Ambiente térmico na atividade mineira subterrânea

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Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Rua Dr. Roberto Frias, s/n 4200-465 Porto PORTUGAL

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MESTRADO EM ENGENHARIA

MINAS E GEOAMBIENTE

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre Engenharia de Minas e Geoambiente

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

AMBIENTE TÉRMICO NA ATIVIDADE

MINEIRA SUBTERRÂNEA

João Paulo Capôto Cerdeira

Orientador: Prof. João Manuel dos Santos Baptista (FEUP)

Coorientador: Prof. Joana Cristina Cardoso Guedes (FEUP)

Arguente: Prof. Mário de Almeida Rodrigues Talaia (U.Aveiro)

Presidente do Júri: Prof. José Manuel Soutelo Soeiro de Carvalho (FEUP)

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AGRADECIMENTOS

Este espaço é dedicado àqueles que deram a sua contribuição para que esta dissertação fosse realizada. A todos eles deixo aqui o meu agradecimento sincero.

Agradeço em primeiro lugar ao meu orientador, o Prof. João Manuel dos Santos Baptista, pela disponibilidade e todo o apoio prestado.

Agradeço à minha co-orientadora, a Prof. Joana Cristina Cardoso Guedes, pela disponibilidade e colaboração.

As meus pais, pelo enorme apoio prestado durante o meu percuso estudantil. Aos restantes familiares e amigos, pela amizade e companheirismo.

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RESUMO

A gestão do trabalho é condicionada por diversos fatores. Dentro destes, as questões organizacionais, as características dos indivíduos e as condições ambientais em que o trabalho se desenvolve, em particular a temperatura e a humidade, são fundamentais para o sucesso das tarefas a executar e para a saúde dos trabalhadores. A temperatura e a humidade têm uma influência direta no bem-estar e saúde do trabalhador pela influência que têm nos níveis fisiológico, metabólico e cognitivo. Ao provocarem mal-estar e mesmo doença, a temperatura e a humidade, vão afetar todo o ciclo produtivo. A resolução do problema só pode ocorrer se estas variáveis forem equacionadas ao nível da gestão global dos processos produtivos. Nas atividades mineiras em explorações subterrâneas este problema é agravado quando se avança em profundidade.

Este estudo tem como objetivo avaliar o comportamento da temperatura interna corporal face às caraterísticas ambientais, o grau de metabolismo a que os mineiros são sujeitos na sua atividade, e prever as taxas de sudação e tempos-limite de exposição.

Neste estudo foi analisada a variação da temperatura interna de um indivíduo durante a execução de dois níveis de esforço (dois graus de metabolismo), quando sujeito a diversas condições de ambiente térmico, resultantes da combinação dos parâmetros temperatura, velocidade do ar e humidade relativa, recolhidos em condições reais numa exploração mineira.

Em paralelo, foi efetuado um ensaio laboratorial, onde foi medida a variação da temperatura interna de um indivíduo em diferentes tarefas (vários níveis de metabolismo) em condições de ambiente térmico pré-definidas.

Os resultados obtidos mostram que o nível de metabolismo é um forte impulsionador do aumento da temperatura interna corporal durante o esforço; com o aumento dos fatores exteriores, como a temperatura e a humidade, a resposta fisiológica de um indivíduo resulta num aumento da temperatura interna, no repouso, durante o trabalho e também durante a recuperação. Também a frequência cardíaca, varia consoante as condições ambientais impostas, e sofre variações mais significativas dependendo da atividade física em exercício.

Os métodos utilizados para análise da temperatura interna, modelo matemático e resultados experimentais, são concordantes no que diz respeito aos resultados. Em ambos se confirma o grande interesse destes resultados para a indústria em questão, de modo poder controlar de forma mais fiável situações que possam condicionar a segurança dos intervenientes e, de igual modo, condicionar a normalidade das atividades produtivas.

Palavras-chave: Atividades mineiras, stresse térmico, tempo-limite de exposição,

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ABSTRACT

Working management is constrained by several factors. Among these, organizational issues, individual aspects and environmental conditions in which work develops, in particular temperature and humidity, are critical to the developing tasks success and assure workers safety. Temperature and humidity have direct interference on welfare and occupational health of workers for their influence on the physiological, metabolic and cognitive levels.

As being responsible for discomfort and even diseases, temperature and humidity will affect all the production process. This problem resolution only will occur alongside their equationing through all the global management of the productive processes. In underground mining activities this issue is aggravated as we go deeper and deeper.

This study aims to evaluate the response of the internal body temperature to environmental features, the metabolic level that miners are subjected to, and predict sweat rates and time-exposure limits.In this study were analyzed variations on the internal body temperature of a subject during execution of two effort levels (two metabolic levels) in predefined environmental thermal conditions, as result of combination of the parameters temperature, air speed and relative humidity, collected from a existing mining exploration.

In addition, a lab test was made, were internal body temperature variations of a male man on diferent tasks were measured (diferent metabolic rates) under predefined environmental thermal conditions.

The results obtained show that metabolic rate drives strongly the internal body temperature during efforts; with the increase of external factors, like temperature and humidity, the physiological response of an individual results in an increase of internal temperature in rest, at work and in the recovery. Also heart rate varies with imposed environmental conditions, but most significant variations are related to physical activity.

The methods used for internal temperature analysis, mathematical model and laboratory test, are in agreement in terms of results. In both of them, we confirm the major interest on this results for this specific industrial sector, in order to control in a more reliable way, situations that might constrain miners safety, and also the normality of productive activities.

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ÍNDICE

1 INTRODUÇÃO ... 1

2 ESTADO DA ARTE / REVISÃO DA LITERATURA ... 3

2.1 Aspetos relativos à indústria mineira ... 3

2.1.1 Configuração da mina ... 4

2.1.2 Equipamentos utilizados no complexo mineiro... 5

2.1.3 Ventilação na mina ... 6

2.1.4 Drenagem na mina ... 6

2.1.5 Recursos Humanos da Empresa: ... 6

2.2 Enquadramento Legal e Normativo Básico ... 6

2.3 Conhecimento Científico ... 7 2.3.1 Stresse Térmico ... 7 2.3.2 Fatores Ambientais ... 8 2.3.3 Fatores individuais ... 9 2.3.4 Metabolismo ... 10 2.3.5 O Vestuário ... 10

2.3.6 Doenças provocadas pelo calor na indústria mineira ... 11

2.3.7 Sinais e sintomas de doenças causadas pelo calor ... 12

2.3.8 Prevenção contra o calor... 13

2.3.9 Ambiente Térmico na Atividade Mineira Subterrânea... 15

2.4 Definições / Termos técnicos: ... 15

2.4.1 Produção de Calor Metabólico ... 15

2.4.2 Transferência de calor radiante: ... 16

2.4.3 Transferência de calor por convecção: ... 16

2.4.4 Carga Ambiental (R+C)... 17

2.4.5 Trabalho externo (Wex)... 17

2.4.6 Carga metabólica (Mnet) ... 17

2.4.7 Arrefecimento evaporativo requerido (Ereq): ... 17

2.4.8 Capacidade Evaporativa (Emax) ... 18

2.4.9 Variação da massa por sudação (Δmsw) ... 18

2.4.10 Velocidade do ar efetiva (Veff) ... 18

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x

2.4.14 Temperatura retal na recuperação ... 20

2.5 Fatores condicionantes do Conforto Térmico ... 21

2.5.1 Temperatura do ar ... 21

2.5.2 Humidade Relativa do ar ... 21

2.5.3 Velocidade do ar ... 22

2.5.4 Calor Radiante ... 23

2.6 Índices do Stresse térmico ... 23

2.6.1 Índices Racionais ... 23

2.6.2 Índices Empíricos ... 23

2.6.3 Índices Diretos ... 24

2.6.4 Índice Wet-Bulb Globe Temperature (WBGT) ... 24

2.7 Índices de Conforto Térmico ... 26

2.7.1 Predicted Mean Vote (PMV) ... 27

2.7.2 Predicted Percentage Dissatisfied (PPD) ... 27

3 OBJETIVOS, MATERIAIS E MÉTODOS ... 29

3.1 Objetivos da estudo ... 29

3.2 Metodologia Global de Abordagem ... 29

3.3 Materiais e Métodos ... 29

3.3.1 Pesquisa Bibliográfica ... 29

3.3.2 Modelo de Previsão da Temperatura Interna ... 30

3.3.3 Recolha de dados ... 39

3.3.4 Ensaio laboratorial de temp. interna, temp. da pele e freq. cardíaca ... 40

3.3.5 Simulação do ambiente térmico e atividade ... 40

3.3.6 Medição da temperatura interna ... 42

3.3.7 Medição da temperatura da pele ... 46

3.3.8 Medição da frequência cardíaca ... 49

4 DADOS E RESULTADOS ... 51

4.1 Resultados relativos à Área de exploração 1 ... 51

4.2 Resultados relativos à Área de exploração 2 ... 59

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4.4 Resultados relativos ao ensaio laboratorial ... 66

5 ANÁLISE E DISCUSSÃO ... 69

5.1 Estimação de temperatura interna pelo Método de Givoni e Goldman ... 69

5.2 Estimação dos parâmetros biofísicos através do ensaio laboratorial ... 69

6 CONCLUSÕES ... 71

7 PERSPECTIVAS FUTURAS ... 73

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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1 - Drift & Fill ... 3

Figura 2- Bench & Fill... 4

Figura 3 - Mini Bench & Fill ... 4

Figura 4 - Pilares de Soleira ... 4

Figura 5 - Esquema ilustrativo da configuração da mina ... 5

Figura 6 - Sonda de temperatura natural de bolbo húmido ... 25

Figura 7 - Sonda de temperatura do globo ... 26

Figura 8 - Escala de Sensação Térmica de 7 pontos... 27

Figura 9 - PPD em função do PMV ... 28

Figura 10 - Câmara ambiental vista do exterior ... 41

Figura 11 - Fonte de calor/frio da câmara ambiental... 42

Figura 12 - Passadeira General Electric T2100 ... 42

Figura 13 – Cápsula ingerível Jonah ... 43

Figura 14 - Ativador de cápsula Hidalgo, Equivital ... 43

Figura 15 - EQO2 LifeMonitor, Equivital ... 44

Figura 16 - Colete Equivital ... 44

Figura 17 - Interface do software eqView, da Equivital ... 45

Figura 18 - Aspeto do output dos dados constituintes do CSV, em MS Excel ... 45

Figura 19 - Dispositivo bioPLUXresearch (com tempPlux conectados) ... 46

Figura 22 - Pontos de medição do método de 8 pontos ... 48

Figura 23 - ECG General Electric ... 49

Figura 24 - Posicionamento padrão dos elétrodos para as 12 derivações ... 50

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ÍNDICE DE GRÁFICOS

Gráfico 1 – a) M=360W, b) M =234W para Ta= 24,4ºC, HR= 85,4%, Var=0,4m/s ... 52

Gráfico 2 - a) M=360W, b) M = 234W para Ta= 23,5ºC, HR= 64,8%, Var=1,1m/s ... 52

Gráfico 3 - a) M=360W, b) M = 234W para Ta= 25ºC, HR= 81,8%, Var=0,5m/s ... 52

Gráfico 7 - a) M=360W, b) M = 234W para Ta=24,3ºC, HR= 71,3%, Var=0,24m/s ... 54

Gráfico 15 - a) M=360W, b) M = 234W para Ta=26ºC, HR=73,4%, Var=0,1m/s ... 56

Gráfico 17 - a) M=360W, b) M = 234W para Ta=19,9ºC, HR=79,5%, Var=0,4m/s ... 57

Gráfico 19 - a) M=360W, b) M = 234W para Ta=27,3ºC, HR=89%, Var=0,3m/s ... 58

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xvi

Gráfico 34 - a) M=360W, b) M = 234W para Ta=26,9ºC, HR=81%, Var=0,17m/s ... 63

Gráfico 38 - Temperatura interna em função do tempo ... 67

Gráfico 39 - Variação da temperatura da pele nos respetivos pontos de captação ... 67

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Ambiente Térmico na Atividade Mineira Subterrânea

ÍNDICE DE EQUAÇÕES

Eq. 1... 10 Eq. 2 ... 16 Eq. 3 ... 16 – , em W/°C Eq. 4 ... 17 Eq. 5 ... 17 Eq. 6 ... 17 Eq. 7 ... 17 – em W/mmHg Eq. 8 ... 18 , em g/hora Eq. 9 ... 18 , em m/s Eq. 10 ... 18 ) Eq.11 ... 19 Resting Eq. 12 ... 19 Working Eq. 13 ... 19 Eq. 14 ... 20 Eq. 15 ... 20 Recuperação Eq. 16 ... 20 Eq. 17 ... 21 Eq. 18 ... 21 Eq. 19 ... 21 Eq. 20 ... 25 Eq. 21 ... 25 Eq. 22 ... 27 Eq. 23 ... 28 Eq. 24 ... 46

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ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 1 - Propriedades dos vestuários em função das Veff ... 11

Tabela 2 - Valores máx. recomendados do índice WBGT (exposição de 8 horas) ... 26

Tabela 3 - Distribuição da sensação térmica individual para diferentes valores de PMV ... 28

Tabela 4 - Diferentes parâmetros para a equação de Steinhart-Hart ... 46

Tabela 5 - Métodos 8 pontos de medição de temperatura e pontos de deteção ... 48

Tabela 6 - Posicionamento dos elétrodos nos respetivos pontos corporais ... 50

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ÍNDICE DE SIGLAS/ABREVIATURAS

Clo – Insolação

CHSI - Cumulative Heat Strain Índex

CRM - Calor Radiante Médio CSV - Comma Separared Values CPeff - Poder de arrefecimento efetivo ECG - Eletrocardiograma

Emax - Capacidade Evaporativa

EPI - Equipamentos de Proteção Individual Ereq - Arrefecimento evaporativo requerido ESC - Estéril

ESI - Environmental Stresse Índex

HR - Humidade Relativa

ISO - International Organization for Standardization im - Índice de permeabilidade

LNA – Linguagem Não Acessível MC - Minério Cu

ME – Estéril com sulfuretos

MH - Minério de Cu com penalizantes Mnet - Carga metabólica

MRT - Media da Radiação Térmica MZ - Minério zinquífero

OG - Protective Overgarments OLD - Artigos Antigos

PeSI - Perceptual Strain Índex PhSI - Physiological Strain Índex

PMV - Predicted Mean Vote

PPD - Predicted Percentage Dissatisfied REP - Repetições

R+C - Carga Ambiental

SEM – Sensor Electronics module SRT – Sem Relação com Tema

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STD - Standard Fatigue Uniforms td - Time lag

tdrec - Time lag durante a recuperação

tg - Temperatura do globo

THI - Temperature-Humidity Índex

tnw - Temperatura do bolbo húmido natural

Tr - Temperatura radiante média do ambiente. Trer“ - Temperatura retal de descanso no equilíbrio

Tret - Temperatura retal para qualquer instante t; Trew - Temperatura retal no inicio do decréscimo

Tre0 Temperatura retal de referência

Tsk - Temperatura média da pele

TWL - Thermal Work Limit Veff - Velocidade do ar efetiva

VBA - Visual Basic for Aplications

WBGT - Wet Bulb Globe Temperature Wex - Trabalho externo

α - Constante temporal de recuperação Δmsw - Variação da massa por sudação ΔTre - Variação de temperatura retal

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1 INTRODUÇÃO

Para a execução de qualquer tipo de trabalho, independentemente do seu grau de dificuldade, duração e condições do mesmo, a eficiência com o mesmo é feito depende também das pessoas que o fazem, o que se significa que deverá existir uma boa relação tarefa-trabalhador. O trabalhador está condicionado pela sua aptidão à tarefa, por características fisiológicas e também pelo ambiente onde está inserido, Partindo do princípio que o trabalhador é apto para a função a desempenhar e que o trabalhador é saudável física e psicologicamente, a grande condicionante que afeta a sua eficiência é o ambiente que o rodeia.

No caso específico em estudo, as minas subterrâneas, são locais onde a temperatura e humidade são elevadas e, estes valores, especialmente a temperatura, aumentam à medida que aumenta a profundidade. Apenas a temperatura externa aumenta diretamente segundo este gradiente, no entanto, a temperatura interna dos trabalhadores, dependendo da temperatura externa e outros fatores, tende a subir, situação que é comportável até determinado nível, mas que em todo o caso, se traduz em desconforto e em sinal de alarme para a saúde dos trabalhadores.

A relevância deste estudo reside neste problema, que demonstra tendência a acrescer de gravidade, onde se procuraram estabelecer limites e valores numéricos que garantam o conforto e segurança dos trabalhadores neste tipo de ambiente, que por sua vez contribuem para melhores índices de produtividade proporcionais ao tempo de execução das tarefas.

A atividade mineira é uma prática muito antiga, que como qualquer outra, com o decorrer do tempo e com experiência adquirida, foi sendo melhorada progressivamente, no que diz respeito a técnicas e tecnologia. No entanto, a segurança e saúde são uma constante preocupação pois os mineiros continuam a possuir as mesmas características, uma vez que estes não podem ser modificados geneticamente de modo a serem tolerantes, por exemplo, às elevadas temperaturas. Ainda que ocorra um processo de aclimatação por parte dos indivíduos, todos eles aguentam certas condições, até determinado período de tempo. Assim, o ambiente de trabalho é o parâmetro de maior importância a ser ajustado de modo a que o sistema ambiente-homem-tarefa funcione em pleno. As práticas individuais, também têm importância, uma vez que o individuo tem de ser capaz de estabelecer os seus limites, e ajustar o seu comportamento à sua atividade. São diversos os estudos até hoje efetuados em diferentes áreas industriais, em torno da problemática do stresse térmico, sendo eles baseados em parâmetros fisiológicos dos trabalhadores, onde a base do estudo reside na monitorização desses mesmos parâmetros, e nas características do ambiente circundante, em que a base de estudo é a monitorização desse mesmo ambiente, recorrendo a diversos índices de stresse térmico, muitos deles empíricos e adaptados às condições e parâmetros envolvidos, como o TWL (Thermal Work Limit), o WBGT (Wet Bulb

Globe Temperature), o PMV (Predicted Mean Vote) e o PPD (Predicted Percentage Dissatisfied) tratando-se dos mais usuais, existindo outros.

Ainda que seja feita a monitorização, quer do ambiente, quer da sensação térmica evidenciada pelos trabalhadores, apenas esta componente não garante que se assegurem as condições desejadas, até porque, na atividade mineira, é de extrema dificuldade se encontrar condições que satisfaçam o conforto térmico de todos os colaboradores. Tal situação acontece, uma vez que os trabalhadores não são todos iguais fisicamente, psicologicamente e socialmente, daí resultarem

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2 Introdução

Este assunto tem uma importância muito grande, no que diz respeito às melhorias de condições de segurança dos trabalhadores, uma vez que a tendência de expansão da industria mineira tende a aumentar no decorrer dos próximos anos, onde novas industrias terão inicio de atividade, e outras já existentes expandem a sua produção.

O aumento significativo da cotação de diversos metais, é um fator de enorme peso na tomada de decisão para início de atividades exploratórias, pois garantem um retorno económico muito alto. A par das cotações do mercado, também o desenvolvimento de economias emergentes é um aspeto que colabora para o aumento da produção, devido à procura de matérias-primas. Citando António Oliveira e Sousa e João Santos Baptista, segundo divulgações de (S.A,2008), a produção mundial vem a aumentar de uma maneira progressiva, tendo-se verificado uma subida de produção de carvão nos Estados Unidos, desde os finais dos anos 80 até 2006, que passou das 573 Milhões de toneladas para 1,100 Milhões de toneladas. No setor Australiano, também ele uma das maiores potências da indústria mineira do mundo, senão a maior, prevê uma taxa de crescimento da indústria na ordem dos 85%, que corresponde a criação de inúmeros novos postos de trabalho, prevendo-se que em 2020, atinja os 215.000.

Estes exemplos mostram a tendência crescente da globalidade da indústria mineira, o que implica, um aumento de cada vez mais pessoas a enfrentar condições ambientais adversas, e cada vez mais adversas, situação que promove a investigação e estudos como o presente, para que a inovação e a tecnologia permita num futuro muito próximo, garantir condições confortáveis às pessoas envolvidas nesta indústria.

Ainda a título informativo, no que se refere a problemas de saúde gerados no trabalho, num estudo de (Donoghue, 2004), (Wyndham, 1965) afirma que em minas subterrâneas Sul-Africanas de Ouro, os golpes de calor sempre foram um problema sério, embora a incidência tem vindo a diminuir recentemente. No período entre 1956 e 1961, a incidência de golpes de calor era cerca de 0,24/1000/ano. Segundo (Kielblock and Schutte, 1993) que em 1993, a incidência era apenas de 0,0468/1000/ano. De acordo com (Shearer, 1990) que no que concerne a exaustão por calor, não houve ocorrências registadas nas minas Sul-Americanas, embora, em 1990, um

paper Sul-Africano reportava 23 casos de exaustão por calor e 32 casos de cãibras derivadas do

calor. De igual maneira, (Donoghue et al., 2000) afirma que na Austrália, um estudo de um ano observou uma taxa de incidência de 43.0/106 pessoas/hora numa mina subterrânea. A incidência em Fevereiro, (é verão no Hemisfério Sul) alcançou 147/106 pessoas/hora. No entanto, não houve casos de golpes de calor reportados na indústria mineira Australiana (Donoghue 2004).

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2 ESTADO DA ARTE / REVISÃO DA LITERATURA

2.1 Aspetos relativos à indústria mineira

O presente estudo recorreu a elementos de uma Indústria Mineira, uma das maiores minas de Cobre em exploração na Europa da atualidade.

 Produção

A Produção atual da mina é superior a 300 mil toneladas de concentrado de cobre e cerca de 2 mil toneladas de concentrado de estanho.

A mina opera em regime continuo, com turnos de 7,5 horas, durante 6 dias por semana; metades das equipas trabalham 2ª e ao sábado, e equipas completas de 3ª a 6ª feira.

Na atualidade, a mina produz três tipos de minério:  MC- minério Cu

 MH- minério de Cu com penalizantes  MZ – minério zinquífero

A par do minério rico, a mina produz igualmente estéril, divido em dois tipos:  ESC – estéril

 ME – estéril com sulfuretos

Em média, operam diariamente 80 desmontes e são feitos 40 disparos de drift por dia. Os métodos de desmonte utilizados são:

 Drift & Fill: Com enchimento hidráulico (fig. 1)

 Bench & Fill: Com enchimento de pasta e tight fill com hidráulico nos últimos 2 metros (fig. 2)

 Mini Bench & Fill: Com enchimento de pasta e tight fill com hidráulico nos últimos 2 metros (fig. 3)

 Pilares de Soleira: Enchimento com gravilha, cimento e hidráulico (fig. 4)

Figura 1 - Drift & Fill

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4 Objetivos e metodologia

Figura 2- Bench & Fill

(Fonte: Catálogo de apresentação da empresa, 2012)

Figura 3 - Mini Bench & Fill

Figura 4 - Pilares de Soleira

2.1.1 Configuração da mina

A mina, cujo esquema pode ser visto na figura abaixo (fig. 5) no que diz respeito a aberturas, têm 160 km de galerias e 60 km de chaminés.

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O acesso aos níveis inferiores é feito através de uma entrada de rampa, 210 m acima do nível do mar, correspondendo ao nível 1200 e vai até ao nível 550 (742m de profundidade) Existem 2 unidades de britagem, uma ao nível 550 e outra ao nível 700, ambas com uma capacidade de 600ton/h.

Figura 5 - Esquema ilustrativo da configuração da mina

2.1.2 Equipamentos utilizados no complexo mineiro

Para as diversas operações, a mina dispõe de variadas máquinas, para produção e para transporte:

 Jumbos de Furação Drift  Plataformas de Carregamento  Pás Carregadoras

 Saneadores Mecânicos  Jumbos Sustimento  Jumbos Data Solo  Jumbos Furação Cabos  Unidades Sustimento  Pás Rolagem

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6 Objetivos e metodologia 2.1.3 Ventilação na mina

Na configuração da mina estão distribuídas mais de 10 chaminés de entrada de ar fresco de 8 chaminés de evacuação de ar quente (exaustão), sendo estas dotadas de ventoinhas à superfície, de modo a forçar a saída do ar quente, assegurando um bom fluxo e renovação do ar dentro da mina. Estas ventoinhas têm uma capacidade que supera os 1000m3/s. A rampa principal assegura igualmente boa entrada de ar fresco desde a superfície até ao nível 700.

2.1.4 Drenagem na mina

A mina retira uma média de 350m3/h de água de 66m3/h de lamas para a superfície. A lama é enviada para a barragem de rejeitados, e a água após tratamento, é recirculada ou enviada para uma ribeira existente nas proximidades do complexo mineiro.

2.1.5 Recursos Humanos da Empresa:

A empresa mineira emprega cerca de 1300 colaboradores (diretos e indiretos), sendo a sua maioria (cerca de 90%) naturais da região circundante.

2.2 Enquadramento Legal e Normativo Básico

A legislação mineira em vigor, para a prática de atividades mineiras, do ponto de vista da Segurança e Higiene no Trabalho tem por base:

Regulamento Geral de Segurança e Higiene no Trabalho nas Minas e Pedreiras, consubstanciado no Decreto- Lei n.º 162/90: Aprova o Regulamento Geral de Segurança e Higiene no Trabalho nas Minas e Pedreiras. Revoga o Decreto-Lei n.º 18/85, de 15 de Janeiro.

Relativamente a este decreto de lei, salientam-se o Capitulo X, que se refere à ventilação em minas subterrâneas.

Prescrições mínimas de segurança e de saúde no trabalho a aplicar nas indústrias extrativas por perfuração a céu aberto ou subterrâneas podem ser consultadas no Decreto-Lei nº 324/95, de 29 de Novembro.

Relativamente a este decreto de lei, destacam-se, no Capitulo II, artigos 11º, 12º, 19º, 30º. Do capítulo IV, são de destacar os artigos 34º, 38º.

International Organization for Standardization (ISO)

Para este estudo, foram utilizadas referências e também parâmetros relativos de determinada ISO:

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 ISO 7933:2004 - Ergonomics of the Thermal Environment – Analytical

determination and interpretation of heat stress using calculation of the predicted heat strain

 ISO 7243:1989 - Hot Environments – Estimation of the heat stress on working man,

based on the WBGT index (wet bulb globe temperature)

 ISO 7730:2005 - Ergonomics of the Thermal Environment – Analytical

determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria

 ISO 8996:2004 – Ergonomics of the Thermal Environment – Determination of

metabolic rate

 ISO 9886:2004 - Ergonomics — Evaluation of thermal strain by physiological

measurements.

2.3 Conhecimento Científico

2.3.1 Stresse Térmico

O estudo do Ambiente Térmico desempenha um papel importante no melhoramento das condições de trabalho. As condições ideais de prática de uma atividade são bastante condicionadas por este fator, para que o homem a possa exercer no mínimo de esforço e no máximo de produtividade. Como a realidade é que, em determinadas circunstâncias, como a do presente estudo, este equilíbrio pode não existir, têm de ser reunidas medidas e estratégias para contrariar esta força que impede que o homem aplique esforços extra e seja submetido a ambientes quem em ponha em causa a sua segurança física e também psicológica.

O Conforto térmico pode ser definido como " Estado físico, no qual todo o calor gerado pelo organismo através do metabolismo, seja trocado em igual proporção com o ambiente ao redor, não havendo nem acúmulo de calor, nem perda excessiva do mesmo, mantendo a temperatura corporal constante” (Roberto Lambers, 2002), estado este que é obtido quando um indivíduo está numa condição de equilíbrio com o ambiente que o rodeia. Este equilíbrio, depende, quer de fatores ambientais, quer de fatores individuais, podendo assim variar em grande número de combinações, o que mostra que o stresse térmico é um estado difícil de avaliar, uma vez que na realidade, as combinações entre os parâmetros são muito vastas.

Estabelecer limites de trabalho em ambientes térmicos é normalmente feito de duas maneiras: estabelecer limites aos parâmetros pessoais (vestuário, nível de esforço) e estabelecer limites às condições ambientais (temperatura do ar, humidade, etc.) (Onder, Sarac, & Onder, 2005). No entanto, estabelecer limites ambientais para além de ser uma tarefa muito complicado, seria igualmente muito dispendioso.

Assim, os estudos em torno da temática desenvolvem-se no sentido de avaliar a incidência de stresse em diferentes sectores de atividade, como o caso da indústria automóvel,

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(Ayyappan, Sankar, Rajkumar, & Balakrishnan, 2009), na construção (Bates, Miller, & Joubert, 2010),e no setor da industria mineira (Donoghue, 2004), (Donoghue, Sinclair, & Bates, 2000), (Kalkowsky & Kampmann, 2006), (Onder et al., 2005), desenvolver índices adequados para determinados ambientes (Liang et al., 2011), aplicação de modelos matemáticos e estatísticos para avaliação de stresse fisiológico (Givoni & Goldman, 1972),(Liang et al., 2011; Wang, Gao, & Cheng, 2011), (Gehring, Broede, Mehnert, Griefahn, & Schach, 2001), estabelecer limites de metabolismo, como índice de stresse térmico (V. S. Miller & Bates, 2007),(D. J. Brake & G. P. Bates, 2002b), avaliar temperatura interna em ambientes térmicos (D. J. Brake & G. P. Bates, 2002a), promover

Self-Pacing, como medida de prevenção contra o stresse térmico (Miller, Bates, Schneider,

& Thomsen, 2011)

2.3.2 Fatores Ambientais

O ambiente é condicionado por diversos fatores, tais como a humidade relativa e a temperatura ambiente. A temperatura do ambiente depende da temperatura das paredes, neste caso, da rocha envolvente, que depende da natureza da rocha em si, a assim como da temperatura do ar (Leduc, Thellier, Lacarrière, Monchoux, & Bonnis-Sassi, 2006) e outros fatores que contribuem para esta (velocidade do ar e gases de combustão, por exemplo). Para além destes fatores, a temperatura também é influenciada pela profundidade, que se traduz pela existência de um gradiente geotérmico, que provoca um aumento de cerca de 3ºC por cada 100 metros e também pela autocompressão do ar (aumento da pressão do ar com a profundidade)(Donoghue et al., 2000)

Em frentes de trabalho mais modernas, por exemplo, podem ser usadas máquinas com outputs com energias entre 1000 e 2000 kWh. Assim, o calor libertado pelas mesmas é fonte de calor extra, assim como o calor e pó libertados quando a rocha é desmontada. O ambiente das minas é igualmente afetado pela alta humidade contida no ar, especialmente devido à água que é utilizada para o assentamento de poeiras e também da água que provém dos interstícios das formações rochosas (Onder et al., 2005).

Assim, a condição de conforto térmico, ainda que relativa, uma vez que não depende só de parâmetros ambientais, deixa de existir, em termos de temperatura, quando na presença de ambientes estacionários (habitações) acima dos 35ºC, e ambientes de trabalho acima dos 32ºC pois são considerados como ambientes de temperatura elevada. No que diz respeito a humidade, ambientes onde a humidade relativa seja acima dos 60%, são considerados ambientes com alta humidade (Zhao, Zhu, & Lu, 2009). Assim, podemos afirmar que estes valores, pode dizer-se que definem um ambiente como Ambiente Térmico.

Onde a temperatura ambiente excede os 35ºC, em que se verifica uma ausência de gradiente térmico entre a pele e o meio envolvente, significa que a única maneira de ser reestabelecido um equilíbrio é pela libertação de calor corporal, por sudação (vapor de água). Nestes ambientes, ou onde o calor radiante é grande, como é o caso das minas, a tendência é de o nosso corpo absorver demasiado calor, mas isto não seria um problema muito sério, no caso de o ambiente ser seco; o que acontece, é que nas minas, a humidade é

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alta. E nestes ambientes, a facilidade com que o nosso metabolismo produz suor é reduzida, o que significa um acréscimo da temperatura interna, o que em situações muito extremas, pode provocar doenças.

2.3.3 Fatores individuais

A perceção do stresse depende muito do indivíduo inserido no meio, uma vez que varia de pessoa para pessoa, a capacidade de tolerar determinados ambientes, quer sejam eles frios ou quentes.

No entanto, a nossa capacidade de tolerância de temperaturas mais baixas em relação a temperaturas mais altas é bastante superior. Num artigo de (R. Brake & G. Bates, 2002) citando Sawka et al. (1996), “os humanos são animais tropicais porque:

 Contam com termorregulação fisiológica face ao calor, e com termorregulação comportamental face ao frio;

 A neutralidade de temperatura ambiente para um humano sem vestuário e a temperatura para o mesmo ter um sono tranquilo são relativamente elevadas (27ºC);  Demonstram maior aclimatação ao calor do que ao frio.”

Os humanos têm uma grande capacidade de suportar grandes variações de temperatura ambiental, no entanto, não suportam grandes aumentos de temperatura interna, pelo que um aumento de apenas 3ºC pode originar lesões ou em certos casos, levar à morte (Donoghue et al., 2000).

Em condições normais de saúde e conforto, a temperatura interna do corpo humano mantém-se aproximadamente constante próxima de 37 +/- 0,8 °C (Gamboa, 2009) graças a um equilíbrio entre a produção interna de calor devida ao metabolismo e à perda de calor para o meio ambiente.

Alguns fatores individuais que podem condicionar a situação de stresse térmico são:  Idade;

 Peso;

 Índice de massa gorda;  Sexo;

 Nível de Aclimatação;  Historial Clinico;  Estado geral de Saúde;  Estilo de Vida;

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10 Objetivos e metodologia 2.3.4 Metabolismo

A taxa de metabolismo, como uma conversão de energia química em energia mecânica e energia térmica, mede o custo energético da carga muscular e define um índice numérico de atividade.

A taxa de metabolismo é um parâmetro determinante do conforto ou da tensão resultante da exposição a um ambiente térmico. Em particular, em climas quentes, os níveis altos de produção de calor metabólico associados à atividade muscular agravam o stresse térmico, pelo que é necessária a dissipação de grande quantidade de calor, maioritariamente por evaporação.

As estimativas de metabolismo, de acordo com a ISO, são feitas para indivíduos com características do denominado standard:

 Homem – 30 anos, com 70 kg e 1,75m (Área de superfície corporal = 1.8m2

);  Mulher – 30 anos, com peso 60 kg e 1,70m (Área de superfície corporal = 1.6m2

). A eficiência mecânica do trabalho muscular – designado por trabalho útil (W) – é baixo. Na maioria dos tipos de trabalho industrial, é tão baixo que se assume que é nenhum. Isto significa que o consumo de energia total enquanto se trabalha é igual ao calor produzido. Para os propósitos deste standard internacional, assume-se que a taxa de metabolismo é igual ao calor produzido, designado o metabolismo por basal, em que 1 Met = 58W.

Segundo (Givoni & Goldman, 1972), o metabolismo pode igualmente ser calculado segundo três parâmetros, sendo eles a massa total “mt” (massa do corpo nu + equipamentos, em kg), a velocidade da tarefa v, em m/s e a inclinação na qual é exercida a tarefa, em %, de acordo com a equação seguinte (eq.1):

_{Eq. 1}

No entanto, neste trabalho, a taxa de metabolismo não será calculada, sendo utilizado valores predefinidos da mesma.

2.3.5 O Vestuário

As trocas de calor com o ambiente dependem das condições climáticas (temperatura do ar e temperatura radiante, pressão-vapor e velocidade do ar) mas são também condicionadas pelas propriedades termofísicas do vestuário, mais propriamente a sua insolação (clo) e a transferência de vapor, ou índice de permeabilidade (im).

Uma vez que o trabalho executado pelo utilizador do vestuário resulta no movimento da roupa, e portanto em movimento adicional do ar, pelo que a velocidade do ar efetiva é maior do que a velocidade do ar ambiente, o valor real de insolação (clo) diminui e o índice de permeabilidade (im) do vestuário aumenta (Givoni & Goldman, 1972).

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A insolação (clo) do vestuário representa uma barreira direta entre a pele e o ar, pelo que influencia, de uma maneira inversa e linear, a trocas convectivas de calor entre a pele e o ambiente (Goldman & Kampmann, 2007).

O índice de permeabilidade (im) reflete interferências com a permeabilidade da humidade normal do vestuário. Assim, a transferência evaporativa através do vestuário é uma função inversamente linear ao comprimento do percurso difusional, uma vez que a insolação é função linear da espessura do vestuário e das camadas de ar retidas entre o corpo e o vestuário. Portanto, pode definir-se a transferência máxima por evaporação (Emax) através

da diferença entre a pressão-vapor da pele e a pressão vapor do ar, com a razão entre a permeabilidade à humidade intrínseca para o isolamento (im/clo) (Goldman & Kampmann, 2007). A permeabilidade do isolamento e a insolação dependem de fatores como o design, o encaixe da roupa no corpo, o peso do material, etc (Goldman & Kampmann, 2007). Algumas relações utilizadas de im/clo para diferentes tipos de roupa e varias velocidades do ar foram obtidas em medições num manequim estático aquecido, no entanto, outras relações podem ser consultadas no anexo C da ISO 7730-2005.

O tipo de vestuário usado na aplicação deste método é o designado por Standard Fatigue

Uniforms (STD), e também Protective Overgarments (OG). que são os fatos usados na

industria mineira; os STD são uniformes de calça e manga longa, muito semelhantes a fatos de mecânico. Os OG, são usualmente designados por EPI (equipamentos de proteção individual), como é o caso dos capacetes, por exemplo. Os índices de clo e im utilizados neste trabalho foram obtidos a partir de correlações com a velocidade efetiva do ar (Givoni & Goldman, 1972):

Tabela 1 - Propriedades dos vestuários em função das Veff

Clo (total) im/clo

STD Fatigues 0,99.Veff -0,25 0,75.Veff 0,25

STD + OG 1,50.Veff -0,20 0,51.Veff 0,20

Assim, os fatores de correlação para o cálculo dos índices usados foram os correspondentes aos STD + OG, como método de aproximação de realidade por excesso, ou seja, aplicado às condições com mais severas a nível de vestuário.

2.3.6 Doenças provocadas pelo calor na indústria mineira

Os estudos efetuados até à data apontam para uma grande suscetibilidade das pessoas em contrair doenças devido ao calor e humidade nas atividades mineiras. O aumento das temperaturas compromete as funções mentais e um provoca aumento da fadiga, o tem implicações na segurança no trabalho. As doenças relacionadas com o calor variam desde cãibras e exaustão por calor até à mais rara e normalmente fatal, o golpe de calor (V. S. Miller & Bates, 2007).

Trabalhar sob altas temperaturas pode não só causar doenças provocadas pelo calor ou mesmo morte, mas numa primeira fase provocar diminuição da concentração nas

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atividades, o que leva a uma diminuição de produtividade, e a erros que se podem gerar graves acidentes. Em ambientes onde a humidade é relativamente alta, o perigo aumenta. No que diz respeito a técnicas de avaliação de stresse térmico, à medida que as temperaturas do bolbo húmido e do bolo seco se aproximam, mais tensão térmica é sentida pelas pessoas. Assim, é possível verificar que mais importante do que os valores absolutos das temperaturas é a margem existente entre ambos, visto ser a humidade relativa a grande causa da inibição da evapotranspiração (Mitchell, 2007).

2.3.7 Sinais e sintomas de doenças causadas pelo calor

Durante o trabalho em ambientes quentes, a termorregulação do corpo humano, tenta manter a temperatura interna a 37ºC. Quando a termorregulação não é bem-sucedida, a temperatura interna aumenta, pelo que a possibilidade de aparecimento de sintomas de suscetibilidade de doença.

Os sintomas iniciais podem ser:  Perda de interesse nas tarefas;  Dificuldade em manter-se alerta;

 A necessidade de procurar um ambiente mais confortável nas proximidades; quando não existir tal ambiente, a pessoa padece de uma certa irritabilidade.

Estes sintomas iniciais progridem geralmente para uma perda de coordenação e destreza, que se traduz em importantes implicações ao nível da segurança e produtividade (Mitchell, 2007).

 Irritação da pele

Também conhecida como brotoeja (erupções cutâneas), é causada por impossibilidade de eliminar o suor durante um longo período de tempo, o que causa inflamação na pele pelo bloqueio dos poros da pele. A pele pode ficar com umas pintinhas vermelhas que causa irritação e por vezes dor. Em casos mais complicados, podem ocorrer infeções na pele, que são um indicador de possível golpe de calor (Mitchell, 2007).

 Síncope por calor (desmaio)

O desmaio ocorre quando a circulação do sangue diminui, diminuindo o fluxo de sangue ao cérebro, o que causa um perda de consciência durante determinado período de tempo (Mitchell, 2007).

 Exaustão por calor:

A exaustão por calor resulta da impossibilidade do fluxo sanguíneo em remover calor do organismo. A diminuição do volume sanguíneo resulta da desidratação, causada em certa parte pela falta de consumo de líquidos hidratantes. Assim, se verificado um aumento do stresse térmico e taxa de trabalho, que causa um aumento excessivo do ritmo cardíaco, e o intervalo entre as contrações do músculo cardíaco pode não ser suficiente para bombear

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sangue para o mesmo, e como consequência, o fluxo de sangue diminui. Nestas condições, a temperatura interna pode atingir os 39ºC (Mitchell, 2007).

Alguns sintomas de exaustão são:  Cansaço, sede e tonturas;

 Dormência ou tremuras nos dedos das mãos e pés;  Falta de ar, palpitações, baixa pressão sanguínea;  Visão turva, dores de cabeça, náuseas e desmaio;  Pele pegajosa que pode estar ou pálida ou vermelha.

 Golpe de Calor

Esta é a mais séria de todas as doenças relacionadas com o calor e pode ocorrer quando a temperatura interna excede os 41ºC (em alguns casos pode atingir os 45ºC), e a coordenação do sistema nervoso involuntário, nomeadamente a termorregulação, é afetada. Pode causar danos irreversíveis ao nível dos rins, fígado e cérebro.

O golpe de calor expõe as pessoas a um risco muito alto de fatalidade por paragem cardíaca e respiratória, pelo que é considerada como situação de emergência médica. Alguns sintomas de golpe de calor podem ser semelhantes a outros problemas menos sérios, como o caso de dores de cabeça, tonturas, náuseas, fadiga, sede, falta de ar e palpitações, mas a doença pode ser verificada subitamente, pelo que pode não passar por uma fase de exaustão por calor. Outros sintomas deste estado podem ser (Mitchell, 2007):

 Impossibilidade de cessar a transpiração, a pele pode apresentar-se quente mas seca, e pode apresentar borbulhas e vermelhão, e os lábios podem adquirir um tom azulado.

 Desorientação, que se pode tornar séria, na qual as pupilas dilatarão, o olhar torna-se vidrado, e um comportamento agressivo;

 Tremores e outras contrações musculares involuntárias;  Perda de consciência e convulsões.

2.3.8 Prevenção contra o calor

O corpo humano tem diversos mecanismos para libertação de calor e permanecerem frescos. Contudo, no momento em que a temperatura ambiente excede os 35ºC, o único mecanismo capaz é a evaporação do suor pela pele. Neste cenário, o calor gerado pela atividade orgânica e muscular é coletado pelo sangue e bombeado para a pele, em formato de suor. A pele por sua vez, só arrefece aquando da evaporação do suor à sua superfície.

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No entanto, a capacidade ou incapacidade do corpo em dissipar calor e a regular a sua temperatura interna depende de alguns fatores, entre os quais (Moraru, Babut, & Babut, 2010):

 Aptidão Cardiovascular:

Um coração saudável e forte (boa capacidade de bombagem, o que mostra também ser essencial um bom fornecimento de oxigénio aos pulmões) e uma boa circulação sanguínea são essenciais.

 Obesidade:

É uma característica que impede a libertação de calor, uma vez que o excesso de massa cria uma espécie de dupla camada corporal. Assim, indivíduos com excesso de peso sentem muito mais desconforto do que indivíduos com dito peso ajustado, face a condições térmicas (calor) mais intensas.

 Aclimatação:

É o conjunto de todas as adaptações feitas pelo corpo para se ambientar à exposição de calor. A aclimatação resulta num acréscimo do nível de tolerância de um individuo às condições adversas.

 Níveis de Hidratação:

O corpo necessita de permanecer bem hidratado quando exposto ao calor. Uma pequena descida no nível de hidratação significa uma diminuição considerável nas capacidades de resposta do organismo quando se trabalha num ambiente quente.

 Vestuário e Equipamento de Proteção Pessoal (EPI):

Quanto mais vestuário ou equipamento de proteção pessoal for usado, maior é o isolamento do corpo ao meio, logo menor é a evaporação por falta de contacto com o ar, logo maior é a dificuldade na tentativa de refrescar o corpo.

 Condições Ambientais:

A evaporação é afetada por diversos fatores ambientais. No entanto, os mais significativos em minas subterrâneas são a humidade e a velocidade do ar sobre o corpo. Como é fácil entender, num ambiente com humidade 0% é muito fácil ocorrer a evaporação do suor. Quando o ar se encontra completamente saturado, correspondente a 100% de humidade, é impossível ocorrer evaporação. Em pontos intermédios, é fácil verificar que a dificuldade de evaporação aumenta com o aumento da humidade, daí os ambientes húmidos e quentes serem mais stressantes do que ambientes secos e quentes. A circulação do ar sobre a superfície da pele aumenta a taxa de evaporação em todas as circunstâncias, (com exceção de ambientes 100% húmidos ou ambientes que apresentem valores de WBGT muito altos), portanto facilita as atividades no calor. De igual importância é a quantidade de calor que um corpo necessita de libertar, mas como é óbvio depende muito da quantidade de atividade exercida. A eficiência máxima do corpo humano é cerca de 20% mas até é bastante se verificar uma percentagem tão alta. Quanto mais trabalha um corpo, maior é a taxa de produção de calor metabólico.(Moraru et al., 2010).

(37)

2.3.9 Ambiente Térmico na Atividade Mineira Subterrânea

Como foi referido anteriormente, o stresse térmico aumenta com a profundidade das minas devido ao gradiente geotérmico e à autocompressão. A ventilação na indústria mineira é usualmente fraca, nomeadamente em zonas da mina em desenvolvimento, denominadas frentes de desmonte. Como é sabido, a refrigeração é algo que fica extremamente cara, daí ser normalmente insuficiente de modo a que assegure condições térmicas confortáveis. Há inclusive determinadas minas que não dispõem de refrigeração alguma. E nestas situações, fatores físicos como a obesidade e dificuldades respiratórias podem ser a causa para a contração de doenças como a exaustão e golpe de calor (Donoghue & Bates, 2000).

Com o desenvolvimento da indústria mineira, a média da profundidade das minas na china está a aumentar cerca de 10 metros por ano. Muitas da minas de carvão apenas operam em regime subterrâneo, e as minas de carvão de 1km de profundidade são cada vez mais vulgares. À medida que aumenta a profundidade mas minas, o calor radiante emanado pelas rochas envolventes é cada vez maior, chegando a atingir-se temperaturas nas frentes de desmonte de 30 a 40ºC. (Wang et al., 2011)

A par dos aumentos de profundidade de mina que equivale por si só ao aumento da temperatura ambiente, também o recurso a máquinas contribui para uma maior degradação da qualidade do ar. Por estas razões é de extrema importância o desenvolvimento de tecnologias que minimizem a agressividade das condições de trabalho, pois são um grande obstáculo à segurança e à saúde das pessoas.

2.4 Definições / Termos técnicos

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

(38)

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.

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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

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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.

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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,

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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

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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

2.5 Fatores condicionantes do Conforto Térmico

O conforto térmico é uma condição muito subjetiva da mente que é expressa pela satisfação face ao ambiente térmico, como foi anteriormente dito. O ambiente térmico incorpora as características do mesmo que afetam a perda de calor das pessoas. No que diz respeito a sensações corporais, o ambiente térmico pode ser avaliado através de uma escala de sensações que vão desde o “muito” frio até ao “muito quente”. Do ponto de vista psicológico, o conforto térmico ocorre quando se dá um equilíbrio térmico entre o corpo humano e o ambiente, que se traduz por uma ausência de transferência de calor entre os mesmos (não ocorre transpiração). Os fatores de maior influencia no conforto térmico são a temperatura do ar, a humidade relativa, o movimento do ar e o calor radiante (Sherif Mohamed, 2002).

2.5.1 Temperatura do ar

A temperatura do ar é um dos mais importantes fatores na determinação do conforto térmico. A temperatura do bolbo seco é a temperatura do ar que rodeia o trabalhador. A resposta corporal humana depende maioritariamente desta variável, sendo ela a que se tenta manter nas condições de conforto.

2.5.2 Humidade Relativa do ar

Quando a água é aquecida e evapora no ambiente circundante, o excesso de água no ar resultará em humidade. A humidade relativa é a relação entre a quantidade real de vapor de água no ar e a quantidade máxima de vapor de água que o ar consegue conter a uma dada temperatura.