XXX ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
Maturidade e desafios da Engenharia de Produção: competitividade das empresas, condições de trabalho, meio ambiente.
São Carlos, SP, Brasil, 12 a15 de outubro de 2010.
ESTUDOS DOS EFEITOS DA
ILUMINAÇÃO E TEMPERATURA NA
AÇÃO HUMANA E SUA RELAÇÃO COM
A SENSAÇÃO TÉRMICA SUBJETIVA
Luciano Fernandes Monteiro (UFPI)
[email protected]
Odelsia Leonor Sánchez de Alsina (UFCG)
[email protected]
Flávio Luiz Honorato da Silva (UFCG)
[email protected]
Maria Betania Gama Santos (UFCG)
[email protected]
Luiz Bueno da Silva (UFPB)
[email protected]
Este artigo objetivou analisar a sensação térmica subjetiva e o efeito
da iluminação e da temperatura durante o processo de montagem de
computadores. A metodologia adotada foi baseada numa pesquisa
exploratória, com a utilização de questionnários, comparação com as
normas ISO 7730 (1994) e avaliação do efeito da iluminação e
temperatura sobre o desempenho na montagem dos computadores. Os
menores tempos de montagem se observaram com 50% de iluminação
e 23ºC. Foram realizados cálculos da área superficial do corpo (ADU
em m2) para obtenção do balanço térmico, utilizando-se os seguintes
dados: idade, sexo, altura (m), peso (kg) AS (m2) e Qp (W). A partir
dos resultados observou-se que a média da estatura dos homens
apresentou um crescimento de 4 cm e das mulheres de 7 cm quando
comparado com a média padrão estabelecida na norma ISO 8996 para
o cálculo das áreas superficiais do corpo humano. Concluiu-se que as
condições ótimas de trabalho preditas pelo modelo coincidiram com as
respostas dos alunos com relação à sensação térmica subjetiva.
Palavras-chaves: Área superficial, sensação térmica subjetiva, efeito
da iluminação e temperatura.
1. Introdução
Várias teorias da administração foram desenvolvidas ao longo do tempo e tiveram como
objetivo encontrar justificativas plausíveis para o constante aumento da produção nas mais
diversas organizações. No entanto, percebe-se que as modernas teorias da administração
procuram abordar sistematicamente todo o processo organizacional levando a acreditar-se que
não existe uma fórmula exclusiva capaz de elevar a produção. Na realidade, trata-se de algo
complexo, sistêmico e sinérgico, não sendo possível observar os processos organizacionais
isoladamente. Portanto, para analisar os processos é preciso ter visão holística, justamente
porque são muitas variáveis a serem analisadas concomitantemente e cada uma delas poderá
ter influência direta no processo produtivo.
Uma simples mudança climática pode ser motivo suficiente para diminuição ou aumento da
produção. As mudanças no comportamento das pessoas também são responsáveis por estas
variações, assim como uma simples diminuição na iluminação do posto de trabalho.
O comportamento das pessoas dentro das organizações é complexo; depende de fatores como:
emoções, valores, aptidões, características de personalidade e também de fatores decorrentes
dos ambientes que as envolvem, das características organizacionais, das políticas, da coesão
grupal existente e de outros fatores.
De acordo com MONTEIRO (2001), em recente pesquisa realizada no centro de captura de
dados do IBGE, as condições térmicas podem estar relacionadas à variação de produtividade
nos trabalhos de digitação de dados. Esta observação é reforçada por LINS (2002) ao afirmar
que o homem, enquanto ser homeotérmico, é possuidor de características de adaptabilidade ao
ambiente em que vive, promovendo através de mecanismos naturais específicos, um ajuste
entre sua sensação térmica e as temperaturas exteriores. Essas características
termorreguladoras que o homem possui, promovem o equilíbrio térmico entre o ambiente e o
seu corpo.
Para o desenvolvimento deste trabalho foi realizado um estudo sobre o cálculo da área
superficial para o balanço térmico, comparando-se a sensação térmica subjetiva com o método
de Fanger, utilizando-se como ferramenta de trabalho o programa Statistic utilizado para a
realização dos cálculos do planejamento fatorial nas seguintes avaliações: efeito da
iluminação e temperatura, variáveis ambientais relacionadas com o conforto térmico dos
ambientes de trabalho que podem influenciar significativamente no processo produtivo, mais
especificamente no processo de montagem e desmontagem de computadores.
Tentativas de esclarecer os fatores externos que influenciam o comportamento humano na sua
atividade laboral, como: temperatura, luminosidade, móveis adequados para promover o
menor e mais confortável esforço físico ao trabalhador, ganharam vários adeptos, sendo
mencionados por SILVA (2000). Segundo esse autor, a temperatura operativa aparece como
uma variável importante no estudo da variabilidade da produtividade, principalmente no que
se refere a tarefas repetitivas e monótonas, em ambientes com VDT (video display terminals –
monitor de vídeo).
De acordo com RUAS (1999) o conforto térmico em um determinado ambiente pode ser
definido como a sensação de bem-estar experimentada por uma pessoa, como resultado da
combinação satisfatória, nesse ambiente, da temperatura radiante média (trm), umidade
relativa do ar (UR), temperatura do ambiente (ta) e velocidade relativa do ar (vr) com a
atividade desenvolvida no ambiente e com a vestimenta usada pelas pessoas.
2
Com base nestas informações, pode-se perceber que é justamente por isso que um certo
ambiente termicamente confortável para uma pessoa pode ser frio ou quente para outra,
devido à subjetividade das sensações térmicas, ou seja, estas sensações dependem de cada
pessoa que esteja inserida no meio ambiente.
Segundo COUTINHO (1998), dependendo das condições ambientais o corpo humano pode
receber calor, fazendo com que a sua temperatura interna tenda a aumentar, ou pode ceder
calor, tendendo a diminuir a sua temperatura interna. No entanto, a temperatura interna dos
seres humanos é constantemente controlada, mantendo-se aproximadamente em 37°C,
independentemente das condições do meio ambiente. Contudo, quando ocorre alguma
alteração na temperatura ambiental capaz de comprometer este controle, a variação da
temperatura interna não pode ultrapassar 4°C, sem que haja riscos de comprometimento da
capacidade física e mental. Em vista disso, mecanismos autônomos agem no sentido de evitar
qualquer alteração dessa temperatura.
Este trabalho teve como objetivo realizar cálculo da área superficial e do balanço térmico,
comparar a sensação térmica subjetiva pelos participantes do experimento durante o processo
de realização da montagem e desmontagem dos computadores e comparar esta sensação
térmica com o método adotado por Fanger e utilizar o planejamento fatorial na avaliação do
efeito da iluminação e temperatura observadas durante o processo.
2. Climatização e conforto térmico ambiental
Grande parte da população trabalhadora exerce sua atividade em ambientes fechados como
escritórios, auditórios, salas de aula, salas de cirurgia, cabinas de aeronaves e navios, etc. Em
vista disso, passou-se a ver a climatização como um possível fator de satisfação e aumento de
produtividade, pois o conforto térmico é um estado fisiológico sem grande esforço do sistema
de termorregulação, livrando-o, portanto, de uma carga extra, SILVA (2000).
A temperatura do corpo como freqüentemente se pensa, não é igualmente distribuída em todo
o organismo. Uma temperatura constante, no entorno dos 37ºC, se encontra no interior do
cérebro, do coração e nos órgãos abdominais (temperatura do núcleo). Essa temperatura é
necessária para o fluxo normal dos mais importantes processos vitais; fortes e duradouros
desvios não são condizentes com seres de sangue quente, GRANDJEAN (1998, p.289).
Segundo este mesmo autor, ao contrário da temperatura do núcleo, a temperatura nos
músculos, nos membros e bem especialmente, na pele (temperatura periférica), apresenta
oscilações. Análises fisiológicas mostraram que, em uma atmosfera externa fria, a
temperatura da pele pode cair abruptamente. Em ambientes frios a temperatura pode chegar a
35ºC a 2 cm abaixo da superfície da pele, enquanto que em ambientes quentes, já em poucos
milímetros abaixo da superfície da pele, a temperatura oscila entre 35 e 36ºC. Esta capacidade
de adaptação da periferia do corpo permite ao homem absorver ou ceder uma carga térmica
para todo o corpo de centenas de Watts por metro quadrado.
Com relação ao conforto climático e o seu significado fisiológico, geralmente não se percebe
um clima confortável no ambiente, mas se percebe imediatamente um clima não confortável,
quanto mais este se distancia daquele, GRANDJEAN (1998, p.293).
A sensação de desconforto pode ser um incômodo ou até um tormento, conforme a
intensidade da perturbação do equilíbrio térmico. Este sentimento é uma regulação biológica
importante: ela deve indicar aos animais de sangue quente as medidas necessárias para
restabelecer o equilíbrio térmico perturbado. Perturbações no conforto são acompanhadas de
alterações funcionais, que atingem todo o organismo, resultando em manifestações colaterais
3
de desconforto. Estes efeitos colaterais, resultantes de um calor excessivo, geralmente
apresentam os seguintes sintomas: primeiramente, cansaço e sonolência, que reduzem a
prontidão de resposta e aumentam a tendência às falhas, GRANDJEAN (1998, p.294).
Portanto, a garantia de um clima confortável no ambiente de trabalho é um pré-requisito
necessário para a manutenção do bem-estar e para a capacidade de produção total,
contribuindo também para a prevenção de acidentes de trabalho resultantes da fadiga
proveniente do excesso de frio ou de calor.
Se um voluntário é colocado em uma câmara climatizada, com valores fixos de velocidade e
umidade do ar, radiação, tipo de roupa e atividade, e exposto a diversas temperaturas, pode-se
encontrar uma faixa de temperatura em que a troca de calor do corpo está em estado de
equilíbrio. Esta faixa é chamada de zona de regulação vasomotora, ou zona de conforto,
porque dentro desta faixa de temperatura o equilíbrio de calor é mantido, principalmente pela
regulação do fluxo de sangue entre as partes do corpo. Para uma pessoa vestida e descansada,
em um ambiente com ar calmo e sem radiação, esta zona fica entre 20 e 23°C, KROEMER
(2005, p.284).
Se existe um pequeno excesso de calor ele é compensado pelo aquecimento das partes
periféricas do corpo e pelo aumento da transpiração. Essa é a zona de controle evaporativo. Se
o calor continua a aumentar e excede certo limite, limite de tolerância, a temperatura aumenta
rapidamente e abruptamente, e em pouco tempo pode levar á morte por choque térmico.
As temperaturas abaixo da zona de regulação vasomotora são caracterizadas por um balanço
negativo de calor para o corpo, já que mais calor está sendo perdido do que gerado
internamente. Esta é a zona de resfriamento do corpo. De início, o resfriamento fica restrito às
partes periféricas do corpo, que podem tolerar um déficit de calor por um tempo, mas
hipotermia extrema leva à morte, KROEMER (2005, 284p).
Quando se examina em qual temperatura um voluntário realmente se sente bem, verifica-se
uma faixa relativamente muito estreita, de 2 a 3ºC em torno de uma média de temperatura
ambiente que depende de fatores individuais. A pessoa claramente só se sente bem mesmo
quando seu sistema de regulação vasomotor não está sendo exigido ao extremo, portanto,
quando a irrigação sangüínea da pele está dentro de um limite normal numa faixa média de
oscilações. Ao contrário, um balanço negativo ou positivo de calor (com um déficit ou um
acúmulo de calor na temperatura periférica) é percebido como especialmente desconfortável,
GRANDJEAN (1998, p.295).
Segundo KROEMER (2005, p.285), as impressões das pessoas quanto ao conforto são
influenciadas pelos mesmos quatro fatores climáticos que determinam a troca de calor:
temperatura do ar; temperaturas das superfícies adjacentes; umidade relativa do ar e
movimentos do ar.
Cada fator contribui para o equilíbrio térmico, e os pesquisadores tentaram encontrar uma
unidade objetiva de medição, considerando todos eles. Um exemplo é a chamada sensação
térmica, que considera o ritmo do resfriamento de superfícies de corpos despidos como um
índice de desconforto, mas esta abordagem funciona apenas em certas condições de um
ambiente frio. Portanto, os pesquisadores passaram a adotar cada vez mais as impressões
subjetivas dos sujeitos em teste, como medida do grau de conforto ou desconforto em um
ambiente térmico, resultando no conceito de temperaturas efetivas, KROEMER (2005, p.285).
3. Sensação térmica
4
Sensação térmica é a combinação da temperatura com outros fatores meteorológicos, como o
vento, que representa com mais precisão o impacto das condições do tempo sobre o
organismo.
A norma ISO 7730 (1994) aplica-se a indivíduos sadios e tem como objetivo apresentar um
método para prognosticar a sensação térmica e a proporção de pessoas insatisfeitas quando
expostas a ambientes térmicos moderados, bem como especificar condições ambientais
aceitáveis para o conforto térmico. Esta norma é indicada no projeto de ambientes novos,
como também na avaliação dos já existentes e embora tenha sido elaborada para os ambientes
laborais pode ser aplicada a outros, RUAS (2001, p.51).
A avaliação do conforto térmico por essa norma exige o conhecimento de outras como: a
norma ISO 7726 (1985) que especifica métodos e características dos instrumentos para
avaliação do conforto térmico, norma ISO 8996 (1990) que descreve métodos para obtenção
da taxa de metabolismo e norma ISO 9920 (1995) que apresenta métodos para estimar as
características térmicas das vestimentas.
O método de avaliação adotado por essa norma é o do Voto Médio Estimado (PMV) que foi
baseado em estudos realizados em câmaras climatizadas nos Estados Unidos da América e na
Dinamarca (ROHLES et al., 1966; MCNALL et at., 1967 e FANGER, 1970). Essas
experiências foram posteriormente repetidas em países de climas diferentes, (TANABE,
KIMURA & HARA, 1987; CHUNG & TONG, 1990 e DE DEAR, LEOW & AMEEN, 1991)
e os resultados obtidos concordaram com os anteriores.
O PMV é dado em uma escala de sete pontos (+3 muito quente, +2 quente, +1 levemente
quente, 0 conforto, -1 levemente frio, -2 frio, -3 muito frio) e representa uma estimativa de
sensação térmica média de um grande grupo de pessoas. Ele é obtido utilizando as variáveis
ambientais (temperatura radiante média, umidade relativa, temperatura e velocidade relativa
do ar) e as variáveis pessoais (taxa de metabolismo e isolamento térmico da vestimenta).
A norma ISO 7730 (1994) traz o modelo matemático elaborado por Fanger, que permite
calcular o PMV utilizando essas variáveis, mas também possui um conjunto de tabelas que
possibilita obtê-lo diretamente para diferentes combinações de taxa de metabolismo,
isolamento térmico da vestimenta, temperatura operativa e velocidade relativa do ar.
Medindo-se ou estimando-se essas variáveis em um ambiente, consegue-se com esta norma
prever a sensação térmica de um grupo de pessoas (PMV) e a correspondente Porcentagem
Estimada de Insatisfeitos (PPD) que pode ser calculada ou obtida graficamente através do
PMV.
Para a medição das variáveis ambientais é indicada a norma ISO 7726 (1985) que especifica
as características mínimas dos instrumentos e os métodos a serem utilizados, exceto para o
caso da velocidade relativa do ar. Essa velocidade é a que efetivamente atua sobre o corpo
humano, sendo a resultante de duas componentes: uma é a velocidade do ar incidente sobre a
pessoa, considerando-a parada, e a outra é em razão do movimento do corpo na realização de
uma tarefa, considerando agora o ar parado.
A velocidade relativa do ar pode ser calculada a partir da velocidade absoluta, com um
anemômetro. A norma ISO 7730 (1994) estima que a velocidade relativa do ar (var) devida ao
movimento do corpo é zero para as atividades sedentárias (M = 1 met) e var = V + 0,0052(M
– 58) para M > 1 met, sendo var dada em m/s. O símbolo M representa o metabolismo,
definido a seguir.
5
De acordo com COUTINHO (1998), metabolismo (M) refere-se à energia liberada pela
reação química ocorrida entre o oxigênio e o alimento, a qual é proporcional ao esforço
realizado pelos músculos, sendo sua unidade de medida W/m2, usando também o met que
equivale a 58 W/m2. Para informações mais detalhadas sobre taxas de metabolismo e
isolamento térmico das vestimentas são recomendadas as normas ISO 8996 (1990) e ISO
9920 (1995), respectivamente.
O isolamento térmico de uma vestimenta é estimado somando-se os isolamentos das peças
que a compõem, extraídos da Norma ISO 7730 (1994), a qual define conforto térmico como o
estado de espírito que exprime satisfação com o ambiente térmico e considera que a
insatisfação pode ocorrer em razão do aquecimento ou resfriamento do corpo como um todo
ou de partes determinadas, o que recebe a designação de desconforto localizado. RUAS,
(2001).
Um tipo característico de desconforto localizado é o provocado por correntes de ar que
resfriam uma parte do corpo, em função da velocidade e ou temperatura inadequados. A
norma ISO 7730 (1994) apresenta uma equação que permite calcular a porcentagem de
insatisfeitos devido ao às correntes de ar, em função da temperatura, velocidade do ar e
intensidade de turbulência. Essa equação é aplicável a pessoas em atividade leve,
principalmente sedentária, com sensação térmica próxima da neutralidade, no corpo como um
todo.
O desconforto localizado também pode ser causado por grandes diferenças entre as
temperaturas nas alturas da cabeça e do tornozelo, por grande assimetria de temperatura
radiante ou pelo contato com superfícies frias ou quentes. A norma ISO 7730 (1994)
recomenda limites para esses tipos de desconforto nas atividades leves e também especifica
que um ambiente é aceitável no que se refere ao conforto térmico se a porcentagem de
pessoas insatisfeitas devido ao desconforto no corpo como um todo for menor que dez por
cento, ou seja, PPD < 10%, e os insatisfeitos devido às correntes de ar forem menos que 15%.
A norma ainda cita que devido às diferenças individuais, é impossível estabelecer condições
de conforto térmico que satisfaçam a todos num grande grupo.
A exatidão dos resultados da avaliação por essa norma depende da exatidão dos valores
daquelas variáveis uma vez que o PMV é um modelo matemático baseado em experiências de
laboratório onde todas as variáveis foram cuidadosamente controladas. A norma ISO 7726
(1985) especifica as características mínimas dos instrumentos e os métodos que propiciarão a
exatidão desejada no levantamento das variáveis ambientais.
Já para a obtenção das variáveis pessoais nas aplicações de campo, é difícil conseguir a
exatidão necessária, visto que os recursos técnicos exigidos para medí-las geralmente não
estão disponíveis, pois são normalmente estimadas através de tabelas apresentadas nas normas
ISO 7730 (1994), ISO 9920 (1995) e ISO 8996 (1990) e isso pode gerar erros na avaliação do
conforto térmico.
4. Condições ambientais de trabalho
Ambiente de trabalho - É um conjunto de fatores interdependentes, materiais ou abstratos, que
atua direta e indiretamente na qualidade de vida das pessoas e nos resultados dos seus
trabalhos. WADA, (1990). Um local de trabalho, seja em um escritório, uma fábrica, um
banco, deve ser sadio e agradável. O homem precisa encontrar aí condições capazes de lhe
proporcionar o máximo de proteção e, ao mesmo tempo, satisfação no trabalho. Neste sentido,
o ambiente de trabalho é composto de um conjunto de fatores, que podem ser agrupados em
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dois blocos: fatores físicos e fatores organizacionais. É importante salientar que, não há uma
hierarquização de importância, pois um ambiente de trabalho é, na verdade, produto da
contribuição desses diversos fatores.
Ambiente térmico – Segundo VERDUSSEN (1978), a temperatura é um ponto que deve
merecer o maior cuidado, quando se busca criar adequadas condições ambientais de trabalho.
Há temperaturas que dão uma sensação de conforto, enquanto outras se tornam desagradáveis
e até prejudiciais à saúde.
Segundo LAMBERTS et al (1997) se o balanço de todas as trocas de calor a que está
submetido o corpo humano for nulo e a temperatura da pele e suor estiverem dentro de certos
limites, pode-se dizer que o homem sente conforto térmico.
5. Meios de medição das variáveis ambientais:
Temperatura do ar (Tar): pode ser medida com um termômetro convencional de mercúrio
Umidade do ar (UR umidade relativa do ar): pode ser obtida com ajuda de um aparelho
denominado psicrômetro que contém dois termômetros: termômetro de bulbo úmido (TBU) e
termômetro de bulbo seco (TBS), com os quais coleta-se a temperatura de bulbo úmido e a
temperatura de bulbo seco, respectivamente. Com estas duas medidas se encontra a umidade
relativa do ar correspondente, fazendo uso da carta psicométrica.
Velocidade do ar (V): aparelho mais indicado para medir baixa velocidade do ar é o termoanemômetro, ou anemômetro de fio quente.
Temperatura radiante média (trm): é obtida a partir dentre duas equações da norma ISO 7726,
uma de convecção natural e outra de convecção forçada (Equações 7 e 8 da norma ISO 7726,
respectivamente), tendo como principais variáveis: temperatura de bulbo seco e temperatura
de globo e velocidade do ar. Com o valor dessas variáveis pode-se analisar as condições
térmicas de um ambiente, através de um dos índices convenientes: PMV, PPD, IBUTG,
temperatura efetiva, etc, conforme as normas respectivas. O PMV (ou VME) estima o valor
médio dos votos de um grupo de pessoas na escala de sensação térmica. Já PPD (porcentagem
de pessoas insatisfeitas com o conforto térmico do ambiente) é função do PMV.
A escala apresentada na Fig. (1) será utilizada para anotar a sensação térmica do usuário em
relação ao seu local de trabalho.
-3
-2
-1
0
+1
+2
+3
Muito
Frio
Frio
Levemente
Frio
Neutro
Levemente
Quente
Quente
Muito
Quente
Figura 1. Escala de sensação térmica conforme norma ISO 7730 (1994)
6. Trabalhos em temperaturas elevadas
Segundo LAVILLE (1977), durante o trabalho físico no calor, constata-se que a capacidade
muscular se reduz, o rendimento decai e a atividade mental se altera, apresentando
perturbação da coordenação sensório-motora. A freqüência de erros e acidentes tende a
aumentar, pois o nível de vigilância diminui, principalmente a partir de 30° C. Abaixo,
relacionam-se outros problemas ligados à saúde quando o indivíduo está trabalhando em
locais com temperaturas elevadas: Internação ou insolação; Prostração térmica; Cãibras;
Catarata e conjuntivites; Dermatites. As recomendações para esses casos são: Isolamento das
7
fontes de calor; roupas e óculos adequados no caso de calor por radiação; pausas para
repouso; reposição hídrica adequada.
7. Trabalhos em baixas temperaturas
Os danos à saúde, nestes casos, apresentam uma relação direta entre o tempo de exposição e
as condições de proteção corporal. Destacam-se, ainda, os cuidados necessários à prevenção
dos denominados choques térmicos, que podem ocorrer quando o organismo é exposto a uma
variação brusca de temperatura. Os efeitos sobre a saúde do trabalhador frente a um ambiente
de trabalho com baixas temperaturas são, entre outros: enregelamento dos membros devido à
má circulação do sangue; ulcerações decorrentes da necrose dos tecidos expostos; redução das
habilidades motoras como a destreza e a força, da capacidade de pensar e julgar; tremores,
alucinações e a inconsciência. Recomendações para o trabalho em baixas temperaturas: Para
os trabalhos externos e prolongados, recomenda-se uma boa alimentação em calorias e roupas
quentes.
8. Balanço térmico
Segundo RUAS (2002), o equilíbrio térmico é essencial para a vida humana e é obtido quando
a quantidade de calor produzida no corpo é igual à quantidade de calor cedida para o ambiente
através da pele e da respiração. O calor produzido é a diferença entre a taxa de metabolismo e
o trabalho mecânico realizado. A ASHRAE (1997) propõe a seguinte equação para expressar
matematicamente esse processo:
M - W = Qsk +Qres + S
(1)
Sendo:
Qsk = C + R + Ersw + Edif
(2)
Qres = Cres + Eres
(3)
Onde:
M
Taxa de metabolismo, W/m2;
W
Taxa de trabalho mecânico realizado, W/m2;
Qsk
Taxa total de calor perdido pela pele, W/m2;
Qres Taxa total de calor perdido pela respiração, W/m2;
S
Taxa de calor armazenada no corpo, W/m2;
C + R Perdas de calor sensível pela pele por convecção e radiação, W/m2;
Ersw Taxa de calor perdido por evaporação da transpiração, W/m2;
Edif
Taxa de calor perdido por evaporação da água de difusão, W/m2;
Cres
Taxa de perda de calor convectivo na respiração, W/m2;
Eres
Taxa de perda de calor evaporativo na respiração, W/m2;
Um valor positivo para o termo S representa o aquecimento do corpo, da mesma forma que
um valor negativo mostra o seu resfriamento; quando S é igual a zero, o corpo está em
equilíbrio térmico. O calor total produzido pelo organismo depende do tipo de atividade
desenvolvida e pode ser calculado de acordo com equação:
Qp = M.Adu
(4)
Onde:
Qp
é a energia metabólica produzida (em W)
M
é um valor que depende da atividade desenvolvida (dado em W/m2).
Adu
é a área superficial do corpo (em m2)
Todos os termos da equação de balanço térmico são dados na unidade de potência por área e
referem-se à área superficial do corpo nu. Essa área normalmente é calculada pela equação de
DuBois-Poulsen (ASHRAE, 1997):
8
Adu = 0,202 . mc0,425 . ac0,725
(5)
onde:
Adu área superficial do corpo, m2
mc
massa do corpo, kg;
ac
altura do corpo, m.
Levando em consideração que a altura do homem padrão é 1,70m com peso de 70kg e que
para a mulher a altura padrão é 1,60m pesando 60kg, tem-se pela Eq. (5), as respectivas áreas
superficiais do corpo humano, conforme norma ISO 8996.
Homem padrão
Adu = 0,202 . 70 0,425 . 1,7 0,725
Mulher padrão
Adu = 0,202 . 60 0,425 . 1,6 0,725
Adu = 1,80 m2
Adu = 1,60 m2
A taxa de metabolismo de um determinado trabalho é estimada enquadrando-o numa das
atividades listadas na Tabela 1 ou, para o caso de trabalho composto por atividades diferentes,
ponderando-se as taxas de cada atividade executada em relação ao tempo por um período de
uma hora.
ATIVIDADE
METABOLISMO
(W/m2)
(met)
46
0,8
58
1,0
70
1,2
93
1,6
116
2,0
Reclinado
Sentado, relaxado
Atividade sedentária (escritório, residência, escola, laboratório)
Em pé, atividade leve (compras, laboratório, indústria leve)
Em pé, atividade média (trabalho com máquina, doméstico)
Andando em superfície nivelada
2 km/h
110
1,9
3 km/h
140
2,4
4 km/h
165
2,8
5 km/h
200
3,4
Tabela 1 – Taxa de metabolismo proposta pela norma ISO 7730 (1994) Fonte: Avaliação de conforto térmico
contribuição à aplicação prática das normas internacionais. Álvaro César Ruas (2001), página 53.
9. Planejamento experimental 2k
Foi realizado um planejamento fatorial 22 + 3 repetições no ponto central + configuração
estrela, com a finalidade de avaliar quantitativamente a influência das variáveis de entrada
(temperatura e iluminação) sobre o tempo de execução das atividades, desmontagem,
montagem e o número de falhas dos computadores.
Na Tabela (2) são mostrados os valores codificados e reais das variáveis de entrada:
temperatura (T ºC) e luminosidade (L).
Experimentos
T ºC
L
1
-1 (18ºC)
-1 (0)
2
-1 (18ºC)
+1 (100)
3
+1 (28ºC)
-1 (0)
4
+ 1(28ºC)
+1 (100)
5
-1,4142 (16ºC)
0 (50)
6
+1,4142 (30ºC)
0 (50)
7
0 (23ºC)
-1,4142 (- 20)
8
0 (23ºC)
+1,4142 (120)
9
0 (23ºC)
0 (50)
10
0 (23ºC)
0 (50)
11
0 (23ºC)
0 (50)
Tabela 2. Matriz do planejamento fatorial 22 + 3 (ponto central) + 4 (configuração estrela)
9
Foram planejados 11 experimentos, sendo 3 no ponto central e 8 de acordo com os dados
estabelecidos na matriz do planejamento fatorial. A realização dos 3 experimentos no ponto
central tem como principal finalidade permitir uma estimativa de variabilidade em função do
erro experimental.
Os valores codificados foram calculados conforme BARROS NETO (2001); no algoritmo
usado para calcular os efeitos, os verdadeiros valores dos níveis dos fatores são substituídos
por +1 e -1. Isto corresponde a uma codificação das variáveis originais. Por exemplo: para
transformar os valores relacionados com as temperaturas utilizadas durante o experimento
(16°C, 18°C, 23°C, 24°C, 28°C e 30°C) e os percentuais referentes aos valores de iluminância
por posto de trabalho (0%, 50% e 100%) em -1 e +1, basta subtrair de cada um deles o valor
médio e dividir o resultado pela metade da amplitude da variação, que é a diferença entre o
valor superior e o valor inferior.
10. Resultados
10.1 Sensação térmica observada durante o processo de montagem
A sensação térmica subjetiva foi avaliada através de questionários, conforme a norma ISO
7730, constantes no Anexo I. Com os dados da velocidade relativa do ar (Var), umidade
relativa (UR), resistência térmica das vestes (Iclo), temperatura (T) e tipo de atividade,
calculou-se o índice de votos médios estimados PMV (ou VME), de acordo com o modelo de
FANGER e citado na norma ISO 7730, com a finalidade de comparar a sensação térmica
subjetiva dos alunos. Porém, para cada ensaio foram realizadas três repetições. A sensação
térmica subjetiva, apresentada na Tab. (3), corresponde ao maior número de respostas
apresentadas pelos estudantes, com relação à sensação de conforto no momento dos ensaios.
Ensaio
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
T
(°C)
16
16
18
18
18
23
23
23
24
28
28
30
30
UR
(%)
62,47
61,87
60,78
62,53
56,40
59,21
68,73
70,87
58,82
65,10
69,77
42,73
53,07
PMV
calculado
-1,33
-1,33
-0,88
-0,87
-0,91
0,27
0,33
0,35
0,46
1,38
1,41
1,68
1,75
Sensação térmica esperada
(norma ISO 7730)
Levemente friofrio
Levemente friofrio
Levemente frio
Levemente frio
Levemente frio
Confortável (neutro)
Confortável (neutro)
Confortável (neutro)
Confortável (neutro)
Levemente quentequente
Levemente quentequente
Quente
Quente
Sensação térmica
subjetiva pelos alunos
Muito frio
Levemente frio
Frio
Levemente frio
Levemente frio
Levemente quente
Neutro
Levemente frio
Não respondeu
Levemente quente
Levemente quente
Quente
Quente
Tabela 3. Sensação térmica subjetiva pelos alunos no momento dos ensaios
Verificou-se que tanto no sentindo das baixas temperaturas como no das altas temperaturas
alguns alunos apresentaram queixas relacionadas ao desconforto térmico. Vale salientar que
estes resultados foram analisados separadamente, por cada experimento realizado, justamente
para evitar que a amostra geral interferisse nos resultados, uma vez que foi utilizada uma faixa
de temperatura variando de 16 a 30°C. Verificou-se que as sensações térmicas apresentadas
na Tab. (3) que estão destacadas em negrito coincidem com as sensações térmicas calculadas
pelo modelo de Fanger. Observa-se que das 13 situações analisadas, 8 delas coincidiram com
as preditas pelo modelo. Neste caso, considerando as diferenças individuais, e que as amostras
correspondiam a 3 pessoas por experimento, pode-se considerar uma boa concordância entre o
10
modelo proposto e os resultados obtidos. Esta concordância resulta mais significativa
levando-se em conta que a cidade de Campina Grande, localizada no estado da Paraíba,
Nordeste do Brasil, apresenta uma temperatura média entre 21 e 24°C enquanto que o modelo
de Fanger foi baseado em respostas de populações de países de clima temperado ou frio.
10.2 Cálculo da Área superficial do corpo (ADU), e do metabolismo Qp
A área superficial do corpo foi estimada pela equação de DuBois-Poulsen, Eq. (4) e para o
cálculo do metabolismo utilizou-se a Eq. (5).
Na Tabela (4). constam os dados calculados da área superficial (ADU em m2) do corpo
conforme Eq. (5), assim como a do metabolismo (Qp em W) de cada um dos alunos que
fizeram parte dos ensaios, conforme Eq. (4). Como se observa nesta tabela, as médias dos
dados antropométricos e do metabolismo dos homens e das mulheres aproximam-se das
médias padrões expressas na Tab. (4). Desta forma, usando-se as características do homem e
da mulher padrão, estabelecidos na norma ISO 8996 e se considerando os ensaios realizados
no laboratório como uma atividade leve, com taxa de metabolismo em torno de 93 W/m2,
pode-se afirmar que durante o experimento, tanto os homens quanto as mulheres estiveram
dentro dos padrões estabelecidos por esta norma, conforme se observa na Tab. (4), onde os
valores de Qp/ADU correspondentes são: para o homem padrão igual a 92,8 W/m2,
comparativamente com a média obtida no universo da pesquisa para este gênero que foi igual
a 92,9 W/m2, estando próxima da taxa metabólica tabelada. Para a mulher padrão o valor
obtido é de 92,5 W/m2, comparativamente com a média obtida no universo da pesquisa para
este gênero, sendo igual a 92,6 W/m2.
Sexo
Masculino
Feminino
Idade
Sexo
Altura (m)
Peso (kg)
As
Média
Média
Média
Média
(m2)
28
1,74
70,53
1,84
 20
11
1,67
56,63
1,63
 19
Tabela 4. Cálculo da área superficial do corpo (AS) e do metabolismo (Qp)
Qp
(W)
171,1
151,6
10.3 Cálculo do isolamento térmico dos itens de vestuário (Iclo)
Foram aplicados questionários em que constavam diversos tipos de vestimentas para serem
assinalados pelos alunos. A média de isolamento térmico apresentada pelo grupo de pesquisa
foi de 0,53 clo.
10.4 Avaliação do efeito da iluminação e temperatura sobre o desempenho na montagem
dos computadores
10.4.1 Influência da iluminação
Na Figura (2) se observa a variação do tempo de montagem médio com o percentual de
iluminação para diferentes níveis de temperatura. Observa-se nitidamente a presença de um
mínimo em torno de 65% de iluminação. A esse mínimo corresponde uma média de 1500
segundos para a montagem dos computadores.
11
1,8
2200
Experimental
Equação 4.2
1,6
Experimental
Equação 4.1
1,4
1,2
falhas
tempo de montagem (s)
2000
1800
1,0
0,8
1600
0,6
1400
0,4
1200
0,2
0
20
40
1000
60
80
100
% de iluminação
0
20
40
60
80
100
% de iluminação
Figura 2. Efeito da iluminação sobre o tempo de
montagem.
Figura 3. Efeito da iluminação sobre o número de
falhas.
A equação da curva de tendência obtida mediante análise de regressão é a função quadrática:
t = 1868,75 – 13,672L + 0,10382L2
Onde, t : tempo de montagem (s)
e
(6)
L: percentagem de lâmpadas acessas (%).
Na Figura (3) verifica-se que, como o esperado, o número de falhas médio diminui na medida
que a iluminação aumenta para as diversas temperaturas utilizadas.
O ajuste linear dos dados apresentou uma linha de tendência que segue a equação:
F= 1,24667 – 0,00808L onde
(7)
F : número de falhas e L: percentagem de lâmpadas acessas (%).
10.4.2. Influência da temperatura
Na Figura (4), que mostra a variação do tempo de montagem com a temperatura, observa-se
uma tendência semelhante à encontrada em relação à iluminação, com a presença de um
mínimo em torno de 23 ºC. Nessa temperatura, os alunos requereram em média 1500
segundos para montar os computadores, para os diferentes níveis de iluminação utilizados.
Experimental
Equação 4.3
1,8
1,4
2000
1,2
1800
falhas
tempo de montagem (s)
Experimental
Equação 4.4
1,6
2200
1600
1,0
0,8
1400
0,6
1200
0,4
1000
0,2
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
o
temperatura ( C)
Figura 4. Efeito da temperatura sobre o tempo médio
de montagem para diversos níveis de iluminação
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
o
temperatura ( C)
Figura 5. Efeito da temperatura sobre o número médio
de falhas para diversos níveis de iluminação
A equação quadrática obtida para a curva de tendência do tempo de montagem com a
temperatura é:
12
t = 3929,15234 – 211,84202T + 4,5868T2
(8)
Onde t representa o tempo de montagem (em segundos) e T é a temperatura (°C).
Quanto ao efeito da temperatura sobre as falhas, embora menos definido que em relação à
iluminação, observa-se uma tendência em diminuir as falhas com o aumento da temperatura,
como se mostra na Fig. (5).
A linha de tendência da variação do número de falhas com a temperatura é:
F = 1,64245 – 0,03387T
(9)
Onde, F representa o número de falhas cometidas durante o processo de montagem e T
representa a temperatura (°C) durante a realização dos experimentos.
As Equações (6) a (9) devem ser consideradas apenas como expressões de tendências e não
tem caráter preditivo, já que os coeficientes de correlação são baixos e os desvios padrões
elevados, em torno de 10% para o tempo de montagem e 25% para as falhas. Isto se deve a
que estas equações analisam os efeitos das variáveis de modo independente, sem levar em
conta os efeitos conjuntos e interações.
11. Conclusões
Verificou-se que das 13 situações analisadas, com relação às sensações térmicas apresentadas,
8 delas coincidem com as sensações térmicas calculadas pelo modelo de Fanger. A média de
isolamento térmico apresentada pelo grupo de pesquisa foi de 0,53 clo. Tanto os homens
quanto as mulheres estiveram dentro dos padrões estabelecidos pela norma ISO 8996. Pode-se
inferir que a incidência de falhas foi maior nas temperaturas menores e com menor
iluminação e que, em geral, os tempos de montagem apresentam pontos de ótimos, com
valores mínimos em relação à iluminação e à temperatura. Os menores tempos de montagem
se observaram com 50% de iluminação e 23ºC. Embora seja evidente o fato de que uma
menor iluminação provoque naturalmente maiores falhas, não se tem uma explicação
plausível para o efeito da temperatura que poderia estar associada às interações com o tempo
de montagem. Concluiu-se que as condições ótimas de trabalho preditas pelo modelo
coincidiram com as respostas dos alunos com relação à sensação térmica subjetiva.
5. REFERÊNCIAS
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Geneva. ISO 9920;
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14