Princípios de Transferência de Calor

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CAPÍTULO 73 – TEMPERATURA CORPORAL, REGULAÇÃO DA TEMPERATURA E FEBRE (pp. 889-900) 
• Temperatura central: temperatura dos tecidos profundos do corpo (“centro” do corpo); 
permanece em níveis constantes, dentro de (±0,6°C). Exceção: estado febril. Temperatura 
central média normal: 36,5°C – 37°C. 
• Temperatura da pele: se eleva e diminui de acordo com a temperatura ao seu redor; 
temperatura relevante para perda de calor para o ambiente. 
• A temperatura corporal é controlada pelo equilíbrio entre a produção e perda de calor. 
• Velocidade de produção de calor > velocidade de perda de calor: � temperatura 
corporal. 
• Velocidade de perda de calor > velocidade de produção de calor: � temperatura 
corporal. 
Produção de Calor: 
• É um dos principais produtos finais do metabolismo. Produzido, principalmente em órgãos 
profundos (fígado, cérebro, coração e músculos esqueléticos durante o exercício). 
I. Taxa do metabolismo basal de todas as células do corpo. 
II. Taxa extra de metabolismo causada pela atividade muscular, incluindo as 
contrações musculares causadas pelo calafrio. 
III. Metabolismo extra causado pelo efeito de tiroxina sobre as células. 
IV. Metabolismo extra causado pelo efeito da adrenalina, noradrenalina e pela 
estimulação simpática sobre as células. 
V. Metabolismo extra causado pelo próprio aumento da atividade química das 
células, especialmente quando a temperatura da célula se eleva. 
VI. Metabolismo extra, necessário para digestão, absorção e armazenagem de 
alimentos (efeito termogênico dos alimentos). 
Perda de Calor: 
 
• O calor de órgãos profundos é transferido para a pele e, assim, é perdido pelo ar para o 
ambiente. A velocidade da perda de calor é determinada por: 
I. Velocidade de condução do calor de onde ele é produzido no centro do corpo 
até a pele. 
II. Velocidade de transferência do calor entre a pele e o meio ambiente. 
• Irradiação: a perda de calor na forma de irradiação se dá na forma de raios 
infravermelhos, um tipo de onda eletromagnética. 
 Todos os objetos que não apresentem uma temperatura de zero absoluto irradiam 
tais raios. 
 O corpo humano irradia os raios de calor em todas as direções. 
 Direção (maior ! menor): Temperatura do corpo > temperatura do ambiente: � 
quantidade de calor irradiada DO corpo (do que é irradiada PARA o corpo). 
 Velocidade da perda de calor por radiação: Qrad = ARkR (Tpele4-Tviz4) 
o Qrad = velocidade de perda de calor, por radiação (J/s). 
o AR = área efetiva da superfície do sujeito/objeto envolvido na troca de calor. 
o kR = constante de proporcionalidade (J m-2 s-1 K-4). 
o Tpele = temperatura absoluta média da superfície da pele (± 32°C – 35°C) (K). 
o Tviz = temperatura absoluta média das vizinhanças (K). 
• Condução: transferência de calor (energia cinética do movimento molecular da pele) 
através da transferência de vibrações moleculares (para algo/alguém mais frio). 
 Direção: maior ! menor. 
 Temperatura da pele = temperatura do ar adjacente ! EQUILÍBRIO TÉRMICO (não 
ocorre mais perda de calor por este mecanismo). 
 Autolimitada: a menos que o ar aquecido se mova para longe da pele, de modo 
que um novo ar, não aquecido, seja continuamente trazido para o contato com a 
pele (convecção do ar). 
 Força motriz para a condução: Qperda por cond.= Ucond.A (Tpele-Tmatéria) 
o Qperda por cond. = velocidade com que o corpo perde calor por condução (J/s). 
o Ucond. = constante de proporcionalidade (Js-1m-2°C-1). 
o A = área de contato (m2). 
o T = temperatura indicada pelo subscrito (pode ser °C ou K). 
• Convecção: o calor primeiro deve ser conduzido para o ar e depois removido pela 
convecção das correntes de ar. 
 O ar aquecido se move para longe da pele, de modo que um novo ar, não 
aquecido, seja continuamente trazido para o contato com a pele (convecção do 
ar). 
 Existe uma camada estagnada, de ± 1mm, ao redor da pele (ar adjacente). O 
efeito da convecção do ar remove o ar com maior temperatura (maior vibração 
molecular), que sobe por ser menos denso, e traz um ar com menor temperatura 
(menor vibração molecular). 
 Convecção natural: exemplo ! geladeira. 
 Efeito resfriador do vento: a camada de ar imediatamente adjacente à pele é 
substituída por ar novo com uma velocidade muito maior do que a normal, e a 
perda de calor por convecção aumenta proporcionalmente. 
 Condução e convecção do calor por uma pessoa suspensa na água: é impossível o 
corpo formar uma “zona de isolamento”, como ocorre no ar. 
o Densidade (AR): 1 kg m-3 
o Densidade (ÁGUA): 1000 kg m-3 
o Calor específico (AR): 1 kJ kg-1 °C-1 
o Calor específico (ÁGUA): 4 kJ kg-1 °C-1 
o ÁGUA: 4000 kJ m-3 °C-1 
o AR: 1000 kJ m-3 °C-1 
o A velocidade de perda de calor para a água, geralmente, é muito superior 
à velocidade de perda de calor para o ar. ! �temperatura �perda de 
calor �rápida morte (hipotermia). 
o AR: perda de calor por condução e convecção RELATIVAMENTE PEQUENA ! 
a camada estagnada de ar pode ter uma temperatura próxima à 
temperatura da pele. 
o ÁGUA: perda de calor por condução e convecção MUITO GRANDE ! 
impossível ter a camada estagnada de água com uma temperatura 
próxima à da pele. 
 Força motriz para a convecção: Qperda por convecção= Ucond.A (Tpele-Tmatéria) 
o U para a convecção forçada é significativamente maior do que U para a 
convecção natural. 
 Direção: maior ! menor. 
• Evaporação: difusão contínua de moléculas de água através da pele e das superfícies 
respiratórias; remoção de calor por conversão de água líquida em vapor. 
 A energia de vibração das moléculas (líquido) é transferida para as moléculas de 
água (vapor). A fase líquida (origem do vapor) tem � temperatura (calor retirado 
pela evaporação das moléculas). 
 A evaporação NÃO aumenta a temperatura do ar. 
 Direção (menor ! maior): Quando a temperatura do ambiente se torna superior à 
da pele, ao invés de perder calor, o corpo ganha calor, tanto por irradiação como 
por convecção. Sob essas circunstâncias, o único meio de o corpo perder calor é 
através da evaporação. 
 Umidade relativa do ar: 
 
o Capacidade de o ar conter vapor: limitada pela TEMPERATURA. 
 Em geral, a evaporação acontece simultaneamente com a convecção. Exceção: 
ar saturado (umidade relativa do ar = 100%). 
 O suor que pinga NÃO contribui para o resfriamento por evaporação. 
 Ausência congênita das glândulas sudoríparas: indivíduos não poderão se proteger 
contra uma elevação da temperatura corporal quando a temperatura do 
ambiente for maior que a do corpo. 
 Força motriz para evaporação: Qperda por evap.=vevaporação x ∆Hevap. 
o ∆Hevap. = entalpia (“calor latente”) de evaporação (J kg-1). 
o *olhar exercício no slide 23. 
 
 Respiração: perdemos água, por evaporação, no trato respiratório. 
o O ar entra mais frio e menos úmido ! o ar que passa pela concha nasal é 
aquecido de 32°C a 37°C (o ar fica saturado a 37°C, no pulmão) e 
umidificado até 98% UR ! o ar sai mais quente e quase saturado. 
Sistema de Isolamento do Corpo: o isolamento por baixo da pele é um meio eficiente de manter 
a temperatura central interna normal, mesmo que a temperatura da pele se aproxime da 
temperatura do ambiente. 
I. Pele. 
II. Tecidos subcutâneaos; 
III. Tecido adiposo: conduz apenas 1/3 do calor conduzido por outros tecidos. 
• Efeito da roupa sobre a perda de calor: 
 A roupa AUMENTA a espessura da camada estagnada do ar. 
 A roupa “normal” diminui a velocidade da perda de calor para ≈ 50% da 
velocidade da perda por uma pessoa nua. 
 Roupa molhada: capacidade de minimizar a perda de calor praticamente 
perdida. 
 Radiação: ≈ 50% da transferência de calor da pele para a roupa. 
 Condução: a matéria isolante da roupa ou dos calçados DIMUNUI a velocidade de 
condução. Quando mais espessa a roupa,MENOR o valor do coeficiente de 
condução (Ucond.). 
 Convecção: os correntes de ar NÃO afetam a espessura da camada estagnada do 
ar (depende do tipo de roupa e da velocidade do vento). 
 Evaporação: a UR do ar na camada estagnada AUMENTA ! diminuição da 
velocidade de evaporação. 
O Fluxo Sanguíneo do Centro do Corpo para a Pele é Responsável pela Transferência de Calor: 
• Vasos sanguíneos estão profusamente distribuídos por debaixo da pele. 
• Nas áreas mais expostas do corpo (mãos, pés e orelhas) o sangue também é suprido por 
anastomoses arteriovenosas. 
• A velocidade do fluxo sanguíneo no plexo venoso da pele pode variar tremendamente 
(de valores próximos a zero até cerca de 30% do débito cardíaco). 
• �veloc. de fluxo na pele: calor conduzido do centro do corpo para a pele com grande 
eficiência. 
• � veloc. de fluxo na pele: diminuição da condução de calor do centro do corpo para a 
pele. 
• A pele constitui-se num sistema controlado “radiador de calor” eficiente e o fluxo de 
sangue para a pele é o mecanismo mais eficaz para a transferência de calor do centro 
do corpo para a pele. 
• A condução de calor para a pele pelo sangue é controlada pelo grau de vasoconstrição 
das arteríolas e das anastomoses arteriovenosas que suprem sangue para os plexos 
venosos da pele. ! Vasoconstrição controlada quase que completamente pelo SISTEMA 
NERVOSO SIMPÁTICO em repostas às alterações na temperatura central do corpo e 
alterações na temperatura ambiente.