Ponencia presentada en: XXXII Jornadas Científicas de la AME y el XIII Encuentro Hispano Luso de Meteorología celebrado en Alcobendas (Madrid), del 28 al 30 de mayo de 2012.Os ambientes térmicos quentes são ambientes para
os quais o balanço térmico, calculado na base da
transferência de energia sob a forma de calor por
radiação e convecção é positivo (a temperatura do ar
ambiente e a temperatura radiante média são
superiores à temperatura média cutânea)

Martins, António

Talaia, Mário A. R.

Portuguese

Agencia Estatal de Meteorología

AMBIENTE TÉRMICO DE SALAS DE TRABALHO NUMA INDUSTRIA METALOMECÂNICA ESTUDO COMPARATIVO  Mário Talaia (1*), António Martins (2) (1) CIDTFF, Departamento de Física, Universidade de Aveiro, 3810-193 Aveiro, Portugal *e-mail: mart@ua.pt (2) ISCIA – Instº Superior de Ciências da Informação e da Administração, Aveiro, Portugal   Sumário Os ambientes térmicos quentes são ambientes para os quais o balanço térmico, calculado na base da transferência de energia sob a forma de calor por radiação e convecção é positivo (a temperatura do ar ambiente e a temperatura radiante média são superiores à temperatura média cutânea). Neste trabalho apresenta-se um caso de estudo onde são registados, durante o dia, parâmetros higrométricos. São também registados valores exteriores as salas de trabalho. Os resultados obtidos através da aplicação de índices térmicos mostram a necessidade da Direcção de Higiene e Segurança valorizar estratégias de intervenção em ambiente quente sujeito a stress térmico.  1. Introdução Os ambientes térmicos quentes são ambientes para os quais o balanço térmico, calculado na base da transferência de energia sob a forma de calor por radiação e convecção é positivo. Neste ambiente o organismo deve accionar os diferentes meios de “luta”, de que dispõe, contra o calor (Talaia, 2004). O calor gerado pelo corpo humano tem de ser igual ao calor perdido (Butera, 1998). É aceite na literatura da especialidade que o bem-estar do trabalhador num determinado local recai sobre a relação entre o equilíbrio térmico do corpo humano e a temperatura do ar húmido desse local (Zhao, et al., 2009). Este equilíbrio recai sobre vários factores, nomeadamente o ambiente térmico do local de trabalho, o calor gerado através do metabolismo humano e as propriedades térmicas dos materiais que constituem as roupas usadas, entre outras (Kang, et al., 2001; Huang, 2006). A roupa representa um elemento de elevada importância no conforto térmico pois tem um impacto directo sobre o mesmo, regulando as trocas de energia sob a forma de calor tal como a massa de suor do corpo humano com o meio ambiente (Huang, 2006). Quando em condições de conforto térmico, o corpo humano tem a capacidade de regular a sua temperatura interna através de métodos passivos e/ou evaporativos. Quando se regista uma situação de stress térmico extremo ou prolongado, esta torna-se insuficiente e obriga a um processo de selecção de indivíduos com boa robustez física (Kang, et al., 2001; Martens, 2006). É sabido que condições de stress térmico reduzem os índices de produtividade e aumentam os comportamentos de risco e a probabilidade de acidentes de trabalho (Riniolo e Schmidt, 2006; O’Neal e Bishop, 2010), assim como o risco de aparecimento de doenças predominantemente cardiopulmonares (Martens, 2006; O’Neal e Bishop, 2010). Existem vários mecanismos que podem explicar o aparecimento destas doenças, como variações na pressão sanguínea (diástole e sístole) e na viscosidade sanguínea e alterações no ritmo cardíaco associados a ajustes fisiológicos à temperatura do meio ambiente (Martens, 1998, Seeley et al., 2001; Davidovits, 2008).  A Higiene e Segurança Industrial têm feito esforços na procura de um índice de stress térmico que traduza satisfatoriamente a sobrecarga fisiológica para certas condições ambientais. Pelo facto do conforto térmico ser uma sensação e não um parâmetro físico ou matemático possível de quantificar com exactidão, torna a definição de conforto térmico muito subjectiva dependendo de indivíduo para indivíduo. Esta definição pode até mesmo variar no mesmo indivíduo consoante o seu estado de saúde e/ou estado psicológico. Nestas circunstâncias um ambiente térmico neutro universal é impossível de obter para todos os indivíduos. Neste trabalho apresenta-se um caso de estudo onde são registados, durante o dia, parâmetros higrométricos. São também registados valores exteriores as salas de trabalho. Diferentes índices térmicos são aplicados e os valores são comparados com a performance e estratégias de intervenção da WMO (1987).  2. Teoria A literatura da especialidade apresenta um número muito interessante de índices que permitem caracterizar um ambiente sujeito a stress térmico.  Um índice de stress térmico é um número que integra o efeito de vários parâmetros no ambiente térmico humano de tal forma que o seu valor caracteriza a tensão termal experienciada pelo indivíduo num ambiente quente (Corleto, 1998).  As condições ambientais das salas investigadas mostraram ser de ambiente quente. Nestes termos, considerou-se pertinente a aplicação de índices, nomeadamente o ITE, o ITH, o WBGT e o EsConTer. O índice Temperatura Efectiva, ITE, é um dos índices de stress térmico com uma maior área de aplicação. O ITE estabelecido por Houghten e Yaglou (1923) permite relacionar os efeitos da temperatura do ar T e da humidade relativa HR no bem-estar do ser humano. Assim, dois ambientes com a mesma temperatura efectiva devem admitir a mesma resposta térmica, mesmo com valores diferentes de temperatura do ar e de humidade relativa do ar desde que se registe o mesmo valor da velocidade do ar (ASHRAE, 2001). O ITE resultou de um estudo empírico realizado em câmaras climatizadas em que diferentes indivíduos foram questionados sobre o seu bem-estar quando sujeitos a distintas condições ambientais. Foram utilizadas duas câmaras de teste climatizadas ligadas por uma porta, que estavam sujeitas a diferentes valores de temperatura e humidade relativa do ar. Numa das câmaras, foram mantidas os registos da temperatura do ar e humidade relativa (100%) enquanto que na outra câmara a temperatura do ar e a temperatura do termómetro húmido eram alteradas. Através da porta de ligação os indivíduos circulariam de uma câmara para a outra relatando aos investigadores a sua sensação térmica por comparação das sensações térmicas vivenciadas nas duas câmaras. Com esta metodologia, quando se variava os valores da temperatura e da temperatura húmida, ou seja, quando se variava a humidade relativa do ar, determinaram-se linhas que correspondiam a uma sensação térmica de bem-estar através das respostas “imediatas” dos indivíduos. Na prática, o Índice da Temperatura Efectiva pode ser avaliado de duas formas, ou através de ábacos ou cartas psicrométricas ou analiticamente. O Índice da Temperatura Efectiva, de acordo com Thom (1959), pode ser determinado analiticamente recorrendo à expressão,  ( ) 8.44.0 ++= TTITE wn  (1) em que wnT  representa a temperatura húmida e T  a temperatura do ar. Mikani e Amorim (2005) disponibilizam valores limites para o índice ITE. O índice ITH, índice Temperatura Humidade, foi inicialmente desenvolvido por Thom (1959), combinava a temperatura do termómetro molhado wnT  com a temperatura do ar T . Nieuwolt (1977) modificou este índice com o objectivo de facilitar a sua utilização. Este índice passou a ser determinado a partir do conhecimento da temperatura do ar e da humidade relativa do ar, pois esta última é mais fácil de medir que a temperatura do bolbo molhado ou temperatura do termómetro molhado. De acordo com Nieuwolt (1977), o índice ITH pode ser calculado através da expressão,  5008,0 UTTITH +=  (2) em que T  representa a temperatura do ar e U  a humidade relativa do ar. O índice WBGT, Índice de Temperatura de Bolbo Húmido e de Temperatura de Globo (tradução do inglês Wet Bulb Globe Temperature Índex), é um índice de avaliação de conforto térmico dos mais utilizados no Mundo. De acordo com Yaglou e Minard (1957), o índice WBGT foi desenvolvido pela Marinha dos Estados Unidos da América após uma investigação sobre acidentes por calor sofridos pelo pessoal militar. Funcionava como uma aproximação à Temperatura Efectiva Corrigida, mais complicada de determinar, modificada para ter em conta a absorção solar dos uniformes militares. Os valores limites de WBGT determinavam a ocorrência de treinos militares. Observou-se que os acidentes e o tempo perdido em interrupções à instrução militar se reduziram significativamente quando se utilizava o índice WBGT ao invés da temperatura do ar.  A norma que regulariza a determinação do índice WBGT é a ISO 7243 (1989) que define o nível de desconforto do ambiente em situações onde por razões técnico-económicas se torna impossível aplicar a norma ISO 7730 (2005). O índice WBGT é determinado através da expressão que é fornecida pela norma ISO 7243 (1989), ou seja para ambiente interior ou exterior sem radiação solar directa, a expressão a usar é  gwn TTWBGT 3,07,0 +=  (3) onde wnT  representa a temperatura do bolbo húmido com ventilação natural e gT  a temperatura do globo. Em casos de ambientes heterogéneos, onde os parâmetros do espaço em redor do indivíduo não são constantes, o índice WBGT  deverá ser calculado em três posições diferentes, representando o CWBGT  o nível da cabeça, AWBGT  o nível do abdómen e TWBGT  o nível do tornozelos da pessoa relativamente ao nível do solo.  Uma vez conhecido o valor do índice WBGT  é possível, mediante comparação com valores de referência, determinar o nível de “stress” térmico a que o trabalhador está sujeito e, caso se justifique, limitar o seu tempo de exposição às condições térmicas que originam o "stress" térmico medido. O índice EsConTer é baseado numa escala de cores (Es), por considerar a sensação de conforto (Con) e por ser térmica (Ter). O índice EsConTer, desenvolvido por Talaia e Simões (2009), baseia-se na informação da sensação térmica registada (o seu valor está limitado pelos extremos -3 e +3) e das temperaturas registadas (temperatura do ar e temperatura do termómetro molhado), e é avaliado usando a expressão,  ( )wTTEsConTer ++−= 103,075,3  (3) onde T  representa a temperatura do ar, registada no termómetro seco e wT  a temperatura molhada ou temperatura registada no termómetro molhado. A aclimatização é o processo de adaptação fisiológica (essencialmente por variações do fluxo sanguíneo e ritmo cardíaco) que aumenta a tolerância do indivíduo a um dado ambiente térmico por um período longo. Em comparação com um indivíduo não aclimatizado, um indivíduo aclimatizado apresenta menores alterações fisiológicas sob a mesma carga térmica. A aclimatização é um processo necessário que dever-se-á realizar ao longo de 9 a 12 dias (Martinet e Meyer, 1999), de forma gradual e progressiva.  3. Dados Foram registados dados de 15min em 15min em duas salas operacionais de uma indústria. Uma sala estava condicionada com uma fonte de calor. Foram registados dados exteriores às salas e consideraram-se para análise os seguintes parâmetros higrométricos; a temperatura do ar e a humidade relativa do ar. A velocidade do ar foi considerada desprezável.  4. Resultados e discussão A Figura 1 mostra um exemplo em que é indicada a variação do índice ITE ao longo de um dia.  6101418222630347 9 11 13 15 17 19 21tempovalor do índiceITEescrit ITEcons ITEext Fig. 1.- ITE no interior de salas operacionais e no exterior  A observação da Figura 1 mostra inequivocamente que após o “nascer do sol”, ou seja com presença de radiação solar a sensação térmica medida quer no interior das salas quer no exterior é influenciada, como era esperado. Na sala de controlo a presença de uma fonte térmica indicia que medidas de prevenção devem ser tomadas. A Figura 2 mostra o resultado quando se aplica o índice ITH. A observação visual das Figuras 1 e 2 mostra que os valores são concordantes, ou seja os resultados obtidos e informações retiradas quando se aplica o ITE são similares com os resultados e informações retiradas quando se aplica o ITH. O ITE e o ITH mostram ter uma excelente correlação. Na prática, os resultados mostram que apenas um, à escolha do investigador, deve ser usado.  6101418222630347 9 11 13 15 17 19 21tempovalor do índiceITHescrit ITHcons ITHext Fig. 2.- ITH no interior de salas operacionais e no exterior  A Figura 3 mostra o resultado a partir da aplicação do índice WBGT. A observação visual mostra, também neste caso, a excelente concordância entre métodos.  6101418222630347 9 11 13 15 17 19 21tempovalor do índiceWBGTescrit WBGTcons Fig. 3.- WBGT no interior de salas operacionais  A Figura 4 mostra a relação que existe entre os valores que se obtêm quando se aplica o índice ITH e índice ITE. O coeficiente de correlação é de 0.998.  15182124273015 18 21 24 27 30ITEITHDados experimentaisRecta de ajuste: ITH = 1.32ITE - 6.24 com r = 0.998 Fig. 4.- Correlação entre o ITE e ITH  A Figura 5 mostra o resultado quando no mesmo gráfico se indicam os valores obtidos pelos diferentes índices.  6101418222630347 9 11 13 15 17 19 21tempovalor do índiceITHescrit ITHcons ITHextITEescrit ITEcons ITEextWBGTescrit WBGTcons Fig. 5.- Informação com a aplicação de diferentes índices A observação da Figura 5 mostra inequivocamente que os pontos de cor “vermelha” são posicionados a uma altura superior dos pontos de cor “verde” posicionados a uma altura inferior. Esta situação está de acordo com o esperado, de facto a sala operacional com presença de fonte de calor indicia maiores cuidados de prevenção. Como complemento da informação obtida através da aplicação de índices térmicos, considerou-se interessante conhecer os resultados quando se aplica o diagrama da WMO (1987) como indicado na Figura 6.  -55152535450 20 40 60 80 100U  (%)T (ºC)EscritórioControloExterior Fig. 6.- Os dados e o diagrama adaptado da WMO (1987)  A observação visual da localização de cada conjunto de dados registados, na Figura 6, mostra uma elevada coerência com os valores determinados através de índices térmicos. No notar, que as considerações e estratégias de intervenção para cada instante são semelhantes, o que valida a aplicação dos diferentes índices seleccionados. Sendo o índice EsConTer de grande simplicidade de interpretação, apresentam-se os resultados obtidos na Figura 7.  -3-2-101237 9 11 13 15 17 19 21tempovalor do índiceEsConTer_escrit EsConTer_cons Fig. 7.- EsConTer no interior de salas operacionais  A observação atenta da Figura 7 mostra que a sala de controlo está numa situação de ligeiramente quente a quente, sugerindo que um sistema de ventilação poderá ser apropriado valorizar. Este resultado está em concordância com toda a informação registada anteriormente, o que valida o uso de qualquer índice apresentado neste estudo.  5. Considerações finais Os resultados obtidos mostram que há um excelente acordo entre índices aplicados. A comparação dos dois locais investigados mostra que a presença de uma fonte térmica suscita condições a tender para stress térmico, como era esperado. Os resultados obtidos permitem a adopção de estratégias de intervenção que devem ser valorizadas pelo Departamento de Higiene e Segurança da unidade industrial. Medidas adequadas favorecem o aumento de índices de satisfação, intelectual, qualidade e produção Estudos desta natureza são adequados e oportunos, devido a permitirem detectar zonas vulneráveis numa indústria.  Bibliografia American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers – ASHRAE (2001). Handbook of Fundamentals - Physiological Principles for Comfort and Health, Chapter 8, Atlanta, pp. 1-32. Butera, F.M. (1998). Chapter 3 – Principles of thermal comfort, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 39-66. Corleto, R. (1988). The evaluating of Heat Stress indices using physiological comparisons in an alumina refinery in a sub-tropical climate, Master Science Thesis, Faculty, Faculty of Science and Technology at Deakin University, Geelong, Australia. Davidovits, P. (2008). Physics in Biology and Medicine. Academic Press. Houghten e Yaglou (1923). ASHVE Researche Report No 673. ASHVE Transactions 29:361 Huang, J. (2006). Thermal parameters for assessing thermal properties of clothing. Journal of Thermal Biology, 31, 461–466. ISO (International Organization for Standardization) 7243/1989, Hot environments - Estimation of the heat stress on working man, based on the WBGT-index (wet bulb globe temperature), International Standardisation Organisation, Geneva, Suisse. ISO (International Organization for Standardization) 7730/2005, Ambiances thermiques modérées – Détermination des indices PMV et PPD et spécification des conditions de confort thermique, International Standardisation Organisation, Genève, Suisse. Kang, Z.J., Xue H. e Bong T.Y. (2001). Modeling of thermal environment and human response in a crowded space for tropical climate. Building and Environment, 36, 511–525. Mário Talaia e Helena Simões (2009). Alterações Climáticas e Bem-estar do Ser Humano, Livro de resumos do 6º Simpósio de Meteorologia e Geofísica da APMG e 10º Encontro Luso-Espanhol de Meteorologia, Caparica, 16-18(03), 55. Martens, W.J.M. (2006). Climate change, thermal stress and mortality changes. Elsevier Science ltd, Vol. 46, No. 3, 331–334. Martinet C. e Meyer J.P. (1999). Travail à la chaleur et confort thermique, http://www.inrs.fr/ inrs-pub/inrs01.nsf/intranetobject-accesparreference /ns%20184/$file/ns184.pdf - Sitio Oficial do Institut National de Recherche et de Securité. Mikani, C. e Amorim, M. (2005). Características de temperatura e conforto térmico em ambiente urbano e rural: episódios de Verão. In actas da VI Semana de Geografia: A Geografia e os paradigmas do século XXI, Faculdade de Ciências e Tecnologia da UNESP- Presidente Prudente, Brasil. Nieuwolt, S. (1977). Tropical climatology. Wiley, London: Wiley O'Neal, E.K. e Bishop, P. (2010). 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Productivity model in hot and humid environment based on heat tolerance time analysis. Building and Environment, 44, 2202–2207. Yaglou P. e Minard, D., Control of heart causalities at military training camps. Am A Arch, Ind. Health, 16 (1957) 302-316. 

Ambiente térmico de salas de trabalho numa industria metalomecanica. Estudo comparativo

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