|
¿Cómo se obtiene el Índice UV y el
tiempo de exposición?
Los periodos de exposición de la
piel al sol toman en cuenta las dosis de radiación UV-B que los diferentes
tipos de piel soportan antes de sufrir un enrojecimiento mínimo (eritema).
Los
efectos biológicos de la radiación, dentro del intervalo espectral
ultravioleta, presentan una drástica dependencia con la longitud de onda de
la radiación. En 1932, el Comité
Internationale de Lumiere (CIE) presentó
una división para esta zona del espectro distinguiendo tres regiones A, B y C
por los distintos efectos biológicos que presentan.
La
radiación de tipo A (UV-A) es la región espectral ultravioleta más próxima al
espectro visible y comprende el intervalo de longitudes de onda desde l=0.4 mm hasta l=0.32 mm. A pesar
de ser muy poco absorbida por la atmósfera, presenta menor peligro por se
menos energética. Su efecto biológico principal provoca el oscurecimiento de
la piel.
La
radiación de tipo B (UV-B) es la región intermedia del espectro ultravioleta
extendiéndose entre l=0.32 mm hasta l=0.28 mm. Esta
radiación mantiene un delicado equilibrio sobre los efectos biológicos
considerados como normales. Pequeños incrementos en las dosis recibidas
provocan importantes daños sobre la piel y los ojos ya que no es fuertemente
absorbida por la atmósfera y sus efectos se encuentran en el límite de
permisividad biológica. Las quemaduras que provoca son muy frecuentes por lo
que se la conoce también como radiación
de quemadura solar.
La
radiación de tipo C (UV-C) se trata de una radiación muy energética y con
efectos negativos muy intensos como cánceres de piel y afecciones oculares de
gran importancia. Abarca la zona del espectro comprendida entre l=0.280 mm y l=0.200 mm, por lo
que se denomina ultravioleta lejana ó radiación
germicida. Esta radiación prácticamente es absorbida por el ozono estratosférico.
En
el análisis de la relación entre la irradiancia ultravioleta y los efectos
biológicos producidos, el intervalo espectral corresponde a la longitud de
onda l = [0.280 mm, 0.400 mm], ya que
longitudes de onda inferiores son absorbidas. Sin embargo, la influencia de
la radiación en este intervalo esta modulada por el coeficiente denominado coeficiente de acción eritmética que
fue establecido por McKinlay and Diffey (1987). Este coeficiente espectral e(l), que
caracteriza el efecto de eritema,
es máximo a partir de las 0.28 mm y va decreciendo a medida que
aumenta la longitud de onda. Así, el poder eritemático total de la radiación
se define mediante la integral de irradiancia espectral total ponderada por
el coeficiente de acción eritemático, expresada
como:
 (1)
donde
Eeritem es la
irradiancia eritemática y I (l) es la irradiancia solar a la
longitud de onda l a nivel de la superficie.
Los
valores del coeficiente de acción eritemática e(l) vienen
dados por Madronich et al., 1977.
l < 0.298 mm e (l) = 1
0.328 mm < l £ 0.298 e (l) = 100.094●(298-l●1000)
0.400 mm < l £ 0.328 e (l) = 100.015●(139-l●1000)
La
irradiancia eritmética es aún incompleta para determinar efectos nocivos en
los individuos ya que se hace referencia a una magnitud de radiación
instantánea con unidades de potencia por unidad de superficie. Dado que los
efectos producidos por la radiación solar se manifiestan con posterioridad a
la exposición tienen un efecto acumulativo, por lo que hay que introducir el
tiempo de exposición,( necesario para determinar la dosis eritémica mínima).
Para ello, se define la MED (Dosis Eritemática Mínima) como la
mínima irradiación necesaria para producir enrojecimiento en la piel, tras un
determinado tiempo de exposición a la radiación. A pesar de que el
enrojecimiento se produce antes en personas con escasa pigmentación en la
piel que en otras más oscura (o sea depende del fototipo del individuo), se
toma como unidad de referencia individuos con piel blanca ligeramente
pigmentada. Para este fototipo la dosis eritemática mínima de exposición de
10 minutos tiene el valor de:
1
MED =
210 J/m2
Formulación
del modelo
La expresión que determina el cálculo de la
irradiancia solar I(l) que llega a la tierra tras sufrir los procesos
de absorción y dispersión es la siguiente
 (2)
donde I0,l es la irradiancia solar espectral
extraterrestre a la distancia media Tierra-Sol, F es el factor de corrección de la distancia Tierra-Sol para la
época considerada, Taer, Tmol,
TO3,l
son las transmitancias debido al efecto de dispersión de los aerosoles,
dispersión molecular y a la absorción por parte del ozono como principal gas
absorbente en el espectro ultravioleta, q es el
ángulo cenital solar.
La ley de atenuación
exponencial del rayo monocromático en su pasaje a través de un medio
homogéneo debe ser atribuida siempre a Bouguer y no a Lambert o a Beer como
usualmente es citado en la literatura; según Middleton (1960) y
Molineaux et al. (1995).
La aplicación
de la transmitancia o transmisión atmosférica de la ley de Bouguer puede
escribirse como:
 ,
(3)
donde kil es el coeficiente de atenuación dependiente de la
longitud de onda debido un proceso
simple i, e integrado sobre una
columna vertical a través de la atmósfera. mi es la masa de aire óptica relativa para un
proceso simple i, definido como el
cociente entre la longitud de la trayectoria real y la longitud de la trayectoria
en la dirección vertical.
Radiación difusa UV espectral en el suelo
La radiación difusa al llegar
al suelo después de su primer paso a
través de la atmósfera conjuntamente con la radiación directa es en parte
reflejada por el suelo. Esta radiación reflejada por el suelo hacia el
espacio, posteriormente, es parcialmente reflejada nuevamente hacia el suelo
por la atmósfera. Este proceso continúa indefinidamente. Esta reflexión
múltiple entre el suelo y la atmósfera se agrega la radiación difusa que llega al suelo
después de su primer paso a través de la atmósfera. La irradiancia difusa
espectral Idl esta compuesta por las siguientes tres
partes:
 ,
(4)
donde: Idrl
es la irradiancia difusa espectral producido por la dispersión de Rayleigh
que llega al suelo después de su primer paso a través de la atmósfera; Idal es la irradiancia difusa espectral
producido por los aerosoles que llega al suelo después de su primer paso a
través de la atmósfera. Idml es la irradiancia difusa espectral
producido por múltiples reflexiones entre el suelo y la atmósfera.
Irradiancia global UV en el suelo
La irradiancia global es la
suma de las irradiancias directa y difusa en una superficie horizontal. Sea Il
la irradiancia global espectral en una
superficie horizontal entonces
 , (5)
solamente se
considerará en este trabajo modelos enfocados en la atmósfera real en condiciones de cielos despejados, y en el cálculo de la irradiancia solar UV en
una superficie horizontal. Para de cubrir el rango espectral del radiómetro
295-385 nm, se incluirá los datos espectrales necesitados. Los datos de
entrada requeridos son las coordenadas geográficas locales, temperatura
ambiente, humedad relativa, presión atmosférica, contenido vertical de ozono, agua precipitable e información
aerosólica. El modelo calcula
separadamente las componentes de la
radiación directa y difusa en una superficie horizontal, para
finalmente obtener la radiación UV
global sobre una superficie horizontal, que se obtiene por la apropiada suma
de estas dos componentes.
El índice ultravioleta UVI es formulado utilizando el espectro de acción
eritemática inducido por radiación UV sobre la piel humana, de la CIE
(Comisión Internationale de l’Eclairage). Se trata, en definitiva, de un
parámetro adimensional que da cuenta de la radiación UV relevante para las
personas, y viene definido por la Ecuación (6).
 (6)
donde
I(l) la irradiancia solar
espectral ultravioleta expresada en W/(m2.mm) a la longitud de onda l, e(l) es el espectro de acción eritemática
desarrollado por la CIE y ker
es una constante igual a 40 m2/W.
La
integral tiene como límite inferior 290 mn, por debajo del cual toda la
radiación es absorbida antes de llegar a la superficie de la Tierra, y el
límite superior (400 nm) constituye la longitud de onda frontera entre el
UV-A y el espectro visible.
La
determinación de UVI se hará mediante modelos atmosféricos utilizando como datos de entrada la altura solar, el
ozono y los aerosoles.
El Indice Ultravioleta es una predicción
calculada de la cantidad de radiación UV que daña la piel que alcanzará una
situación específica durante el mediodía solar, 11:30 a.m. a 12:30 p.m. (hora
local oficial). La Organización Meteorológica Mundial ha establecido la
Unidad de Indice UV en 25 mW/m2 o 90 J/m2/hr. Esta
predicción se deriva de la combinación de los siguientes elementos: 1)
latitud, 2) día del año, 3)cantidad total de ozono sobre la zona, 4)
elevación sobre el nivel del mar, 4) turbiedad atmosférica, y 5) cantidad de
masa nubosa.
El tiempo de exposición para los
diferentes tipos de piel se calcula a partir de la medición del Índice UV o
su equivalente en MED/hora, es decir, la dosis efectiva que provoca un
eritema mínimo.
Un MED (Dosis
Eritemática Mínima) se define como la unidad de
energía radiante UV-B ponderada que produce un eritema apenas perceptible en
la piel tipo 2 (piel clara) y es equivalente a 210 Joules por metro cuadrado
(J/m²). 1 MED/hora se define como la razón (irradiancia propiamente dicho)
con la que incide la radiación UV-B sobre alguna superficie.
En la tablas siguientes se presenta
el equivalente en MED/hora para los 15 valores de Índice UV y el equivalente
de MED a unidades de energía radiante para cada tipo de piel en Joules por
metro cuadrado (J/m²).
|
