Estudo ergonômico sobre o calor

CENTRO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM PSICOLOGIA APLICADA INSTITUTO DE SELEÇÃO E ORIENTAÇÃO PROFISSIONAL

FUNDAÇÃO GETOLIO VARGAS

ESTUDO ERGONOMICO SOBRE O CALOR

MARIA

TEREZINHA VEL ARCO PINHATO

FGV/ISOP/CPGPA

Praia de Botafogo, 180 sala 1108 Rio de Janeiro - Brasil

I

I

J

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J

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'.

CENTRO DE POS-GRADUAÇÃO EM PSICOLOG~A APLICADA

~

INSTITUTO DE SELEÇÃO E O~IEN~AÇ~O PROFISS!ONAL

1

I

FU~DAÇÃOGETOLIO VARGAS

ESTUDO ERGONOMICO SOBRE O CALOR , 1 . '

por . "

MARIA TEREZIN:HA J ~ , • V.EL ARCO PINHATO

Dissertação. submetida ~o~ó req':lís.ito .parcia~ para

· i

o.b~enção do grau de

'. - ,~] ~

~.

MESTRE EM PSICOLOGIA . ,.-._,

A G R A D E C I M E N TOS

Ao Professor Charles Alfred Esbérard, por sua orientação.

A meus pais.

S

uMA

R I O

o

calor, no ambiente onde o ser humano vive ou tra balha, atribui-se a:

- fatores físicos: relação entre temperatura, ra -diação, umidade e movimento do ar.

- fatores humanos: o ser humano atua como fonte de energia através de seu metabolismo e atividade física.

o

calor caracterizado por um determinado meio am -biente é o resultado da atuação de diferentes variáveis, tais como:

- sistema de construção, situação geográfica do am biente físico, climatização artificial, etc.

- idade, sexo, capacidade física, estado de aclima tação, vestuário, tipo, carga e regime de trabalho, etc.

A partir do momento em que o indivíduo for introdu zido num determinado meio ambiente térmico, todos estes fato -res vão influenciar a transmissão de calor entre ele e o ambi-ente. Na pretensão de haver equilíbrio térmico no meio ambien-te quenambien-te, constata-se a necessidade de providenciar medidas de proteção a nível do sujeito e do ambiente, para que preval~

çam situações ambientais "confortáveis", ou pelo menos, "tole-rantes" •

Desse modo, através da: definição das condições

tê.!.

micas tolerantes e de conforto, parte-se para projetar meios ambientes de trabalho, que tornem praticáveis um isolamento térmico do calor exterior, assim como a perda de calor de den-tro para fora. Atuando-se sobre variáveis individuais e arnbie~

SUMMARY

The heat, in the environment where the human being

lives ou works, is attributed to:

- physical factors: relation between temperature ,

radiation, humidity and air movement.

- human factors: human being as an energy

by means of his metabolism and physical activity.

source

The heat characterized by a determinated environrrent

is a result of interaction of the following variables:

- system of construction, geographical situation

of the physical environment, artificial acclimation, etc.

- age, sex, physical capacity, condition of

acclimatization, clothing, type, load and regime of work, etc.

In the moment, that the person is inserted in a

determinated thermal environment, alI these factors are going

to influence the heat transmission between him and the

environment. Claiming of having thermal balance in the hot

environment, we find out the need to provide protective ~ures

of the individual and environmental leveIs, in order to

prevail "confortable" situations, or at least, "tolerable

situations.

"

According with the definition of the tolerable and

confortable thermal conditions, we have to plan work environ

-ments which makes feasible a thermal insulation of externaI

heat and the heat loss from inside to outside. Modifying

indi-vidual and environmental variables, we will act precisely on

transmission ways decreasing the heat quantity produced and/or received by organism and increasing the chances of dissipating

it.

t

N D I C E

Agradecimento --- i i i

Sumário --- iv

Summary --- v

I - CALOR NO AMBIENTE F!SICO ---~---- 01

1. Definição de calor - histórica --- 01

2. Definição atual --- 02

3. Calor e temperatura --- 03

4. Unidadesâo calor --- 15

5. Calor e trabalho --- 16

6. Transmissão de calor --- 18

6.1 - Modos de transmissão de calor --- 19

6.2 Transmissão de calor por vaporização --- 33

7. Transmissão de calor entre corpo humano e meio ambiente --- 36

7.1 - condução --- 36

7.2 - Convecção --- 37

7.3 - Radiação --- 38

7.4 - Evaporação --- 40

II - CALOR NO HOMEM - HOMEOTERMIA --- 44

1. Termoreceptores --- 44

2. Temperatura corporal e sua regulação --- 45

2.1 - Calor animal --- 45

2.2 - Regulação da temperatura ---46

3. Aclimatação

--~---

86

3.1 - Definição --- 86

3.2 - Processos da aclimatação --- 87

4. Heat Stress - Heat Strain --- 96

4.1 - Definição --- 96

4.2 - Efeitos fisio16gicos do "heat stress" --- 97

4.3 - Enfermidades do calor --- 102

4.4 - !ndices de "heat strain" --- 110

4.5 - !ndices de "heat stress" --- 113

111 - TRABALHO NO CALOR --- 122

1. Origens dos limites do trabalho no calor --- 122

2. Efeitos da carga térmica --- 123

2.1 - Efeitos fisio16gicos --- 123

2.2 - Efeitos pSico-fisiológicos --- 124

2.3 - Efeitos patológicos --- 127

3. Critérios de tolerância ao ambiente térmico --- 129

3.1 - Critérios instrumentais --- 130

3.2 - Critérios fisio16gicos --- 132

3.3 - Critérios subjetivos --- 136

4. Organização do clima ao calor --- 142

4.1 - Clima dos ambientes físicos de trabalho ---- 143

4.2 - Prevenção de calor a nível individual --- 159

4.3 - Regime de trabalho --- 173

BIBLIOGRAFIA --- 180

INTRODUçKo

Nos países de localização geográfica tropical,

co-mo é o caso do Brasil, um dos problemas mais sérios e constan

tes relacionado com o trabalhador nas diferentes situações no

campo das atividades humanas, refere-se

à baixa produtivida

~

de, sensações de desconforto e distúrbios fisiológicos,

cons-tatados como resultantes da exposição ocupacional às condi

ções de altas temperaturas durante praticamente todo o

ano.

Estes efeitos são observados tanto para atividades

externas

(trabalhos rurais, de construção civil, etc.) como para

as

diferentes atividades internas, onde desde as mais

remotas

épocas, o calor é usado nos mais variados processos de

fabri-cação (siderurgia, vulcanização, fundição, etc.).

Basicamente, o estudo da influência do calor

nas

atividades humanas começou por.ocasião da Segunda Guerra

Mun-dial, por comissões de pesquisadores norte americanos e

cana-denses, que recorreram aos processos de produção e perda

de

calor do mecanismo da termoregulação humana, como

alicerce

para seus estudos; e a partir daí na descoberta dos

extremos

deste mecanismo que podiam ser suportados em meios

ambientes

mais quentes e úmidos.

As condições de meios ambientes quentes,

estudos

mais recentes têm proposto a quantificação da intensidade de

exposição, para que dentro de certos limites seja possível re

lacioná-las com os efeitos indesejáveis.

Esta quantificação exige o exame intensivo das

diferentes intensidades e rigores das exposições, pois a si -tuação térmica do homem e seu ambiente de trabalho se estabe-lece pela complexa inter-relação entre estas três variáveis.

Em decorrência da multiplicidade dos fatores ambi-entais e individuais afetando a sensação térmica, vários índi

_.

-ces de avaliação do calor têm sido sugeridos, de tal sorte a apresentar medidas preventivas e técnicas de controle aplicá-veis aos ambientes e trabalhadores.

Conseq~entemente, a viabilidade e a conveniência

das medidas são consideradas para cada situação térmica parti cular, para a qual os fatores denotam-se de ações di vergente"s.

Este trabalho é uma tentativa no sentido de descre ver estudos e pareceres a respeito, enfatizando aspectos prin cipais atuantes na relação homem/meio ambiente térmico/traba-lho, que em termos gerais sao:

I - CALOR NO AMBIENTE F!SICO

1. DEFINIÇÃO DE CALOR - HISTORICA

Até o início do século XIX, acreditava-se que os corpos possuíam urna substância material chamada calórico. As-sim, acreditava-se que um corpo a urna temperatura mais alta possuía mais calórico do que um outro com uma temperatura mais baixa e que, quando colocados em contato, o corpo rico em caló rico cedia parte desta substância ao outro, até que ambos atin gissem a mesma temperatura. (97), p. 605.

A idéia de que calor é algo que existe num corpo não sobreviveu aos fatos experimentais. Se o calor fosse uma substância que mantivesse sua identidade, enquanto contida no corpo, nao seria possível retirar calor deste, sem alterá- lo. Mesmo assim, é freqüente descrevermos muitas das variações co-muns de temperatura, corno a transferência de algo de um corpo com uma temperatura mais alta para outro com uma temperatura mais baixa, e a este "algo" damos o nome de Calor. (97)

Muito antes da teoria do calórico ser refutada, um grande sábio russo M.L. Lomonósov, através de seus trabalhos feitos entre 1744 e 1760, afirmavà que:

o

calo~ con~~~te

no

mov~mento ~nte~no

da

maté~a;

no

mov~mento

de

~otação da~ pa~tXcula~

do

co~po,

de

mo-do que a ação mo-do

calo~ p~ovém

do

mov~mento

de

~ota

-ção

de

~ua~ pa~tXcula~;

quando

o

a~ tem~e~ado e~quen

ta

o~ objeto~ 6~o~

que

o

~ode~am,~e~ âtomo~ exc~ ~

zam

na~ pa~tXcula~ do~ co~po~

com

o~ qua~~ e~tão

em

contacto, um

mov~mento

de

~otação

que

é

a

ca~a

do

-.

Ainda que seus postulados não coincidam totalmente com os admitidos hoje, contribuiram muito para a atual

concep

-çao de calor.

2. DEFINIÇÃO ATUAL

Atualmente toda conceituação de calor baseia-se no calor como uma forma de energia, e não como uma substância

,

-.

concepçao anteriormente adotada.

De acordo com estes conceitos, a energia térmica não é mais do que a energia cinética e potencial das moléculas, átomos e demais partículas elementares. O aumento da velocida-de com que se movem as moléculas é percebido por nós como uma elevação da temperatura do corpo, que, por conseguinte, carac-teriza a intensidade do movimento molecular (117):

Calor é, então, a energia transmitida de um corpo a outro exclusivamente devido

à

diferença de temperatura entre eles (97); ocorre sempre que existir um gradiente de temperatE ra no interior de um sistema ou quando dois sistemas com dife-rentes temperaturas são colocados em contato (70).

Pode-se observar, por exemplo, que se um bloco quen te de cobre for colocado num recipiente com água fria, o cobre esfria e a água se aquece, até que seja atingido o equilíbrio de temperatura. O aumento da temperatura da água e o abaixamento da temperatura do cobre são devidos

à

passagem de uma forma de energia do cobre para a água. Nenhum destes sistemas, tanto o cobre como a água, tinha calor. Quando ambos sistemas foram postos em comunicação térmica, houve a passagem do calor do cobre

à

agua, até as temperaturas se igualarem (76).

3. CALOR E TEMPEoRATURA

3.1 - Definição

manei-ra mais simples de distinguir entre corpos quentes e frios. Por meio dele, podemos dispor os corpos em ordem de aquecimento

,

decidindo, se A está mais quente do que B, se ~ está mais que~ te do que C, etc ••• ~ claro que este é um procedimento muito subjetivo para determinar a temperatura de um corpo e, certa -mente, não é muito útil a propósitos científicos.

Necessita-se de uma medida objetiva e numérica de temperatura. Para isto, tenta-se primeiramente entender o sig-nificado de temperatura através de um exemplo: supoe-se que um

objeto~, que parece frio em contato com nossa mao, e um obje-to B, idêntico, que parece quente, sejam colocados em contato um com o outro. Após um intervalo de tempo suficiente, A e B darão origem

à

mesma sensação de temperatura. Diz-se então,que

A

e B estão em equilíbrio térmico um com o outro. A comprova -ção lógica e operacional do equilíbrio térmico consiste em usar um terceiro corpo, tal como um termômetro para corpo de prova.

o

exemplo acima resume-se no postulado freqnenterne~

te denominado lei zero da Termodinâmica: Se A e B estão em equilíbrio térmico com um terceiro corpo C (o termômetro), en-tão A e B esen-tão em equilíbrio térmico entre si. A idéia

conti-da nesta lei

é:

Exi~~e

uma

g~andeza e~cala~,

denominada

~empe~a~u~~

que

é

uma

p~op~edade

de

~odoh o~ ~ih~emah ~e~modi­

nâmicoh

lem

eh~ado

de

equilZb~io), ~al

que a

igual-dade

de

~empe~a~u~a

ê

uma condlcão

nece~hã~a

e

~u-6icien~e pa~a

o

equlllb~o ~ê~mico(971

p.

586.

-mas, quando todos eles são colocados em contato; é uma medida do estado de aquecimento ou de frieza de um sistema (97); é uma grarideza fundamental, que caracteriza o estado de um cor

-po (117).

3.2 - Unidades de temperatura

As unidades de temperatura mais usuais são °c e °P, que provêm de duas escalas termométricas: Celsius e Pahrenheit. são definidas em função da escala Kelvin, que é a escala termo métrica fundamental em Ciência (97). Nesta escala Kelvin, tam-bém chamada escala absoluta de temperatura, a distância entre os pontos constantes está dividida em cem partes, o mesmo que na escala Celsius, porém seu zero (zero absoluto, que segundo Lomonósov é "0 grau absoluto e último de frio" (117), p. 21) e!!

contra-se a duzentas e setenta e três divisões abaixo do ponto de fusão do gelo.

A

temperatura medida por esta escala denomi-na-se temperatura absoluta (T) e se expressa por um número de

(OK)

graus (117) •

o

grau da escala Celsius (oC) tem mesmo valor que o grau da escala Kelvin. A temperatura correspondente à fusão do gelo

é

O °c e a correspondente à ebulição da água, à'pressão

de 1 atm (760 mm Hg)'

é

de 100 °C.'

~

Então, pode-se chegar a seguinte relação:

OOK =

2730K

=

3730K

=

3.3 - Medidas da temperatura do ar

Dentro do meio ambiente do ser humano, um dos ele mentos básicos é o tempo atmosférico, que compreende a condi -ção e as características da atmosfera num dado momento, daí designando

à

temperatura do ar uma importância fundamental.

As variações de temperatura atmosférica são observa das através dos termômetros. O tipo mais comumente usado nas observações metereológicas de superfície é o termômetro de vi-dro.

o

termômetro de vidro consiste num tubo de vidro fe chado, com um canal capilar interno, de diâmetro uniforme, que termina num bulbo dilatado em uma das extremidades. Este bulbo e certa porção do canículo contém uma certa substância líquida (mercúrio, álcool etílico ou pentana). A variação do volume destas substâncias é proporcional

à

variação da temperatura.Os termômetros de máxima e de mínima são termômetros usados na ob tenção de temperaturas mais elevadas e mais baixas durante um dado intervalo de tempo.

Além dos de vidro, temos:

de Bourdon (tubo metálico curvo, achatado, cheio de líquido) e o termômetro metálico que age pela expansão desigual de

metais diferentes (termômetros

à

dilatação de sólidos).

dois

b) termômetros elétricos, que são variações do ter-mômetro de Bourdon, usados especialmente na indústria.

c) termômetros elétricos usados nas observações de altitude.

c) termógrafos, que obtém o registro contínuo da temperatura (10).

e} psicrômetro, instrumento usado para o ar úmido , determina a temperatura úmida e a temperatura seca, associando um termômetro seco e um úmido. O psicrômetro de arremesso ("sling psychrometer") e o psicrômetro de aspiração ("aspira -ting psychrometern

) , há muito tempo têm garantido a obtenção destas duas temperaturas (134).

3.4 - Variações da temperatura do ar

Há mais de um século, na Europa, têm sido feitas ob servaçoes padronizadas da temperatura, através de leituras diá rias e registro termográfico, obtendose valores anuais, men -sais e diários, bem como valores médios de temperaturas max~- ...

.

~

.

mas e m~n~mas e os extremos das temperaturas mais elevadas e mais baixas.

ocorre em média, não ao meiodia, mas entre 14:00 e 17:00 ho -ras, pois uma quantidade maior de calor é recebida do Sol ao meio-dia e durante uma parte da tarde a Terra e o ar próximo

à

superfície continuam a receber mais calor do que perdem e, co~ seqfientemente, a temperatura continua a elevar-se até que seja atingido

um

equilíbrio entre o calor recebido e o calor elimi-nado, fenômeno denominado" retardamento ou espaçamento do máxi mo" • Depois de seu máximo, a temperatura normalmente começa

a

cair com rapidez até aproximadamente 20:00 ou 22:00 horas

e,

em seguida de modo mais lento, até que o calor adicional venha a ser novamente recebido do Sol. Assim, a temperatura

ocorre pouco antes do nascer do Sol.

Observa-se, que para cada determinado lugar existe uma variação diária característica, indicando diferenças clim~

ticas importantes entre os hemisférios com relação

à

marcha anual de temperatura (lO).

3.5 Variáveis relacionadas com a temperatura do ar

3.5.1 - Umidade

a) vapor d'água. Nossa atmosfera é uma mistura muitos gases: de· um lado os gases constituintes do ar seco (o: gênio, azoto, anidrito carbônico), de outro lado o vapor

água, constituinte responsável pela umidade do ar.

O vapor d'água é o mais variável dos gases atmosf ricos, aparecendo de zero até um máximo de 4% em volume.

t

E

tremamente importante para a existência humana, contribuinà

ra o aquecimento e resfriamento da superfície terrestre e rela cionando-se diretamente com a distribuição e extensão de preci pitação sobre a Terra.

Este vapor, no ar úmido, origina-se das superfícies líquidas, da umidade do solo e das plantas. As moléculas se desprendem, escapam destas superfícies úmidas através da evapo ração. A evaporação depende da temperatura destas superficies, e a energia usada pelas moléculas que escapam, para se libert~

rem da atração das outras moléculas, energia esta usada única e exclusivamente para efetuar a mudança de estado, denomina-se calor latente de evaporação. Algumas vezes, o vapor d'água corre da passagem do estado sólido para o gasoso, processo de-nominado sublimação, e a energia utilizada como calor latente de sublimação. (10)

b} pressão e saturação do vapor d'água. Da mesma forma que os outros gases atmosféricos, o vapor d'água exerce pressão em todas as direções, independente da pressão dos ou-tros gases. A força exercida depende da concentração do vapor

(número de moléculas por unidade de volume). Comumente se ex -pressa em milibares, polegadas ou milímetros de mercúrio.

máximo de umidade compátivel com sua temperatura, sendo que e~ ta quantidade não é ilimitada, mas depende da pressão de satu-ração do vapor, que por sua vez é função da temperatura do ar(23)

c) ponto de orvalho e condensação. Ponto de orvalho

é

aquela temperatura em que ocorre a saturação, quando uma de-terminada massa de ar é resfriada a uma pressão constante sem adição ou remoção de vapor d'água, e portanto, determinado pe-la pressão do vapor d'água e, se expressa em graus de tempera-tura.

Se o ar é resfriado além de seu ponto de orvalho

,

uma parte do vapor d'água se condensa, procedendo-se a mudança de um gás em líquido (condensação). Neste processo, uma quanti dade de energia é transformada em calor, denominado calor la tente de condensação. Quando sob certas condições a condensa -çao

é

retardada até que o vapor seja resfriado consideravel -mente abaixo do seu ponto de orvalho, o ·ar acha-se supersatura

ºº-.

d) expressão da umidade do ar. Umidade absoluta é a massa de vapor d'água por unidade de volume de ar, é a rela-ção entre o peso do vapor e o volume ocupado, ou seja, é o pe-so do vapor d'água contido em cada metro cúbico de mistura de ar. Geralmente, se expressa como o número de gramas de vapor d' água por centímetro cÚbico

(la,

23).

pressão total do ar, desde que as pressões exercidas pelos ga-ses sejam proporcionais às suas massas. Assim podemos ter:

q

=

peso do vapor _{peso do ar}

=

pressao do vapor (e) _{pressao total do ar Cp}}

=

Ke , _p

onde K é uma constante que depende da unidade de expressa0 da umidade específica. Como esta usualmente se expressa em gramas de vapor d'água por quilograma de ar, a equação fica:

q

=

622 e _p (10), p. 44

Quando se usa o peso do vapor d'água por unidade de peso de ar completamente seco, a pressao do ar seco em lugar da pressão total do ar, estamos exprimindo a razão de mistura.

Umidade relativa

é

a razão entre a quantidade de va por d'água presente no ar e a quantidade necessária para a sa-turação do ar, sob condições constantes de pressão e t"emperatu ra. Esta umidade apresenta uma variação anual e diurna, em mé-dia maior durante a parte mais fria do ano e menor durante a mais quente (2l). ~ sempre expressa em percentagem e sua ex pressão algébrica comum

é:

f = _es e ; (10), p. 45

onde, f ê a umidade relativa, e

é

_{a pressao do vapor e es e}

-

~

pressão de saturação do vapor (10). Segundo Sushkov,

umldade

~elatlva ~

a

~azão ent~e

a umldade

ab~oluta

eáetlva e

a umldade

ab~oluta

do

a~ ~atu~ado

a

me~ma

tempe~atu~a;

quando a umldade

~elatlva áo~

19ual a·

l,

o

a~ e~tã ~atu~ado

{1111, p. 359.

-e) medidas da umidade. As mensuraçoes de umidade , ponto de orvalho e pressão do vapor d'água são convencionalmen te determinadas por leituras fornecidas pelo bulbo seco e bul-bo úmido do psicrômetro de aspiração ou de arremesso, através de mapas ou tabelas psicrométricas (134).

o

psicrômetro giratório é usado geralmente para me-didas de umidade através da diferença de temperatura entre bul bo seco e bulbo úmido, denominada "de'pressão do bulbo úmido " Dada esta diferença, é possível obter o ponto de orvalho, a pressão do vapor e a umidade relativa por meio de Tabelas Mete reológicas Smithsonianas.

Tanto o ponto de orvalho, como a umidade relativa , podem ser determinados diretamente por instrumentos específi -cos, tais como: higrômetro de ponto de orvalho, higrômetro elé trico, mecânico, etc., respectivamente, enquanto a determina -ção da pressao parcial do vapor d'água, somente se obtém indi-retamente (10, 79, 134).

3.5.2. - Movimento do ar

a) variações. O ar pode mover-se horizontalmente quando denomina-se vento, e verticalmente, como corrente.

,

maior quanto maior for a velocidade do vento, sendo maior sobre a terra do que sosobre o mar, maior sosobre florestas e cida -des do que em terreno plano e liso. Em parte, esta turbulência é causada pelas irregularidades e pelo atrito (10).

Observações têm denunciado a ocorrência de variação anual na direção e velocidade do movimento do ar. A velocidade apresenta-se geralmente maior no inverno e primavera, e menor no verão e outono devido a um maior contraste de temperatura , entre as latitudes elevadas e baixas no inverno e primavera; e a direção varia freqüentemente com as estações do ano, em decorrência de contrastes de temperatura entre as áreas terres -tre e oceânica. Além disso, ocorrem variações diurnas, sendo que a velocidade normalmente é maior durante o dia do que a

-noite, principalmente no verão, em conseqüência da elevação do ar da superfície durante o dia acarretando a descida do ar mais frio das camadas de cima.

b) medidas do movimento do ar. Para fins de regis -tro da direção do vento, nós temos os anemoscóp~os que dão um registro contínuo da direção, e também o meteorógrafo, denomi-nado registrador triplo, porque além da direção, registra a ve locidade, a luz solar e precipitação.

Na mensuração da velocidade têm-se:

- catatermômetro seco,. considerado o mais simples de todos os instrumentos, é usado para medir velocidades do ar entre 15 e 250 cm/seg., utilizando-se um mapa de aferição.

-vantagem principal com rela'ção ao catatermômetro é a necessida de de fonte elétrica e voltímetro preciso.

- anemômetro

ã

agulha quente ("hot wire") designado para correntes de ar turbulentas, é sensível ao movimento do ar até 100 cm/seg.

- anemômetro

ã

palheta ou velômetro, utilizável so-mente para velocidades acima de 100 cm/seg., para correntes de ar unidirecional;

- e outros anemômetros. (10, 79, 134).

3.5.3 -Pressão atmosférica

A pressao do ar num determinado ponto é aquela for-ça exercida em todas as direções, por efeito do peso total do ar considerado acima deste ponto. A pressão atmosférica pode ser expressa em polegadas, milímetros ou milibars.

Atmosfera normal ou simplesmente uma atmosfera é a pressao média que o ar atmosférico exerce a nível do mar, lati tude 450 , igual a de uma coluna de mercúrio de 760 mm de

altu-~

o

ra, a temperatura de O C, portanto, 1 atm.

=

760 mm Hg (OoC)

=

29,92 polegadas (pol)

=

1013,2 milibars (mb)

A pressão atmosférica varia com a altura, portanto,

à

medida que nos elevamos acima do nível do mar, o peso do ar apresenta-se diminuído e a pressão cai; daí, todas as leituras da pressão são obrigatoriamente reduzidas ao nível do mar. Va-ria também na horizontal, ao nível do mar, em função das modifi cações das condições atmosféricas.

As variações de pressão apresentam-se diferentescom as latitudes e estações do ano, observando-se que fora das la-titudes tropicais, nas regiões equatoriais as variações diá rias são maiores, corno também o são no inverno.

d} medidas da pressao atmosférica. Os barômetros são os instrumentos usados na mensuração da pressão atmosférica. O barômetro de mercúrio, originalmente inventado por Torricelli,

em 1643, deu origem aos instrumentos usados atualmente. O barô

metro de mercúrio fornece a medida mais acurada da pressão at-mosférica, a' despeito da necessidade de se fazer correções de temperatura e de gravidade.

Os barômetros aneróides são compensados para a tem-peratura e não necessitam de correção para a gravidade, mas são menos precisos do que os de mercúrio. O barógrafo é um ba-rômetro aneróide que registra continuamente a pressão.

4. UNIDADES

ro

CALOR

A unidade de calor Q pode ser definida quantitativ~

Quilocaloria (Kcal) é a quantidade de calor necessá ria para elevar de 10C a temperatura da massa de um quilograma de água. A caloria (cal), como sub-múltiplo de Kcal, é a quan-tidade de calor necessária para elevar de 10C a temperatura de um grama de água; "calorias são reconhecidas como 'quanta' ab~ trata de uma forma de energia conhecida como calor" (65), p. 1284.

BTU (British Thermal Unit) é o calor necessário pa-ra elevar de 10F a tempepa-ratupa-ra de uma libpa-ra massa de água.

As unidades de calor assim se relacionam:

1,000 Kcal

=

1000 cal

=

3,968 BTU (~ 4,000 BTU) Para uma dada massa (M) (quantidade de matéria con-tida por um corpo), a quancon-tidade de calor necessária para um determinado acréscimo de temperatura depende da substância. De

nomina-secapacidade térmica (C) de um corpo, o quociente en-tre a quantidade de calor forne~ida ao corpo e o acréscimo cor respondente de temperatura; é o calor necessário fornecido a um corpo para elevar de uma unidade (um grau) sua temperatura. A capacidade térmica por unidade de massa, ou seja, a quantida de de calor necessária para elevar a temperatura de um grau da unidade de massa de uma substância é denominada calor específi

E2.,

c. (9 7) •

s.

CALOR E TRABALHO

somen-te se transforma; cada forma de energia pode transformar-seem outra, com a particularidade de que ao produzir-se a transfor

-maçao, uma quantidade determinada de forma de energia que de-saparece, produz uma quantidade equivalente a ela de outra forma de energia.

Do ponto de vista da teoria cinético-molecular, a equivalência do calor e do trabalho é completamente evidente, pois segundo esta teoria, o calor de um corpo material nao é

outra coisa senão a energia mecânica do movimento de suas partículas mais pequenas (moléculas e átomos) (117).

o

trabalho, como o calor, implica em transferência de energia, só que o trabalho está relacionado com transferên cia de energia onde a temperatura não se acha envolvida. (97)

5.1 - Equivalente mecânico do calor

Como o calor é uma forma de energia, pode ser ex -presso em termos de seu equivalente mecânico. James Joule foi o primeiro a medir cuidadosamente a energia mecânica equiva -lente

à

energia térmica, mostrando que experimentalmente, na conversão da energia mecânica em calor, a mesma quantidade de

-energia mecânica correspondia sempre a mesma quantidade de ca lor, estabelecendo assim definitivamente a equivalência entre trabalho mecânico e calor como duas formas de energia. Estab~

leceu o número de joules equivalentes a uma caloria, ou o nú-mero de pés-libras equivalentes a um BTU, como os seguintes:

equivalendose a dizer, por exemplo, que 4186 joules de ener -gia mecânica, quando convertida em calor, elevará a temperatu-ra de 1 Kg de água de 14,SoC a lS,SoC. (97)

6. TRANSMISSÃO DE CALOR

A transmissão de calor pode ser definida como a transmissão de energia de uma região para outra, como resulta-do da diferença de temperatura entre elas. A energia

é

transmi tida sempre que existir um gradiente de temperatura no inte rior de um sistema, ou quando dois sistemas com diferentes tem peraturas são colocados em contato.

Todos os processo de transmissão de calor envolvem a transferência e conversão de energia, abrangendo assim a pri meira e segunda leis da Termodinâmica (ramo da ciência que tra ta da relação entre calor e outras formas de energia) (70):

la. lei da Termodinâmica:

'a

energia não se cria, nem se destrói, somente se transforma; cada forma de . energia pode se transformar em outra, com a particularidade de que ao produzir-se a transformação uma quantidade determinada da forma de energia que "desaparece", produz uforma quantidade equiva -lente a ela de outra forma de energia- (117), p. 43.

19.

pIos de processos irreversíveis que se realizam em uma

..

unl.ca

.

direção, assim, "todas as transformacões térmicas que têm lu-gar na natureza são unilaterais e consistem na passagem do c~ lor dos corpos que possuem temperatura mais alta aos que pos-suem mrisbaixa, o que faz com que se equilibrem suas tempera-turas, ou bem, na transformação do trabalho em calor" (117)

,

p. 111.

6.1 - Modos de transmissão de calor

A literatura geralmente reconhece três maneiras di ferentes de transmissão de calor. Estritamente falando, apenas condução e radiação devem ser classificados como processos de transmissão de calor, porque somente estes dois mecanismos de pendem para sua operação, da mera existência de uma diferença de temperatura. A convecção não concorda estritamente com a definição de transmissão de calor, porque também depende para sua operaçao do transporte mecânico de massa. Mas, como a con vecção também efetua a transmissão de energia de regiões de maior temperatura para as de menor, o termo "transmissão de calor por c·onvecção" tornou-se aceitável. (70), p. 4.

6.1.1 ~ Condução

De acordo com a teoria cinética, a temperatura de

um elemento de matéria é proporcional

ã

energia cinética mé

-dia de suas moléculas constituintes. A energia intrínseca de

um elemento de matéria, em virtude da velocidade e posição re

~ativa das moléculas, é chamada energia interna (U). Assim

,

quanto mais rápido se movem as moléculas, maior será

atempe-ratura e a energia interna do elemento de matéria.

Quando as moléculas em uma região adquirem uma

energia cinética média maior do que aquela das moléculas da

região adjacente, conforme manifestado por uma diferença de

temperatura, as moléculas possuidoras de maior energia

trans-mitirão parte dessa energia para as moléculas da região de

temperatura mais baixa. A transferência de energia pode ter

lugar pelo impacto elástico (como nos fluidos: corpos cujas

moléculas não aderem entre si, de modo que o corpo sem consis

tência torna a forma do recipiente que o contém. Diz-se das

substâncias líquidas ou gasosas.), ou por difusão em elétrons

de movimento rápido das regiões de alta temperatura para as

de baixa (corno nos metais) •

Independente do mecanismo exato, que de forma algu

ma

é

totalmente entendido, o efeito observável da condução de

calor consiste na igualdade de temperatura. Entretanto, se di

ferenças de temperatura forem mantidas pela adição ou remoção

de calor em pontos diferentes, um fluxo contínuo de calor da

região quente para a fria será estabelecido.

A condução é um mecanismo pelo qual o calor pode

21.

nestes meios usualmente ela é combinada com a convecção e

al-gumas vezes com a radiação" (70), p. 4-5

- lei básica para condução.

A

relação básica para

a transmissão de calor por condução foi proposta por Fourier

em 1822, onde

~,

o fluxo de calor por condução em, um mate

rial, é igual ao produto das seguintes quantidades:

K - condutividade térmica do material.

A -

área da secção através da qual o calor flui por

condução, medida perpendicularmente

à

direção do fluxo.

dT/dx gradiente de temperatura, razão de varia

-çao da temperatura T com a distância na direção do fluxo

de

calor x.

Para a equação de condução, deve-se adotar uma

co~

venção de sinal. Especificando-se que a direção de aumento de

distância x deve ser a direção do fluxo de calor

positivo,pe-la 2a. lei da Termodinâmica, o calor

~utomaticamente

fluirá

dos pontos de temperatura mais alta para os de mais baixa,

o

fluxo de calor será positivo quando o gradiente de

temperatu-ra for negativo.

A

equação elementar é:

k

dt

q = -:KA

-ax

o

fluxo de calor

~

é expresso em Kcal/hr (BTU/hr),

a área

A

em m

2

(ft

2

), o gradiente de temperatura dT/dx

°c/m (oF/ftl e a condutibilidade térmica

k em Kcal

T-h;...;;r'-.-m-.""'Io"""C=-(BTU

) .

lhr.ft.OF

em

22.

A

condutibilidade térmica

K

é uma propriedade do material e indica a quantidade de calor que fluirá através de uma área unitária, se o gradiente de temperatura é unitário

Em

geral, a condutibilidade térmica varia com a temperatura • Os materiais de alta condutibilidade térmica são denominados condutores de calor, enquanto os de baixa condutibilidade,iso lantes.

A diferença de temperatura entre a mais alta ( T

quente) e a mais baixa (T fria), consiste no potencial que causa o fluxo de calor. Considerando L como a T fria, L/AK e

-equivalente a uma resistência térmica RK,que a parede ofere-ce ao fluxo de calor por condução e temos, RK

=

L/AK.

A recíproca da resistência térmica é chamada condu tância térmica: Kk

=

AK/L, e K/L é a condutância térmica uni-tária para fluxo de calor por condução (condutância

por unidade de área).

térmica

As unidades para condutância sao Kcal/hroC (BTU/ hroF) e para a resistência térmica unitária, hroC/ Kcal(hroF/ BTU) {70), p. 7-10.

6.1.2 - Radiação

A radiação é um processo pelo qual o calor flui de um corpo com alta temperatura para um de mais baixa, quandoos mesmos estão separados no espaço ainda que exista vácuo en-tre eles.

23.

tas ondas

é

subdividida em classes de acordo com o comprimen-to de onda ou freqüência. A freqüência

YE

(número de cristas que passa por um dado ponto num segundo) depende inteiramen-te da natureza de sua foninteiramen-te; o comprimento ~ (distância entre duas cristas consecutivas ou pulsações) é definido como a

ra-zao da velocidade de propagação para a freqüência (:.t = V Iv) ,

(10), p. 83. A unidade de comprimento de onda usada é o mi -cron

(~)

que é igual a 10-6m ou 3,94 • 10-5 pol.

As ondas 'dispostas no 'espectro eletromagnético de acordo com seus comprimentos de onda assim se apresentam: na extremidade para ondas curtas, as extremamente curtas conheci das como raios cósmicos, raios gamas e raios X; a seguir na or dem crescente de comprimento os raios ultravioletas, a luz vi sível, a infravermelha ou os chamados raios caloríficos e fi-nalmente as ondas elétricas Hertzianas.

A composição espectral da radiação eletromagnética emitida pelos corpos, então varia com a temperatura de modo que somente em temperaturas elevadas (incandescência), os cor pos emitem raios visíveis. A parte visível da radiação é deli mitada pelos comprimentos de onda de

0,4)L ,

a

0,8)L,

acima de 0,8

f'

temos os raios infraverrl1elhos e abaixo de 0,4

J.L

os ultravioletas, raios X e raios Y. Os nossos sentidos sao cap~

zes de determinar a radiação se seus comprimentos de onda caí rem dentro da região espectral entre 0,1 e 100fL.

atra-vés do espaço. A energia assim transmitida é chamada calor ra diante ou radiação, e portanto se refere

à

emissão radial de energia de um objeto e

à

energia transferida (10).

a) calor radiante de um corpo. Todos os corpos emi tem continuamente calor radiante. O calor radiante

é

emitido na forma de impulsos ou "quanta" de energia. O movimento da energia radiante no espaço se assemelha

à

propagação da luz e pode ser descrito pela teoria de ondas, tanto que a energia radiante percorre com a velocidade da luz (300.000 Km/s.) edi ferem apenas nos respectivos comprimentos de onda.

A potência emissiva total E

é

a quantidade total de radiação emitida por um corpo, por unidade de área e tempo, e depende da temperatura e das características da superfície deste corpo.

Quando a radiação atinge um corpo, ela é parcial -mente refletida, parcial-mente absorvida e parcial-mente trans-mitida, obtendo-se a seguinte relação:

O{,+

r

+

l'

= 1 (70), p. 208

onde

~= absortividade, fração de radiação incidente absorvida pelo corpo, aquela parte de energia radiante que pe netra no corpo e não

é

transmitida através do mesmo.

e aqueles que não refletem luz, só podem ser vistos, se emiti rem ondas próprias de luz.

rr=

transmissividade, fração de radiação inciden-te transmitida através do corpo. A radiação transmitida nao é afetada pela matéria que atravessa e não exerce efeitos so-bre a mesma.

Para os corpos que nao transmitem radiação que:

ex-

+

p

= 1

temos

"As magnitudes relativas deOl..,p e 't'nao depen-dem apenas do material, espessura e acabamento superficial do corpo, mas também variam com o comprimento de onda da radia -ção" (70), p. 209.

b} corpo negro. Corpo negro consiste num conceito teórico que na prática pode ser apenas aproximado, usado como padrão na comparação das características de radiação de outros corpos.

"O corpo negro, também denominado irradiador ideal, defini-se como o corpo que absorve toda radiação incidente so bre ele e não reflete ou transmite; e como um irradiador, que emite a máxima quantidade de energia possível em todos os comprimentos de onda para especificada temperatura" (70, p.209).

lei de Kirchhoff:

A lei fixa um limite superior para a potência emis siva de um corpo. A máxima potência emissiva ocorre quando ~ tem seu valor máximo, a unidade, sendo esta uma condição apli cável ao corpo negro. Um corpo negro, como um irradiador ide-al, com sua potência emissiva designada pelo índice b, será Eb. A potência emissiva de outros corpos é menor ao que a do negro e a razao E/Eb é a emissividade

E

do corpo.

Pela lei de Kirchhoff, a razao E/Eb também é igual

ã

fração de absorção, pois

ot.

b

=

1. Assim, 11 no equilíbrio tér

mico a absortividade e a emissividade de um corpo são iguais". "para um corpo negro ambos são iguais

à

unidade 11 (70 , p. 210)

- lei de Stefan-Boltzmann (lei básica para radiação) A potência emissiva de um corpo negro depende so -mente de sua temperatura. Uma relação quantitativa entre a temperatura e a potência emissiva total de um corpo negro foi obtida inicialmente por Stefan, em 1879, quando :estabeleceu que a energia irradiada por um corpo negro é proporcional à

quarta potência de sua temperatura absoluta, Eb =V'T4, onde

G'

constante de proporcionalidade com valor médio de 4,92. 10-8, se Eb estiver em Kcal/m2/h e T em graus absolutos. (70)

- lei de Planck

~ a relação que mostra a distribuição de potência emissiva para os diferentes comprimentos de onda. Assim, o

fluxo de energia propagado dentro de um comprimento de onda

é

função da temperatura absoluta da fonte e do c~mprimento de onda considerado, e pela lei de Kirchhoff: "para um corpo ne-gro, a qualquer temperatura, o coeficiente de emissão é igual ao coeficiente de absorção", donde

é.

=

d..J

=

1, sendo que O(.,

é

função da superfície (rugosidade, polimento, oxidação), cor, temperatura e ~e,

é

é função da superfície, cor e temperatu-ra. (76)

c) corpo cinza. Como se sabe o corpo negro nao existe na natureza, surgindo o problema então de como calcu -lar a energia emitida pelos corpos reais.

A radiação de superfícies reais difere da radiação do corpo negro, sob vários aspectos. Segundo a lei de Kirchhoff, uma superfície real sempre irradia menos do que um corpo ne-gro

ã

mesma temperatura. Se a dada temperatura a razão da po-tência emissiva mD.nocromática (relativa

ã

freqüência e compri mento de onda determinado) de um corpo para a potência de um corpo negro com mesmo comprimento de onda,

é

constante para todo o espectro, o corpo é dito como cinza e sua energia emi-tida

é

uma fração da emitida peio corpo negro. (70). Esta fra ção denominada emissividade

tE>

será então: E =. Eg/Eb

Eg = energia emitida por um corpo qualquer cinza,

e

(Kcal/hr.rn2) (70), p. 211

Enquanto que o corpo negro tem seu poder de refle-xão (p) nulo, portanto, poder de emissão ( é ) e poder de ab-sorção (~) igual a li o corpo cinza tem poder de reflexão não nulo e, conseq~entemente, poder de emissão e absorção inferio res

à

1. Assim,

p

=

1 ~.

Praticamente, um corpo usualmente emite o grosso de sua radiação com comprimentos de onda diferentes daqueles com os quais ele recebe radiação. Desta forma, os valores mé-dios de

E

e oVnão são necessariamente os mesmos, e, para ava-liar corretamente

E

e

ex..,

para um corpo real deve-se escolher «..correspondente ao comprimento de onda ou a temperatura na qual a radiação incidente no corpo foi emitida e,

é

correspon de

à

temperatura atual do corpo. (70)

d) radiação de gases (vapores e chamas). Os sóli -dos irradiam em to-dos os comprimentos de onda do espectro

,

mas os gases emitem e absorvem radiação apenas entre regiões estreitas de comprimento de onda, chamadas bandas.

A intensidade de radiação do gás aumenta menos ra-pidamente com a temperatura do que a intensidade de radiação do corpo negro. A razão deste comportamento é que, com

Além disso, a emissão e a absorção de energia radi ante são essencialmente fenômenos de superfície para um corpo sólido, mas nos cálculos de radiação emitida ou absorvida por uma camada gasosa, sua espessura, pressão, forma, assim como a área da superfície devem ser levadas em consideração. (70)

6.1.3 - convecção

"~ um processo de transporte de energia pela açao combinada de condução de calor, armazenamento de energia e mo vimento de mistura. Não depende meramente da diferença de tem peratura, e assim, não preenche estritamente a definição de transmissão de calor. Entretanto, o efeito líquido consistin-do na passagem de energia em direção de um gradiente de tempe ratura, também se classifica como um modo de transmissão de calor.

A transferência de energia, por convecçao, de uma superfície cuja temperatura está acima daquela do fluido en -volvente tem lugar em várias etapas. Primeiro, o calor fluirá por condução, da superfície para as partículas adjacentes de fluido. A energia assim transferida, servirá para aumentar a temperatura e a energia interna destas partículas fluidas,que se moverao par~ uma região de menor temperatura no fluido, on de se misturarão e transferirão uma parte de suas energias pa ra outras partículas fluidas. O fluxo neste caso é de fluido, assim como a energia. A energia é armazenada nas partículas fluidas e é levada como resultado do movimento de sua massa".

a} ,convecçao natural. A transmissão de calor, por convecção natural, ocorre sempre que um corpo

é

colocado num fluido a uma temperatura mais alta ou mais baixa que a deste corpo. Em conseqüência da diferença de temperatura, o calor flui entre o corpo e o fluido, causando uma mudança de densi-dade (relação entre a massa e o volume de um corpo) nas cama-das fluicama-das na vizinhança da superfície. A diferença de densi dade induz um escoamento descendente do fluido mais pesado e um escoamento ascendente do mais leve. (70)

b) convecção forçada. O mecanismo de transmissão de calor é denominado convecção forçada quando o movimento do fluido não

é

causado unicamente por diferenças de densidades resultantes de gradientes de temperatura, mas decorrentes

,

por exemplo, do emprego de bombas ou ventiladores, que sirvam para ativar a circulação do fluido. A intensidade do movimen-to de mistura assim provocada, geralmente,

é

maior do que a convecção natural e, conseqfientemente, apresenta coeficien tes de transmissão de calor maiores. (70)

c) movimento do fluido. Corno foi visto, o movimen-to do fluido, que pode ser provocado por dois processos (natu ral e forçado), está intimamente ligado

à

transferência de

-energia por convecçao. Este movimento pode ser laminar ou turbulento.

- movimento laminar

No escoamento laminar ou correntilíneo, o fluido move-se em camadas, cada partícula fluida seguindo um caminho suave e contínuo. Em cada camada, as partículas fluidas perma

o

calor é transmitido somente por condução molecu-lar no interior do fluido, assim como na interface entre flui do e superfície. ~ transferido calor entre camadas de fluidos por movimentos moleculares numa escala sub-microscópica.

- movimento turbulento

No escoamento turbulento, o caminho de cada partí-cula individual é em zigue-zague e irregular, mas o movimento global de agregado de partículas fluidas apresenta-se regular.

Há correntes de mistura turbulentas, pelas quais a energia armazenada nas partículas fluidas é transportada a-través das linhas de corrente.

o

mecanismo de condução é modificado e auxiliado por inúmeros turbilhões, que carregam porções de fluidos atra vés das linhas de corrente. Estas partículas fluidas agem co-rno transportadoras de energia e transferem energia por mistu-ra com outmistu-ras partículas do fluido. Um aumento na intensidade de mistura (ou turbulência), portanto, também aumentará o flu xo térmico por convecção. (70)

movimento relativo de qualquer de suas partes; atrito interno de um fluido) são desprezíveis. (70).

- lei básica para convecção. A transmissão de ca-lor por convecção entre uma superfície e um fluido é calcula-da pela relação de Newton:

q _c =

hc.A.l\T

(70), p. 12.

onde qc

=

razao de transmissão de calor por convecção,Kcal!hr (BTU/hr) •

A

=

área de transmissão de calor, m • (ft2 2)

ÓT

=

diferença de temperatura entre a da superfície, T s ' e a do fluido, T ex., , em um local especificado (usu-almente bastante afastado da superfície), °c (oF)

ii

_{c _- coeficiente de película por convecção (freqüentemente}

chamado de condutância convectiva média por unidade de área, coeficiente' de transmissão de calor de su-perfície ou coeficiente de transmissão de calor con vectivo), Kcal/hr.m2• °C, (BTU!hr.ft2• °F).

A condutância térmica, Kc, para a transmissão de calor por convecçao é definida corno:

K

=

hc

A

c

A resistência térmica correspondente, Rc, que

é

igual ao inverso da condutância~ corno:

--

.

6.2 - Transmissão de calor por vaporização

Embora, a literatura na física reconheça três modos

distintos de transmissão de calor já mencionados, aqui se vai

considerar a transmissão de calor que também pode acontecer

quando da vaporização. Observa-se, que esta tran;ferência de

calor envolve, além da diferença de temperatura entre superfí

cie líquida e fluido envolvente, diferença entre-press5es res

pectivas do líquido e fluido, velocidade de circulação do

fluido; decorrendo principalmente na mudança de estado de

lí-quido para vapor.

A vaporização é a transformação em vapor de uma

substância no estado líquido e pode ser feita sob duas for

mas: ebulição e evaporação. Qualquer que seja a forma, esta

mudança de estado requer energia térmica dada pelo próprio

líquido, ambiente ou fonte calorífica.

t

necessária uma certa quantidade de calor, calor

de vaporização ou evaporação, para transformar um quilograma

de liquido, esquentando-se até a temperatura de ebulição, em

vapor saturado seco,

à

pressão e temperatura constantes,

sen-do que, a parte de calor que serve para aumentar a energia i~

terna é o calor interno de vaporização e aquela usada no

tra-balho de expans"ão, tratra-balho exterior, é o calor externo de

vaporização. (117)

6.2.1 - Ebulição

t

a vaporização rápida, que se faz em toda massa

Suponha-se um quilograma de um líquido a

oOe

com determinada pressão e volume. Mantendo-se constante sua pres-são, se comunique calor ao líquido. Observa-se, que a temper~

tura do líquido aumenta gradualmente até alcançar a temperat~

ra de ebulição correspondente

à

pressão dada; o líquido come-ça a ferver e vai se convertendo em vapor. Ao manter-se cons-tante a pressão, observa-se, que a temperatura de ebulição peE manece invariável até a transformação completa do líquido em vapor (vapor saturado seco), ocorrendo antes disso o vapor saturado úmido, que é uma mistura do vapor saturado seco com líquido. A temperatura de ebulição do líquido (que aumenta com a pressão), então é a temperatura mínima do vapor saturado ~ a uma pressao dada. (117)

6.2.2 - Evaporação

O líquido pode também passar ao estado de vapor a temperaturas inferiores

à

da ebulição correspondente

à

pres -sao dada, se a pressão parcial do vapor sobre a superfície li vre do líquido for menor do que a pressão do vapor saturado correspondente

à

temperatura do líquido. Neste caso, na super fIcie do líquido se produz uma evaporação que se prolonga até que a pressao p~rcial do vapor nao se eleve até o valor cor -respondente

ã

saturação. (117)

cial mais elevada para urna região com pressão parcial mais baixa.

o

fluxo de energia transmitido por evaporação, além de ser função da diferença entre pressões,

é

função da veloci dade de circulação do ar. (79). Assim:

E

=

Ke (fa - fs) ~

onde, E

=

fluxo por evaporação, tKcal/k/m ) 2 Ke

=

coeficiente de evaporação

fa

=

pressao do vapor dentro do ar. (rnrnHg)

fs

=

pressao do vapor saturado

à

temperatura da superfí-cie do líquido, (rnrn Hg)

Va

=

velocidade do ar, (m/s) n

=

expoente. (79 , p. 197)

Resumindo, a quantidade de evaporaçao depende pri~

cipalmente dos seguintes fatores:

- pressao do vapor d'água da superfície. A pres-sao está diretamente relacionada à temperatura da superfície.

o

aumento da temperatura decorre no aumento da pressão do va-por e aumento na evava-poração.

- pressão do vapor do ar. A proporçao de evapora

-çao varia diretamente com a diferença existente entre a pres-são de saturação do vapor, na temperatura da superfície líqui da, e a pressão do vapor do ar, que varia diretamente com a umidade relativa do ar.

36.

- salinidade. A presença de sais, minerais

dissol-vidos na água retarda a evaporaçao. A evaporação da água do

mar é cerca de 5% menor que a da água doce, sob condições de

ar constantes. (10), p. 51-3

7. TRANSMISSÃO DE CALOR ENTRE CORPO HUMANO E MEIO AMBIENTE

A troca de calor que ocorre entre corpo humano e

meio ambiente, em determinada taxa, velocidade e direção de

sentido, se realiza com o propósito de manter a temperatura i~

terna corporal quase constante (dentro de estreitos limites )

sob as mais variadas condições ambientais. A transmissão de

calor é considerada positiva quando se faz da superfície

cor-poral para o meio ambiente e negativa, quando em sentido

con-trário. (46)

7.1 - Condução

o

calor conduzido de dentro do corpo

ã

superfície

é transmitido para o meio ambiente e objetos com os quais po~

sa estar em contato físico. A troca é feita através de sóli

-dos ou flui-dos que não estão em movimento.

O fator importante para condução

é

a diferença de

temperatura entre corpo humano e meio ambiente e a

condutivi-dade térmica dos objetos. O músculo e o tecido adiposo estão

entre as substâncias de menor condutividade térmica, sendo

duas mil vezes menor do que a prata e dez vezes maior do que

valor de

2

o

k

=

0,0005 gm.cal/s.cm /cm/ C (46), p. 89

como constante da condutividade térmica dos tecidos humanos. Para se calcular esta condução são necessárias as seguintes medidas: área da pele em contato com o "meio condu -tor e temperatura desta área, temperatura do meio condu-tor e espessura do condutor. Na medida da espessura da camada limi-te do ar a nível da pele, limi-tendo-se encontrado muitas dificul-dades, é prática considerar, exclusivamente, a transmissão por convecção no cálculo do equilíbrio térmico entre a camada li-mite e a atmosfera livre, não se levando em conta, neste caso, a condução. (79 )

7.2 - Convecção

A convecçao é responsável pela transferência de calor do corpo humano para o ar ambiente circundante.

A conveccção se dá aos limites da camada limite e da região livre do fluido. Dentro desta região, o fluido pode circular em razão de variações em sua densidade e temperatura, neste caso a convecção que ocorre

é

livrei ou pode circular sob ação de uma força exterior, ,donde temas a convecção força-da, que determina uma redução na espessura da camada. (79)

A perda de calor por convecção depende da existên-cia de um gradiente de temperatura entre superfície corporal e ar ambientei se o gradiente

é

reverso com o ar mais quente,

A quantidade de transmissão de calor por convecção depende também da área superficial do corpo exposta, sempre menor do que a área superficial total do corpo e dependente da postura do ser humano e do coeficiente de convecção. (14)

7.3 - Radiação

A troca de calor por radiação entre o corpo humano e seu meio ambiente, depende da temperatura e da natureza da superfície dos objetos radiantes. (46)

A radiação se faz entre cada ponto da superfície corporal e todos os pontos do espaço situados sob uma trajetó ria retilínea, a partir deste ponto da superfície corporal , sendo que cada ponto da pele absorve a energia irradiada pela totalidade de pontos a que se expoe e irradia energia em dire çao a todos estes pontos. (79)

No corpo humano, a área aberta para o meio ambien-te

é

a que

é

efetiva para transmitir calor para este meio, ha vendo áreas como: sob os braços, entre as pernas que irradiam para áreas adjacentes da pele, e portanto, para o próprio cor po, e nao para o meio ambiente.

A

área efetiva da superfície corporal

é

menor do que a área superficial total, visto que apenas uma parte desta última pode ser completamente efetiva na transmissão de calor por radiação e se acha relacionada de modo importante com a posição corporal do indivíduo. (14), (46)

poral, tornando-se o meio ambiente um absorvedor quase perféi to, independente das características de reflexão de cada su -perfície presente neste meio. (141

A energia eletromagnética emitida pela superfície corporal se faz em discretos feixes denominados " .f6tons" ("photons"). A energia média dos f6tons, como também sua taxa de emissão, aumentam com o aumento da temperatura da pele. Do mesmo modo, objetos densos do meio ambiente, também emitem fó tons energéticos, alguns dos quais são absorvidos pelapel~(14)

Segundo Hardy (46), p. 88, .para determinar a radi~

ção entre homem e meio ambiente, seis medidas são necessárias: três fisiológicas (temperatura da pele, área sup~rficial efe-tiva, poder de reflexão da pele e vestuário) e três ambien tais (temperatura média radiante, intensidade das fontes radi antes, emissividade do meio ambiente).

in-cidência pela pele negra e 65% pela pele branca e,

conseqfien-temente, uma maior reflexão por parte da pele branca do que

da negra. (14), (46)

A absorção pelo corpo humano pode apresentar- se

reduzida em decorrência das roupas, que em sua maioria

refle-tem apreciável quantidade de radiação solar. A roupa de cor

clara pode refletir cerca de 60% desta radiação. (14), (46)

Em decorrência da complexidade da transmissão de

calor entre corpo humano e meio ambiente, devido a: configur~

ção da superfície corporal, heterogeneidade das temperaturas

nos diversos pontos, diversidade dos objetos que se apresen

tam no meio ambiente com relação a seus tamanhos, temperatu

-ras, poderes de absorção, etc., com o objetivo de

simplifica-ção, o corpo humano

é

considerado como uma esfera ou cilindro,

dentro de um circuito esférico, cilíndrico ou paralelepípedo,

sendo as suas superfícies (corpo e circuito) uniformes. A

partir daí, todas as considerações e medidas necessárias sao

obtidas. (79)

7.4 - Evaporação

-O calor perdido por evaporaçao ou ganho por conde~

-

-saçao nao envolve diretamente diferenças de temperatura, mas

depende da mudança de estado da água, de líquido para vapor

ou vice-versa, como conseq~ência do calor latente de vaporiz~

ção, daí o calor transferido desta maneira denominar-se calor