES
Esta mesa está diseñada de manera que reduce el riesgo de lipoatrofia. Dispone de un sistema integrado mediante el cual se facilita la descarga de la electricidad estática a través de las mismas patas de la mesa.
Gracias al diseño que facilita una gran movilidad funcional de una mesa con enchufes eléctricos y a la incorporación de un sistema antilipoatrofia, se ha creado un precedente en el ámbito del diseño de muebles de oficina. Es por ello que se está tramitando la solicitud de patente para este diseño.
Esta mesa facilitará la unión de las TIC con los nuevos modelos de docencia, mucho más participativa y de trabajo en grupo y permitirá el multiuso de las instalaciones.
También se han facilitado las condiciones de limpieza de los espacios y el mantenimiento de las instalaciones al evitar el uso de canaletas con manojos de cables.
Se ha mejorado la accesibilidad con silla de ruedas a las aulas, al evitar cualquier tipo de cableado por el suelo, con la ventaja añadida de poder modificar la disposición de las mesas con ordenadores para poder acceder con silla de ruedas.
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos la ayuda de Ferrán López, profesor de la UPC y de Manuel Edo, del Centro Técnico de SEAT, en el diseño y selección de materiales.
Igualmente agradecemos a Gloria Cruceta, directora de SEGLA Calidad Ambiental en Interiores por sus aportaciones y atención personal en el tema de la lipoatrofia.
REFERENCIAS
- 1. ITCBT49, Instrucciones Técnicas Complementarias. Instalaciones interiores. Instalaciones eléctricas en muebles, Septiembre 2003
- 2. Catálogo SABIC Innovative Plastics. http://www.sabic.com , 5 Febrero 2009
- 3. Catálogo Master Bond Inc. Adhesives, sealants & coating.
http://www.masterbond.com , 28 Enero 2009
- 4. SEGLA, Síndrome de Lipoatrofia semicircular (LS) relacionado con los Edificios. http://www.segla.net/lipoatrofia_semicircular.htm. Avaible on 19/3/2010
- 5. INTERNATIONAL COMMISSION ON NONIONIZING RADIATION PROTECTION
e.V., Recomendaciones para limitar la exposición a campos eléctricos, magnéticos y electromagnéticos. http://www.icnirp.de/documents/emfgdlesp.pdf , 15 Noviembre 2008