ESTUDOS DOS EFEITOS DA ILUMINAÇÃO E TEMPERATURA NA AÇÃO HUMANA E SUA RELAÇÃO COM A SENSAÇÃO TÉRMICA SUBJETIVA

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1 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 ESTUDOS DOS EFEITOS DA ILUMINAÇÃO E TEMPERATURA NA AÇÃO HUMANA E SUA RELAÇÃO COM A SENSAÇÃO TÉRMICA SUBJETIVA Luciano Fernandes Monteiro (UFPI) lucianofm@uol.com.br Odelsia Leonor Sánchez de Alsina (UFCG) odelsia@deq.ufcg.edu.br Flávio Luiz Honorato da Silva (UFCG) flhs@deq.ufcg.edu.br Maria Betania Gama Santos (UFCG) betaniagama@uaep.ufcg.edu.br Luiz Bueno da Silva (UFPB) bueno@ct.ufpb.br 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.

2 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

3 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

4 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

5 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

6 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 6

7 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 Muito Frio Levemente Neutro Levemente Quente Muito Frio Frio Quente 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

8 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 = Q sk +Q res + S (1) Sendo: Q sk = C + R + E rsw + E dif (2) Q res = C res + E res (3) Onde: M Taxa de metabolismo, W/m 2 ; W Taxa de trabalho mecânico realizado, W/m 2 ; Q sk Taxa total de calor perdido pela pele, W/m 2 ; Q res Taxa total de calor perdido pela respiração, W/m 2 ; S Taxa de calor armazenada no corpo, W/m 2 ; C + R Perdas de calor sensível pela pele por convecção e radiação, W/m 2 ; E rsw Taxa de calor perdido por evaporação da transpiração, W/m 2 ; E dif Taxa de calor perdido por evaporação da água de difusão, W/m 2 ; C res Taxa de perda de calor convectivo na respiração, W/m 2 ; E res Taxa de perda de calor evaporativo na respiração, W/m 2 ; 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: Q p = M.A du (4) Onde: Q p é a energia metabólica produzida (em W) M é um valor que depende da atividade desenvolvida (dado em W/m 2 ). A du é a área superficial do corpo (em m 2 ) 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

9 A du = 0,202. mc 0,425. ac 0,725 (5) onde: Adu área superficial do corpo, m 2 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 Homem padrão Mulher padrão A du = 0, ,425. 1,7 0,725 A du = 0, ,425. 1,6 0,725 A du = 1,80 m 2 A du = 1,60 m 2 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/m 2 ) (met) Reclinado 46 0,8 Sentado, relaxado 58 1,0 Atividade sedentária (escritório, residência, escola, laboratório) 70 1,2 Em pé, atividade leve (compras, laboratório, indústria leve) 93 1,6 Em pé, atividade média (trabalho com máquina, doméstico) 116 2,0 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 Planejamento experimental 2 k Foi realizado um planejamento fatorial 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 (ponto central) + 4 (configuração estrela) 9

10 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 (V ar ), umidade relativa (UR), resistência térmica das vestes (I clo ), 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 T ( C) UR (%) PMV calculado Sensação térmica esperada (norma ISO 7730) Sensação térmica subjetiva pelos alunos ,47-1,33 Levemente frio frio Muito frio ,87-1,33 Levemente frio frio Levemente frio ,78-0,88 Levemente frio Frio ,53-0,87 Levemente frio Levemente frio ,40-0,91 Levemente frio Levemente frio ,21 0,27 Confortável (neutro) Levemente quente ,73 0,33 Confortável (neutro) Neutro ,87 0,35 Confortável (neutro) Levemente frio ,82 0,46 Confortável (neutro) Não respondeu ,10 1,38 Levemente quente quente Levemente quente ,77 1,41 Levemente quente quente Levemente quente ,73 1,68 Quente Quente ,07 1,75 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

11 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 Cálculo da Área superficial do corpo (A DU ), e do metabolismo Q p 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 (A DU em m 2 ) do corpo conforme Eq. (5), assim como a do metabolismo (Q p 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 Q p /A DU correspondentes são: para o homem padrão igual a 92,8 W/m 2, comparativamente com a média obtida no universo da pesquisa para este gênero que foi igual a 92,9 W/m 2, 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/m 2. Sexo Idade Sexo Altura (m) Peso (kg) A s Q p Média Média Média Média (m 2 ) (W) Masculino ,74 70,53 1,84 171,1 Feminino ,67 56,63 1,63 151,6 Tabela 4. Cálculo da área superficial do corpo (A S ) e do metabolismo (Q p ) 10.3 Cálculo do isolamento térmico dos itens de vestuário (I clo ) 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 Avaliação do efeito da iluminação e temperatura sobre o desempenho na montagem dos computadores 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

12 tempo de montagem (s) falhas tempo de montagem (s) falhas 2200 Experimental Equação 4.1 1,8 1,6 1,4 Experimental Equação , , , ,6 0, % de iluminação 0, % 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 + 0,10382L 2 (6) Onde, t : tempo de montagem (s) e 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, ,00808L onde (7) F : número de falhas e L: percentagem de lâmpadas acessas (%) 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 1,6 Experimental Equação , ,2 1,0 0,8 0,6 0, temperatura ( o C) 0, temperatura ( o C) Figura 4. Efeito da temperatura sobre o tempo médio de montagem para diversos níveis de iluminação 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

13 t = 3929, ,84202T + 4,5868T 2 (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, ,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 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 ASHRAE, American Society of Heating Refrigerating and Air Conditioning Engineers. Handbook of Fundamentals. Atlanta, NETO B. B, SCARMINIO I.S., BRUNS, R.E. Como fazer experimentos: pesquisa e desenvolvimento na ciência e na indústria. Campinas SP, Editora da Unicamp, 2001, 401p. COUTINHO, A.S., Conforto e insalubridade térmica em ambientes de trabalho. João Pessoa PB, Edições PPGEP, 1998, 215p. FANGER, P. Ole, Thermal comfort analysis and application in environmental engineering. Copenhagen, p. GRANDJEAN, E. Manual de Ergonomia adaptando o trabalho ao homem, 4. ed. Bookman, Porto Alegre RS. Artes Médicas, p. INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION, Geneva. ISO 7730; moderate thermal environments - determination of the PMV and PPD indices and specification of the conditions for thermal comfort. Geneva, INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION, Geneva. ISO 8996; ergonomics determination of metabolic heat production. Geneva,

14 INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION, Geneva. ISO 9920; ergonomics estimation of the thermal insulation and evaporative resistance of a clothing ensemble. Geneva, INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION, Switzerland. ISO 7726; thermal environments - instruments and methods for measuring physical quantities. Switzerland, KROEMER, K. H. E; GRANDJEAN, E. Manual de ergonomia: adaptando o trabalho ao homem. 5ª ed. Porto Alegre - RS. Editora Bookman, 2005, 328p. LAMBERTS, R.; DUTRA, L., PEREIRA, F.O.R., Eficiência Energética na Arquitetura. São Paulo: PW Editores, p. LAVILLE, A. Ergonomia. São Paulo, EPU / Universidade de São Paulo, 1977, 102p. LINS, F.G.A.A.. Contribuição ao estudo da variação da produtividade em função das condições termoambientais: estudo de caso no CEFET AL p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Produção, área de concentração Gestão da Produção). Universidade Federal da Paraíba. João Pessoa PB, p. MONTEIRO, L. F.. Influência da motivação e climatização ambiental no processo produtivo do centro de captura de dados do IBGE p. Trabalho de Conclusão de Curso (Especialização em Engenharia de Produção). Universidade Federal da Paraíba - UFPB, Campina Grande - PB, p. CDU /37. NOULIN, M. Ergonomie. Paris: Techniplus, 1992 RUAS, A.C.. Conforto térmico nos ambientes de trabalho. São Paulo SP. FUNDACENTRO, 1999, 94p. RUAS, A.C.. Avaliação de conforto térmico contribuição à aplicação prática das normas internacionais. São Paulo SP. FUNDACENTRO, 2001, 77p. RUAS, A.C. Sistematização da avaliação de conforto térmico em ambientes edificados e sua aplicação num software p. Tese (Doutorado em Engenharia Civil, área de concentração de Saneamento). Faculdade de Engenharia Civil, da Universidade Estadual de Campinas, Campinas SP, SILVA, L.B. Contribuição para validação de um modelo teórico de conforto termoambiental, Artigo publicado no periódico do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção da Universidade Federal da Paraíba, P&S Produção & Sociedade, maio/ Ano III nº 5, ISSN , p. VERDUSSEN,R. A racionalização humanizada do trabalho. Rio de Janeiro - RJ. Livros Técnicos e Científicos, p. WADA, C.C.B.B. Saúde: determinante básico do desempenho. Revista Alimentação e Nutrição, n. 56, p ,