Um voluntário ao ar livre tem área exposta A = 0,50 m² e temperatura de pele T_skin = 34 °C. O ar está a Ta =…

Questão

Um voluntário ao ar livre tem área exposta A = 0,50 m² e temperatura de pele T_skin = 34 °C. O ar está a Ta = 30 °C. Emissividade do corpo e = 0,95 e coeficiente convectivo h = 10 W·m?²·K?¹. Considere s = 5,67×10?8 W·m?²·K?4. Calcule: (a) Q_conv = h·A·(T_skin - Ta); (b) Q_rad = e·s·A·(T_skin,K4 - Ta,K4). Determine o fluxo térmico total (W) e discuta brevemente a sensação térmica do voluntário.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Conversão: T_skin = 34 °C = 307 K, Ta = 30 °C = 303 K. (a) Q_conv = h·A·(T_skin - Ta) = 10·0,50·(34-30) = 10·0,50·4 = 20,0 W (perda por convecção). (b) ?T4 ˜ 3074 - 3034 ˜ 4,54×108 K4. Q_rad = e·s·A·?T4 = 0,95·(5,67×10?8)·0,50·4,54×108 ˜ 12,2 W (perda por radiação). Fluxo térmico total ˜ Q_conv + Q_rad ˜ 20,0 + 12,2 = 32,2 W (perda líquida de calor pelo corpo). Discussão: há perda de ˜32 W para o ambiente; porém um adulto em repouso gera ˜80 W metabólicos. Como a perda conv+rad ˜32 W não elimina todo o calor gerado, o corpo precisa remover o restante (~48 W) por evaporação. Se a umidade for alta e a evaporação for limitada, a sensação térmica será de calor/desconforto; se a umidade for baixa, evaporação eficiente pode reduzir a sensação de calor.

Explicação

A solução envolve o cálculo das perdas de calor por convecção e radiação, utilizando as fórmulas apropriadas e as condições dadas. A análise da sensação térmica considera a relação entre a perda de calor e a produção metabólica, destacando a importância da evaporação em ambientes com diferentes níveis de umidade. Assim, a conclusão sobre a sensação térmica do voluntário é fundamentada na comparação entre a perda de calor e a geração metabólica.

Raio-X da questão

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