Um voluntário em pé na sombra tem pele a T_skin = 34 °C e está em ar a T_air = 28 °C. Área exposta A = 0,50…

Questão

Um voluntário em pé na sombra tem pele a T_skin = 34 °C e está em ar a T_air = 28 °C. Área exposta A = 0,50 m², emissividade e = 0,97. Considere s = 5,67×10?8 W/(m²·K4). A convecção é dada por Q?_conv = h A (T_skin - T_air) com h ˜ 8 + 4 v (W/(m²·K)), onde v é velocidade do vento em m/s. A evaporação efetiva é Q?_evap = m?·L·(1-RH) com L = 2,5×106 J/kg. Para m? = 5,0×10?5 kg/s e RH = 60% calcule: (a) Q?_conv, Q?_rad e Q?_evap para v = 0,5 m/s; (b) mesmas parcelas para v = 3,0 m/s; (c) o balanço térmico se a produção metabólica é M = 80 W e explique como esses resultados se relacionam com a sensação térmica (conforto/sensação de calor ou frio). Use K para as temperaturas nas fórmulas (T[K] = T[°C]+273).

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

Resposta esperada

Cálculo (converta para K: T_skin=307 K, T_air=301 K). 1) v=0,5 m/s: h=8+4·0,5=10 W/(m²·K). Q?_conv= h A (T_skin-T_air)=10·0,5·(34-28)=30 W. Q?_rad= e·s·A·(T_skin^4-T_air^4). Calcule T^4: 307^4˜8,885×10^9, 301^4˜8,209×10^9 ? ?˜6,76×10^8 K^4. Q?_rad=0,97·5,67×10?8·0,5·6,76×10^8˜19 W. Q?_evap= m?·L·(1-RH)=5,0×10?5·2,5×10^6·0,4=50 W. Total Q?_loss=30+19+50=99 W. Balanço: M-Q?_loss=80-99=-19 W (perda líquida de 19 W). 2) v=3,0 m/s: h=8+4·3=20 W/(m²·K). Q?_conv=20·0,5·6=60 W. Q?_rad é mesma ˜19 W (mesmas temperaturas). Q?_evap (assumindo m? e RH constantes) ˜50 W. Total Q?_loss=60+19+50=129 W. Balanço: 80-129=-49 W (perda líquida de 49 W). Interpretação: perdas positivas maiores que M indicam que o corpo perderá calor (sensação de frescor/mais confortável); aumento do vento eleva h e, portanto, Q?_conv (e tende a aumentar evaporação), intensificando a sensação de resfriamento. Alta umidade (RH próxima de 1) reduziria Q?_evap e reduziria o resfriamento evaporativo, gerando sensação de maior calor; radiação depende fortemente de T^4, mas aqui contribui moderadamente (~19 W). Em resumo: com os valores dados o indivíduo experimenta perda líquida de calor (-19 W a -49 W) e tende a sentir-se mais fresco, especialmente com vento maior; se RH aumentasse ou m? caísse, o balanço poderia reduzir ou inverter, causando sensação de calor.

Explicação

Os cálculos realizados mostram como as diferentes formas de perda de calor do corpo (convecção, radiação e evaporação) variam com a velocidade do vento e a umidade relativa, afetando a sensação térmica. A análise do balanço térmico revela que, quando as perdas de calor superam a produção metabólica, o corpo experimenta uma sensação de frescor. Além disso, a interação entre a umidade e a evaporação é crucial para determinar o conforto térmico, evidenciando a importância das condições ambientais na percepção de calor ou frio.

Raio-X da questão

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