A produção de calor metabólico e o ambiente térmico provoca tensões fisiológicas independentes. O calor metabólico impulsiona a temperatura interna corporal, e o ambiente térmico impulsiona a temperatura da pele; estes stresses combinados, impulsionam a taxa de sudação. O controlo da temperatura interna depende em níveis de produção de suor adequados e da capacidade do ambiente em evaporar o suor (Brotherhood, 2008).
2.4.1 Produção de Calor Metabólico
Um dos principais fatores que contribui para a produção de calor metabólico é a atividade muscular, assim, aqueles que trabalham em ambientes mineiros têm problemas acrescidos (V. S. Miller & Bates, 2007).
A produção de Calor, proveniente da atividade muscular é normalmente o componente principal do stresse térmico durante o exercício; o calor é armazenado no corpo em função da massa corporal, do calor específico dos tecidos humanos e da sua temperatura media. A alteração aos níveis de calor do corpo resulta em alteração à temperatura corporal. Para manter um nível de temperatura do corpo tolerável durante o exercício, a carga de calor metabólico tem de ser balanceada, por uma transferência igual de calor do corpo para o
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ambiente. A transferência de calor entre o corpo e o ambiente ocorre, for fluxo térmico, e para níveis de temperatura e humidade mais baixos, através de três processos físicos: Radiação, Convecção e Evaporação. Geralmente, as transferências de calor promovem as perdas de calor pelo corpo para o ambiente, mas o calor também pode ser fornecido pelo ambiente e ser adicionado à carga metabólica do corpo, quando as condições ambientais não permitem a libertação de calor do corpo (Brotherhood, 2008).
2.4.2 Transferência de calor radiante:
A transferência de calor por radiação é a designação dada à transferência de calor entre superfícies a diferentes temperaturas, para o caso em questão, entre o corpo e o ambiente. Esta transferência, pode ser descrita pela seguinte equação (eq. 2):
Eq. 2
Onde kr é uma constante, Tsk é a temperatura média da pele e Tr é a temperatura radiante média do ambiente. As trocas de calor por radiação podem incluir simultaneamente, fornecimento de calor para um meio mais fresco, assim como fornecimento de ar fresco para um meio mais quente (Brotherhood, 2008), no entanto o mais usual é a transferência de calor para o ambiente mais fresco.
2.4.3 Transferência de calor por convecção:
A equação para a transferência de calor por convecção é a equação seguinte (eq.3):
Eq. 3
As transferências de calor convectivas são função de quatro parâmetros, como são evidentes na equação acima (eq.3), onde kc é uma constante representativa das propriedades térmicas do ar e do padrão do fluxo de ar pelo corpo, v é a velocidade do ar sobre a superfície do corpo, e Tsk e Ta são, respetivamente, as temperaturas da pele e do ar.
Em situações onde a temperatura do ar é inferior a 35ºC,a temperatura da pele é superior, por isso o calor é libertado por convecção, mas para temperaturas do ar mais elevadas do que a temperatura da pele, o calor convectivo é adicionado à carga térmica do corpo. Mas, com exercício vigoroso, mesmo em condições de ambiente fresco, as perdas de calor por convecção e radiação normalmente não são suficientes para atingir o balanço térmico, e por isso, outro mecanismo de refrigeração é necessário, a Evaporação.
A Evaporação requerida (Ereq), para manter um balanco térmico, é portanto, um componente de stresse térmico (Brotherhood, 2008).
No entanto, os parâmetros R e C não serão calculados como acima é proposto, pelo que será calculada uma carga ambiental, que é constituída pelas transferências de calor radiante e convectiva, calculada através da relação com os índices im e clo, que será em seguida descrita.
2.4.4 Carga Ambiental (R+C)
Este parâmetro, apesar das descrições e método de cálculo de cada um deles descrito acima, é feito de uma outra maneira, de acordo com certas condições ambientais e individuais. A equação usada para o cálculo de (R+C), para um homem de área superficial de 1.8m2 é a equação seguinte (eq.4):
– , em W/°C Eq. 4
Assim, assume-se que (R+C) é proporcional à diferença entre a temperatura do ar Ta (num ambiente considerado homogéneo) e 36ºC, que é aproximadamente o ponto de cruzamento entre a temperatura da pele e a temperatura do ar. Considerou-se ainda que (R+C) será inversamente proporcional à resistência térmica total do sistema de vestuário usado (clo); esta fator depende do tipo de vestuário, e é função dos movimentos do individuo e da velocidade do ar (Givoni & Goldman, 1972).
2.4.5 Trabalho externo (Wex)
O trabalho externo é o trabalho produzido pelo corpo de um indivíduo, como por exemplo, o levantar de pesos, que é parte de energia produzida pelo corpo mas que não é convertida em calor, de acordo com a lei da conservação de energia; no entanto é possível converter este trabalho externo (kg.m/min) no seu calor equivalente (W). Assim, o trabalho externo Wex (W) executado por um indivíduo de massa mt (kg), durante uma atividade com v (m/s) a uma inclinação G (%) é dado pela equação5
Eq. 5
2.4.6 Carga metabólica (Mnet)
A carga metabólica é dada pela diferença entre a taxa metabólica do indivíduo e a energia convertida em trabalho externo efetuado pelo individuo de massa mt, a uma velocidade v e inclinação G, como sugere a seguinte equação (eq.6):
Eq. 6
2.4.7 Arrefecimento evaporativo requerido (Ereq):
Para o cálculo do parâmetro Ereq é (Givoni & Goldman, 1972) utiliza-se a seguinte equação (eq.7):
Eq. 7
O parâmetro Ereq é assim determinado através do somatório da carga metabólica (Mnet) com a carga térmica ambiental, mais propriamente as trocas de calor por Radiação e
18 Objetivos e metodologia
Convecção (R+C). Claramente, o valor Ereq dá uma estimativa da sudação necessária, mas para que seja atingido o balanco térmico, suor suficiente tem de ser evaporado. A evaporação adequada pode ser atingida dependendo de dois fatores: de a produção de suor ser suficiente por parte do corpo e do ambiente permitir a evaporação suficiente de suor corporal. (Brotherhood, 2008).
2.4.8 Capacidade Evaporativa (Emax)
Para o cálculo de Emax, a equação a usar (eq.8) é (Givoni & Goldman, 1972):
– em W/mmHg Eq. 8
tendo em conta a relação de Lewis entre os coeficientes convectivos e evaporativos (2.2ºC/mmHg) e relacionando o im e os valores de clo para determinado vestuário, a capacidade evaporativa para um homem médio (Área de superfície de 1.8m2). A capacidade evaporativa do ambiente (Emax) assumiu-se como sendo proporcional à diferença entre a pressão-vapor do ar, e à pressão vapor da pele, que é 44 mmHg assumindo uma temperatura de pele de 36ºC. De igual modo, assumiu-se como proporcional ao índex de permeabilidade do vestuário (im), de que depende do tipo de roupa e da velocidade do ar.
2.4.9 Variação da massa por sudação (Δmsw)
Para o cálculo da massa liquida perdida durante a atividade, foi desenvolvida uma equação com base no Arrefecimento evaporativo requerido (Ereq) e capacidade evaporativa (Pandolf, Stroschein, Drolet, Gonzalez, & Sawka, 1986) (eq.9):
, em g/hora Eq. 9
2.4.10 Velocidade do ar efetiva (Veff)
A velocidade efetiva (Givoni & Goldman, 1972) resulta do somatório da velocidade do ar com a velocidade do ar induzida pela atividade do indivíduo; esta ultima assume-se como proporcional ao excesso de taxa de metabolismo acima do metabolismo basal (105W). Assim, a velocidade efetiva pode ser determinada segundo a equação seguinte (eq.10):
, em m/s Eq. 10
Assim, os efetivos valores de im e clo, são calculados através da relação com a velocidade efetiva do ar, através das equações presentes na tabela 1 da página 28.
2.4.11 Temperatura retal no equilíbrio
O cálculo da temperatura retal final (Givoni & Goldman, 1972), ou seja, a temperatura retal no equilíbrio, pode ser efetuado, usando a velocidade efetiva e as propriedades termofísicas do vestuário, ou seja, a partir das condições de exposição, de acordo com a equação seguinte (eq.11):
)
Eq.11
2.4.12 Temperatura retal no repouso
Os padrões de tempo da temperatura retal tiveram de ser analisados para três diferentes condições; assim, foi analisado o padrão temporal para indivíduos no descanso em ambiente de stresse térmico, o padrão de elevação da temperatura retal durante o trabalho nas mesmas condições, e a recuperação da temperatura retal depois do trabalho (no descanso).
Durante o descanso, quando as condições climáticas são de stresse térmico, demora algum tempo até que se verifiquem alterações detetáveis na temperatura retal, tempo este que designaremos por time lag, ou atraso temporal. A taxa de subida da temperatura é lenta no início, depois acelera e volta a abrandar até atingir a nova temperatura de equilíbrio. Este complexo padrão temporal, pode ser descrito pela seguinte equação (Givoni & Goldman, 1972) (eq.12):
Resting Eq. 12
Onde,
Tret - é a temperatura retal para qualquer instante t;
Tre0 - é a temperatura retal de referência, que é considerada como sendo de 37ºC;
ΔTre - é a diferença entre temperatura retal no equilíbrio Tref e a temperatura interna de
referência Tre0;
t - é o tempo (em horas), com t-0,5 a promover um atraso de tempo de 30minutos (0,5 horas) até que a elevação atinja 0,1 da variação total.
2.4.13 Temperatura retal durante o trabalho
A equação para o cálculo da temperatura retal durante o trabalho é a seguinte(Givoni & Goldman, 1972) (eq.13):
Working Eq. 13
Onde,
20 Objetivos e metodologia
Tre0 - é a temperatura retal de referência, considerada como sendo de 37ºC;
ΔTre - é a diferença entre temperatura retal no equilíbrio Tref e a temperatura interna de
referência Tre0;
k - é uma constante temporal (ºC/h) que pode ser calculada através da seguinte equação (Givoni & Goldman, 1972) (eq. 14):
Eq. 14
td – é o time lag (h) aplicado ao fator temporal devido ao trabalho produzido pelo individuo. Este time lag, ou atraso temporal, é maior ou menor, dependendo do nível de trabalho produzido (taxa de metabolismo), diminuindo o atraso temporal em função do crescimento da taxa de metabolismo. Segundo (Givoni & Goldman, 1972), o atraso temporal para uma taxa metabólica de 350W é de 10 minutos, e cerca de 6 minutos para uma taxa metabólica de 580W; assim, este atraso pode ser quantificado através da seguinte relação matemática (eq.15):
Eq. 15
Adiante, poderá ser verificado graficamente, que a curva de temperatura retal durante o trabalho (Tretwork) parte de valores abaixo da temperatura retal de referencia (Tre0); esta
situação deriva do facto de se partir sempre de um instante t=0, e como o fator temporal em Tret no trabalho é dado por uma exponencial (t-td), para valores de t inferiores a td, a segunda parcela da equação ( )torna-se negativa, pelo que esse valor é subtraido a Tre0, daí se observar o começo da curva abaixo da temperatura prevista.
2.4.14 Temperatura retal na recuperação
A fórmula usada para o cálculo da temperatura retal (Givoni & Goldman, 1972) durante o período de recuperação é a seguinte (eq.16):
Recuperação ( ) Eq. 16
Onde,
Tret - é a temperatura retal em qualquer instante t;
Trew – é a temperatura retal no inicio do decréscimo; o valor de temperatura retal inicial de
recuperação, depende da temperatura atingida no final do trabalho; no entanto, devido à inércia do corpo, a temperatura retal sofrerá, nos primeiros momentos da recuperação, uma ligeira subida de temperatura; assim, foi empiricamente considerado que a temperatura no inicio do decréscimo é a soma da temperatura final do trabalho com metade da temperatura retal no durante o trabalho.
Trer – é a temperatura retal de descanso no equilíbrio; note que, para o cálculo deste
uma vez que o trabalho exercido pelo individuo durante esta etapa é muito pouco, ou quase nulo;
tdrec – é o time lag durante a recuperação; o time lag de recuperação (Givoni & Goldman,
1972) pode ser obtido a través da seguinte equação (eq.17):
Eq. 17
α – é a constante temporal de recuperação(Givoni & Goldman, 1972); esta constante pode ser calculada através da seguinte equação (eq.18):
( ) Eq. 18
Onde,
CPeff – poder de arrefecimento efetivo (Givoni & Goldman, 1972), que pode ser calculado através da equação (eq.19):
Eq. 19