avaliacao_de_conforto_termico

8/7/2019 Avaliacao_de_Conforto_Termico

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AVALIAO DE CONFORTO TRMICOCONTRIBUIO APLICAO PRTICA

DAS NORMAS INTERNACIONAIS


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PRESIDENTE DA REPBLICA

Fernando Henrique CardosoMINISTRO DO TRABALHO E EMPREGO

Francisco Dornelles

FUNDACENTRO

PRESIDNCIAHumberto Carlos Parro

DIRETORIA EXECUTIVA

Jos Gaspar Ferraz de Campos

DIRETORIA TCNICA

Sonia Maria Jos Bombardi

DIRETORIA DE ADMISNITRAO E FINANASAntonio Srgio Torquato

ASSESSORIA DE COMUNICAO SOCIAL

Jos Carlos Crozera


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lvaro Csar Ruas

Avaliao de Conforto Trmico

Contribuio aplicao prtica das normas internacionais

Dissertao de Mestrado apresentada Comisso de Ps-Graduao da Faculdadede Engenharia Civil da Universidade Estadual de Campinas, como parte dosrequisitos

para obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Civil, na rea de concentrao deSaneamentoOrientadora: Profa. Dra. Lucila Chebel Labaki

2001


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Dedico esse trabalho aos meus pais, Las e Fernando, e a minha tia Cybelle pelosacrifcio para a minha educao e tambm minha esposa Silvia e filhos Lucase Mateus que so a justificativa para o meu esforo.


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Agradecimentos

A DEUS, por tudo que tem feito por mim.

FUNDACENTRO, que permitiu e apoiou esse trabalho.

professora Lucila Chebel Labaki, pela boa orientao e ajuda nosmomentos necessrios.

Ao engenheiro Paulo Alves Maia, pela prontido para nos ouvir e paracolaborar.


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Seminus at em pleno inverno, ao fabricarern vasos de vidros, osoperrios permanecem junto aos fumegantes fornos; foroso que seprejudique a acuidade da viso ao dirigi-la constantemente para as chamas ou

o vidro em fuso. Os olhos suportam o primeiro mpeto incandescente, mas logodepois choram seu infortnio, ficam lacrimejantes, debilita-se a sua naturalconstituio que aquosa, consumida e esgotada pelo excessivo calor "

Bernardino Ramazzini


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SUMRIO

1 INTRODUO 151.1 Interpretao trmica do homem e o meio ambiente 191.1.1 Termorregulao Humana 201.1.2 Balano trmico do corpo humano 211.1.2.1 Perdas de calor sensvel da pele 23

1.1.2.2 Perdas de calor latente da pele 241.1.2.3 Perda total de calor atravs da pele 251.1.2.4 Perdas de calor pela respirao 26

OBJETIVOS 29

3 REVISO DE LITERATURA 31

4 ANLISE TERICA 514.1 Avaliao do conforto trmico pela iso 7730 (1994) 524.2 Aplicao prtica da ISO 7730 (1994) 554.3 Influncia das variveis pessoais o conforto trmico 564.4 Estabelecimento da taxa de metabolismo 564.5 Estimativa do isolamento trmico das vestimentas 61

5 CONCLUSES 67

6 SUGESTO DE NOVOS TRABALHOS 69

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 71


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LISTA DE SMBOLOS

Acl rea da vestimenta, {m2}

ADu rea superficial do corpo (DuBois), {m2}

C Calor trocado por conveco, {W/m2}ca Calor especfico do ar, {kJ/(kg.K)}

CET Temperatura efetiva corrigida, {C}Cres Taxa de perda de calor convectivo na respirao, {W/m2}

Edif Taxa de calor perdido por evaporao da gua de difuso, {W/m2}

Eres Taxa de perda de calor evaporativo na respirao, {W/m2}

Ersw Taxa de calor perdido por evaporao da transpirao, {W/m2}

Esk Perda total de calor por evaporao, {W/m2}

Esw - Calor perdido pela evaporao do suor, {kcal/h}ET Temperatura efetiva, {C}ET* Nova temperatura efetiva, {C}

fcl Fator de rea da vestimenta;H Calor produzido pelo metabolismo, {kcal/h};h Coeficiente combinado de troca de calor por conveco e radiao,

{W/(m2.K)}hc Coeficiente de troca de calor por conveco, {W/(m

2.K)}he Coeficiente de troca de calor por evaporao, {W/(m

2.kPa)}hf Calor latente de vaporizao da gua, {kJ/kg}hr Coeficiente de troca de calor por radiao, {W/(m

2.K)}Ia Resistncia da camada superficial de ar, {(m

2.C)/W}Icl Isolamento trmico bsico da vestimenta, {(m

2.C)/W}Icle Isolamento trmico efetivo, {(m

2.C)/W};It Isolamento trmico total da vestimenta, {(m

2.C)/W}icl Eficincia de permeabilidade ao vapor d'gua s da camada de vestimentaim ndice de permeabilidade ao vapor d'gua;Kres Constante de proporcionalidade (vazo mssica pulmonar) = 2,58

kg.m2/MJ;


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L Relao de Lewis, L =16,5 C/kPal Altura do corpo, {m}M Taxa de metabolismo, {W/m2}m Massa do corpo, {kg}m

resVazo mssica de ar pulmonar, {kg/s}

pa Presso de vapor d'gua no ambiente, {kPa}PMV Predicted Mean Vote (Voto Mdio Estimado = VME).PPD Porcentagem Estimada de Insatisfeitospsk,s Presso de vapor d' gua na pele, {kPa}Qres Taxa total de calor perdido pela respirao, {W/m

2}Qsk Taxa total de calor perdido pela pele, {W/m

2}R Calor trocado por radiao, {W/m2}Re,a Resistncia da camada de ar superficial troca por evaporao,

{(m2.kPa)/W}Re,cl Resistncia da vestimenta troca por evaporao, {(m2.kPa)/W}RQ Quociente respiratrio, razo entre o volume de CO2 produzido e o

volume de O2 consumidoRt Resistncia total evaporao da pele at o ambiente, isto incluindo a

resistncia da camada superficial de ar, {(m2.kPa)/W}S Taxa de calor armazenada no corpo, (W/m2)SET Temperatura efetiva padro, {C}ta Temperatura do ar ambiente, {C}

tbs Temperatura de bulbo seco, {C}tcl Temperatura superficial mdia da vestimenta, {C}tex Temperatura do ar expirado, {C}tmrt Temperatura radiante mdia, {C}to Temperatura operante, {C}ts Temperatura superficial mdia da pele, {C}UR Umidade relativa, {%}va Velocidade do ar, {m/s}var Velocidade relativa do ar, {m/s}

VME Voto Mdio EstimadoVO2 Oxignio consumido em CNTP, {lO2/h}W Taxa de trabalho mecnico realizado, {W/m2}w Frao de pele midaWa Contedo de umidade do ar ambiente, {kg vapor d'gua/kg ar seco}Wex Contedo de umidade do ar expirado, {kg vapor d'gua/kg ar seco} Rendimento do trabalho mecnico externo;


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1INTRODUO

O Brasil possui uma grande extenso territorial e, por isso,apresenta diferentes regimes de chuvas e de temperaturas. Denorte a sul encontra-se uma grande variedade de climas com distintascaractersticas regionais. No Norte do pas verifica-se um clima equatorialchuvoso, praticamente sem estao seca. O Nordeste caracteriza-se por umclima semi-rido onde a estao chuvosa, com baixos ndices pluviomtricos,restringe-se a poucos meses. As regies Sudeste e Centro-Oeste sofrem ainfluencia tanto de sistemas de latitudes medias como dos tropicais, comestao seca bem definida no inverno e estao chuvosa no vero. O sul do

Brasil sofre mais influencia dos sistemas de latitudes medias e as chuvasdurante o ano so principalmente causadas pelos sistemas frontais.

Com relao s temperaturas, observa-se nas regies norte e nordeste umclima quente com temperaturas elevadas e com pouca variabilidade durante oano. O Sudeste e o Centro-Oeste, devido as suas localizaes latitudinaiscaracterizam-se por serem regies de transio entre os climas quentes delatitudes baixas e os mesotrmicos de tipo temperado das'latitudes medias. OSul do pas e a regio com maior variabilidade trmica anual embora adistribuiro regional das temperaturas seja bastante uniforme. No inverno efreqente a penetrao de massas de ar frio de altas latitudes, o que contribuipara a predominncia de baixas temperaturas.

Para uma analise simplificada da exposio da populao brasileira aoclima pode-se utilizar a temperatura anual media. Assim, com os dadospopulacionais

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de 1996 do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatstica - IBGE e as informaescolhidas no perodo de 1931 a 1990 pelo Instituto Nacional de Meteorologia -INMET pode-se relacionar os intervalos de temperatura anual mdia registradosno pas e as respectivas parcelas da populao brasileira a eles expostas. A tabela1.1 mostra essa relao :

Tabela 1.1 Relao entre a temperatura anual mdia e a parcela aproximada dapopulao brasileira exposta.

Temperatura Anual Mdia Parcela aproximada da populao Parcela aproximada da populao( C ) ( % ) ( n de pessoas )

24,1 a 27 38 59.690.23821,1 a 24 34,5 54.192.45318,1 a 21 20 31.415.91515,1 a 18 7,5 11.780.968

Embora a temperatura anual mdia no seja suficiente para expressar a realexposio da populao brasileira ao clima, os valores mostrados na tabela 1 e ointervalo de 23 C a 25 C recomendado para o conforto de pessoas em atividadessedentrias pela norma NBR 6401 (1980) so um bom indicativo da necessidadede se estudar o conforto trmico no Brasil, para melhor adequar o projeto dasedificaes satisfao do usurio e conservao de energia.

De acordo com o IBGE, censo demogrfico de 1991, cerca de 75 % da populao brasileira urbana. Sabendo-se que as populaes urbanas passamquase que a totalidade do seu tempo em ambientes edificados, especial atenodeve ser dada ao estudo das condies ambientais satisfatrias ocupao humana

e s caractersticas construtivas das edificaes necessrias obteno dessascondies. Entre essas condies satisfatrias ocupao humana situa-se a deconforto trmico.

O conforto trmico est estritamente relacionado ao equilbrio trmico docorpo humano.

O homem um ser homeotrmico, isto , mantm, dentro de certos limites,a temperatura corporal interna relativamente constante independente datemperatura ambiente.

Ocorre que o homem produz, atravs do processo metablico, energiainterna que obtida a partir da transformao dos alimentos. Essa energia consumida na manuteno das funes fisiolgicas vitais, na realizao detrabalhos mecnicos externos (atividade muscular), e o restante liberado naforma de calor. A produo de calor contnua e aumenta com o esforo fsicoexecutado, portanto dever haver uma permanente e imediata eliminao doexcesso de calor produzido para que a temperatura do corpo possa ser mantidaconstante.


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O equilbrio trmico do corpo humano mantido por um sistema orgnicochamado de termorregulador, que atravs de aes fisiolgicas interfere nas trocastrmicas com o ambiente.

Conforto e equilbrio trmico do corpo humano esto relacionados, namedida em que a sensao de bem estar trmico depende do grau de atuao do

sistema termorregulador para a manuteno do equilbrio trmico. Isso significaque, quanto maior for o trabalho desse sistema para manter a temperatura internado corpo, maior ser a sensao de desconforto.

Portanto o conforto trmico depende de fatores que interferem no trabalhodo sistema termorregulador como: taxa de metabolismo, isolamento trmico davestimenta, temperatura radiante mdia, umidade relativa, temperatura evelocidade relativa do ar.

O efeito combinado de todos esses fatores que determina a sensao deconforto ou desconforto trmico embora, por motivo de classificao, os dois primeiros fatores sejam chamados de variveis pessoais e os quatro ltimos de

variveis ambientais.Dessa forma, a primeira condio para se obter conforto trmico que ocorpo esteja em equilbrio trmico, ou seja, a quantidade de calor ganho(metabolismo + calor recebido do ambiente) deve ser igual quantidade de calorcedido para o ambiente. Essa condio necessria mas no suficiente para quehaja conforto trmico. Isso pode ser explicado pela eficincia do sistematermorregulador, que consegue manter o equilbrio trmico do organismo numaampla faixa de combinaes das variveis pessoais e ambientais, embora oconforto trmico s ocorra numa restrita faixa dessas combinaes.

Assim o conforto trmico num determinado ambiente pode ser definido

como a sensao de bem estar experimentada por uma pessoa, como resultado deuma combinao satisfatria, nesse ambiente, da temperatura radiante mdia,umidade relativa, temperatura e velocidade relativa do ar com a atividadedesenvolvida e a vestimenta utilizada.

O conforto trmico uma sensao e, portanto, subjetiva, isto , dependedas pessoas. Assim, um ambiente confortvel termicamente para uma pessoa podeser desconfortvel para outra. Logo, quando tratamos das condies ambientais para o conforto trmico de um grupo de pessoas, entendemos as condies que propiciam bem estar ao maior nmero possvel de pessoas, mas nonecessariamente para todas.

As variveis ambientais numa edificao dependem das suas caractersticasconstrutivas; assim o clima deve ser decisivo na definio dessas caractersticaspara que o desconforto imposto por condies climticas adversas seja amenizadoe dessa forma o consumo de energia para ventilao, refrigerao e/ouaquecimento seja o mnimo possvel. Contudo as condies satisfatrias deconforto trmico de


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uma edificao no dependem s da sua adequao ao clima mas tambm da suaadaptao s atividades l desenvolvidas e aos equipamentos envolvidos.

fato que, em muitos casos, as edificaes so projetadas principalmenteem funo de tendncias estticas ou exigncias tcnicas de produo, sem a preocupao com o conforto trmico das pessoas nem com a conservao de

energia.Ambientes tradicionalmente problemticos sob o aspecto de exposio dostrabalhadores ao calor poderiam ser melhores se a sua concepo tivesse comoideal o conforto trmico dos trabalhadores ao invs de se restringir a evitar oestresse trmico daqueles que esto expostos s condies mais extremas.

Essa viso moderna, e principalmente humana de analisar os ambienteslaborais possibilita a identificao e anlise de problemas e necessidades que hojeso ignorados, mas que certamente influenciam na eficincia e produtividade dotrabalhador, por afetarem a sua segurana e motivao.

Nesse contexto, a avaliao do conforto trmico uma ferramenta

importante a ser usada em conjunto com programas simuladores de desempenhotrmico para melhor adequar o projeto dos prdios ao clima e aos trabalhosexecutados, bem como para, na fase ps ocupao, identificar e equacionarproblemas oriundos do projeto, da construo ou da manuteno da edificao etambm aqueles relativos organizao do trabalho.

A necessidade de se conhecer a sensao trmica experimentada pelaspessoas quando expostas a determinadas combinaes das variveis ambientais epessoais levou ao desenvolvimento de ndices de conforto.

ndice de conforto um parmetro que representa o efeito combinado das principais variveis intervenientes. Atravs dele possvel avaliar a situao de

conforto trmico de um ambiente, bem como obter subsdios para melhor adequ-lo s necessidades humanas.Os primeiros esforos organizados para o estabelecimento de ndices de

conforto trmico foram realizados nos Estados Unidos da Amrica no perodo de1913 a 1923. Desde ento e at hoje esse assunto vem sendo estudado emdiferentes partes do mundo e vrios mtodos para avaliao de conforto trmicotem sido propostos.

O mtodo mais conhecido e amplamente aceito o Predicted Mean Vote(PMV) ou Voto Mdio Estimado (VME), que foi desenvolvido pelo professordinamarqus Ole Fanger e publicado em FANGER(1970).

Fanger usou dados obtidos em experincias de laboratrio, com mais de1300 pessoas, para estabelecer uma equao que permite, a partir do conhecimentodas variveis ambientais e pessoais, estimar a sensao trmica mdia de um grupode pessoas (VME) quando exposto a uma determinada combinao dessasvariveis. O VME dado na seguinte escala de sensaes trmicas :


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+ 3 muito calor+ 2 calor+ 1 leve calor

0 conforto

- 1 leve frio- 2 - frio-3 - muito frio

A fim de conhecer a quantidade de pessoas termicamente descontentes comum ambiente, Fanger relacionou o valor do VME com a porcentagem estimada deinsatisfeitos (PEI).

O mtodo de Fanger foi adotado como base para o desenvolvimento de umanorma que especifica condies de conforto trmico para ambientes termicamentemoderados (ISO 7730, 1984) e da sua atualizao em 1994.

A aplicao prtica dessa norma, porm, deve ser cuidadosa uma vez que o

PMV um modelo matemtico desenvolvido a partir de experincias emlaboratrio onde todas as variveis foram medidas; essa condio, contudo, nopode ser garantida para as variveis pessoais nas aplicaes de campo devido aosrecursos tcnicos necessrios. Assim essas variveis tem que ser subjetivamenteestimadas e isso pode gerar erros considerveis na avaliao do conforto trmico.

No Brasil, a literatura nacional sobre conforto trmico est desatualizada edas quatro pesquisas conhecidas sobre mtodos para a avaliao de confortotrmico (XAVIER & LAMBERTS, 1997 ; RIBEIRO, 1945 ; S, 1936 e S,1934), trs foram feitas no perodo de 1930 a 1945. Dessa forma os profissionaisde projeto de edificaes e de sistemas de ventilao e ar condicionado, bem como

aqueles responsveis pela segurana e higiene do trabalho no dispem deconhecimento atualizado nem de ferramentas prticas que permitam a avaliao doconforto trmico dos ambientes edificados.

1.1 Interao trmica do homem e o meio ambiente

O corpo humano um sistema termodinmico que produz calor e interagecontinuamente com o ambiente para conseguir o balano trmico indispensvel para a vida. Existe assim uma constante troca de calor entre o corpo e o meio,regida pelas leis da fsica e influenciada por mecanismos de adaptao fisiolgica,

por condies ambientais e por fatores individuais.A sensao de conforto trmico est intimamente relacionada com o esfororealizado pelo organismo para manter o balano trmico e assim, para maiorentendimento desse processo, trata-se a seguir da termorregulao humana e dobalano trmico do corpo humano.


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1.1.1 Termorregulao Humana

O principal objetivo da termorregulao impedir grandes variaes natemperatura interna do corpo de maneira que os sistemas vitais possam operaradequadamente. Essa tarefa coordenada pelo hipotlamo, que a parte do

crebro responsvel por vrias funes automticas como: balano de gua,atividades vasomotoras e humorais. O hipotlamo recebe impulsos, originados emclulas termossensveis existentes na pele, nos msculos e em outras partes doorganismo, e manda atravs dos nervos comandos que acionam mecanismos decompensao, como a vasoconstrio e vasodilatao cutneas e a sudao, queinterferem nas trocas trmicas do corpo com o ambiente de forma a manter atemperatura interna.

O processo pode ser assim exemplificado:Quando se entra num ambiente quente, os sensores na pele verificam o

diferencial de temperatura entre o corpo e o ambiente e informam ao hipotlamo,

que inicia o processo de vasodilatao para permitir que uma maior quantidade desangue percorra os vasos superficiais, aumentando assim a temperatura da pele e propiciando uma maior dissipao de calor por conveco e radiao.Adicionalmente poderia haver um aumento da freqncia cardaca para aumentar avazo de sangue para a pele. Quando as aes anteriores no so suficientes paramanter o equilbrio trmico iniciada a produo de suor para que o corpo possaperder calor com a sua evaporao.

De forma recproca, quando se entra num ambiente frio iniciada avasoconstrio, que restringe a passagem do sangue na superfcie da pele, privilegiando a circulao no crebro e em outros rgos vitais, de maneira a

manter a temperatura necessria realizao das funes crticas do organismo.Esse processo tambm abaixa a temperatura da pele, diminuindo assim a troca decalor com o meio. Quando a vasoconstrio no consegue o equilbrio trmico osistema termorregulador provoca o tremor muscular que aumenta o metabolismonos msculos e portanto a produo de calor interno.

A atividade vasomotriz representa a resposta inicial do corpo a uma situaodesfavorvel no que se refere ao seu equilbrio trmico. No caso de ambientesquentes, a sudao um mecanismo fundamental para intensificar a perda de calor para o ambiente. Nos ambientes frios o tremor muscular o mecanismo queaumenta a produo de calor interno.

A temperatura do corpo no igualmente distribuda em todo o organismo.Uma temperatura prxima dos 37 C mantida no interior do crebro, do coraoe nos rgos abdominais, essa a temperatura de ncleo. MACINTYRE (1980)cita que essa temperatura de ncleo, ajustada pelo sistema termorregulador, no constante e depende da taxa de metabolismo. O autor afirma que em atividades


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fsicas severas, com alta taxa de metabolismo, essa temperatura pode ser elevadaat 39,5 C e que a febre tambm eleva a temperatura de ncleo.

Ao contrrio da temperatura de ncleo, a temperatura nos membros, nosmsculos e especialmente na pele (temperatura perifrica) sofre oscilaes. As

variaes nessa ltima determinam as modificaes na troca de calor porconveco e radiao entre o corpo e o ambiente.FANGER (1970) afirma que para uma determinada taxa de metabolismo, a

temperatura mdia da pele e a quantidade de calor perdida por evaporao do suorso as nicas variveis fisiolgicas que influenciam no equilbrio trmico do corpoe, portanto, o conforto tem que estar relacionado com a magnitude delas. Issorepresenta que, para cada taxa de metabolismo existe uma temperatura mdia dapele e uma quantidade de calor perdida por evaporao do suor que correspondem sensao de conforto. Essa hiptese fundamental no mtodo dos Votos MdiosEstimados desenvolvido por FANGER (1970).

1.1.2 Balano trmico do corpo humano

O equilbrio trmico essencial para a vida humana e obtido quando aquantidade de calor produzida no corpo igual quantidade de calor cedida para oambiente atravs da pele e da respirao. O calor produzido a diferena entre ataxa de metabolismo e o trabalho mecnico realizado. A ASHRAE (1997a) propea seguinte equao para expressar matematicamente esse processo:

M - W = Qsk+Qres + S (1.1)sendo:

Qsk= C + R + Ersw + Edif (1.2)Qres = Cres + Eres (1.3)

onde:

M Taxa de metabolismo, W/m2;W Taxa de trabalho mecnico realizado, W/m2;Qsk Taxa total de calor perdido pela pele, W/m

2;Qres Taxa total de calor perdido pela respirao, W/m

2;

S Taxa de calor armazenada no corpo, W/m2

;C + R Perdas de calor sensvel pela pele por conveco e radiao, W/m2;Ersw Taxa de calor perdido por evaporao da transpirao, W/m

2;


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Edif Taxa de calor perdido por evaporao da gua de difuso, W/m2;

Cres Taxa de perda de calor convectivo na respirao, W/m2;

Eres Taxa de perda de calor evaporativo na respirao, W/m2;

Um valor positivo para o termo S representa o aquecimento do corpo, da

mesma forma que um valor negativo mostra o seu resfriamento; quando S igual azero, o corpo est em equilbrio trmico.O trabalho mecnico realizado pelos msculos (W) normalmente expresso

em termos de eficincia mecnica do corpo =W/M. O valor de no mximo,em condies timas, 24% e para a maioria das atividades est prximo a zero. Porisso o trabalho mecnico normalmente considerado nulo e a taxa de metabolismoigual ao calor produzido.

Todos os termos da equao de balano trmico so dados na unidade deenergia por rea e referem-se a rea superficial do corpo nu. Essa reanormalmente calculada pela equao de DuBois (ASHRAE, 1997a):

ADu = 0,202 . m0,425 . l0,725 (1.4)

onde:

m massa do corpo, kg;l altura do corpo, m.Como a roupa aumenta a rea superficial de uma pessoa, deve-se aplicar um

fator de correo nos termos de transferncia de calor da pele (C, R, E rsw e Edif)para considerar a rea superficial de cada vestimenta. Esse fator, chamado fator de

rea da vestimenta, calculado pela seguinte equao:

clcl

Duf

A

A=

(1.5)onde:fcl Fator de rea da vestimenta;Acl rea da vestimenta, m

2;ADu rea DuBois, m

2.

A expresso matemtica do balano trmico do corpo humano representauma soluo combinada, racional/emprica, para descrever as trocas trmicas como ambiente. A teoria fundamental de transferncia de calor usada para o clculodas trocas de calor sensvel e latente, enquanto que expresses empricas sousadas para determinar o valor dos coeficientes de troca de calor. As equaes quepermitem calcular as perdas de calor do corpo sero estudadas a seguir:


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( )

1.1.2.1 Perdas de calor sensvel da pele

O calor sensvel da pele tem que passar pela roupa at chegar ao ambiente.Neste processo o calor tem que transpor duas etapas distintas e sucessivas : 1) Atransferncia de calor da superfcie da pele, atravessando a vestimenta, at a

superfcie externa da mesma; 2) A transferncia de calor da superfcie da roupapara o ambiente.

Dessa forma, para a transferncia do calor sensvel para o ambiente, atravsda vestimenta, esto envolvidos os processos de conduo, conveco e radiao.O clculo pode ser realizado pela seguinte equao:

C Rt t

Is cl

cl+ =

(1.6)

onde:

C Calor trocado por conveco, W/m2

;R Calor trocado por radiao, W/m2;ts Temperatura superficial da pele, C;tcl Temperatura superficial da vestimenta, C;Icl Isolamento trmico bsico da vestimenta, m

2 .C/W.

As perdas de calor por conveco (C) e radiao (R) de um corpo vestidopodem ser calculadas em funo de coeficientes de troca de calor e diferenas detemperatura:

C = fcl . hc . (tcl - ta) (1.7)

R = fcl . hr . (tcl - tmrt) (1.8)

onde:fcl Fator de rea da vestimenta;hc Coeficiente de troca de calor por conveco, W/(m

2.K);hr Coeficiente de troca de calor por radiao, W/(m

2.K);tcl Temperatura mdia da vestimenta, C;ta Temperatura do ambiente, C;tmrt Temperatura radiante mdia , C.

As equaes 1.7 e 1.8 podem ser combinadas para descrever a troca total decalor sensvel por estes dois mecanismos, em termos de uma temperatura operante(to) e um coeficiente combinado de transferncia de calor por conveco e radiao(h):


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(C + R) = fcl . h . (tcl - to) (1.9)

onde:

h = hr+ hc (1.10)

ot =r mrt c a

r c

. t . t

h h

h h++

( )

(1.11)Dessa forma a temperatura operante (to) pode ser matematicamente definida

como a mdia entre a temperatura do ambiente e a temperatura radiante mdia,ponderada pelos respectivos coeficientes de transmisso de calor.

Havendo inconveniente em incluir a temperatura mdia da vestimenta (tcl)nos clculos, pode-se combinar as equaes 1.6 e 1.9 para elimin-la:

C Rt t

I 1.h

s o

clclf

+ =

+ (1.12)

onde a resistncia trmica global da vestimenta representada por:

clcl

I1

f .h+

( )

O termo Icl representa a resistncia da vestimenta troca de calor sensvel e1/(fcl.h) a resistncia da camada de ar que rodeia o corpo. Chamando essa ltimade Ia, a equao 1.12 pode ser escrita da seguinte forma:

C R t tI Is ocl a

+ = +

( )

(1.13)

1.1.2.2 Perdas de calor latente da pele

A perda de calor por evaporao na pele depende da diferena entre a presso de vapor d'gua junto pele e no ar ambiente, da permeabilidade davestimenta e da quantidade de umidade na pele. Em termos de equao tem-se:

skE =sk,s a

e,clcl e

w. p p

R1

f .h

+ (1.14)

onde:

Esk Perda total de calor por evaporao, W/m2;

w Frao de pele mida;


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( )

psk,s Presso de vapor d' gua na pele, normalmente considerada saturadaem ts, kPa;pa Presso de vapor d'gua no ambiente, kPa;Re,cl Resistncia da vestimenta troca por evaporao, (m

2.kPa)/W;he Coeficiente de troca de calor por evaporao, W/(m

2.kPa).

A perda total por evaporao na pele uma combinao da evaporao dosuor segregado pelo mecanismo termorregulador (Ersw) e da gua provinda dadifuso natural atravs da pele (Edif).

Esk= Ersw + Edif (1.15)

A mxima perda de calor por evaporao na pele ocorre quando esta ficacompletamente mida, ou w = 1,0. O menor valor de w 0,06, por ser a pele umamembrana permevel e ocorrer a difuso de gua (ASHRAE, 1997a).

O termo denominador da equao 1.14 representa a resistncia total evaporao que considera os efeitos da vestimenta (Re,cl) e da camada de ar que arodeia (1/(fcl.he)). Preferindo-se expressar essa ltima resistncia em funo docoeficiente de conveco (hc), pode-se utilizar a relao de Lewis (L = he/hc) que para ambientes internos aproximadamente igual a 16,5 C/kPa (ASHRAE,1997a). Dessa forma a equao 1.14 pode ser escrita da seguinte forma:

skER

=sk,s a

e,clcl c

w. p p

1

f .L.h

+(1.16)

1.1.2.3 Perda total de calor atravs da pele

Os itens anteriores trataram as perdas sensveis e latentes como fenmenosdistintos, mas na realidade, como mostrado pela relao de Lewis, eles esto muitorelacionados. Assim a perda total de calor sensvel e latente pela pele (Q sk) podeser calculada somando-se as equaes 1.13 e 1.16:

( )sk s ocl a

Q t tI I

R=

++

sk,s a

e,clcl c

w. p p1

f .L.h

+(1.17)


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1.1..2.4 Perdas de calor pela respiraoDurante a respirao o ar inspirado nas condies ambientes e expirado

praticamente saturado e numa temperatura levemente inferior temperaturainterna do corpo. Esse aquecimento e umidificao do ar representam para oorganismo a perda de calor sensvel e latente. Essa perda proporcional

quantidade de ar inalado, que por sua vez depende da atividade fsica (taxa demetabolismo).As perdas de calor sensvel (Cres) e latente (Eres) devidas respirao so:

resC m= res aex a

Duc

t t

A

. .

(1.18)

res resE m= fgex a

Duh

W W

A

. .

(1.19)onde:

mres Vazo mssica de ar pulmonar, kg/s;ca Calor especfico do ar, kJ/(kg.K);hfg Calor latente de vaporizao da gua, kJ/kg;tex Temperatura do ar expirado, C;ta Temperatura do ar ambiente, C;Wex Contedo de umidade do ar expirado, kg vapor d'gua/kg ar seco;Wa Contedo de umidade do ar ambiente, kg vapor d'gua/kg ar seco;ADu rea superficial do corpo (DuBois), m

2.

Essas equaes podem ser reduzidas usando-se inter-relaes empricas eaproximaes, como aquela proposta em FANGER(1970) para estimar a vazomssica pulmonar (mres):

mres = Kres . M (1.20)

onde:Kres Constante de proporcionalidade = 2,58 kg.m

2/MJ;M Taxa de metabolismo, W.

O ar expirado numa temperatura prxima do corpo e est praticamente

saturado; assim possvel utilizar as seguintes equaes empricas, desenvolvidasem FANGER(1970), para estimar as condies normais dos ambientes internos:

tex = 32,6 + 0,066 . ta + 32 . Wa (1.21)


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Wex - Wa = 0,0277 + 0,000065 . ta - 0,8 . Wa (1.22)

O contedo de umidade do ar ambiente (Wa) pode ser representado emtermos da presso total ou baromtrica (pt) e da presso parcial de vapor no ar (pa):

aW =a

t a

0,622 pp p.

(1.23)

onde: pt e pa so dados em kPa.

Duas aproximaes so comuns para a simplificao das equaes 1.18 e1.19. A primeira que tex calculada pela expresso 1.21, considerando-se umacondio padro de 20 C, 50% de umidade e presso ao nvel do mar, issoporque a perda de calor sensvel pela respirao relativamente pequena quando

comparada com os outros termos da equao de balano trmico. A segundaaproximao que o segundo termo da equao 1.22 e o denominador da equao1.23 so tambm calculados para a condio padro, tendo em vista a pequenadependncia de ta mostrada na expresso 1.22. Usando-se essas simplificaes esubstituindo os valores de hfg e ca na condio padro, as equaes 1.18 e 1.19podem ser combinadas para se obter a perda total de calor pela respirao:

Qres = Cres + Eres = 0,0014 . M . (34-ta) + 0,0173 . M . (5,87-pa) (1.24)

onde:

Qres Taxa total de calor perdido pela respirao, W/m2.


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3REVISO DE LITERATURA

preocupao do homem com o conforto trmico muito antiga. Umexemplo disso a obra, citada por NEVINS (1966), "History and Art ofWarming and Ventilation Rooms and Buildings" escrita por Walter Bernan

e publicada em 1845. Nela o autor prev que a criao e controle de ambientesclimticos artificiais assumiro a dimenso de uma cincia que contribuir para odesenvolvimento da humanidade, para a preservao da sade e longevidade doser humano.

Os primeiros esforos organizados para o estabelecimento de critrios deconforto trmico, foram realizados no perodo de 1913 a 1923. Em 1923 aASHVE, Associao Americana dos Engenheiros de Aquecimento e Ventilao,publicou o trabalho de HOUGHTEN & YAGLOU (1923) que estabelecia "linhasde igual conforto", definidas depois como de temperatura efetiva, e determinava a"zona de conforto". Nasce assim o ndice de Temperatura Efetiva.

Os experimentos que originaram esse ndice foram desenvolvidos numlaboratrio que continha duas cmaras climatizadas interligadas por uma porta,mas com controles independentes de temperatura e umidade.

Numa das cmaras, chamada de controle, a temperatura era fixada numdeterminado valor e a umidade relativa mantida em 100% enquanto que na outra,chamada de teste, as temperaturas de bulbo seco e mido eram alteradas, enquantohomens despidos at a cintura andavam de uma cmara para outra. Em cadaentrada na cmara de teste eles reportavam qual das cmaras estava mais quente. Oar nas duas cmaras foi mantido praticamente parado.

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As temperaturas na cmara de teste eram alteradas progressivamente, desdeuma sensao de leve frescor em relao cmara de controle, at a de leve calor.O objetivo dos testes foi determinar as combinaes das temperaturas de bulbo

seco e de bulbo mido que provocavam a mesma sensao trmica. Essascombinaes originaram as chamadas linhas de igual conforto, que foram plotadasnuma carta psicromtrica e chamadas de temperatura efetiva (ET). Essas linhasforam identificadas pelo correspondente valor da temperatura de bulbo seco noponto do seu cruzamento com a linha de umidade relativa de 100 %.

Assim a sensao trmica de um ambiente com temperatura efetiva de 25Ccorresponde sensao de um ambiente com ar parado, umidade relativa de 100%e temperatura de 25C. A ET sempre numericamente inferior temperatura debulbo seco, exceto quando a umidade relativa for de 100%.

A "zona de conforto", ou o intervalo de conforto, foi estabelecida com

experincias envolvendo 126 pessoas que usavam diferentes vestimentas, eram deambos os sexos e representavam diferentes profisses. Os testes foram realizadosnuma cmara climatizada onde as pessoas ficavam sentadas lendo, escrevendo oujogando cartas. A sensao trmica das pessoas era obtida atravs das respostas sseguintes perguntas :

Essa condio confortvel ou desconfortvel ? Voc deseja alguma mudana ? Se deseja, voc prefere mais quente ou mais frio ?Foram utilizados diferentes tempos de exposio s condies de teste;

dessa forma doze pessoas foram expostas por trs horas, quatorze por duas horas e

cem por quinze minutos.Para se definir o intervalo de conforto foram includas as temperaturas

efetivas em que pelo menos 50 % das pessoas sentiam-se confortveis.Experincias adicionais foram realizadas para incorporar os efeitos da

velocidade do ar (HOUGHTEN & YAGLOU, 1924) e os da vestimenta(YAGLOU & MILLER, 1925). A vestimenta usada nos testes era composta demeias e roupa de baixo de algodo, camisa de algodo de manga longa com ocolarinho abotoado, terno de l com colete e sapatos.

O resultado dessas experincias foi um novo intervalo de conforto queindicou haver influncia das estaes do ano no conforto trmico das pessoas,

devido s diferenas nas vestimentas utilizadas. Esse intervalo encontrado foiconsiderado vlido para o perodo de inverno.

Em 1929, novas experincias foram feitas para determinar o efeito do climade vero no intervalo de conforto (YAGLOU & DRINKER, 1929). Nesse casoforam usados cinqenta e seis homens e trinta e cinco mulheres. No foram feitasrestries quanto s vestimentas e os testes foram executados num perodo de trshoras.


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A sensao trmica das pessoas foi obtida atravs do voto, usando a seguinteescala :

1- Frio2 - Confortavelmente frio3 - Muito confortvel

4 - Confortavelmente quente5 - QuenteO intervalo de conforto para o vero foi obtido incluindo todas as

temperaturas votadas como confortveis e no apenas as que satisfaziam pelomenos 50 % das pessoas.

As temperaturas efetivas foram ento representadas em dois bacos, umvlido para pessoas despidas da cintura para cima, chamado de escala bsica, eoutro para pessoas normalmente vestidas, chamado de escala normal. Nessesbacos, as temperaturas efetivas eram obtidas em funo da velocidade do ar e dastemperaturas de bulbo seco e mido (Figuras 3.1 e 3.2).

Figura 3.1 Escala de temperatura efetiva bsica ( para homens despidos da

cintura para cima).Fonte: Laboratori di Strumentazione Industriale, (1977).p.36, modificado.


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1 Ao passar para uma sala com maior umidade, a vestimenta adsorveumidade, e a resultante liberao de calor de adsoro sentida como um efeitotransiente de aquecimento. Da mesma forma, ao entrar num ambiente comumidade menor, ocorre a evaporao da umidade da pele e da vestimenta,provocando um efeito de resfriamento.

2 Ao entrar num segundo ambiente imediatamente aps sair de um primeiro, a umidade da pele apropriada para o primeiro, provocando umatransiente mudana na perda de calor por evaporao.

Em 1950 a ASHRAE, Associao Americana dos Engenheiros deRefrigerao, Ar condicionado e Aquecimento, iniciou o planejamento de umamplo programa de pesquisa para reavaliar os bacos de conforto. Para tanto foiprojetada e construda uma instalao de pesquisa ambiental do conforto trmico,no laboratrio dessa associao em Cleveland (EUA).

Em 1960, experincias desenvolvidas no laboratrio da ASHRAE emCleveland (KOCH, JENNINGS & HUMPHREYS, 1960), mostraram que nos

intervalos de umidade entre 20% e 90% e de temperatura de bulbo seco entre 20Ce 34C, o efeito da umidade sobre a sensao de conforto pequeno.Nessas experincias o perodo de exposio s condies de teste foi de trs

horas e foram usadas vinte pessoas em atividade sedentria e vestindo roupa leve.A temperatura superficial das paredes da sala de teste foi mantida igual temperatura do ambiente e a velocidade do ar menor ou igual a 0,1 m/s.

A comparao dos resultados dessas experincias com os de HOUGHTEN& YAGLOU (1923) mostra que a temperatura efetiva indica a sensao trmicaimediatamente aps a entrada no ambiente enquanto que os de KOCH,JENNINGS & HUMPHREYS (1960) refletem a sensao depois de trs horas ou

mais de exposio.Em 1963, com a transferncia do laboratrio da ASHRAE de Cleveland(EUA) para a Universidade Estadual de Kansas (EUA), teve continuidade oprograma de reavaliao dos intervalos de conforto vigentes.

O primeiro trabalho relevante ento publicado foi o de ROHLES et al.(1966) que relatava a pesquisa desenvolvida por eles, no laboratrio de Kansas,com 360 homens e 360 mulheres de idades entre 18 e 23 anos.

Nessa pesquisa foram formados setenta e dois grupos de dez pessoas, cincohomens e cinco mulheres, que foram expostos, por trs horas, a diferentescondies de teste.

Os testes englobaram setenta e duas condies diferentes, que resultaram dacombinao de nove temperaturas de bulbo seco, no intervalo de 66F (18,9C) a82F (27,8C) com incremento de 2F (1,1C), com oito valores de umidaderelativa, no intervalo de 15 % a 85 %, com incremento de 5 %.


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As pessoas vestiam uma roupa padro com resistncia trmica de 0,52 clo1 eexecutavam atividades sedentrias.

A sala de teste foi mantida com velocidade do ar inferior a 0,2 m/s e atemperatura superficial das paredes igual temperatura de bulbo seco.

A sensao trmica das pessoas foi obtida atravs do voto escrito, que era

colhido aps uma hora de exposio e depois a cada meia hora at que fossemcompletadas as trs horas. A escala usada foi a seguinte :1 - Muito frio2 - Frio3 - Levemente frio4 - Confortvel5 - Levemente quente6 - Quente7 - Muito quente

O resultado dessa pesquisa concordou com o anterior de KOCH,

JENNINGS & HUMPHREYS (1960).A pesquisa de ROHLES et al. (1966) foi repetida na Universidade daDinamarca em 1968 (FANGER, 1970). Nessa oportunidade o objetivo eraverificar a influncia da nacionalidade e da idade no intervalo de conforto e paraisso, foram usados nos testes 256 pessoas de ambos os sexos, sendo 128 com idademdia de 23 anos e 128 com mdia de 68 anos.

De acordo com FANGER (1970), esses testes no demonstraram diferenasignificativa de condies de conforto entre jovens americanos e dinamarqueses,entre jovens e idosos e nem entre homens e mulheres.

O mtodo utilizado nas pesquisas desenvolvidas at ento basicamente

verificava a influncia da temperatura e umidade do ar na sensao de confortotrmico, uma vez que os outros fatores intervenientes, como a temperatura radiantemdia2, a velocidade do ar, a vestimenta e a atividade fsica executada, erammantidos constantes. Isso restringia a aplicao prtica dos resultados dessas pesquisas, uma vez que eles s so vlidos para condies semelhantes quelasusadas nos testes, ou seja atividade fsica sedentria, vestimenta com resistnciatrmica de 0,6 clo, velocidade do ar prxima a 0,1 m/s e temperatura radiantemdia igual temperatura ambiente.

O estudo do conforto trmico foi ampliado com o trabalho de MCNALL etal. (1967) que determinou, usando quatrocentas e vinte pessoas de ambos os sexos

1 1 clo = 0,155 m2 . K/W2 Temperatura radiante mdia a temperatura superficial uniforme de um ambienteimaginrio, negro sob o aspecto de radiao, no qual uma pessoa trocaria a mesmaquantidade de calor por radiao que no ambiente real no uniforme.


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e mtodo similar ao de ROHLES et al. (1966), a temperatura de neutralidadetrmica e o intervalo de conforto para homens e mulheres executando atividadesleve, mdia e pesada.

A pesquisa sobre o conforto trmico teve um avano significativo com a

publicao do trabalho desenvolvido pelo professor dinamarqus Ole Fanger,(FANGER, 1967), quando da sua visita ao laboratrio da ASHRAE no perodo deoutubro de 1966 a abril de 1967.

Nesse perodo Fanger, utilizando o procedimento experimental descrito emMCNALL et al. (1967), realizou testes que, em conjunto com os resultados deexperincias anteriores (ROHLES et al., 1966 e MCNALL et al., 1967), permitiram relacionar, para a condio de conforto trmico, a atividade fsica,representada pelo calor produzido internamente pelo corpo humano, com atemperatura mdia da pele e com a quantidade de calor perdido por evaporao dosuor. Essa relao mostrada nas equaes seguintes :

ts = 35,7 - 0,032 H / ADU (3.1)

Esw = 0,42. ADU . [( H / ADU ) - 50 ] (3.2)

onde :ts Temperatura mdia da pele, (C);Esw Calor perdido pela evaporao do suor, (kcal/h);H Calor interno produzido, (kcal/h);ADu rea superficial do corpo, (m

2).

Feito isso, e partindo da premissa de que para haver conforto trmico numadeterminada atividade fsica, o corpo deve estar em equilbrio trmico, com umacerta temperatura mdia de pele e perdendo certa quantidade de calor porevaporao do suor, Fanger elaborou uma equao de conforto que permitia, parauma determinada combinao das variveis pessoais (tipo de atividade fsica evestimenta), calcular todas as combinaes das variveis ambientais (temperaturaradiante mdia, umidade relativa, velocidade relativa e temperatura do ar) queproduzem o conforto trmico.

A equao de conforto de Fanger foi formulada a partir da seguinte

expresso de equilbrio trmico ou de balano trmico do corpo humano:

H - Ed - Esw - Ere - L = K = R + C (3.3)


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onde :H Calor produzido internamente no corpo humano ;Ed Calor perdido por difuso do vapor d'gua atravs da pele ;Esw Calor perdido por evaporao do suor ;Ere Calor latente perdido na respirao ;

L Calor sensvel perdido na respirao ;K Calor perdido por conduo da pele para a vestimenta ;R Calor perdido por radiao ;C Calor perdido por conveco.

O detalhamento de cada um dos termos da equao 3.3, conforme explicadoem FANGER (1967 e 1970), resultou na seguinte expresso para o equilbriotrmico do corpo humano:

onde :M Energia do metabolismo, (kcal/h);ADu rea superficial do corpo, (m

2);

h- Rendimento do trabalho mecnico externo;ts Temperatura mdia da pele, (C);pa Presso de vapor d'gua no ar, (mmHg);Esw Calor perdido por evaporao do suor, (kcal/h);tcl Temperatura superficial da vestimenta, (C);fcl Fator de rea da vestimenta ;Icl Resistncia trmica da vestimenta, (clo);hc Coeficiente de transferncia de calor por conveco, (kcal/h.m

2. C);tmrt Temperatura radiante mdia, (C);ta Temperatura do ambiente, (C).

A equao de conforto de Fanger foi obtida substituindo as expresses 3.1 e3.2 na equao 3.4. Essa equao mostrada a seguir:


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Os diagramas de conforto representam as combinaes das variveis queresultam em conforto trmico, todavia, sob o ponto de vista prtico, era necessrioconhecer-se o grau de desconforto experimentado pelas pessoas em ambientes quetivessem condies diferentes daquelas de conforto trmico. Assim FANGER(1970) definiu um critrio para avaliar esse grau de desconforto, relacionando as

variveis que influenciam no conforto trmico com uma escala de sensaotrmica definida por ele. Esse critrio ele chamou de Predicted Mean Vote-PMV(Voto Mdio Estimado-VME).

A escala de sensao trmica definida por FANGER tem os seguintes nveis:- 3 - muito frio- 2 - frio- 1 - leve sensao de frio

0 - neutralidade trmica+ 1 - leve sensao de calor+ 2 - calor+ 3 - muito calor

Essa escala simtrica em relao ao ponto 0 (zero), que corresponde aoconforto trmico e apresenta valores de 1 a 3 que podem ser positivos,correspondendo s sensaes de calor, ou negativos, correspondendo s sensaesde frio.

A relao entre as sensaes trmicas da escala estabelecida e as variveisque influenciam o conforto trmico foi obtida partindo do princpio de que medida em que as condies trmicas de um ambiente se afastam daquelas deconforto, o sistema termorregulador do corpo deve agir mais intensamente deforma a evitar variaes significativas na temperatura interna. Esse maior trabalhodo sistema termorregulador provoca maior desconforto.

Assim Fanger relacionou, para uma determinada atividade, a sensao dedesconforto ao grau de atuao do sistema termorregulador, atravs de um ndiceque considerava o distanciamento das condies de conforto. Esse ndice,denominado de ndice de Carga Trmica (ICT), definido em FANGER (1970)como a diferena entre o calor produzido internamente para uma dada atividade eo calor que seria trocado em condies de neutralidade trmica, para a mesmaatividade e mesmo ambiente.

A expresso matemtica para o ICT foi formulada a partir da equao deconforto e mostrada a seguir:

O ICT igual a zero em condies de neutralidade trmica e cresce emvalor absoluto a medida que o ambiente se afasta dessas condies.


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Fanger considerou que o ICT era uma medida da atuao do sistematermorregulador e portanto que a sensao trmica era funo desse ndice. Dessaforma ele chamou o valor numrico da escala de sensaes trmicas de PMV(Predicted Mean Vote ou Voto Mdio Estimado) e estabeleceu a seguinteexpresso matemtica:

PMV = f ( ICT, M ) (3.7)

onde :ICT ndice de carga trmica.M Energia do metabolismo.A relao entre PMV, ICT e M foi encontrada por FANGER (1970)

utilizando os resultados de experincias com 1396 pessoas que foram expostas, deforma controlada, a diversas combinaes das variveis ambientais e pessoais deconforto (ROHLES et al., 1966; MCNALL et al., 1967 e FANGER, 1970). Essa

relao mostrada abaixo :

( )PMV eM

DUA= 0 352 0 042,( ) ICT+ 0032, ,(3.8)

Fanger ento substituiu a equao 3.6 na 3.8 e obteve a seguinte expressopara o Predicted Mean Vote ou Voto Mdio Estimado :

A equao do voto mdio estimado, a exemplo da equao de conforto, complexa e de difcil manipulao; assim, para aplicao prtica, Fanger preparouuma tabela que fornece o voto mdio estimado para a combinao de 8 diferentesnveis de atividade, 7 possibilidades de vestimenta, 9 velocidades relativas do ar e

8 temperaturas do ambiente. Uma parte dessa tabela mostrada na tabela 3.1 aseguir:


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Fanger tambm relacionou o voto mdio estimado com a porcentagemestimada de insatisfeitos. Essa relao representada pela curva da figura 3.4.

Figura 3.4 Porcentagem de insatisfeitos em funo do PMV.Fonte: ISO 7730 (1994), traduzido.

A anlise da curva da figura 3.4 permite verificar que:

impossvel obter num ambiente uma combinao das variveis deconforto que satisfaa plenamente a todos os integrantes de um grande grupo.

A condio de neutralidade trmica (PMV = 0) corresponde a 5% de

insatisfeitos. A curva simtrica em relao ao ponto de PMV = 0, significando que

sensaes equivalentes de calor e de frio (mesmo PMV em valores absolutos),correspondem a igual porcentagem de insatisfeitos.

A pesquisa de ROHLES et al. (1966) foi posteriormente repetida, (ROHLES& NEVINS, 1971), com oitocentos homens e oitocentas mulheres de idades entre18 e 24 anos.

O mtodo usado nessa pesquisa foi o mesmo da anterior, s que nessaoportunidade foram testadas cento e sessenta condies que resultaram da

combinao de vinte temperaturas de bulbo seco, no intervalo de 60F (15,6C) a98F (36,7C) com incremento de 2F (1,1C), com oito valores de umidaderelativa, no intervalo de 15 % a 85 % com incremento de 5 %. A vestimentapadro utilizada tinha resistncia trmica de 0,6 clo.

As concluses dessa pesquisa foram as seguintes :1 Para as condies testadas, a distribuio dos votos foi normal.


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2 Os homens precisam de aproximadamente uma hora e meia para seadaptarem ao ambiente enquanto as mulheres conseguem isso muito maisrapidamente.

3 Para um determinado ambiente trmico, os homens sentem mais calorque as mulheres durante a primeira hora de exposio e assim, isso deve ser

considerado nos ambientes em que a permanncia menor ou igual a uma hora.4 Existe uma inter-relao linear entre temperatura, umidade e sensaotrmica que depende do sexo. A influncia da temperatura na sensao trmica doshomens quase sete vezes maior que a da umidade, enquanto que no caso dasmulheres a influncia da temperatura na sensao trmica nove vezes maior quea da umidade.

Em 1971 foi proposta uma nova escala de temperatura efetiva (ET*),(GAGGE, STOLWIJK & NISHI, 1971), baseada num modelo fisiolgico daregulao trmica humana o qual tem a superfcie molhada da pele, a temperaturainterna do corpo e a temperatura mdia da pele como principais parmetros

associados sensao trmica. Esse modelo, que considera que a regulao datemperatura corporal controlada pela temperatura interna do corpo e pelatemperatura mdia da pele, foi chamado de "modelo dos dois ns".

A ET* corresponde temperatura uniforme de um ambiente imaginrio comumidade relativa de 50% e ar parado, no qual uma pessoa trocaria a mesmaquantidade de calor por radiao, conveco e evaporao, que no ambiente real,considerando o mesmo teor de superfcie molhada e temperatura mdia da pele.

A ET* representada graficamente em funo da temperatura do ar, datemperatura radiante mdia e da umidade. A representao atravs de linhasonde o teor de umidade da pele constante. Essas linhas so numericamente

identificadas pelo correspondente valor da temperatura do ar no ponto do seucruzamento com a linha de umidade relativa de 50 %. Os grficos so especficospara cada combinao de vestimenta, atividade fsica e velocidade do ar, tendo emvista que impossvel criar um baco universal devido a dependncia da ET*dessas variveis.

As normas ASHRAE 55 (1974, 1981 e 1992) adotaram a ET* para delimitaro intervalo de conforto.

A obteno da ET* para uma determinada condio exige a soluo demltiplas equaes que dificultam a sua aplicao prtica. Assim condiespadro, representativas de ambientes internos tpicos, foram usadas para definir a

Temperatura Efetiva Standard (SET) (GAGGE, NISHI & GONZALEZ, 1972).A SET a temperatura uniforme de um ambiente imaginrio com ar parado,umidade relativa de 50% e temperatura igual temperatura radiante mdia, noqual uma pessoa com vestimenta padro para aquela atividade, com a mesmatemperatura


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mdia e teor de superfcie molhada da pele, teria a mesma perda de calor que noambiente real. A atividade a mesma no ambiente real e no imaginrio e avestimenta padro para aquela atividade.

O isolamento trmico da vestimenta padro matematicamenterelacionado ao metabolismo;assim para atividades com metabolismo de

58,2 W/m2,116,4 W/m2 e 174 W/m2 corresponderiam, respectivamente,vestimentas padro com isolamento trmico bsico de 0,67 clo, 0,39 cloe 0,26 clo.

O valor de ET* igual ao da SET para o caso de atividade sedentria(M=58,2 W/m2), vestimenta leve (0,67 clo) e baixa velocidade do ar. Assim, comoexemplifica MCINTYRE (1980), uma pessoa sentada, vestindo roupa leve numambiente com baixa velocidade do ar (< 0,2m/s) e temperatura de 24C est numaSET igual a 24C. Se essa pessoa tirar a roupa a SET cai para 20C, porque atemperatura mdia da sua pele passa a ser igual a de uma pessoa com vestimentapadro num ambiente com temperatura do ar de 20C.

A ET* foi correlacionada escala de sensaes trmicas da ASHRAE,(ROHLES, HAYTER & MILLIKEN, 1975), o que possibilitou construir umacurva para estimar a porcentagem de insatisfeitos em funo da ET*. Essa curvano apresentava a simetria de insatisfao por calor e por frio encontrada emFANGER (1970) ; essa diferena foi explicada como reflexo do uso de umintervalo de temperaturas mais amplo que o de Fanger.

Em 1984 o modelo de Fanger, PMV e PPD, foi adotado como base para anorma internacional, ISO 7730 (1984). Essa norma indicada para a avaliao deambientes trmicos moderados, isto , aqueles nos quais a combinao dasvariveis ambientais e pessoais de conforto resultam num PMV dentro dointervalo de -2 a +2.

As prescries dessa norma no consideram s o desconforto trmico docorpo como um todo, mas tambm os que ocorrem em partes localizadas. Oslimites especificados foram baseados na premissa que um ambiente s confortvel se pelo menos 80% dos ocupantes esto satisfeitos.

Na ISO 7730 (1984), o PMV e os intervalos de conforto para o vero e parao inverno so dados em funo de um ndice trmico chamado de temperaturaoperante (to).

A to definida como a temperatura uniforme de um ambiente imaginrio noqual uma pessoa trocaria o mesmo calor por radiao e conveco que noambiente real no uniforme. A to pode ser calculada pela equao abaixo :

to = A.ta + (1-A).trm (3.10)A = 0,5 para va < 0,2m/s ;

sendo : A = 0,6 para 0,2 < va < 0,6m/s ;A = 0,7 para 0,7 < va < 1,0m/s.


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onde :A Coeficiente;ta Temperatura do ar, (C);trm Temperatura radiante mdia, (C);va Velocidade do ar, (m/s).

A partir de 1984 vrias pesquisas foram feitas para testar o modelo adotadopela ISO 7730 (1984) uma vez que existiam dvidas quanto validade dos seusresultados para aplicaes de campo e para diferentes regies climticas. Isso foidevido ao fato dessa norma ter sido baseada exclusivamente em dados obtidos emlaboratrio e em regies climticas de latitude mdia.

As experincias de DE DEAR & AULICIEMS(1985) realizadas em seis prdios de escritrios, situados em diferentes regies climticas da Austrlia,concluram que a tcnica proposta pela ISO no pode ser usada universalmente,uma vez que as temperaturas de neutralidade trmica obtidas foram de 0,5 a 3,2C

inferiores s previstas pelo PMV (Predited Mean Vote). importante ressaltar que a comparao dos resultados das pesquisas decampo com os de laboratrio tem que ser realizada com cuidado, tendo em vista aslimitaes da instrumentao e dos mtodos adotados at ento nas pesquisas decampo. Os experimentos de campo evoluram significativamente com o trabalhode SCHILLER et al. (1988), realizado em dez prdios de escritrios, com e sem arcondicionado, em So Francisco durante o inverno de 1987 e o vero seguinte.

A comparao das sensaes trmicas obtidas nessa pesquisa com umaestimativa feita atravs da norma ISO 7730 (1984) foi apresentada em SCHILLER(1990) e BRAGER (1992). A concluso desses trabalhos foi de que as sensaes

trmicas so subestimadas de 0,5 a 1,0 unidades pelo PMV, sendo que a maiordiferena observada nas temperaturas inferiores neutra. A temperatura neutraobservada foi 2,4C inferior estimada pela ISO e a porcentagem de insatisfeitoscorrespondente neutralidade foi de 12% contra os 5% estabelecidos na norma.

De acordo com OLESEN (1993) essas diferenas entre os resultados daspesquisas de campo e a norma ISO 7730 (1984), baseada em dados laboratoriais,deve ser esperada, visto que em campo difcil estimar com exatido as variveispessoais (vestimenta e atividade fsica).

Olesen acrescenta tambm que as pesquisas de campo no incluem noclculo da resistncia trmica das vestimentas o isolamento provocado pelas

cadeiras, quando na posio sentado. Considerando que esse isolamento poderepresentar um adicional de 0,15 clo numa vestimenta de vero de 0,5 clo, ento oseu efeito seria equivalente a um aumento de 1,5C na temperatura operante.


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Olesen tambm explica que embora os trabalhos de campo em escritriostenham adotado uma atividade fsica entre 1,1 e 1,2 met3, essa atividade varia no

tempo e cita WYON (1975) para afirmar que o trabalho mental pode elevar umaatividade sedentria at 1,3 met. Um aumento de 0,1 met na energia dometabolismo de uma pessoa em atividade sedentria e vestindo roupa leve (0,5clo) tem o mesmo impacto que um aumento de 0,7C na temperatura operante.

DE DEAR & FOUNTAIN (1994) repetiram a experincia de SCHILLER etal. (1988) em doze edifcios de escritrios com ar condicionado em Townsville,norte tropical da Austrlia. O objetivo do experimento foi obter dados em umaoutra regio climtica e compar-los com uma estimativa feita com a norma ISO7730 (1984) e com os resultados de SCHILLER et al. (1988).

DE DEAR & FOUNTAIN (1994) estimaram a energia do metabolismo das

atividades de escritrio, em mdia, igual a 1,3 met e consideraram um adicional de0,15 clo na resistncia trmica das vestimentas devido ao isolamento provocado pelas cadeiras. Esse adicional est de acordo com o intervalo de 0,1 a 0,3 clo,encontrado posteriormente por MCCULLOUGH; OLENSEN & HONG (1994).

Os resultados dessa experincia apontaram uma temperatura de mximaaceitabilidade 2C superior encontrada por SCHILLER (1988) o que mostroutima concordncia com a temperatura neutra estimada pela norma ISO 7730(1984), embora essa temperatura encontrada tenha correspondido a 10% deinsatisfeitos enquanto a norma relaciona a neutralidade a 5% de descontentes.

DE DEAR & FOUNTAIN (1994) no encontraram diferena nas

temperaturas neutras de homens e mulheres, mas verificaram maior freqncia deinsatisfao com o ambiente por parte das mulheres, o que representa uma pequena diferena nas sensaes trmicas. Isso concorda com o trabalho deMODERA (1993) que observou, para condio de neutralidade trmica, aexistncia de diferenas estatisticamente significativas entre as respostasfisiolgicas de homens e mulheres em relao atividade. Modera concluiu que, para atividades sedentrias, essa diferena tem pouco significado para aengenharia.

As clssicas experincias em laboratrio que formam a base da ISO 7730(1984) ( ROHLES et al., 1966; MCNALL et al., 1967 e FANGER, 1970) foram

repetidas em pases de climas diferentes, (TANABE , KIMURA & HARA, 1987 ;CHUNG & TONG, 1990 e DE DEAR, LEOW & AMEEN, 1991), sendo que osresultados no apontaram diferenas significativas, 0,7C, em relao stemperaturas neutras obtidas anteriormente.

As experincias realizadas por ROWE, LAMBERT & WILKE (1995) e por

3 met unidade de taxa de metabolismo. 1 met = 58,2 W/m2 ; igual a energia produzidapor unidade de rea superficial do corpo de uma pessoa descansando na posio sentada.


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ROWE (1995) em Sydney, regio de clima temperado da Austrlia, concluram que a proporo de insatisfeitos alta quando a temperatura excede 26 C, limite superior deconforto para o vero, segundo a norma ISO 7730 (1984). Os experimentos foram feitosem edifcios de escritrio, com e sem ar condicionado.

Por outro lado, algumas pesquisas realizadas em regies de clima tropical

(BUSCH, 1992; JAMY, 1995 e KARYONO, 1995) indicaram que as pessoasacostumadas a esses climas so mais tolerantes ao calor que as de climatemperado. Essa concluso est relacionada aos intervalos de confortoencontrados, que superaram o limite superior para o vero especificado pela ISO7730 (1984).

TANABE & KIMURA (1994) apresentaram uma reviso dos efeitos datemperatura do ar, da umidade e da velocidade do ar no conforto trmico emclimas quentes e midos. Esse trabalho foi baseado em experincias laboratoriais japonesas e concluiu que o PMV superestima a sensao trmica quando avelocidade do ar superior a 0,5m/s e que o PMV no expressa adequadamente a

sensao de conforto em condies de umidade alta porque a porcentagem deinsatisfeitos significativamente maior quando a umidade 80% do que a 40% e60%.

Em 1994 a norma internacional foi atualizada (ISO 7730, 1994). Essa novaverso incluiu a limitao da umidade relativa ao intervalo entre 30 e 70%,modificou as recomendaes para a velocidade mdia do ar em atividadessedentrias, que passou a ser dada em funo da temperatura do ar e da intensidadeda turbulncia, e trouxe referncia para o clculo do isolamento trmico adicionalprovocado pelas cadeiras.

No Brasil as pesquisas de S (1934); S (1936), RIBEIRO (1945) e XAVIER &LAMBERTS (1997) foram as nicas encontradas sobre ndices para avaliao deconforto trmico. A anlise dos trabalhos de S e de Ribeiro mostra que, adespeito das dificuldades existentes para obteno de informaes no perodo de1934 a 1945, o conhecimento sobre esse assunto no Brasil estava atualizado.

O estudo de Xavier e Lamberts foi realizado nas salas de aula da Escola TcnicaFederal de Santa Catarina e com os alunos desempenhando atividadeexclusivamente escolar. O experimento foi desenvolvido durante os meses de abrila julho e concluiu que embora a temperatura de neutralidade trmica4 encontrada(23,24C) esteja bem prxima daquela estimada atravs da ISO 7730 (23,61C), aporcentagem de insatisfeitos correspondente (19,96%) superior ao previsto pelanorma (5%).

Recentemente, os trabalhos de RUAS & LABAKI (1998) e de BEYER &SALVADORETTI (1998) tambm trataram do tema avaliao de confortotrmico. O primeiro faz um alerta sobre a impreciso da estimativa da taxa demetabolismo e do isolamento trmico das vestimentas nas aplicaes de campo e oreflexo disso

4 Temperatura de neutralidade trmica aquela correspondente mnima porcentagem deinsatisfeitos.


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nos resultados obtidos com a ISO 7730 (1994). O segundo traz as equaesmatemticas das trocas de calor do corpo e o ambiente e mostra um exemplo daaplicao delas num programa computacional para a avaliao do confortotrmico.

Da literatura nacional que trata da avaliao de conforto trmico, FROTA &

SCHIFFER (1995); MACINTYRE (1990); MESQUITA, GUIMARES &NEFUSSI (1985); JABARDO (1984) e GUIMARES & NEFUSSI (1979), a maisatualizada JABARDO que apresenta resumidamente os conceitos que formam abase da ISO 7730 (1984).

Quanto normalizao, o Brasil dispe da NBR 6401 (1980), queestabelece parmetros para o projeto de instalaes de ar condicionado paraconforto. Nela esto especificados intervalos de temperatura do ambiente eumidade relativa para o conforto trmico de pessoas em atividade sedentria.Embora a norma no faa referncia quanto influncia da temperatura radiantemdia, da velocidade do ar, da vestimenta e da atividade fsica no conforto, os

intervalos recomendados no esto em desacordo com a ISO 7730 (1994), comopode ser visto na tabela 3.2:

Tabela 3.2 Comparativo entre os intervalos de conforto recomendados pelaNBR 6401 (1980) e ISO 7730 (1994).

NBR 6401(1980) ISO 7730 (1994)(1) tbs (C)

(2) UR (%) (3) to (C)(2) UR (%)

Vero 23 a 25

40 a 60

23 a 26

30 a 70

Inverno 20 a 22 35 a 65 20 a 24 30 a 70

(1) tbs = temperatura de bulbo seco(2) UR = umidade relativa(3) to = temperatura operante


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ANLISE TERICA

ISO 7730 (1994) aplica-se a indivduos sadios e tem como objetivo apresen-tarum mtodo para prognosticar a sensao trmica e a proporo de pessoas

insatisfeitas quando expostas a ambientes trmicos moderados, bem comoespecificar condies ambientais aceitveis para o conforto trmico. Ela indicada

no projeto de ambientes novos, como tambm na avaliao dos j existentes eembora tenha sido elaborada para os ambientes laborais pode ser aplicada a outros.

A avaliao do conforto trmico por essa norma exige o conhecimento deoutras como: ISO 7726 (1985) que especifica mtodos e caractersticas dosinstrumentos para avaliao do conforto trmico, ISO 8996 (1990) que descrevemtodos para obteno da taxa de metabolismo e ISO 9920 (1995) que apresentamtodos para estimar as caractersticas trmicas das vestimentas. No entanto, issomuitas vezes no suficiente para se obter resultados confiveis porque, devido abrangncia do assunto, existem fatores que influenciam nos resultados e que noso tratados com profundidade pelas normas.

Assim o objetivo dos itens seguintes explicar o mtodo de avaliao doconforto trmico estabelecido na norma ISO 7730 (1994), efetuar um relato sucintosobre as normas por ela referenciadas bem como analisar a aplicao prtica dasnormas acima citadas, discutindo os erros provenientes das estimativas de taxa demetabolismo e isolamento trmico das vestimentas e a sua influncia na avaliaodo conforto trmico.


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4.1 AVALIAO DO CONFORTO TRMICO PELA ISO 7730 (1994)

O mtodo de avaliao adotado por essa norma o dos Votos Mdios Estimados(PMV) que foi baseado em estudos realizados em cmaras climatizadas nos EstadosUnidos da Amrica e na Dinamarca (ROHLES et al., 1966; MCNALL et al., 1967 e

FANGER, 1970). Essas experincias foram posteriormente repetidas em pases declimas diferentes, (TANABE, KIMURA & HARA, 1987; CHUNG & TONG, 1990e DE DEAR, LEOW & AMEEN, 1991) e os resultados obtidos concordaram comos anteriores.

O PMV dado numa escala de sete pontos (+3 muito calor, +2 calor, +1 levecalor, 0 conforto, -1 leve frio, -2 frio, -3 muito frio) e representa uma estimativa dasensao trmica mdia de um grande grupo de pessoas. Ele obtido utilizando asvariveis ambientais (temperatura radiante mdia, umidade relativa, temperatura evelocidade relativa do ar) e as variveis pessoais (taxa de metabolismo e isolamentotrmico da vestimenta).

A ISO 7730 (1994) traz o modelo matemtico que permite calcular o PMVutilizando essas variveis, mas tambm possui um conjunto de tabelas que possibilita obt-lo diretamente para diferentes combinaes de taxa demetabolismo, isolamento trmico da vestimenta, temperatura operante e velocidaderelativa do ar.

Assim, medindo-se ou estimando-se essas variveis num ambiente, consegue-secom a ISO 7730 (1994) prever a sensao trmica de um grupo de pessoas (PMV) ea correspondente Porcentagem Estimada de Insatisfeitos (PPD) que pode sercalculada ou obtida graficamente atravs do PMV.

Para a medio das variveis ambientais indicada a ISO 7726 (1985) que

especifica as caractersticas mnimas dos instrumentos e os mtodos a seremutilizados, exceto para o caso da velocidade relativa do ar. Essa velocidade a queefetivamente atua sobre o corpo humano, sendo, portanto, a resultante de duascomponentes: uma a velocidade do ar incidente sobre a pessoa, considerando-aparada, e a outra em razo do movimento do corpo na realizao de uma tarefa,considerando agora o ar parado.

A velocidade relativa do ar pode ser medida com um anemmetro omnidirecionalcom caractersticas especificadas na ISO 7726 (1985) ou calculada. A ISO 7730(1994) estima que a velocidade relativa do ar (var) devido ao movimento do corpo zero para as atividades sedentrias (M 1 met) e var= 0,3 . (M-1) para M > 1 met,

sendo var dada em m/s.Para a estimativa das variveis pessoais a ISO 7730 (1994) traz as seguintes

tabelas :


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Tabela 4.2 Isolamento trmico para peas de roupa de acordo com aISO 7730 (1994). (continuao)

Peas de roupa Isolamento trmicoclo

Alto isolamento fibra- ele

Cala 0,35 palet colete 0,20Roupa para ambientes externos casaco 0,60

jaqueta casaco com capuz 0,70macaco, fibra-pele 0,55Diversasmeias 0,02meias grossas, altura do tornozelo 0,05meias grossas, longas 0,10meias femininas de nylon 0,03sapatos (sola fina) 0,02sapatos (sola grossa) 0,04

botas 0,10luvas 0,05

A taxa de metabolismo de um determinado trabalho estimada enquadrando-o numa das atividades listadas na tabela 4.1 ou para o caso de trabalho compostopor atividades diferentes, ponderando-se as taxas de cada atividade executada emrelao ao tempo por um perodo de uma hora.

O isolamento trmico de uma vestimenta estimado somando-se os

isolamentos das peas que a compem extrados da tabela 4.2.Para informaes mais detalhadas sobre taxa de metabolismo e isolamentotrmico das vestimentas so recomendadas, respectivamente, as normas ISO 8996(1990) e ISO 9920 (1995).

A ISO 8996 (1990) descreve trs mtodos para a obteno da taxa demetabolismo. O primeiro usa tabelas onde o metabolismo estimado em funo dadescrio das atividades. O segundo mtodo usa a taxa de batimentos cardacos,que registrada durante a execuo da atividade e linearmente relacionada produo de calor metablico. O terceiro mtodo utiliza o consumo de oxignio e a produo de gs carbnico durante a atividade para calcular o calor metablico

produzido.A ISO 9920 (1995) apresenta mtodos para estimar as caractersticastrmicas das vestimentas (resistncia a troca de calor sensvel e latente) a partir devalores correspondentes a peas de vesturio conhecidas. Esses valores so listadosem tabelas e foram obtidos em cmaras climatizadas com a realizao de mediesem manequim trmico. A influncia do movimento do corpo e da penetrao do arno isolamento trmico e na resistncia troca de calor latente tambm tratadanessa norma.


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A ISO 7730 (1994) define conforto trmico como o estado de esprito queexprime satisfao com o ambiente trmico e considera que a insatisfao podeocorrer em razo do aquecimento ou resfriamento do corpo como um todo ou departes determinadas, o que recebe a designao de desconforto localizado.

Um tipo caracterstico de desconforto localizado o draught que o

resfriamento de uma parte do corpo, causado pelo ar em velocidade e outemperatura inadequados. A ISO 7730 (1994) apresenta uma equao que permitecalcular a porcentagem de insatisfeitos devido ao draught em funo datemperatura, velocidade do ar e intensidade de turbulncia. Essa equao aplicvel a pessoas em atividade leve, principalmente sedentria, com sensaotrmica, no corpo como um todo, prxima da neutralidade.

O desconforto localizado tambm pode ser causado por grandes diferenasentre as temperaturas nas alturas da cabea e do tornozelo, por grande assimetria detemperatura radiante ou pelo contato com superfcies frias ou quentes. A ISO 7730(1994) recomenda limites para esses tipos de desconforto nas atividades leves.

A ISO 7730 (1994) especifica que um ambiente aceitvel no que se refereao conforto trmico se a porcentagem de pessoas insatisfeitas devido aodesconforto no corpo como um todo for menor que dez por cento (PPD


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4.3 INFLUNCIA DAS VARIVEIS PESSOAIS NO CONFORTO TRMICO

O homem produz a energia necessria para a manuteno das suas funesvitais atravs do processo metablico de degradao dos alimentos. Esse processo pode ser comparado a uma lenta queima de produtos devido ao consumo de

oxignio.A maior parte da energia produzida pelo metabolismo convertida emenergia trmica e desse modo a parcela mecnica pode ser negligenciada,considerando-se o calor metablico igual taxa de metabolismo

O processo metablico libera calor continuamente e a sua produo maiorcom o aumento da atividade fsica executada. Dessa forma a taxa de metabolismorepresenta a quantidade de calor que o sistema termorregulador precisa trocar como ambiente para que o equilbrio trmico do corpo possa ser mantido e assim umdos fatores determinantes do trabalho desse sistema.

A sensao de conforto trmico inversamente proporcional ao trabalho do

sistema termorregulador; isso representa que quanto maior for o trabalho dessesistema para manter a temperatura interna do corpo, maior ser o desconforto.O sistema termorregulador atua atravs de aes fisiolgicas que interferem

nas trocas de calor do corpo com o meio.A outra varivel pessoal, isolamento trmico da vestimenta, interfere com o

trabalho do sistema termorregulador devido barreira imposta pela roupa s trocasde calor do corpo. A magnitude dessa interferncia depende principalmente dotecido e do modelo de fabricao da roupa.

4.4 ESTABELECIMENTO DA TAXA DE METABOLISMOComo tratado no item anterior, a taxa de metabolismo representa aquantidade de calor que o sistema termorregulador precisa trocar com o ambientepara que o equilbrio trmico do corpo possa ser mantido.

O calor produzido no corpo resultado da assimilao e utilizao doalimento como fonte de energia e assim o potencial calorifico da alimentaoingerida uma medida do calor que ser liberado.

Dessa forma, atravs da calorimetria humana possvel medir diretamente ocalor produzido. Esse mtodo, no entanto, exige grande disponibilidade de tempo es permite medidas integradas num longo perodo; isso dificulta a sua utilizao

prtica.A ingesto alimentar causa um aumento na produo interna de calor que denominado ao dinmica especfica ou efeito ADE. A magnitude desse efeitodepende tanto da quantidade quanto do tipo de alimento ingerido. As protenas provocam o maior efeito, seguidas pelos carboidratos com influnciasubstancialmente menor e pelas gorduras com efeito ainda menor.


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FANGER (1970) cita PASSMORE5 para afirmar que o efeito ADE de umadieta balanceada pode produzir um aumento no metabolismo que corresponde a at15% da taxa de metabolismo basal. O aumento ser maior se a alimentao for ricaem protenas.

FANGER (1970) explica que o pico do efeito ADE ocorre uma ou duas

horas aps a refeio mas o efeito persiste por um perodo total de quatro a seis.Assim, para um ciclo normal de trs refeies dirias com espaamento aproximadode cinco horas entre elas, haveria efeito ADE em todo o perodo em que a pessoaestivesse acordada.

A taxa de metabolismo no depende s da atividade fsica e da alimentaomas tambm da idade, sexo e temperatura ambiente.

MCARDLE, KATCH & KATCH (1985a) afirmam que o metabolismo basaldas mulheres de 5 a 10 % menor que o dos homens devido ao fato delaspossurem mais gordura corporal do que os homens de idade e dimenses idnticas.A gordura metabolicamente menos ativa que o msculo.

Quanto influncia da idade no metabolismo MCINTYRE (1980) mostraque o metabolismo basal decresce constantemente com a idade e que um homem devinte anos tem um metabolismo, em mdia, 12 % maior que um de 45 anos com amesmas caractersticas corporais.

Com relao ao efeito da temperatura do ar na taxa de metabolismoMCINTYRE (1980) mostra que num ambiente a 10 C, o tremor muscular podeduplicar o metabolismo de pessoas nuas em repouso. Esse autor afirma tambm queo calor afeta diretamente o processo metablico porque aumenta a velocidade dasreaes qumicas envolvidas. Ele cita CONSOLAZIO6 que encontrou um aumentode 12 % no metabolismo de atividades realizadas numa temperatura ambiente de

38 C quando comparado com o metabolismo da mesma atividade num ambiente a29 C.A representao de um ciclo de trabalho por uma taxa de metabolismo uma

tarefa difcil uma vez que esse ciclo normalmente composto por diferentesatividades que expem o homem a uma combinao de perodos de descanso e devariada solicitao fsica; alm disso, essa taxa tambm depende de fatoresindividuais e do mtodo utilizado na execuo da tarefas.

A ISO 8996 (1990) prope trs caminhos para a obteno da taxa demetabolismo, que diferem na exatido dos resultados e na aplicabilidade prtica.

O mtodo apontado por essa norma como de maior exatido o de

determinao da taxa de metabolismo atravs da medio do consumo de oxignioe da produo de gs carbnico.

5PASSMORE, R ; ROBSON, J.S. A companion to medical studies. Oxford: Blackwell, 1968. v.1.6 CONSOLAZIO,C.F. ; MATHOUSH,L.R. ; NELSON,R.A. ; TORRES,J.B. ; ISAAC,G.J.Environmental temperature and energy expenditures. J. Appl. Physiol., v. 18, 1963. p. 65-68.


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Ele parte do princpio que a oxidao dos alimentos a fonte de energia do corpohumano e que o organismo precisa extrair oxignio continuamente da atmosfera jque s pode armazenar uma quantidade muito pequena desse gs.

Assim possvel calcular a taxa de metabolismo pela equao proposta porNISHI (1981):

M 5,88. 0,23.RQ 0,77 . 2OV

ADu= +

(4.1)onde:M Taxa de metabolismo,W/m2;RQ Quociente respiratrio, razo entre o volume de CO2 produzido e o

volume de O2 consumido;VO2 Oxignio consumido em CNTP, lO2/h;ADu rea superficial do corpo de acordo com Du Bois, m

2.

O mtodo consiste em obter os volumes de oxignio consumido e de gscarbnico produzido, a partir da anlise do gs expirado pelo trabalhador num perodo representativo do seu ciclo de trabalho, normalmente inferior a trintaminutos.

O procedimento para coleta do ar expirado funo da solicitao fsica dasatividades. Quando elas so leves ou moderadas a coleta feita enquanto o trabalho desenvolvido, comeando cinco minutos aps o seu incio e tendo uma duraoaproximada de quinze minutos. Nas tarefas pesadas, a coleta comea com o incioda atividade e continua at o seu trmino, perodo usualmente no superior a cinco

minutos. Aps esse tempo o trabalhador senta e a coleta continua at que haja arecuperao do dbito de oxignio ocorrido durante o servio.Esse mtodo exige o estudo do processo de trabalho e da freqncia de

repetio das atividades para posterior avaliao dos resultados. Dessa forma, a suaaplicao prtica limitada devido aos recursos tcnicos necessrios; alm disso, asmedies podem interferir com o processo de trabalho e embora existaminstrumentos testados para a avaliao de campo, LOUHEVAARA et al. (1985),eles so caros.

MALCHAIRE et al. (1984) analisaram a validade das medidas de consumode oxignio num trabalho de campo e concluram que embora essas medidas sejamfisicamente precisas, o curto perodo de tempo utilizado nas amostragens, trintaminutos, no permite que os resultados obtidos sejam usados para avaliar overdadeiro custo fisiolgico do trabalho. Eles tambm enfatizaram que a mscarautilizada e o dispositivo de medio carregado pelo trabalhador ( 3,5 kg) afetam afreqncia cardaca e respiratria, podendo assim influenciar nos resultados.


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Outro mtodo proposto pela ISO 8996 (1990) o de obter o metabolismoatravs do registro da freqncia cardaca durante o trabalho. Esse mtodo no topreciso quanto o anterior e baseia-se no fato de que existe, para cada pessoa, umarelao linear entre essa freqncia e o consumo de oxignio e portanto tambmentre ela e o metabolismo.

Essa relao individual porque depende da idade, do sexo e da capacidadefsica, ASTRAND (1960). O procedimento padro para consegui-la submeter a pessoa descansada a um teste numa esteira ou bicicleta ergomtrica. Esse testenormalmente realizado em etapas de progressiva solicitao fsica em que a carga mantida constante por um perodo de trs minutos. As medies da freqnciacardaca e do consumo de oxignio podem ser feitas continuamente ou no ltimominuto de cada etapa.

Estabelecida a relao possvel calcular a taxa de metabolismo de umapessoa num determinado ciclo de trabalho a partir do consumo de oxignio obtidodo registro da freqncia cardaca.

O registro da freqncia cardaca em campo foi muito facilitado com afabricao de instrumentos portteis que permitem a transferncia de dados distancia, NIELSEN & MEYER (1987). Isso possibilitou liberdade de movimentosao trabalhador e praticamente nenhuma interferncia na sua rotina. A principaltcnica utilizada o registro da atividade eltrica do corao colocando-se, naregio cardaca, eletrodos ligados a um pequeno emissor porttil.

ASTRAND & RODAHL (1977) relacionaram fatores que afetam a precisodesse mtodo. Alguns desses fatores so: temperatura do ambiente, estadoemocional, posio do corpo, grupo muscular exercitado, trabalho muscularesttico etc.

A ISO 8996 (1990) recomenda a freqncia cardaca s para trabalhodinmico, desenvolvido por grupos de msculos grandes com pequena solicitaoesttica e na ausncia de sobrecarga trmica e mental.

MALCHAIRE et al. (1984) desenvolveram um trabalho de campo, com doisgrupos de doze trabalhadores, para comparar as taxas de metabolismo obtidas comos mtodos de consumo de oxignio e de freqncia cardaca. O consumo deoxignio foi medido em um perodo de trinta minutos e a freqncia cardacadurante oito horas.

Essa pesquisa revelou uma preferncia pelos registros da freqncia cardacarealizados durante todo o perodo de trabalho porque permitem analisar tanto a

solicitao num determinado instante como a mdia de todo o perodo trabalhado.O terceiro caminho proposto pela ISO 8996 (1990) para o estabelecimento dataxa de metabolismo a estimativa atravs de tabelas. So quatro tipos de tabelasque diferem quanto necessidade de observao e detalhamento do trabalho eportanto em relao ao potencial de risco de erro. As duas primeiras, com elevado


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potencial de erro, classificam a taxa de metabolismo (baixa, moderada, alta e muitoalta) pelo tipo de atividade ou pela ocupao (carpinteiro, pintor, professor, etc.). Nos outros dois tipos, que possibilitam resultados melhores que os anteriores, otrabalho detalhado em atividades especficas (construir parede, subir escada,andar, transportar peso, etc.) ou as atividades so decompostas em termos de

movimentos e esforos. Nesse ltimo caso o metabolismo de um determinadotrabalho calculado somando-se, ao metabolismo basal, as parcelas em razo dapostura do corpo, dos movimentos e dos esforos.

Os valores de taxa de metabolismo constantes nas tabelas dessa norma forambaseados numa pessoa padro de 35 anos (homem com 70 kgf e 1,70 m e mulhercom 60 kgf e 1,60 m), sendo 44 W/m2 a taxa de metabolismo basal adotada para ohomem e 41 W/m2 para a mulher. Dessa forma, nas situaes reais, precisoconsiderar que a partir dos 25 anos o metabolismo decresce constantemente comoexplicado em MCARDLE, KATCH & KATCH (1985b) e que o peso corporalaumenta o metabolismo das atividades que exigem movimentao, MCARDLE,

KATCH & KATCH (1985a).De acordo com a ISO 8996 (1990) a taxa de metabolismo pode variar 5%de pessoa para pessoa, para o mesmo trabalho e sob as mesmas condiesambientais. A experincia de campo de MALCHAIRE et al. (1984) que mediu ometabolismo de duas atividades diferentes realizadas cada qual por um grupo detrabalhadores, obteve desvio padro de 10 % para um dos grupos e 25 % para ooutro.

A obteno da energia do metabolismo atravs da medio do consumo deoxignio e da freqncia cardaca exige equipamentos adequados e tempo para osestudos necessrios; esses recursos geralmente no esto disponveis nas aplicaes

de campo e isso faz com que o metabolismo seja normalmente estabelecido a partirde valores referenciais tabelados.A influncia do avaliador na estimativa do metabolismo por tabelas foi

demonstrada pelo trabalho de KHKNEN et al. (1992) que usaram cincoobservadores experientes e cinco inexperientes para, independentemente, analisartrs ciclos de trabalho de diferentes reas. Cada ciclo foi gravado numa fita devdeo de duas horas de durao e a estimativa foi feita, observando as fitas eenquadrando as tarefas nas cinco classes de taxa de metabolismo estabelecidas natabela da ISO 7243 (1989).

As atividades analisadas nessa pesquisa foram da construo civil, mecnica

de veculos (oficina) e comrcio. Os cinco observadores experientes tinhamestudado Fisiologia e h vrios anos avaliavam a intensidade do trabalho; osinexperientes, embora fossem especialistas em Higiene Industrial, no tinhamusado antes essa tabela e por isso foi explicado a eles como utiliz-la.

Os resultados dessa pesquisa, resumidos na tabela 4.3, mostraram, para ostrs ramos de atividade e tanto para observadores experientes quanto para os


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inexperientes, grande diferena na estimativa da taxa de metabolismo. O efeitodessas diferenas fica evidente quando se utiliza esses valores para calcular o PMVe obtm-se, para o mesmo ciclo de trabalho, resultados to diversos como 0,63 e2,03 para a oficina mecnica, 1,39 e 3,00 para a construo civil e - 0,23 e 1,13para o comrcio .

Tabela 4.3 Comparativo das estimativas de taxa de metabolismo e Voto MdioEstimado obtidos na pesquisa de KHKNEN et al.(1992).

Taxas de metabolismo(W/m2)

Voto MdioEstimado

Ramos deAtividade

Observadores Medianas Intervalos Diferenas Intervalos

OficinaMecnica

Inexperientes

Experientes

192

165

170 a 230

147 a 185

60

38

1,02 a 2,03

0,63 a 1,27

Construo

Civil

Inexperientes

Experientes

240

230

200 a 260

211 a 292

60

81

1,39 a 2,44

1,58 a 3,00

ComrcioInexperientesExperientes

145135

120 a 170100 a 175

5075

0,19 a 1,04- 0,23 a 1,13

O uso de tabelas, como a da ISO 7730 (1994) e as da ISO 8996 (1990) tornao processo suscetvel a erros, tendo em vista que a escolha de valores tabeladosdificulta a considerao de diferenas individuais, de equipamentos utilizados, detcnica e ritmo de trabalho. Alm do mais, a subjetividade inerente ao processo fazcom que as diferenas entre os observadores, relativas principalmente ao nvel de

treinamento, influenciem nas avaliaes.4.5 ESTIMATIVA DO ISOLAMENTO TRMICO DAS VESTIMENTAS

A resistncia tr

avaliacao_de_conforto_termico

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