Considere uma pessoa em atividade leve que produz potência metabólica P_met = 150 W; a área de pele exposta é…

Questão

Considere uma pessoa em atividade leve que produz potência metabólica P_met = 150 W; a área de pele exposta é A = 0,50 m², temperatura da pele T_skin = 34 °C e temperatura do ar T_air = 30 °C. O coeficiente convectivo aproximado depende da velocidade do vento v segundo h = 10 + 5·v (unidades W/(m²·K)). Para v = 3,0 m/s e calor latente de vaporização L_v = 2,40×10^6 J/kg, determine a taxa de evaporação de suor (massas por segundo) necessária para manter equilíbrio térmico (potência perdida por convecção + evaporação = P_met). Mostre e interprete as contas e discuta como aumento de vento altera a necessidade de evaporação e a sensação térmica.

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

Resposta esperada

Modelo-resposta: 1) Calcule h para v = 3,0 m/s: h = 10 + 5·3,0 = 25 W/(m²·K). 2) Potência removida por convecção: P_conv = h·A·(T_skin - T_air) = 25·0,50·(34-30) K = 25·0,50·4 = 25·2 = 50 W. (Unidades: W.) 3) Potência restante que deve ser removida por evaporação: P_evap = P_met - P_conv = 150 W - 50 W = 100 W. 4) Taxa de massa evaporada necessária: ? = P_evap / L_v = 100 W / (2,40×10^6 J/kg) = 4,17×10^-5 kg/s. Em unidades por hora: ?·3600 s = 0,150 kg/h (˜ 150 g/h). Interpretação: com vento v = 3 m/s o fluxo convectivo remove 50 W; o restante (100 W) exige evaporação de ˜4,17×10^-5 kg/s. Se o vento aumentar, h aumenta (p.ex. h ? 10+5v), o P_conv cresce e a necessidade de evaporação ? diminui, aliviando a perda de água; isso reduz a sensação de abafamento. Se o ar estiver muito úmido, a taxa real de evaporação será limitada e o corpo não consegue remover P_evap mesmo com alto h, aumentando a temperatura corporal e a sensação de desconforto. Todas as equações usadas têm unidades SI e foram aplicadas de forma consistente.

Explicação

A solução apresenta um raciocínio lógico e sequencial, começando pelo cálculo do coeficiente convectivo e seguindo para a quantificação da potência removida por convecção. Em seguida, determina a potência que precisa ser removida por evaporação e, finalmente, calcula a taxa de evaporação necessária, interpretando os resultados em relação ao impacto do vento e da umidade. Essa abordagem sistemática e a aplicação consistente das fórmulas garantem a clareza e a precisão na análise do equilíbrio térmico.

Raio-X da questão

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