Conforto Térmico das Construções - Edmundo Rodrigues

3. Fisiologia da Homeotermia

3.1. Homeotermia

O homem, as aves e os animais mamíferos de uma forma geral são seres homeotérmicos, isto é, capazes de manterem a temperatura interna do corpo, aproximadamente constante, embora ocorra variação da temperatura do ar ambiente.

A temperatura interna do corpo é controlada pelo equilíbrio entre o calor produzido pelo seu metabolismo e o calor ganho ou perdido para o ambiente externo. O homem produz calor quando transforma quimicamente a energia dos alimentos ingeridos. A dissipação do calor é função das condições ambientais externas, ocorrendo por condução, convecção, radiação e evaporação, manifestando-se fisiologicamente por fenômenos como: vasodilatação, variação da taxa respiratória, variação da taxa de sudorese, piloereção, variação das condições da alimentação e alterações comportamentais.

Todo fator externo que provoca um estresse é denominado estressor (calor, frio, umidade, vento, fome, sede, infecções, dor, medo, ansiedade, isolamento, endoparasitos, ecoparasitos, poluição sonora e elevada densidade populacional). A interação entre estímulo estressor e resposta ao estímulo, seja motora ou endócrina, manifesta-se na forma de uma síndrome, a síndrome de adaptação geral, com a qual o organismo tenta evitar ou reduzir os efeitos do estressor. Os estressores ambientais podem, na extensão em que excedam as capacidades de defesa e compensação do homem ou dos animais, afetar adversamente o desempenho, a saúde e o seu bem estar.

A homeostase é a manutenção do equilíbrio orgânico, embora as condições ambientais variem. O sistema nervoso é o responsável pela integração dos diferentes sistemas e aparelhos orgânicos, regulando o contato que é mantido tanto com o meio externo quanto com o interno.

A homeotermia é a homeostase térmica, isto é, a propriedade que alguns animais (aves e mamíferos), bem como o homem, possuem de manter a temperatura corporal constante, ou variando dentro de estreitos limites, enquanto a temperatura externa tem variaçõesapreciáveis. Os mecanismos bioquímicos e fisiológicos são dependentes da temperatura

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corporal, podendo ser citado como exemplo o metabolismo celular, a freqüência cardíaca, a freqüência respiratória, os processos digestivos, etc.

O balanço entre os mecanismos de produção e perda de calor faz com que a temperatura corporal permaneça estável, sendo regulada por meio de mecanismos fisiológicos e comportamentais, sempre que o centro termorregulador detecta variações do ambiente térmico, ou seja, da temperatura, umidade relativa, velocidade do ar e da intensidade de radiação solar.

O cérebro e a medula espinhal formam o sistema nervoso central. Neurônios partem do sistema nervoso central atingindo as diversas partes do corpo, constituindo o sistema nervoso periférico. O sistema nervoso periférico é formado pelo sistema somático (motor) e pelo autonômico. O sistema somático é controlado voluntariamente sendo responsável pela emissão das respostas comportamentais através da contração dos músculos esqueléticos. O sistema autonômico não tem controle voluntário, sendo composto pelos neurônios que enervam os músculos lisos viscerais, trato intestinal, glândulas e músculo cardíaco. O sistema nervoso central controla ainda as respostas hormonais, por meio do eixo [hipotálamo - hipófise - glândulas endócrinas] que regula as funções hormonais associadas à concentração de hormônios no sangue. Neurônios aferentes levam ao cérebro informações de natureza elétrica dos receptores, tanto externos quanto internos, espalhados pelo corpo, onde as informações são processadas. O hipotálamo é a parte do cérebro com participação mais ativa no processamento das informações sensoriais e execução de respostas motoras, comportamentais, autonômicas e hormonais. O hipotálamo tem função crucial no funcionamento da glândula pituitária (hipófise), sensação e regulação da temperatura corporal, regulação osmótica, sensações de fome, sede, dor e de certas emoções.

Homeotermia é a manutenção, aproximadamente constante, da temperatura interna do corpo, embora a temperatura ambiental varie dentro de limites apreciáveis. A temperatura do corpo humano é da ordem de 37 0 C, da maioria dos mamíferos é de cerca de 39 0 C, enquanto que a das aves em explorações zootécnicas é de cerca de 41 0 C. A temperatura corporal de cada animal depende de inúmeros fatores, tais como: parte do corpo, raça, idade, nível energético da dieta, atividade, nível de produção, ciclo estral, hora do dia e estação do ano.

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3.2. Processos fisiológicos de controle térmico

Para manter a termoneutralidade, o homem e os animais utilizam diversos mecanismos comportamentais e fisiológicos. Para combater os efeitos do estresse de frio, comportamentalmente, se abrigam de correntes de vento, se aconchegam e aumentam o nível de atividade física. Os principais mecanismos fisiológicos são o aumento da ingestão de alimentos, diminuição da circulação periférica, piloereção, glicogênese por meio de tremor muscular, queima de tecidos adiposos e, em último caso, utilização das próprias proteínas num processo catabólico. Por outro lado, em casos de estresse de calor se prostram, se abrigam da radiação solar sob coberturas que proporcionem sombras, procuram lâminas de água ou terrenos úmidos onde se espojam, diminuem a ingestão de alimentos, aumentam a ingestão de água, bem como aumentam os batimentos cardíacos, a circulação periférica e a taxa de respiração e de sudorese.

3.3. Zona de conforto térmico

A fixação das temperaturas limites da zona de conforto é tarefa difícil de ser realizada por depender de diversas variáveis, dentre as quais podem ser citadas: a) as condições de conforto não dependem somente da temperatura, mas também das outras variáveis termodinâmicas do ar (umidade relativa, vento), bem como da radiação solar, as quais variam com a região do país, a época do ano e a hora do dia; b) a zona de conforto depende da idade, sendo completamente diferente, por exemplo, para um bebê e um homem adulto, para uma ave de poucos dias ou adulta, para leitões e para o suíno em terminação; c) densidade, raça, condições de nutrição (energia da dieta); d) manejo, bem como condições das instalações(piso, telhado, etc.) e equipamentos também influem nas condições de conforto.

Na figura 15 é mostrada a variação da temperatura corporal e da produção de calor na forma sensível e latente em função da temperatura ambiental efetiva.

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A figura 15 é a representação gráfica da equação do balanço térmico.

A temperatura ambiental, representada no eixo horizontal, incorpora o efeito da radiação, vento e umidade relativa. A zona CD corresponde à faixa de temperatura ambiental onde o homem/animalexerce o menor esforço de termorregulação (maior eficiência térmica), sendo chamada de zona de conforto térmico. A faixa CE é chamada de zona de termoneutralidade correspondendo a um esforço mínimo para que sejam acionados os mecanismos de termorregulação. O ponto C, chamado de temperatura crítica inferior, é aquele em que são acionados os mecanismos de produção de calor de modo a manter o equilíbrio térmico interno. Os pontos B e E são os de hipotermia e hipertemia, respectivamente. A e F representam, respectivamente, as regiões onde há óbito, seja pelo frio ou pelo calor.

3.3.1. Zona de conforto térmico humana

Para o homem a definição dos limites da temperatura de conforto é tarefa ainda mais difícil, tendo em vista o próprio conceito de conforto térmico adotado: “Conforto térmico é um estado de espírito que reflete a satisfação com o ambiente térmico que envolve apessoa”. No entanto, verifica-se que são variáveis importantes na fixação da zona de conforto térmico humano as grandezas ambientais (temperatura, umidade relativa, velocidade do ar e radiação solar), a atividade física desenvolvida e a vestimenta usada). Este assunto é melhor estudado no item 4.x “Índice de Conforto”, apresentado no Capítulo 4. A título de exemplo é apresentada as condições de conforto térmico especificadas pela ASHRAE (American Society of

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Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers), que correspondem a condições tais que, pelo menos 80% dos ocupantes expressem satisfação com o ambiente térmico. A zona de conforto apresentada abaixo corresponde a condições de atividade sedentária, uso de roupa leve, temperatura radiante média aproximadamente igual à temperatura do ar e velocidade do ar de 0,2 m/s.

23 ºC < T < 27 ºC30% < UR < 70%

3.3.2. Frangos de corte e galinhas poedeiras

As aves produzem calor continuamente devido a sua atividade metabólica e muscular, bem como podem receber calor do ambiente a maior parte do dia. Este calor deve ser eliminado para que não haja elevação da temperatura corporal. Temperaturas para criação defrangos de corte são sugeridas por MONTEIRO et al. (1993) e por FABRÍCIO (1994)

3.3.3. Suínos

A zona de conforto térmico para suínos é dependente de diversos fatores, alguns ligados ao animal, como peso, idade, estado fisiológico, tamanho do grupo, nível de alimentação e genética, e outros ligados ao ambiente, como a temperatura, velocidade do ar,umidade relativa, energia radiante, tipo de piso, etc. Devido a esses fatores existem grandes diferenças na literatura em relação as zona de conforto térmico e os limites da temperatura crítica inferior e superior para as diferentes categorias de suínos (HANNAS, 1999). A tabela 9, sistematizada a partir de valores citados por diversos autores, mostra a faixa de conforto térmico para suínos em diferentes estágios de evolução.

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3.3.3. Gado de leite e de corte

Os bovinos, dependendo da raça e do nível de produção, possuem uma zona de conforto térmico considerada ótima para a produção. Existe grande variação na literatura, sobre as temperaturas crítica superior e inferior, que delimitam esta faixa de termoneutralidade, pois o conforto térmico também depende da umidade relativa do ar, da adaptação do animal e de seu nível metabólico, que passa pelo plano nutricional e nível de produção (TITTO, 1998). Na tabela 10 é apresentada uma síntese de valores sugeridos por diversos autores no I Simpósio Brasileiro de Ambiência na Produção de Leite (SILVA, 1998).

3.4. Calor produzido pelo metabolismo

Em condições que não se afastem da situação de termoneutralidade térmica a quantidade de calor produzida pelo metabolismo humano depende quase que exclusivamente da atividade física. A quantidade de calor, proveniente do metabolismo produzido pelos animais homeotérmicos varia de acordo com a idade, tamanho, raça, saúde, estágio de crescimento, conversão alimentar, tipo de alimentação, tipo de atividade física, gestação e, principalmente, condições termo - higrométricas ambientais. Somente uma parte da energia absorvida pelos animais é utilizada para manutenção, trabalho e produção. O restante é transformado em calor e liberado para o ambiente. A parte liberada sob a forma de calor sensível contribuirá para aumento da

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temperatura do ar, enquanto que a parte liberada sob a forma de calor latente provocará acréscimo da umidade relativa do ar.

3.4.1. Humano

O metabolismo divide-se em metabolismo basal – potência dissipada em vigília e repouso absoluto - e de atividade – relacionada ao esforço físico. O metabolismo de atividade pode ser até 20 vezes maior que o metabolismo basal em atletas bem treinados.

Na tabela 11 são apresentados valores de metabolismo humano para diversa atividades humanas.

Tabela11: Calor dissipado pelo homem em função da atividade.

3.4.2. Frangos de corte e galinhas poedeiras

Dentro da zona termoneutra, o calor total produzido pelos animais pode ser considerado praticamente constante. PEDERSEN (1977), STRØM (1978), ERIKSSON (1982) e C.I.G.R. (1984) sugerem as equações apresentadas na tabela 12, para cálculo do calor total dissipado por frangos de corte na zona de termoneutralidade.

Tabela 12: Calor dissipado por frangos de corte para a zona termoneutra (T = 20 0 C).

Os valores dados na tabela anterior podem ser corrigidos em função da temperatura

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pela equação 1, apresentando variação de ± 4%,enquanto a temperatura varia de 20 ± 10 0 C (STRØM, 1978).

F = 4.10 -5 .(20-t)3 +1 .....................................................eq. (1)

F = fator de correção do calor total;t = temperatura ambiente, em 0 C.

O calor total produzido pelas aves se compõe de calor sensível e latente, dependendo a relação entre eles da temperatura e umidade relativa do ar ambiente, do tipo e condições da cama, alimentação, etc. STRØM (1978) sugere a equação seguinte para relacionar calor sensível e latente, considerando temperaturas superiores a 10 0 C e assumindo, para calor latente da água, o valor 2448 kJ/kgágua.

Cs = Ct [0,8-1,85.10 -7 .(t+10)4 ] .......................................eq. (2)

Onde:

Cs = calor sensível, em W;Ct = calor total, em W;t = temperatura ambiente, em 0 C.

Na figura 16 é mostrada a variação do calor total, sensível e latente, produzidos por frangos de corte, em época de abate (m ¡Ö2 kg), em função da temperatura ambiente, devido à atividade metabólica, considerando a equação do C.I.G.R. (1984) e correções sugeridas por STRØM (1978).

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Os valores de energia calorífica, sob a forma de calor sensível, calor latente, calor total e vapor d’água dissipado por frangos de corte, constantes da tabela 13, são os sugeridos por ALBRIGHT (1990) e os da tabela 14, pelo C.I.G.R. (1984).

3.4.3. Suínos

C.I.G.R. (1984), baseado em pesquisas de Strom (1978), Bruce (1979), Landis (1980) e Eriksson (1982), sugere as equações apresentadas na tabela 15, para cálculo do calor total dissipado na zona de termoneutralidade.

Os valores dados na tabela anterior podem ser corrigidos em função da temperatura pela equação 1 (STRØM, 1978).

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A título de exemplo, a tabela 16 apresenta o calor total dissipado por suínos na fase de crescimento e terminação, para uma condição de termoneutralidade (t = 20 0 C) e para uma condição de estresse por calor (t = 30 0 C).

Na tabela 17 e figura 17 é mostrada a variação do calor total, sensível e latente, produzidos por suínos, em fase de terminação (m ¡Ö100 kg), em função da temperatura ambiente, devido à atividade metabólica, considerando a equação do C.I.G.R. (1984) e correções sugeridas por STRØM (1978).

A tabela 18, adaptada de C.I.G.R. (1984), faz um resumo da liberação de calor e vapor d’água, no interior de uma instalação destinada á suinocultura, para as diferentes fases de criação.

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Figura 17: Calor total, sensível e latente para suínos em terminação C.I.G.R. (1984).

3.4.4. Gado de leite e de corte

C.I.G.R. (1984) sistematizou pesquisas realizadas em câmaras climáticas por Eriksson (1982), Landis (1980), Bruce (1980) e Strom (1978), sobre produção de calor em gado de corte e de leite, sugerindo para cálculo as equações apresentadas a seguir.

•Bezerros e novilhas de reposição

até 50 kg Ct = 71,5 . (m + 150)0,5 – 880 ...............................eq. (6)

acima de 50 kg Ct = 65 . (m + 150)0,5 – 880.........................eq. (7)

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•Vitelo e gado em engorda

Ct = 71,5 . (m + 150)0,5 – 880............................................eq. (8)

•Gado de leiteCt = Cm + Cp + Cy ....................................................eq. (9)

Sendo:Cm = 5,5 . m 0,75

....................................................................................eq. (10)Cp = 1,6 . 10 -5 . p 3

................................................................................eq. (11)Cy = 22 .Y ...................................................................eq. (12)

Onde:

Ct – calor total liberado (W)Cm – calor de mantença, m – massa corporal (kg)Cp - calor de prenhez, p – dias de prenhezCy – calor de produção de leite, Y – produção diária de leite (kg/dia)

As tabelas 18, 19 e 20 apresentam um resumo do calor liberado por gado de corte e de leite, segundo C.I.G.R. (1984), já considerando a variação de temperaturas fora da zona de termoneutralidade.

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