O ser humano e o ambiente térmico
Temperatura do corpo 37 oC
34 oC
Temperatura normal do corpo: 37 oC. Sensores separados para frio e calor Sensor de calor – no hipotálamo. É acionado quando a temperatura ultrapassa 37 oC. Sensor de frio – localizado na pele. Envia sinais quando a temperatura da pele está abaixo de 34 oC. No frio – mecanismo para aquecimento: Fluxo sanguíneo reduzido. Arrepios, tremores. No calor – mecanismo para resfriamento: Aumento do fluxo sanguíneo. Sudação (Evaporação)
Calor
Frio
Percepção do ambiente térmico
Impulsos de calor
Impulsos de frio
Atividade
Sinais emitidos pelo hipotálamo ou pela pele: Quanto maior a diferença de temperatura, maiores serão os impulsos Se os impulsos forem equivalentes, a pessoa se sente confortável Na predominância de um dos impulsos – sensação de calor ou de frio
TROCAS DE CALOR ENTRE O HOMEM E O AMBIENTE
Homem ser homeotérmico: pode manter a temperatura corporal interna constante, independente da temperatura ambiente. Corpo humano máquina térmica: consome combustível (alimento), que fornece a energia necessária para o funcionamento do organismo e para o desenvolvimento das atividades. Parte dessa energia é transformada em calor. A produção interna de calor do organismo deve estar em equilíbrio com as perdas e ganhos de calor para o ambiente. Para isso acontecer, todo calor em excesso dissipado p/ ambiente
As trocas de calor entre o corpo humano e o ambiente ocorrem por vários processos: convecção com o ar ambiente, radiação com as superfícies circundantes (calor sensível). O organismo sempre perde calor para o exterior por evaporação do suor e da água dos pulmões (calor latente). mecanismos de termorregulação Equilíbrio térmico para equilibrar as taxas de produção e dissipação de calor, através: - taxa de distribuição do fluxo sangüíneo - nível de calor metabólico - taxa de sudação, etc. manter O ser humano também auxilia o organismo equilíbrio térmico adaptação através do vestuário.
Fórmula básica:
Q=M-W±R±C-E
Q = taxa de variação de calor no organismo M = taxa metabólica W = aquela parte do metabolismo transformada em trabalho mecânico R = taxa de trocas de calor por radiação C = taxa de trocas de calor por convecção E = taxa de perda de calor por evaporação Corpo em equilíbrio térmico Q próximo de zero Termos da equação W/m2 (transf. energia por unid. área) Referência: área superficial do corpo nu, de 1,7m2 pessoa média: 70 kg de peso e 1,73 m de altura.
O trabalho mecânico realizado pelos músculos (W) é expresso em termos da eficiência mecânica do corpo = W/M.
O valor de em condições ótimas é no máximo 24%, mas para a maioria das atividades está próximo de zero.
Por isso, o trabalho mecânico é normalmente considerado nulo.
Os valores de R, C e E dependem tanto das condições do ambiente em torno - temperatura do ar, umidade relativa, velocidade do ar e temperatura radiante média, como de fatores do próprio organismo, como a temperatura e umidade da pele.
Trocas por radiação: ocorrem quando a temperatura da pele da pessoa for diferente da temperatura das superfícies que a circundam. Se esta for superior à temperatura da pele, a pessoa receberá calor radiante; caso contrário, cederá calor às superfícies.
Perdas por convecção temperatura do ar é menor que a temperatura da superfície do corpo. transfere calor pelo contato com o ar frio Corpo circundante, que se aquece e tem movimento ascendente. À medida que o ar quente sobe, o ar frio desce, completando o ciclo de convecção. Se a temperatura do ar for maior que a do corpo, a ar cede calor para o corpo, e o processo se inverte.
Perdas por evaporação se intensificam quando as condições ambientais não permitem que as perdas por convecção e radiação sejam suficientes para regular a temperatura interna da pessoa. Para temperaturas ambientes próximas à do corpo glândulas sudoríparas se expandem corpo perde calor pela evaporação do suor. Nesse processo, o calor latente de evaporação é retirado do organismo, e é assim que se perde calor para o ambiente. Importância da umidade relativa: se tiver um valor alto, é difícil a evaporação do suor.
Equilíbrio térmico do corpo humano Energia humana (Metabolismo) funções vitais trabalhos mecânicos calor
Homem Ser homeotérmico
produção de calor que depende do esforço físico
Sistema Termorregulador interfere nas trocas térmicas com o ambiente (ações fisiológicas)
Energia do metabolismo
Metabolismo: processo pelo qual o alimento se combina com o oxigênio para gerar a energia necessária ao funcionamento dos vários órgãos do corpo humano, bem como ao desenvolvimento de suas atividades. Como "máquina térmica", o corpo humano tem um rendimento muito baixo. Somente cerca de 20% da energia adquirida pelo metabolismo é utilizada, sendo os 80% restantes transformados em calor e dissipados para o exterior.
Equilíbrio térmico
Calor recebido
Calor perdido
Condição necessária para conforto térmico: o calor produzido pelo metabolismo iguala o calor perdido pelo corpo (aí incluídas todas as outras trocas)
CONFORTO TÉRMICO
Conforto térmico: aquele estado de espírito que expressa satisfação com o ambiente térmico
é uma sensação; subjetivo relacionado ao equilíbrio térmico do corpo humano: ação do sistema termorregulador
Ambiente térmico aceitável: pelo menos 80% dos ocupantes o consideram aceitável (ASHRAE) ISO 7730 (1994) - máximo de 10% de insatisfeitos
CONFORTO TÉRMICO A “sensação” humana de conforto térmico depende do efeito conjugado de inúmeros fatores, dentre os quais os principais são: FATORES DO AMBIENTE FATORES DO INDIVÍDUO
OUTROS FATORES: Idade, sexo, estado de saúde, etc. Estes podem ser mais subjetivos.
Variáveis determinantes da sensação térmica
Variáveis pessoais
taxa de metabolismo isolamento térmico da roupa
• •
Trabalho do sistema termorregulador temperatura do ar umidade relativa velocidade relativa do ar temperatura radiante média
•
Variáveis ambientais
• • •
Outros Fatores
Idade
Aclimatação
Pessoas de climas quentes se adaptam melhor ao calor
Sexo
Pessoas idosas e pessoas jovens
Mulheres: temperatura da pele e metabolismo ligeiramente mais baixos que o do homem
Vestimenta e preferências
Parâmetros estimados São os fatores do indivíduo
Met: Taxa metabólica Clo: Resistência térmica da vestimenta
0.8 Met
Taxa metabólica Depende da atividade muscular. Unidade: Met Área superficial do corpo para um adulto médio: 1.7 m 2. Deve-se computar a atividade média pelo período de uma hora, devido à capacidade térmica do organismo
8 Met
1 Met
4 Met
FATORES DO INDIVÍDUO TIPO DE ATIVIDADE FÍSICA EXECUTADA
representada pelo METABOLISMO
Quanto maior a atividade física, tanto maior será o calor gerado por metabolismo. 1 Met = 58,2 W/m2
A unidade Met representa a energia produzida no tempo por unidade de área superficial do corpo. Assim, ela é variável com as características físicas das pessoas.
Alguns exemplos
Alguns exemplos Walking 3.5 km/h 2.5 MET
Jogging 8 MET
After 10 MET
FATORES DO INDIVÍDUO VESTIMENTA UTILIZADA vestimenta: diminui a troca térmica por convecção quanto maior a resistência térmica da roupa, tanto menor serão as trocas de calor com o meio resistência térmica depende do tecido, da fibra, e do ajuste ao corpo unidade: “clo”, do inglês clothing
FATORES DO INDIVÍDUO
Resistência térmica da vestimenta utilizada Resistência térmica de algumas vestimentas (ASHRAE e ISO 7730) 1 clo = 0,155 m2 °C/W
Icl = I clu
Icl = isolamento térmico básico da vestimenta I clu= isolamento efetivo dos itens de vestuário
Resistência térmica de algumas vestimentas (LAMBERTS et al., 1997)
Resistência térmica x Conforto (LAMBERTS et al., 1997)
Alguns exemplos 0.5 Clo
1.2 Clo 1.0 Clo
•
1 Clo = 0,155 m 2 o C/W
0,15 Clo
Cálculo de Icl (Clo)
ISOLAMENTO TÉRMICO DE ITENS DO VESTUÁRIO (ISO 9920, 1995) Itens de vestuário Camisa com gola, manga longa Camisa com gola, manga curta Calça folgada Calça folgada Calça justa Calça de trabalho Meia 3/4 Cueca Sapatos Macacão de proteção química
Material de fabricação
massa (g)
I p (clo)
algodão algodão algodão 50% poliéster, 50% lã 80% lã, 20% nylon algodão 75% acrílico, 25% nylon algodão ---------
362 284 513 459 433 832 53 65 ----1340
0,33 0,24 0,22 0,28 0,22 0,24 0,03 0,04 0,05 0,60
Aclimatação/adaptação
Se o ar condic ionado falhar....
Parâmetros medidos São os parâmetros ambientais:
- ta - tr - v a - pa
Temperatura do ar Temperatura radiante média (termômetro de globo) Velocidade relativa do ar Umidade (pressão de vapor)
Temperatura radiante média Actual room
Imaginary room
t4 tr
R’
R t1
Heat exchange by radiation: R=R’
t
t3
2
temperatura uniforme de um meio constituí do de superf í cies negras, com o qual a pessoa, também considerada como corpo negro, troca a mesma quantidade de calor por radiação que aquela trocada com o meio real.
Temperatura radiante média
Depende de:
Temperatura ambiente:
Temperatura de globo
diferentes tipos de sensores de temperatura Termômetro de globo: esfera oca, pintada de preto fosco, no centro da qual é introduzido um sensor de temperatura.
Velocidade do ar Anemômetro
Umidade
Indica a quantidade de vapor de água presente na atmosfera. Se for inferior a 30%
ressecamento das vias respiratórias.
Excesso de umidade provoca a condensação superficial e o aparecimento de fungo e mofo. Conforto umidade pode ser maior no inverno que no verão temperatura e umidade elevadas dificultam a evaporação do suor (perda de calor para o ambiente). Medição: leitura das temperaturas nos termômetros de bulbo seco e de bulbo úmido psicrômetro A partir das duas leituras umidade relativa determinada através do diagrama psicrométrico.
