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¿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).
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