Conforto Térmico das Construções Edmundo Rodrigues 23

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Conforto Térmico das Construções - Edmundo Rodrigues
3. Fisiologia da Homeotermia
3.1. Homeotermia
O homem, as aves e os animais mamíferos de uma forma geral são
seres homeotérmicos, isto é, capazes de manterem a temperatura
interna do corpo, aproximadamente constante, embora ocorra
variação da temperatura do ar ambiente.
A temperatura interna do corpo é controlada pelo equilíbrio entre o
calor produzido pelo seu metabolismo e o calor ganho ou perdido
para o ambiente externo. O homem produz calor quando transforma
quimicamente a energia dos alimentos ingeridos. A dissipação do
calor é função das condições ambientais externas, ocorrendo por
condução, convecção, radiação e evaporação, manifestando-se
fisiologicamente por fenômenos como: vasodilatação, variação da
taxa respiratória, variação da taxa de sudorese, piloereção, variação
das condições da alimentação e alterações comportamentais.
Todo fator externo que provoca um estresse é denominado estressor
(calor, frio, umidade, vento, fome, sede, infecções, dor, medo,
ansiedade, isolamento, endoparasitos, ecoparasitos, poluição sonora
e elevada densidade populacional). A interação entre estímulo
estressor e resposta ao estímulo, seja motora ou endócrina,
manifesta-se na forma de uma síndrome, a síndrome de adaptação
geral, com a qual o organismo tenta evitar ou reduzir os efeitos do
estressor. Os estressores ambientais podem, na extensão em que
excedam as capacidades de defesa e compensação do homem ou dos
animais, afetar adversamente o desempenho, a saúde e o seu bem
estar.
A homeostase é a manutenção do equilíbrio orgânico, embora as
condições ambientais variem. O sistema nervoso é o responsável pela
integração dos diferentes sistemas e aparelhos orgânicos, regulando
o contato que é mantido tanto com o meio externo quanto com o
interno.
A homeotermia é a homeostase térmica, isto é, a propriedade que
alguns animais (aves e mamíferos), bem como o homem, possuem
de manter a temperatura corporal constante, ou variando dentro de
estreitos limites, enquanto a temperatura externa tem variações
apreciáveis. Os mecanismos bioquímicos e fisiológicos são
dependentes da temperatura
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corporal, podendo ser citado como exemplo o metabolismo celular, a
freqüência cardíaca, a freqüência respiratória, os processos
digestivos, etc.
O balanço entre os mecanismos de produção e perda de calor faz com
que a temperatura corporal permaneça estável, sendo regulada por
meio de mecanismos fisiológicos e comportamentais, sempre que o
centro termorregulador detecta variações do ambiente térmico, ou
seja, da temperatura, umidade relativa, velocidade do ar e da
intensidade de radiação solar.
O cérebro e a medula espinhal formam o sistema nervoso central.
Neurônios partem do sistema nervoso central atingindo as diversas
partes do corpo, constituindo o sistema nervoso periférico. O sistema
nervoso periférico é formado pelo sistema somático (motor) e pelo
autonômico. O sistema somático é controlado voluntariamente sendo
responsável pela emissão das respostas comportamentais através da
contração dos músculos esqueléticos. O sistema autonômico não tem
controle voluntário, sendo composto pelos neurônios que enervam os
músculos lisos viscerais, trato intestinal, glândulas e músculo
cardíaco. O sistema nervoso central controla ainda as respostas
hormonais, por meio do eixo [hipotálamo - hipófise - glândulas
endócrinas] que regula as funções hormonais associadas à
concentração de hormônios no sangue. Neurônios aferentes levam ao
cérebro informações de natureza elétrica dos receptores, tanto
externos quanto internos, espalhados pelo corpo, onde as
informações são processadas. O hipotálamo é a parte do cérebro com
participação mais ativa no processamento das informações sensoriais
e execução de respostas motoras, comportamentais, autonômicas e
hormonais. O hipotálamo tem função crucial no funcionamento da
glândula pituitária (hipófise), sensação e regulação da temperatura
corporal, regulação osmótica, sensações de fome, sede, dor e de
certas emoções.
Homeotermia é a manutenção, aproximadamente constante, da
temperatura interna do corpo, embora a temperatura ambiental varie
dentro de limites apreciáveis. A temperatura do corpo humano é da
ordem de 37 0 C, da maioria dos mamíferos é de cerca de 39 0 C,
enquanto que a das aves em explorações zootécnicas é de cerca de
41 0 C. A temperatura corporal de cada animal depende de inúmeros
fatores, tais como: parte do corpo, raça, idade, nível energético da
dieta, atividade, nível de produção, ciclo estral, hora do dia e estação
do ano.
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3.2. Processos fisiológicos de controle térmico
Para manter a termoneutralidade, o homem e os animais utilizam
diversos mecanismos comportamentais e fisiológicos. Para combater
os efeitos do estresse de frio, comportamentalmente, se abrigam de
correntes de vento, se aconchegam e aumentam o nível de atividade
física. Os principais mecanismos fisiológicos são o aumento da
ingestão de alimentos, diminuição da circulação periférica, piloereção,
glicogênese por meio de tremor muscular, queima de tecidos
adiposos e, em último caso, utilização das próprias proteínas num
processo catabólico. Por outro lado, em casos de estresse de calor se
prostram, se abrigam da radiação solar sob coberturas que
proporcionem sombras, procuram lâminas de água ou terrenos
úmidos onde se espojam, diminuem a ingestão de alimentos,
aumentam a ingestão de água, bem como aumentam os batimentos
cardíacos, a circulação periférica e a taxa de respiração e de
sudorese.
3.3. Zona de conforto térmico
A fixação das temperaturas limites da zona de conforto é tarefa difícil
de ser realizada por depender de diversas variáveis, dentre as quais
podem ser citadas: a) as condições de conforto não dependem
somente da temperatura, mas também das outras variáveis
termodinâmicas do ar (umidade relativa, vento), bem como da
radiação solar, as quais variam com a região do país, a época do ano
e a hora do dia; b) a zona de conforto depende da idade, sendo
completamente diferente, por exemplo, para um bebê e um homem
adulto, para uma ave de poucos dias ou adulta, para leitões e para o
suíno em terminação; c) densidade, raça, condições de nutrição
(energia da dieta); d) manejo, bem como condições das instalações
(piso, telhado, etc.) e equipamentos também influem nas condições
de conforto.
Na figura 15 é mostrada a variação da temperatura corporal e da
produção de calor na forma sensível e latente em função da
temperatura ambiental efetiva.
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A figura 15 é a representação gráfica da equação do balanço térmico.
A temperatura ambiental, representada no eixo horizontal, incorpora
o efeito da radiação, vento e umidade relativa. A zona CD
corresponde à faixa de temperatura ambiental onde o homem/animal
exerce o menor esforço de termorregulação (maior eficiência
térmica), sendo chamada de zona de conforto térmico. A faixa CE é
chamada de zona de termoneutralidade correspondendo a um esforço
mínimo
para
que
sejam
acionados
os
mecanismos
de
termorregulação. O ponto C, chamado de temperatura crítica inferior,
é aquele em que são acionados os mecanismos de produção de calor
de modo a manter o equilíbrio térmico interno. Os pontos B e E são
os de hipotermia e hipertemia, respectivamente. A e F representam,
respectivamente, as regiões onde há óbito, seja pelo frio ou pelo
calor.
3.3.1. Zona de conforto térmico humana
Para o homem a definição dos limites da temperatura de conforto é
tarefa ainda mais difícil, tendo em vista o próprio conceito de conforto
térmico adotado: “Conforto térmico é um estado de espírito que
reflete a satisfação com o ambiente térmico que envolve a
pessoa”. No entanto, verifica-se que são variáveis importantes na
fixação da zona de conforto térmico humano as grandezas ambientais
(temperatura, umidade relativa, velocidade do ar e radiação solar), a
atividade física desenvolvida e a vestimenta usada). Este assunto é
melhor estudado no item 4.x “Índice de Conforto”, apresentado no
Capítulo 4. A título de exemplo é apresentada as condições de
conforto térmico especificadas pela ASHRAE (American Society of
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Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers), que
correspondem a condições tais que, pelo menos 80% dos ocupantes
expressem satisfação com o ambiente térmico. A zona de conforto
apresentada abaixo corresponde a condições de atividade sedentária,
uso de roupa leve, temperatura radiante média aproximadamente
igual à temperatura do ar e velocidade do ar de 0,2 m/s.
23 ºC < T < 27 ºC
30% < UR < 70%
3.3.2. Frangos de corte e galinhas poedeiras
As aves produzem calor continuamente devido a sua atividade
metabólica e muscular, bem como podem receber calor do ambiente
a maior parte do dia. Este calor deve ser eliminado para que não haja
elevação da temperatura corporal. Temperaturas para criação de
frangos de corte são sugeridas por MONTEIRO et al. (1993) e por
FABRÍCIO (1994)
3.3.3. Suínos
A zona de conforto térmico para suínos é dependente de diversos
fatores, alguns ligados ao animal, como peso, idade, estado
fisiológico, tamanho do grupo, nível de alimentação e genética, e
outros ligados ao ambiente, como a temperatura, velocidade do ar,
umidade relativa, energia radiante, tipo de piso, etc. Devido a esses
fatores existem grandes diferenças na literatura em relação as zona
de conforto térmico e os limites da temperatura crítica inferior e
superior para as diferentes categorias de suínos (HANNAS, 1999). A
tabela 9, sistematizada a partir de valores citados por diversos
autores, mostra a faixa de conforto térmico para suínos em diferentes
estágios de evolução.
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3.3.3. Gado de leite e de corte
Os bovinos, dependendo da raça e do nível de produção, possuem
uma zona de conforto térmico considerada ótima para a produção.
Existe grande variação na literatura, sobre as temperaturas crítica
superior e inferior, que delimitam esta faixa de termoneutralidade,
pois o conforto térmico também depende da umidade relativa do ar,
da adaptação do animal e de seu nível metabólico, que passa pelo
plano nutricional e nível de produção (TITTO, 1998). Na tabela 10 é
apresentada uma síntese de valores sugeridos por diversos autores
no I Simpósio Brasileiro de Ambiência na Produção de Leite (SILVA,
1998).
3.4. Calor produzido pelo metabolismo
Em condições que não se afastem da situação de termoneutralidade
térmica a quantidade de calor produzida pelo metabolismo humano
depende quase que exclusivamente da atividade física. A quantidade
de calor, proveniente do metabolismo produzido pelos animais
homeotérmicos varia de acordo com a idade, tamanho, raça, saúde,
estágio de crescimento, conversão alimentar, tipo de alimentação,
tipo de atividade física, gestação e, principalmente, condições termo higrométricas ambientais. Somente uma parte da energia absorvida
pelos animais é utilizada para manutenção, trabalho e produção. O
restante é transformado em calor e liberado para o ambiente. A parte
liberada sob a forma de calor sensível contribuirá para aumento da
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temperatura do ar, enquanto que a parte liberada sob a forma de
calor latente provocará acréscimo da umidade relativa do ar.
3.4.1. Humano
O metabolismo divide-se em metabolismo basal – potência dissipada
em vigília e repouso absoluto - e de atividade – relacionada ao
esforço físico. O metabolismo de atividade pode ser até 20 vezes
maior que o metabolismo basal em atletas bem treinados.
Na tabela 11 são apresentados valores de metabolismo humano para
diversa atividades humanas.
Tabela11: Calor dissipado pelo homem em função da atividade.
3.4.2. Frangos de corte e galinhas poedeiras
Dentro da zona termoneutra, o calor total produzido pelos animais
pode ser considerado praticamente constante. PEDERSEN (1977),
STRØM (1978), ERIKSSON (1982) e C.I.G.R. (1984) sugerem as
equações apresentadas na tabela 12, para cálculo do calor total
dissipado por frangos de corte na zona de termoneutralidade.
Tabela 12: Calor dissipado por frangos de corte para a zona
termoneutra (T = 20 0 C).
Os valores dados na tabela anterior podem ser corrigidos em função
da temperatura
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pela equação 1, apresentando variação de ± 4%,enquanto a
temperatura varia de 20 ± 10 0 C (STRØM, 1978).
F = 4.10 -5 .(20-t)3 +1 .....................................................eq. (1)
F = fator de correção do calor total;
t = temperatura ambiente, em 0 C.
O calor total produzido pelas aves se compõe de calor sensível e
latente, dependendo a relação entre eles da temperatura e umidade
relativa do ar ambiente, do tipo e condições da cama, alimentação,
etc. STRØM (1978) sugere a equação seguinte para relacionar calor
sensível e latente, considerando temperaturas superiores a 10 0 C e
assumindo, para calor latente da água, o valor 2448 kJ/kgágua.
Cs = Ct [0,8-1,85.10 -7 .(t+10)4 ] .......................................eq. (2)
Onde:
= calor sensível, em W;
= calor total, em W;
t = temperatura ambiente, em
Cs
Ct
0
C.
Na figura 16 é mostrada a variação do calor total, sensível e latente,
produzidos por frangos de corte, em época de abate (m ¡Ö2 kg), em
função da temperatura ambiente, devido à atividade metabólica,
considerando a equação do C.I.G.R. (1984) e correções sugeridas por
STRØM (1978).
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Os valores de energia calorífica, sob a forma de calor sensível, calor
latente, calor total e vapor d’água dissipado por frangos de corte,
constantes da tabela 13, são os sugeridos por ALBRIGHT (1990) e os
da tabela 14, pelo C.I.G.R. (1984).
3.4.3. Suínos
C.I.G.R. (1984), baseado em pesquisas de Strom (1978), Bruce
(1979), Landis (1980) e Eriksson (1982), sugere as equações
apresentadas na tabela 15, para cálculo do calor total dissipado na
zona de termoneutralidade.
Os valores dados na tabela anterior podem ser corrigidos em função
da temperatura pela equação 1 (STRØM, 1978).
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A título de exemplo, a tabela 16 apresenta o calor total dissipado por
suínos na fase de crescimento e terminação, para uma condição de
termoneutralidade (t = 20 0 C) e para uma condição de estresse por
calor (t = 30 0 C).
Na tabela 17 e figura 17 é mostrada a variação do calor total,
sensível e latente, produzidos por suínos, em fase de terminação (m
¡Ö100 kg), em função da temperatura ambiente, devido à atividade
metabólica, considerando a equação do C.I.G.R. (1984) e correções
sugeridas por STRØM (1978).
A tabela 18, adaptada de C.I.G.R. (1984), faz um resumo da
liberação de calor e vapor d’água, no interior de uma instalação
destinada á suinocultura, para as diferentes fases de criação.
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Figura 17: Calor total, sensível e latente para suínos em terminação
C.I.G.R. (1984).
3.4.4. Gado de leite e de corte
C.I.G.R. (1984) sistematizou pesquisas realizadas em câmaras
climáticas por Eriksson (1982), Landis (1980), Bruce (1980) e Strom
(1978), sobre produção de calor em gado de corte e de leite,
sugerindo para cálculo as equações apresentadas a seguir.
•Bezerros e novilhas de reposição
até 50 kg
Ct
= 71,5 . (m + 150)0,5 – 880 ...............................eq. (6)
acima de 50 kg
Ct
= 65 . (m + 150)0,5 – 880.........................eq. (7)
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•Vitelo e gado em engorda
Ct
= 71,5 . (m + 150)0,5 – 880............................................eq. (8)
•Gado de leite
Ct = Cm + Cp + Cy ....................................................eq. (9)
Sendo:
Cm = 5,5 . m 0,75
....................................................................................eq. (10)
Cp = 1,6 . 10 -5 . p 3
................................................................................eq. (11)
Cy = 22 .Y ...................................................................eq. (12)
Onde:
– calor total liberado (W)
Cm – calor de mantença, m – massa corporal (kg)
Cp - calor de prenhez, p – dias de prenhez
Cy – calor de produção de leite, Y – produção diária de leite (kg/dia)
Ct
As tabelas 18, 19 e 20 apresentam um resumo do calor liberado por
gado de corte e de leite, segundo C.I.G.R. (1984), já considerando a
variação de temperaturas fora da zona de termoneutralidade.
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