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Marcio Alves Ferreira O USUÁRIO E A PERCEPÇÃO DE CONFORTO TÉRMICO EM BANCOS AUTOMOTIVOS VENTILADOS São Paulo 2008
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Marcio Alves Ferreira
O USUÁRIO E A PERCEPÇÃO DE CONFORTO TÉRMICO EM
BANCOS AUTOMOTIVOS VENTILADOS
São Paulo
2008
ii
Marcio Alves Ferreira
O USUÁRIO E A PERCEPÇÃO DE CONFORTO TÉRMICO EM
BANCOS AUTOMOTIVOS VENTILADOS
Trabalho de conclusão de curso apresentado à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo para obtenção do título de Mestre Profissional em Engenharia Automotiva
Área de Concentração:
Engenharia Automotiva
Orientador:
Prof. Dr. Arlindo Tribess
São Paulo
2008
iii
Ferreira, Marcio Alves
O usuário e a percepção de conforto térmico em bancos automotivos ventilados / M.A. Ferreira. -- São Paulo, 2008.
75 p.
Trabalho de conclusão de curso (Mestrado Profissional em Engenharia Automotiva) - Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.
1.Conforto térmico 2.Ventilação 3.Ar condicionado 4.Bancos automotivos 5.Tecnologia I.Universidade de São Paulo. Escola Politécnica II.t.
iv
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho ao meu filho Gabriel Giancoli Ferreira
“Papai, você vai estudar de novo”.
À minha esposa
Ana Paula pelo incentivo, paciência e compreensão.
Agradeço de coração aos meus pais Nelson e Dirce
por tudo que fizeram nesta vida por mim,
vocês sempre terão a minha gratidão.
Aos meus irmãos Fernando, Mauricio e Daniel
que sempre me apoiaram e incentivaram na minha vida.
A todos os meus familiares e amigos que tenho certeza,
torcem muito por mim.
v
AGRADECIMENTOS
Ao meu orientador Prof. Dr. Arlindo Tribess, que certamente me guiou, orientou e me
ensinou o que é ser um orientador, muito obrigado sinceramente.
À Profa. Dra. Brenda Chaves Coelho Leite pelo apoio e orientação na realização
deste trabalho e, principalmente, para a definição dos experimentos.
Aos participantes dos ensaios experimentais que dedicaram seu tempo, permitindo
que meus objetivos neste trabalho fossem alcançados.
Aos meus amigos do mestrado que me ajudaram em todos os momentos nesta
etapa da minha vida, vocês já fazem parte desta história, para sempre.
Aos meus superiores na empresa, José Carlos Lima e Sérgio Mitsuo Hatano, pelo
apoio e incentivo para atingir este objetivo.
Aos meus amigos do trabalho que sempre me incentivaram e ajudaram muito para a
conclusão deste curso.
Aos professores da Escola Politécnica da USP pelos momentos de troca de
experiência nos trabalhos desenvolvidos.
Ao atendimento recebido na Secretaria do Curso, que sempre, atenciosamente me
ajudou muito.
Por último e não menos importante, agradeço a Deus por cuidar de mim.
vi
RESUMO
Com o passar dos anos os usuários de veículos automotivos passaram a ficar cada
vez mais exigentes em relação ao conforto nesses veículos. Um dos principais
fatores é que nos grandes centros urbanos muitas pessoas passam horas em seus
veículos, devido ao tráfego intenso em vias e rodovias e à quantidade de veículos
que circulam pelas cidades.
Paralelamente, um fator muito importante para todas as montadoras de veículos é
poder fornecer o melhor conforto para seus clientes e sair na frente de seus
concorrentes, provendo soluções técnicas viáveis e seguras para seus automóveis.
Neste contexto, o conforto dentro do veículo ainda é um campo a ser explorado,
principalmente no que se refere aos bancos em nosso clima tipicamente tropical.
Os bancos têm uma contribuição extremamente importante no nível de conforto em
um veículo automotivo. As superfícies do corpo que estão em contato com o banco
experimentam um comportamento térmico completamente diferente das superfícies
que estão expostas ao ambiente. Para melhorar as condições de conforto é
necessário prover melhores condições de troca de calor do corpo humano com o
banco; o que pode ser conseguido com a utilização de bancos ventilados resfriados
ou aquecidos, dependendo das condições climáticas.
No presente trabalho foi realizado estudo da influência de banco automotivo
ventilado com resfriamento por efeito Peltier, na percepção de conforto térmico do
usuário. Foram realizados testes com a utilização de banco normal de produção e de
banco ventilado em um veículo dotado de sistema de ar condicionado. Os ensaios
foram realizados em túnel de vento e o procedimento experimental consistiu de
medições de temperaturas e avaliações subjetivas (questionário).
A avaliação dos voluntários que participaram dos testes experimentais, mostrou que
a utilização deste sistema resultou em melhora perceptível nas condições de
conforto térmico, com melhora significativa na troca de calor entre o usuário e o
banco do veículo, que foi comprovada com as medições de temperatura
apresentando diminuição de até 3 oC no banco ventilado.
vii
Abstract
With passing the years users of automotive vehicles began to be more and more
demanding in relation to the comfort in their vehicles. One of the main factors is that
in great urban centers many people pass hours in their vehicles, due to the intense
traffic in roads and highways and to the amount of vehicles circulating through the
cities.
In parallel, a very important factor for all the OEMs is to be able to supply the best
comfort for their customers and to leave in front of their competitors, providing viable
and safe technical solutions for their automobiles. In this context, the comfort inside
vehicles is still a field to be explored, mainly as for the seats in our typically tropical
climate.
The seats have an extremely important contribution in the comfort level in an
automotive vehicle. The body surfaces in contact with the seat try a completely
different thermal behavior than the body surfaces exposed to the environment. To
improve comfort conditions it is necessary to provide better heat change conditions of
the human body with the seat; what can be gotten with the use of cold or heat
ventilated seats, depending on the climatic conditions.
In the present work was accomplished a study of the influence of an automotive
ventilated seat, with Peltier cooling effect, in the perception of the user's thermal
comfort. Tests were performed with the use of a normal production seat and of a
ventilated seat in a vehicle equipped with air conditioning system. The tests were
carried out in wind tunnel and the experimental procedure consisted of
measurements of temperatures and subjective evaluations (questionnaire).
The test volunteers' evaluation showed that the use of this kind of system resulted in
perceptible improvement in the thermal comfort conditions, with significant
improvement in the change of heat between the user and the vehicle seat, which was
proven with the temperature measurements presenting decrease of 3 oC in the
ventilated seat.
viii
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 Trocas térmicas em veículos de passeio (Hucho, 1987) 2
Figura 1.2 Veículos com ar condicionado de fábrica vendidos no Brasil (Denso, 2005)
3
Figura 2.1 Esquema do sistema termorregulador do corpo humano (Candas 1999)
8
Figura 2.2 Diagrama psicrométrico com a indicação da zona de conforto segundo a norma ASHRAE 55:2004
13
Figura 2.3 Manequins térmicos (ISO 14505-2, 2004) 14
Figura 2.4 Manequins com sensores aquecidos (ISO 14505-2, 2004) 15
Figura 2.5 Arranjo com sensores de conforto (ISO 14505-2, 2004) 15
Figura 3.1 Questionário subjetivo (Cengiz e Babalik, 2006) 18
Figura 3.2 Representação gráfica da sensação térmica (Leite, 2003) 19
Figura 3.3 Representação gráfica da percepção de movimentação do ar (Leite, 2003)
20
Figura 3.4 Escala de sensação térmica normalizada (ISO 10551, 1995) 20
Figura 3.5 Lay-out de um túnel de vento típico (Calsonic Kansei Europe, 2002 apud Santos 2005)
21
Figura 3.6 Célula de testes de um túnel de vento (Ransco Industries, 1999 apud Santos 2005).
21
Figura 4.1 Banco automotivo com sistema de aquecimento (W.E.T. 2002)
23
Figura 4.2 Campo de temperaturas no banco aquecido (W.E.T. 2002) 23
Figura 4.3 Banco automotivo ventilado (Madsen, 1994) 24
Figura 4.4 Aumento da perda de calor nas costas e coxas (Madsen, 1994)
25
Figura 4.5 Aumento da perda de calor e queda da temperatura da ”pele “ (Madsen, 1994)
26
Figura 4.6 Esquema do banco ventilado (Lutsbader, 2005) 27
Figura 4.7 Câmara climática e veículo de teste (Lutsbader, 2005) 28
Figura 4.8 Escala de conforto e sensação térmica U. C. Berkeley (Lutsbader, 2005)
28
Figura 4.9 Redução média da temperatura de contato do encosto do banco (Lutsbader, 2005)
29
Figura 4.10 Banco com sistema de resfriamento e aquecimento (Zhang et al., 2007)
29
Figura 4.11 Banco ventilado, com pressão negativa (W.E.T. 2002) 30
Figura 4.12 Sistemas de resfriamento e aquecimento integrados (CSM, 31
ix
2003)
Figura 4.13 Banco ventilado com resfriamento (ou aquecimento) por efeito Peltier (auto blog, 2006)
32
Figura 4.14 Semi-condutores tipo-n e tipo-p (Strazza F. e Riberi. R, 2004)
33
Figura 4.15 Exemplo de pastilha termoelétrica (Strazza F. e Riberi. R, 2004)
33
Figura 5.1 Sistema de ventilação do assento de teste 35
Figura 5.2 Sistema de ventilação do encosto de teste 36
Figura 5.3 Sistema montado na espuma do assento de teste 36
Figura 5.4 Sistema montado na espuma do encosto de teste 36
Figura 5.5 Duto de ventilação do encosto de teste 37
Figura 5.6 Duto de ventilação do assento de teste 37
Figura 5.7 Espuma do encosto com adaptação para montagem do duto de ventilação
38
Figura 5.8 Espuma do assento com adaptação para montagem do duto de ventilação
38
Figura 5.9 Duto de ventilação montado na espuma do encosto 39
Figura 5.10 Duto de ventilação montado na espuma do assento 39
Figura 5.11 Potenciômetro de controle de velocidade do ventilador do encosto
40
Figura 5.12 Potenciômetro de controle de velocidade do ventilador do assento
40
Figura 5.13 Chicote elétrico para controle do acionamento dos ventiladores do assento e do encosto
40
Figura 5.14 Inserto em couro e fibras de poliéster 41
Figura 5.15 Couro perfurado da capa do teste 42
Figura 5.16 Face B do inserto da capa do teste 42
Figura 5.17 Manta de medição de distribuição de pressão do encosto 43
Figura 5.18 Manta de medição de distribuição de pressão do assento 43
Figura 5.19 Computador e cabos de conexão das mantas do encosto e assento
44
Figura 5.20 Instalação da manta para medição da distribuição de pressão no assento e no encosto do banco
44
Figura 5.21 Escala de medição da distribuição de pressão na manta 45
Figura 5.22 Distribuição de pressão do ocupante 1 45
Figura 5.23 Distribuição de pressão do ocupante 2 46
Figura 5.24 Distribuição de pressão do ocupante 3 46
x
Figura 5.25 Marcação das posições de instalação de termopares no assento do banco
47
Figura 5.26 Marcação das posições de instalação de termopares no encosto do banco
47
Figura 6.1 Termopares instalados nos bancos do veículo 49
Figura 6.2 Vista dianteira do veículo no túnel de vento 50
Figura 6.3 Vista traseira do veículo no túnel de vento 50
Figura 7.1 Voto térmico dos motoristas referente à temperatura do ar 56
Figura 7.2 Voto térmico dos passageiros referente à temperatura do ar 56
Figura 7.3 Voto térmico dos motoristas referente à temperatura do banco
57
Figura 7.4 Voto térmico dos passageiros referente à temperatura do banco
57
Figura 7.5 Voto térmico dos motoristas referente à temperatura entre as pernas e o assento do banco
58
Figura 7.6 Voto térmico dos passageiros referente à temperatura entre as pernas e o assento do banco
58
Figura 7.7 Voto térmico dos motoristas referente à temperatura entre as nádegas e o assento do banco
59
Figura 7.8 Voto térmico dos passageiros referente à temperatura entre as nádegas e o assento do banco
59
Figura 7.9 Voto térmico dos motoristas referente à temperatura entre as costas e o encosto do banco
60
Figura 7.10 Voto térmico dos passageiros referente à temperatura entre as costas e o encosto do banco
60
Figura 7.11 Voto térmico dos motoristas referente ao movimento do ar 61
Figura 7.12 Voto térmico dos passageiros referente ao movimento do ar 61
Figura 7.13 Voto térmico dos motoristas referente ao desejo quanto a velocidade do ar no ambiente
62
Figura 7.14 Voto térmico dos passageiros referente ao desejo quanto a velocidade do ar no ambiente
62
Figura 7.15 Voto térmico médio referente à temperatura do ar 63
Figura 7.16 Voto térmico médio referente à temperatura nos bancos 63
Figura 7.17 Voto térmico médio referente à temperatura entre as pernas e o assento
64
Figura 7.18 Voto térmico médio referente à temperatura entre as nádegas e o assento
64
Figura 7.19 Voto térmico médio referente à temperatura entre as costas e o encosto
65
Figura 7.20 Voto térmico médio referente à percepção do movimento do 65
xi
ar
Figura 7.21 Voto térmico médio referente ao desejo dos usuários sobre a velocidade do ar
66
Figura 7.22 Temperaturas médias dos assentos motorista e passageiro 67
Figura 7.23 Temperaturas médias dos encostos motorista e passageiro 67
Figura 7.24 Temperaturas médias no interior do veículo 68
xii
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 Metabolismos para diferentes atividades
(www.hku.hk/bse/bbse3004/) 10
Tabela 2.2 Escala de sensação térmica (ISO 7730: 1994) 10
Tabela 2.3 Determinação do voto médio estimado - PMV (ISO 7730,
1994) Atividade sedentária (MET=1.0) e umidade relativa
do ar de 50%
12
Tabela 6.1 Dados dos participantes do teste 54
Tabela 7.1 Correspondência entre a representação por letras e por
números nas escalas de sete pontos utilizados no
questionário
55
Tabela B.1 Tabela com os votos térmicos dos participantes
Tabela B.2 Tabela com os votos térmicos médios dos participantes
Tabela B.3 Média das temperaturas nos bancos e do ar ambiente no
veículo
xiii
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
HVAC Heating , Ventilating and air Conditioning
SNC Sistema nervoso central
Set point Ponto de ajuste
PMV Predicted mean vote
PPD Predicted Percentage of Dissatisfied
MF Muito frio
F Frio
LF Ligeiramente frio
C Confortável
LQ Ligeiramente quente
Q Quente
MQ Muito quente
MD Muito desagradável
D Desagradável
LD Ligeiramente desagradável
I Não faz diferença
LA Ligeiramente agradável
A Agradável
MA Muito agradável
VT Voto térmico
VTM Voto térmico médio
xiv
LISTA DE SÍMBOLOS
Símbolo Variável Unidade
Ta Temperatura do ar ºC
Tr Temperatura radiante média ºC
Va Velocidade do ar m/s
Φ Umidade relativa do ar %
To Temperatura operativa ºC
ω Umidade absoluta g/m³
Teq Temperatura equivalente ºC
DC Corrente contínua Ampére
xv
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS
LISTA DE TABELAS
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍGLAS
LISTA DE SÍMBOLOS
RESUMO
ABSTRACT
1. INTRODUÇÃO 1
1.1 Motivação do trabalho 4
1.2 Objeto do trabalho e objeto de estudo 5
1.3 Estrutura do trabalho 5
2. CONFORTO TÉRMICO 7
2.1 Fisiologia do corpo humano 7
2.2 Conforto térmico 9
2.2.1 Condições de conforto de Fanger 9
2.2.2 Desconforto térmico local 11
2.3 Avaliação de conforto térmico em veículos automotivos 13
3. AVALIAÇÃO DE CONFORTO TÉRMICO EM AUTOMÓVEIS 16
3.1 Avaliações com pessoas 16
3.2 Avaliação de conforto térmico em automóveis com bancos ventilados: aplicação de questionário
18
3.3 Avaliação em túneis de vento 20
4. RESFRIAMENTO E AQUECIMENTO DE BANCOS AUTOMOTIVOS 22
4.1 Aquecimento de bancos 22
4.2 Resfriamento de bancos 24
4.3 Tecnologias de aquecimento e resfriamento de bancos ventilados em aplicação na indústria automobilística
30
4.3.1 Bancos simplesmente ventilados 30
4.3.2 Bancos simplesmente ventilados com sistema de aquecimento 31
xvi
4.3.3 Bancos ventilados com resfriamento (ou aquecimento) por efeito Peltier
31
4.3.3.1 Pastilhas termoelétricas 32
5. DESENVOLVIMENTO E PREPARAÇÃO DO PROTÓTIPO DE TESTE 35
5.1 Os componentes e detalhes de montagem do banco com sistema de ventilação e resfriamento
35
5.2 Instalação dos termopares 42
6. PROCEDIMENTO DE ENSAIO 48
6.1 Veículo utilizado 48
6.2 Bancos de teste 48
6.3 Preparação do veículo 48
6.4 O túnel de vento 49
6.5 Condições de ensaio 50
6.6 O procedimento de ensaio 51
6.7 Os participantes 53
7. RESULTADOS DOS ENSAIOS E ANÁLISES 55
7.1 Resultados de percepção de conforto térmico 55
7.2 Resultados de temperaturas 67
8. CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES FINAIS 70
8.1 Trabalhos futuros 70
9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 72
ANEXO A – Questionário
ANEXO B – Tabelas
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO
Ao se falar de conforto em veículos, pode-se ter várias maneiras de observar esse
conforto; seja ele relacionado com aspectos ergonômicos de assentos, conforto
térmico, design de interiores, ruído, entre outros. Os projetos de veículos
automotivos atuais visam garantir, além da segurança, todos esses requisitos de
conforto. Prover condições de conforto tornou-se um importante diferencial de
marketing e de vendas (Gameiro da Silva, 2002).
Quando se está desenvolvendo o veículo é muito importante se ter a definição dos
padrões a serem utilizados para cada veículo, como sua capacidade de carga e/ou
de passageiros, tamanho entre eixos, espaço interno, condições de conforto, entre
outros.
A importância de se ter esses fatores bem definidos, desde o início do
desenvolvimento é garantir que, ao final da concepção do projeto e da realização do
produto, os objetivos iniciais sejam atingidos em todos os aspectos de segurança,
dirigibilidade e conforto. Porém, sabe-se que não é tão simples assim executar os
projetos para se garantir que 100% dos usuários estejam satisfeitos com o produto
final, pois existe uma grande influência da percepção de cada usuário.
Cada ser humano tem a sua própria percepção do ambiente, ou seja, o que para um
indivíduo está confortável para outro pode estar desconfortável. Alguns fatores que
levam a essa avaliação diferenciada de conforto por parte dos ocupantes de
veículos está relacionado com a expectativa de cada um, o grau de exigência, o
sexo, a idade, entre outros. Daí a importância em se realizar avaliações
considerando o voto das pessoas quanto à sensação que estão experimentando; o
que é feito no presente trabalho.
Os automóveis apresentam características diferenciadas com relação a muitos
outros ambientes a serem desenvolvidos, pois constituem habitáculos com
dimensões reduzidas e possuem uma área envidraçada considerável, que possibilita
2
a passagem de raios solares e a transferência de calor com uma maior intensidade
que nas partes metálicas do veículo (Fig. 1.1)
Essas características dificultam sobremaneira a obtenção de condições de conforto,
por resultarem em elevadas assimetrias de radiação, correntes de ar com
velocidades diferenciadas em diferentes partes do corpo e entre os ocupantes, e
uma influência maior do isolamento térmico dos bancos automotivos na troca de
calor com o ambiente de cabine.
Figura 1.1 – Trocas térmicas em veículos de passeio (Hucho, 1987)
Os fatores acima discriminados são responsáveis por gerar situações de desconforto
localizado em diferentes partes do corpo. Como exemplo mais claro, pode-se
destacar a incidência de radiação solar no braço esquerdo do motorista, enquanto o
outro braço encontra-se na sombra. Isso pode causar uma sensação de desconforto
significativa nessa região.
Por outro lado, o interior do automóvel é um ambiente que permite intervenções por
parte do ocupante. O usuário pode atuar na abertura e fechamento dos vidros das
janelas, na vazão e no direcionamento do ar nos difusores instalados no painel de
instrumentos, ou mesmo alterar parâmetros do sistema de climatização.
A possibilidade de intervenção do usuário pode minimizar os efeitos de condições
inadequadas de conforto térmico nos automóveis; o que normalmente é mais difícil
em ambientes de edificações, principalmente em edifícios de escritórios, onde
sistemas de distribuição de ar fixos não permitem essa flexibilidade.
w
wbanco
cabine
vidros
Radiação solar
3
Com a evolução da tecnologia aplicada a veículos automotivos, observou-se que a
utilização de sistemas de ar condicionado em automóveis diminui muito a sensação
de desconforto geral dos ocupantes.
Um estudo realizado pela Denso (2005) estima que a quantidade de veículos
vendidos com ar condicionado de série atinja cerca de 80% do mercado brasileiro
até o ano de 2010 (Figura 1.2).
Figura 1.2 Veículos com ar condicionado de fábrica vendidos no Brasil (Denso, 2005).
De fato, o objetivo dos sistemas de climatização, os sistemas de HVAC1 de um
veículo automotivo, é criar condições de conforto térmico para os ocupantes,
independentemente das condições climáticas exteriores, e de manter as condições
de conforto térmico durante todo o período de utilização do sistema (Gomes, 2005).
No entanto, mesmo com a utilização de sistemas de climatização nos veículos, a
questão do conforto térmico ainda apresenta muitos problemas. Um dos principais
problemas está relacionado com o sistema de distribuição de ar, que não consegue
corrigir as assimetrias de radiação e ainda causa problemas de correntes de ar
(Gomes, 2005; Gimenez, 2006).
Um outro problema importante está relacionado com o isolamento dos bancos
automotivos (Lima, 2006) e com os aspectos ergonômicos a eles associado (Lima,
2007). Ao isolar termicamente as costas, nádegas e partes das pernas, os bancos
1 HVAC – Heating, Ventilating and Air Conditioning
4
automotivos dificultam a troca de calor com o ambiente da cabine (climatizado ou
não). E se, além disso, os bancos não forem confortáveis do ponto de vista
ergonômico, a sensação de desconforto é amplificada.
No caso dos automóveis, o efeito perverso dos bancos no conforto é bastante mais
significativo que nos ambientes de edificações, pois o usuário tem condições muito
mais limitadas de alterar a sua posição no banco e é impossibilitado de se levantar.
Em geral o banco age como um isolante térmico, aumentando a temperatura da pele
e reduzindo o resfriamento do corpo por evaporação do suor. Mas, os bancos podem
ser meios adequados para controlar termicamente o ambiente em função da grande
área de contato e proximidade com o passageiro. Adicionalmente, o controle térmico
do banco pode ser uma boa alternativa ao ar condicionado convencional, reduzindo
o consumo de energia enquanto melhora o conforto térmico (Lutsbader, 2005).
1.1. Motivação do trabalho
O desenvolvimento deste trabalho foi motivado, principalmente, pelo fato de ser um
assunto ainda não explorado pelas montadoras no Brasil, e que pode trazer
benefícios significativos no aumento do conforto e na diminuição do consumo de
energia pelo menor uso do sistema de ar condicionado.
Os domínios da tecnologia e da aplicação de sistemas de bancos automotivos
ventilados podem trazer um conforto personalizado aos ocupantes e,
potencialmente, uma redução no consumo de combustível dos veículos, ao se
considerar que uma menor carga do sistema de ar-condicionado do veículo
necessite ser utilizada para que o usuário alcance um estado de conforto mais
rapidamente.
Este trabalho também pode incentivar as iniciativas de empresas fabricantes de
bancos automotivos a proporem às montadoras produtos de maior valor agregado
nos veículos nacionais, com aplicação de tecnologias para projetos futuros, e criar
parcerias na pesquisa e desenvolvimento para o aprofundamento desse assunto.
5
1.2. Objetivo do trabalho e objeto de estudo
Este trabalho tem como objetivo estudar a percepção de conforto térmico do usuário
em banco automotivo ventilado com resfriamento por efeito Peltier. O estudo
compreende a avaliação da sensação térmica dos usuários com relação ao
ambiente térmico da cabine e às áreas de contato do corpo com os bancos
automotivos.
Para tal foram realizados testes com a utilização de banco normal de produção e de
banco ventilado em um veículo dotado de sistema de climatização. Os ensaios foram
realizados em túnel de vento e o procedimento experimental consistiu de medições
de temperaturas e avaliações subjetivas (questionário).
1.3. Estrutura do trabalho
Após uma breve introdução sobre o conforto em automóveis e a apresentação da
motivação e objetivos do trabalho, o desenvolvimento do estudo está organizado em
capítulos, conforme segue.
No capítulo 2 é apresentada uma revisão da teoria de conforto térmico e uma breve
discussão sobre a avaliação de conforto térmico.
A seguir, no capítulo 3 é discutida a avaliação de conforto térmico em automóveis
com ênfase na avaliação subjetiva realizada por pessoas e a utilização de túneis de
vento para a realização dos ensaios.
No capítulo 4 é apresentada a revisão da literatura relacionada ao aquecimento e
resfriamento de bancos para a melhora das condições de conforto de cabine em
veículos automotivos.
No capítulo 5 são apresentadas as fases de desenvolvimento do protótipo, com o
detalhamento da montagem do sistema de ventilação e preparação dos bancos
para a realização dos testes experimentais.
No capítulo 6 são descritos os procedimentos de ensaio e a instrumentação do
banco protótipo e do banco normal de produção, que foram utilizados na
realização do presente trabalho. No capítulo 7 são apresentados os resultados
subjetivos e objetivos dos testes experimentais.
6
No capítulo 8 são apresentadas as conclusões do experimento, de percepção do
usuário na utilização de bancos ventilados, e considerações finais referentes ao
trabalho. Finalmente, no capítulo 9 é apresentada a relação do material bibliográfico
de referência.
Fazem parte ainda deste trabalho, dois anexos onde são apresentados o
questionário utilizado (Anexo A), e algumas tabelas com os votos dos participantes e
de temperaturas medidas durante os ensaios (Anexo B).
7
CAPÍTULO 2
CONFORTO TÉRMICO
2.1. Fisiologia do corpo humano
Os seres humanos têm que enfrentar o clima diariamente buscando,
freqüentemente, proteção nas condições micro climáticas: sombra no verão e
radiação solar direta durante dias frios de inverno. Assim como os movimentos
produzem calor no frio, reduções de atividades físicas são observadas nos períodos
mais quentes do dia.
Enquanto a temperatura interna do corpo humano (retal, esofágica ou do tímpano) é
geralmente perto de 37°C, podendo variar entre 36°C durante a noite a 39°C quando
em atividades físicas pesadas, a temperatura da pele humana é mais suscetível às
condições externas. Por exemplo, a temperatura do pé pode ser de 30°C quando a
temperatura da testa for de 34°C. Milhões de sensores cutâneos mantêm informado
o sistema nervoso central (SNC) do estado térmico de todas as partes do corpo.
Esses sensores são sensíveis tanto ao nível da temperatura (condição estática)
quanto às mudanças térmicas (condições dinâmicas)
O sistema nervoso central (SNC) possui duas funções básicas:
� A de estimar o estado térmico global do corpo, executada pelo hipotálamo,
funcionando como um termostato, com set point de 37°C para a temperatura
interna e 33°C para a pele,
� A de desencadear as sensações térmicas conhecidas, executadas pelo córtex.
Quando o SNC é informado de variações em comparação com esses valores de
referência, reações são desencadeadas:
� Reações comportamentais: mudanças repentinas de temperatura da pele
implicam respostas rápidas (afastar-se de superfícies quentes, colocar roupa no
caso de frio, etc.) visando preservar a integridade.
� Reações fisiológicas: as variações de temperatura podem induzir à hipotermia
(queda da temperatura) ou à hipertermia (aumento da temperatura). O sistema
8
termorregulador reage então contra o desequilíbrio do balanço térmico, atuando
na dilatação ou contração dos vasos sanguíneos para aumentar ou diminuir o
fluxo de calor através da superfície da pele, atividades musculares que ao
contraírem os músculos produzem calor (tiritar) ou ainda as glândulas
sudoríparas são estimuladas para secreção do suor resfriando a pele através da
evaporação.
Em atividade sedentária a atividade metabólica resulta em cerca de 100W de calor a
ser dissipado ao ambiente por condução, convecção, radiação e evaporação. Se a
vestimenta e as condições do ambiente estiverem adequadas, a mesma quantidade
de calor será perdida ao ambiente. Ocorrerá um balanço de calor adequado para o
corpo como um todo e a pessoa se sentirá termicamente neutra. Nessa condição a
temperatura do núcleo do corpo humano será de aproximadamente 37°C e a
temperatura da pele será de 34,1 ºC (Fanger, 1972). Fora dessa condição o
organismo atua para manter a temperatura no caso das perdas de calor serem
maiores do que a produção de calor ou para reduzir o aumento de temperatura
provocado pela troca de calor menor com o ambiente.
Uma representação esquemática dos mecanismos fisiológicos do corpo humano é
apresentada na figura 2.1 e uma revisão muito boa do assunto pode ser encontrada
em Ferreira (1997) e Ferreira (2001).
Figura 2.1 Esquema do sistema termorregulador do corpo humano (Candas 1999)
9
2.2. Conforto térmico
Admite-se que o conforto térmico corresponde ao estado de espírito em que os
indivíduos expressam satisfação com o ambiente (ASHRAE 55:2004). Em muitas
situações as pessoas são expostas a ambientes térmicos criados artificialmente
(climatizados) para que se sintam em conforto e possam produzir melhor as suas
tarefas. Se o objetivo é atingido, a pessoa tem uma sensação de bem estar,
expressa pela sua satisfação com aquele ambiente térmico.
Sabe-se que o estado térmico geral e as sensações locais estão intimamente
ligados com o grau de conforto ou desconforto. A exposição excessiva a um
ambiente quente ou frio pode levar ao estresse térmico (ISO 7243:1989; ISO
7933:1989), proveniente de condições micro-climáticas desfavoráveis que
requerem a intervenção excessiva do sistema termorregulador.
Na segurança veicular o conforto térmico é um aspecto importante, pois
motoristas sonolentos devido ao calor, ou com sinais de hipotermia devido ao frio,
estão mais sujeitos a sofrerem ou causarem acidentes. Conforme apresentado
em Ávila (2001), pesquisa realizada pelo Departamento de Psicologia da
Universidade de Amsterdam, mostra que as melhores temperaturas do ar para
quem está dirigindo um automóvel vestido “normalmente” se situam entre 18,5ºC
≤ Ta ≤ 21,5ºC. Nessa faixa de temperaturas, abaixo da condição de conforto, o
motorista fica mais atento por estar sentindo um pouco de frio.
2.2.1. Condições de conforto de Fanger
A partir do balanço térmico do corpo humano, Fanger (1972) mostra que o
conforto térmico depende de:
a) parâmetros pessoais: a taxa de metabolismo, função do nível de
atividade física da pessoa, (MET)2, e o tipo de vestimenta (CLO)3,
b) parâmetros ambientais: a temperatura do ar, Ta, a temperatura média
radiante, rT , a velocidade do ar, Va, e a umidade relativa do ar, φ. Na
Tabela 2.1 são apresentados valores de metabolismo para diferentes
2 1 met = 58,2 W/m2 (metabolismo referente à atividade sedentária) 3 1 clo = 0,155 m2 C/W (vestimenta típica de inverno, pesada)
10
atividades.
Por meio de medições dos parâmetros de conforto térmico e de ensaios
realizados com pessoas, Fanger (1972) concebeu um modelo de conforto térmico
baseado no voto médio estimado PMV- Predicted Mean Vote, que varia de muito
frio (-3) a muito quente (+3). Além disso, Fanger (1972) estabeleceu uma relação
entre o PMV e o percentual de pessoas insatisfeitas PPD – Predicted Percentage
of Dissatisfied, apresentada no tabela 2.2.
Tabela 2.1 – Metabolismos para diferentes atividades (www.hku.hk/bse/bbse3004/)
Atividade Taxa metabólica
Sentado reclinado 46 W/m2 0,8 met
Sentado relaxado 58 W/m2 1,0 met
Reparador de relógios 65 W/m2 1,1 met
Em pé relaxado 70 W/m2 1,2 met
Dirigindo automóvel 80 W/m2 1,4 met
Em pé, atividade leve 93 W/m2 1,6 met
Em pé, atividades moderadas (trabalho doméstico)
116 W/m2 2,0 met
Caminhando horizontalmente, 5 km/h 200 W/m2 3,4 met
Trabalhadores da construção civil 275 W/m2 4,7 met
Esportes – correndo a 15 km/h 550W/m2 9,5 met
Tabela 2.2 – Escala de sensação térmica (ISO 7730, 1994)
Escala de sensação térmica
–3 –2 –1 0 1 2 3
PMV muito frio
Frio leve sensação de
frio
neutro leve sensação de calor
quente Muito Quente
PPD 100% 78% 26% 5% 26% 78% 100%
Observa-se na tabela 2.2 que, mesmo na condição de neutralidade térmica (PMV
igual a zero), existem 5% de insatisfeitos. O trabalho de Fanger (1972) é a base
da norma ISO 7730:1994 de conforto térmico.
11
O cálculo do voto médio estimado é relativamente trabalhoso, razão pela qual
Fanger (1972) e a ISO 7730:1994 apresentam uma rotina para utilização em
microcomputador e tabelas, como aquela apresentada na tabela. 2.3, que
permitem determinar o PMV para diferentes atividades, tipos de vestimenta e
condições ambientais.
A ASHRAE 55:2004 também apresenta gráficos para a determinação das
condições de conforto térmico em ambientes condicionados - as Cartas de
Conforto da ASHRAE. A figura 2.2 mostra uma carta psicrométrica com a zona de
conforto representada pela área hachurada.
Verifica-se na tabela 2.3 e na figura 2.2 que os resultados são apresentados em
função da temperatura operativa, To4, que é uma função da temperatura média
radiante, rT , e da temperatura do ar, Ta , dado pela equação5:
( ) rao
TaTaT ⋅−+⋅= 1 (2.1)
onde a constante a varia de acordo com a velocidade do ar (Va):
Va (m/s) 0 – 0,2 0,2 – 0,6 0,6 – 1,0 A 0,5 0,6 0,7
A norma ISO 7726:1998 apresenta procedimentos de medição e métodos
para a obtenção das variáveis ambientais: velocidade média do ar, Va,
temperatura radiante média, rT , da temperatura do ar, Ta , e umidade do ar:
umidade absoluta, ω, e umidade relativa, φ.
2.2.2. Desconforto térmico local
O método de Fanger (1972) determina condições de conforto térmico para o
corpo como um todo. Assim, uma pessoa pode estar em neutralidade térmica
para o corpo como um todo (PMV = 0), mas pode não estar confortável se
existirem variações em partes do corpo. Portanto, o conforto também requer que
não haja desconforto local (quente ou frio) para qualquer parte do corpo.
4 To = temperatura operativa (ºC): a temperatura de um meio imaginário (envolvendo ar e
superfícies) com o qual a pessoa troca a mesma quantidade de calor por convecção e radiação que aquela trocada com o meio real.
5 ANSI/ASHRAE 55:2004 e ISO 7730:1994
12
Tabela 2.3 Determinação do voto médio estimado - PMV (ISO 7730, 1994) Atividade sedentária (MET=1.0) e umidade relativa do ar de 50%
Vestimenta Velocidade Relativa do ar – m/s
CLO m
2ºC
W
Temperatu
ra
Operativa
ºC < 0.10 0.10 0.15 0.20 0.30 0.40 0.50 1.00
0
0
26
27
28
29
30
31
32
33
– 1.62
– 1.00
– 0.39
0.21
0.80
1.39
1.96
2.50
– 1.62
– 1.00
– 0.42
0.13
0.68
1.25
1.83
2.41
– 1.96
– 1.36
– 0.76
– 0.15
0.45
1.08
1.71
2.34
– 2.34
– 1.69
– 1.05
– 0.39
0.26
0.94
1.61
2.29
0.25
0.039
24
25
26
27
28
29
30
31
– 1.52
– 1.05
– 0.58
– 0.12
0.34
0.80
1.25
1.71
– 1.52
– 1.05
– 0.61
– 0.17
0.27
0.71
1.15
1.61
– 1.80
– 1.33
– 0.87
– 0.40
0.07
0.54
1.02
1.51
– 2.06
– 1.57
– 1.08
– 0.58
– 0.09
0.41
0.91
1.43
– 2.47
– 1.94
– 1.41
– 0.87
– 0.34
0.20
0.74
1.30
– 2.24
– 1.67
– 1.10
– 0.53
0.04
0.61
1.20
– 2.48
– 1.89
– 1.29
– 0.70
– 0.10
0.50
1.12
– 2.66
– 1.97
– 1.28
– 0.58
0.11
0.83
0.50
0.078
23
24
25
26
27
28
29
30
– 1.10
– 0.72
– 0.34
0.04
0.42
0.80
1.17
1.54
– 1.10
– 0.74
– 0.38
– 0.01
0.35
0.72
1.08
1.45
– 1.33
– 0.95
– 0.56
– 0.18
0.20
0.59
0.98
1.37
– 1.51
– 1.11
– 0.71
– 0.31
0.09
0.49
0.90
1.30
– 1.78
– 1.36
– 0.94
– 0.51
– 0.08
0.34
0.77
1.20
– 1.99
– 1.55
– 1.11
– 0.66
– 0.22
0.23
0.68
1.13
– 2.16
– 1.70
– 1.25
– 0.79
– 0.33
0.14
0.60
1.06
– 2.22
– 1.71
– 1.19
– 0.68
– 0.17
0.34
0.86
0.75
0.118
21
22
23
24
25
26
27
28
– 1.11
– 0.79
– 0.47
– 0.15
0.17
0.49
0.81
1.12
– 1.11
– 0.81
– 0.50
– 0.19
0.12
0.43
0.74
1.05
– 1.30
– 0.96
– 0.66
– 0.33
– 0.01
0.31
0.64
0.96
– 1.44
– 1.11
– 0.78
– 0.44
– 0.11
0.23
0.56
0.90
– 1.66
– 1.31
– 0.96
– 0.61
– 0.28
0.09
0.45
0.80
– 1.82
– 1.46
– 1.09
– 0.73
– 0.37
0.00
0.36
0.73
– 1.95
– 1.58
– 1.20
– 0.83
– 0.46
– 0.08
0.29
0.67
– 2.36
– 1.95
– 1.55
– 1.14
– 0.74
– 0.33
0.08
0.48
1.00
0.155
20
21
22
23
24
25
26
27
– 0.85
– 0.57
– 0.30
– 0.02
0.26
0.53
0.81
1.08
– 0.87
– 0.60
– 0.33
– 0.07
0.20
0.48
0.75
1.02
– 1.02
– 0.74
– 0.46
– 0.18
0.10
0.38
0.66
0.95
– 1.13
– 0.84
– 0.55
– 0.27
0.02
0.31
0.60
0.89
– 1.29
– 0.99
– 0.69
– 0.39
– 0.09
0.21
0.51
0.81
– 1.41
– 1.11
– 0.80
– 0.49
– 0.18
0.13
0.44
0.75
– 1.51
– 1.19
– 0.88
– 0.56
– 0.25
0.07
0.39
0.71
– 1.81
– 1.47
– 1.13
– 0.79
– 0.46
– 0.12
0.22
0.56
1.50
0.233
14
16
18
20
22
24
26
28
– 1.36
– 0.94
– 0.52
– 0.09
0.35
0.79
1.23
1.67
– 1.36
– 0.95
– 0.54
– 0.13
0.30
0.74
1.18
1.62
– 1.48
– 1.07
– 0.64
– 0.22
0.23
0.68
1.13
1.56
– 1.58
– 1.15
– 0.72
– 0.28
0.18
0.63
1.09
1.56
– 1.72
– 1.27
– 0.82
– 0.37
0.10
0.57
1.04
1.52
– 1.82
– 1.36
– 0.90
– 0.44
0.04
0.52
1.01
1.48
– 1.89
– 1.43
– 0.96
– 0.49
0.00
0.49
0.98
1.47
– 2.12
– 1.63
– 1.14
– 0.65
– 0.14
0.37
0.89
1.40
2.00
0.310
10
12
14
16
18
20
22
24
– 1.38
– 1.03
– 0.68
– 0.32
0.03
0.40
0.76
1.13
– 1.39
– 1.05
– 0.70
– 0.35
– 0.00
0.36
0.72
1.09
– 1.49
– 1.14
– 0.79
– 0.43
– 0.07
0.30
0.67
1.05
– 1.56
– 1.21
– 0.85
– 0.48
– 0.11
0.26
0.54
1.02
– 1.67
– 1.30
– 0.93
– 0.56
– 0.18
0.20
0.59
0.98
– 1.74
– 1.37
– 0.99
– 0.61
– 0.23
0.16
0.55
0.95
– 1.80
– 1.42
– 1.04
– 0.65
– 0.26
0.13
0.53
0.93
– 1.96
– 1.57
– 1.17
– 0.77
– 0.37
0.04
0.45
0.87
OBS: 1) Valores de PMV em torno de zero indicam condições de conforto
térmico.
2) Valores de CLO igual a 0,5 representam uma vestimenta leve de verão (calça comprida com camisa de mangas curtas), enquanto valores de CLO igual a 1,0 representam uma vestimenta pesada de inverno.
13
Figura 2.2 Diagrama psicrométrico com a indicação da zona de conforto segundo a norma ASHRAE 55:2004.
Esse desconforto local pode ser causado por:
• Assimetria de radiação;
• Diferença vertical de temperatura do ar entre os pés e a cabeça;
• Correntes de ar (“draft” ou “draught”).
• Diferença de temperatura entre os pés e o piso.
Nas normas ASHRAE 55:2004 e ISO 7730:2004 são previstos limites máximos para
cada uma das causas de desconforto acima. A exemplo do trabalho de Fanger
(1972), os limites de desconforto local foram obtidos em ensaios realizados em
câmaras climatizadas para condições de trocas de calor em edificações, isto é, para
ambientes que podem ser considerados homogêneos ou próximos de homogêneos.
2.3. Avaliação de conforto térmico em veículos automotivos
Para ambientes não homogêneos, onde diferentes partes do corpo experimentam
diferentes condições térmicas, o conceito mais amplamente utilizado (Nilsson, 2004)
é o de temperatura equivalente (teq), definida como sendo a temperatura uniforme de
um ambiente imaginário com velocidade do ar igual a zero, no qual a pessoa troca a
14
mesma quantidade de calor sensível, por radiação e convecção, que no ambiente
real.
Devido à interação complexa dos fluxos de calor por radiação e convecção,
insolação direta, grandes assimetrias de temperatura e velocidade do ar, mesmo
em condições de regime permanente, a aplicação do conceito de temperatura
equivalente é particularmente útil no espaço confinado de compartimentos de
passageiros de veículos. Nessas condições o uso dos índices PMV (ISO
7730:1994) ou das cartas da ASHRAE (ASHRAE 55:2004) não são os mais
apropriados (Madsen et al, 1986; Gameiro da Silva, 2002; Guan et al., 2003;
Nilsson, 2004).
A determinação de temperaturas equivalentes, teq, na avaliação de conforto
térmico em automóveis é prevista na norma ISO 14505-2:2004. Nessa norma são
previstas três possibilidades de determinação de temperaturas equivalentes:
utilizando manequim térmico, com sensores em diferentes segmentos ou zonas
(Fig. 2.3), manequim com sensores aquecidos (Fig. 2.4), arranjo com sensores de
conforto (Fig. 2.5).
Masculino, 33 zonas Feminino, 16 zonas
Figura 2.3 - Manequins térmicos (ISO 14505-2, 2004)
15
Figura 2.4 - Manequins com sensores aquecidos (ISO 14505-2, 2004)
Figura 2.5 - Arranjo com sensores de conforto (ISO 14505-2, 2004).
Porém, a melhor e mais confiável maneira de se avaliar as condições de conforto
térmico em um veículo ainda é a de se utilizar a resposta subjetiva de grupos de
pessoas submetidas às condições térmicas no interior desse veículo (Nilsson, 2004,
Han e Huang, 2004); que será utilizada no presente trabalho.
16
CAPÍTULO 3
AVALIAÇÃO DE CONFORTO TÉRMICO EM AUTOMÓVEIS
O conforto térmico em ambiente veicular tem se tornado crítico, principalmente
devido à tendência de maior utilização de vidros e à restrição de aumento no
consumo de combustível. A busca pela redução dos ganhos de calor tornou-se
fator importante no desenvolvimento de veículos, pois não se pode aumentar a
capacidade do sistema de HVAC na mesma proporção que a área envidraçada
está aumentando. Assim, tornou-se necessário desenvolver ferramentas que
possam prever e avaliar o impacto de diferentes opções de projeto no conforto
térmico do usuário e de prover mecanismos que melhorem a sensação de
conforto no interior do veículo.
Para melhorar as condições de conforto térmico, uma das formas é a de se atuar
na melhora das trocas de calor nos bancos automotivos, objeto de estudo do
presente trabalho, e a sua interação com o usuário; o que a cada dia se torna um
fator mais importante no que se refere à melhora do conforto térmico dos
ocupantes (Cengiz e Babalik, 2006).
Em alguns países já se tem a aplicação de dispositivos de aquecimento e
resfriamento de bancos automotivos, porém no Brasil ainda é uma tecnologia
nova e ainda não explorada pelas montadoras de veículos locais.
A seguir é apresentada uma abordagem sobre a avaliação de conforto térmico
em veículos automotivos com pessoas considerando, particularmente, os bancos
automotivos e seus ocupantes.
3.1 Avaliação com pessoas
As vantagens de se utilizar o método subjetivo é que os dados são simples para
administrar e estão diretamente relacionados com os fenômenos psicológicos das
pessoas (ISO 14505-3, 2006).
As avaliações com pessoas têm também algumas desvantagens caso não se
17
utilize dados objetivos, pois somente dados subjetivos podem induzir a uma
conclusão errônea, ou seja, votos de participantes do experimento sem a devida
coerência.
Esse erro deve ser minimizado ao máximo com perguntas muito bem
direcionadas aplicadas em um questionário e também com a medição de
variáveis de cabine relevantes para o estudo em questão.
Alguns trabalhos foram realizados recentemente em veículos automotivos
envolvendo a participação de pessoas na avaliação da influência de bancos
automotivos no conforto térmico: Lutsbader (2005), Cengiz e Babalik (2006) e
Zhang et al. (2007).
Lutsbader (2005) realizou avaliação com pessoas no estudo da influência de
bancos automotivos ventilados no conforto térmico em veículo com ar
condicionado. Os ensaios foram realizados em câmara climática, com radiação
solar. Maiores detalhes desse trabalho são discutidos no Capítulo 4.
Cengiz e Babalik (2006) realizaram experimento com o objetivo de avaliar a
influência de diferentes tipos de tecidos de recobrimento dos bancos automotivos
no conforto térmico em climas frios.
Os ensaios foram realizados com a participação de 10 pessoas em um teste de
veículo em estrada em um período de 1 hora. Os participantes ficaram
submetidos a uma temperatura de 25ºC com velocidade do ar de 0,15 a 0,20 m/s
dentro da cabine do veículo, controlada por sistema de ar-condicionado eletrônico
do próprio veículo. Foram instalados 8 pontos de medição da temperatura da pele
distribuídos nas costas, peito, nádegas e coxas. Os participantes desse
experimento tinham uma média de idade de 31,8 anos, peso médio de 70,13 kg,
altura média de 1,74 m e massa corporal de 22,95 kg/m².
As roupas utilizadas pelos participantes foram calça e camisa branca, meias e
sapatos com uma isolação média de 1,5 clo e considerada uma atividade
metabólica constante de 1,7 met. Os participantes responderam a um
questionário de 15 questões, conforme mostrado na Figura 3.1, em intervalos de
5 em 5 minutos.
18
PARÂMETROS SUBJETIVOS QUESTÕES ESCALA
1 T1s Neste momento Como você sente seu Embaixo da perna? (1) Muito frio2 T2s No meio das pernas? (2) Frio3 T3s Na região do estomago? (3) Ligeiramente frio4 T4s Ao lado do corpo? (4) Neutro5 T5s No peito? (5) Ligeiramente quente6 T6s Na cintura? (6) Quente7 T7s Nas costas? (7) Muito quente8 T8s Nas nádegas?9 Cabeça Cabeça?
10 Geral Como você está se sentindo No geral?
11 Torso Frontal Como você está se sentindo quanto ao suor No peito? (1) Seco12 Torso Traseiro Nas costas? (2) Ligeiramente molhado
(3) Úmido(4) Molhado
13 Encosto do banco Como é o conforto no Encosto de banco? (1) Pouco14 Assento do banco Assento do banco? (2) Médio
(3) Bom
15 Suor Como é o seu Nível de suor? (1) Ausente(2) Pouco(3) Médio(4) Muito
QUESTIONÁRIO
Figura 3.1 - Questionário subjetivo (Cengiz e Babalik, 2006)
Zhang et al. (2007) realizaram trabalho bastante extenso de avaliação da
influência de bancos aquecidos ou ventilados na faixa de aceitabilidade de
temperaturas do ar na cabine. Nos ensaios realizados com pessoas, os autores
também salientam a importância das características pessoais como a idade, o
peso, a massa corporal e o tipo de vestimenta utilizada. Maiores detalhes desse
trabalho também são discutidos no Capítulo 4.
3.2 Avaliação de conforto em automóveis com bancos ventilados: aplicação de
questionário
A aplicação de questionários em ensaios experimentais deve ser conduzida com
muito cuidado para que não se tenha respostas que não permitam atingir os
objetivos desejados. Para tal, as perguntas devem ser bem formuladas e
apresentadas de forma clara aos participantes.
A norma ISO 14505-3 (2006) apresenta recomendações relacionadas à avaliação
subjetiva de condições de conforto térmico em veículos na obtenção de diagramas
de sensação térmica, utilizando temperaturas equivalentes (ISO 14505-2, 2004).
Nessa norma são enfocados aspectos referentes à seleção do júri, escalas
subjetivas, seleção das condições de operação, análise e interpretação de
resultados, e um método de teste com exemplo de questionário a ser aplicado.
19
Essa norma, contudo, não se mostrou adequada para aplicação na avaliação de
condições de conforto personalizado com a utilização de bancos ventilados. Nessa
situação, o questionário e o procedimento de ensaios desenvolvidos por Leite
(2003), na avaliação de conforto personalizado em ambientes de escritórios,
mostraram-se mais adequados e foram utilizados como referência no presente
trabalho. Adicionalmente, o trabalho de Cengiz e Babalik, (2006), comentado no item
3.1, também foi considerado na elaboração do questionário.
Quando da avaliação de conforto personalizado faz-se necessário, inicialmente, criar
condições tais que o ambiente seja desconfortável, para que o usuário perceba
alterações na sensação de conforto térmico quando do uso do sistema
personalizado (Leite, 2003).
Por outro lado, as questões a serem respondidas devem enfocar as diferenças de
percepção entre o usuário com e sem sistema de ventilação no banco, bem como
com relação às condições ambientais de cabine.
O questionário desenvolvido para a presente aplicação encontra-se no Anexo A. A
seguir são apresentados alguns detalhes desse questionário:
a) O questionário possui uma capa, onde o participante do ensaio informará os seus
dados: o nome, o sexo, a idade, o peso e a altura, a identificação da data de
realização do ensaio e a indicação do banco que ocupará, qual seja, o banco do
motorista ou o banco do passageiro.
b) Na parte referente ao questionário propriamente dito, foram utilizadas escalas de
sete pontos. Na figura 3.2 é apresentada a representação da escala de sensação
térmica com letras para indicar as sensações de muito frio, frio, confortável,
ligeiramente quente, quente e muito quente.
Figura 3.2 – Representação gráfica da sensação térmica (Leite, 2003)
O mesmo conceito foi aplicado para a percepção em relação ao movimento do ar,
utilizando letras para indicar a preferência do usuário quanto à percepção de muito
desagradável, desagradável, ligeiramente desagradável, não faz diferença para
20
você, ligeiramente agradável, agradável e muito agradável, respectivamente,
conforme mostrado na figura 3.3.
Figura 3.3 – Representação gráfica da percepção de movimentação do ar
(Leite, 2003)
A vantagem na utilização dessa representação é que os usuários associam mais
fácil e rapidamente letras (ou siglas) ao invés de números. De toda forma, na
confecção dos gráficos serão utilizados números relacionados às letras utilizadas
nas escalas de sensação térmica.
Para a tabulação das respostas será utilizada numeração positiva, para sensações
de aquecimento e de condições agradáveis, e numeração negativa, para as
sensações de frio e de condições desagradáveis. Esta escala é definida como uma
escala bipolar simétrica de 7 graus, tendo o ponto 0 como indecisão e duas vezes
três graus de intensidade crescente. A figura 3.4 mostra a escala normalizada.
Graus de intensidade Ponto de indecisão Graus de intensidadePolo A -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 Polo B
Figura 3.4 – Escala de sensação térmica normalizada (ISO 10551, 1995)
3.3 Avaliação em túneis de vento
A forma mais adequada de se realizar avaliações em cabines de automóveis com
manequins ou com pessoas é com a utilização de túneis de vento, que reproduzam
as condições ambientais às quais os veículos estarão sujeitos ao rodarem nas
estradas.
Esses túneis de vento devem ser capazes de simular ambientes externos com
diferentes temperaturas e umidades do ar, diferentes níveis de radiação solar e
diferentes velocidades do veículo.
As vantagens na utilização de túneis de vento são as condições de repetitividade
dos resultados, a possibilidade de executar os ensaios independentemente das
condições climáticas e a possibilidade de coletar vários dados com boa precisão.
21
A Figura 3.5 mostra um lay-out de um túnel de vento típico para testes em
automóveis, enquanto a Figura 3.6 mostra a célula de testes de um túnel de
vento.
Figura 3.5 Lay-out de um túnel de vento típico
(Calsonic Kansei Europe, 2002 apud Santos 2005).
Figura 3.6 Célula de testes de um túnel de vento
(Ransco Industries, 1999 apud Santos 2005).
22
CAPÍTULO 4
RESFRIAMENTO E AQUECIMENTO DE BANCOS AUTOMOTIVOS
Com o aumento da busca pelo conforto nas cabines dos veículos, os especialistas
em bancos automotivos trabalham para propor uma maior variedade de soluções
para as montadoras desses veículos.
Contudo, raros são os estudos encontrados na literatura que envolvem o
aquecimento ou resfriamento de bancos na melhoria da sensação de conforto
térmico em cabines de veículos automotivos. O primeiro estudo de aquecimento de
bancos para o conforto térmico é do início da década de 1990 (Burch et al., 1991).
Posteriormente, Madsen (1994) e Lutsbader (2005), desenvolveram estudos de
resfriamento em bancos ventilados somente; Brooks e Parsons (1999), de
aquecimento, e Zhang et al. (2007) apresentaram resultados de um estudo
englobando bancos aquecidos e resfriados.
4.1 Aquecimentos de bancos automotivos
O primeiro trabalho relacionado ao aquecimento de bancos automotivos, realizado
por Burch et al (1991), objetivou a melhoria das condições de conforto térmico sob
condições severas de inverno. Esses autores instalaram almofadas com
aquecimento elétrico de baixa potência no assento e no encosto para reduzir o
tempo necessário para atingir condições de conforto térmico durante o período de
aquecimento da cabine (warm up).
Mais tarde, Brooks e Parsons (1999) investigaram o desempenho de bancos
aquecidos em ambientes frios e concluíram que o nível de desconforto pode ser
reduzido, tornando aceitáveis temperaturas de cabine até próximo de 5°C.
Até os dias de hoje o sistema de aquecimento de bancos automotivos é um sistema
relativamente simples, que utiliza resistências elétricas. A energia para aquecimento
das resistências é proveniente da bateria do automóvel e o controle da temperatura
é realizado pelo usuário em comandos disponíveis no banco.
23
Cuidado especial deve ser tomado com a instalação das resistências elétricas (Fig.
4.1) para que nenhuma parte da resistência fique exposta e o usuário possa sofrer
choque elétrico. Um exemplo de campo de temperaturas resultante com sistema de
infra-vermelho é mostrado na figura 4.2.
Figura 4.1 – Banco automotivo com sistema de aquecimento (W.E.T. 2002)
Figura 4.2 – Campo de temperaturas no banco aquecido (W.E.T. 2002)
Essa aplicação, contudo, não é comum para os veículos no mercado nacional,
sendo aplicada somente em veículos fabricados no exterior ou destinados à
exportação (climas frios).
24
4.2 Resfriamento de bancos automotivos
O primeiro trabalho relacionado com o resfriamento de bancos automotivos foi o de
Madsen (1994), que estudou a influência de bancos ventilados utilizando um
ventilador que soprava o ar através do banco, na parte inferior e superior, em
direção à pessoa sentada, conforme mostrado na figura 4.3.
Capa de poliéster
30mm de espessura em fibra
Tubo de ventilação
Capa de poliéster
30mm de espessura em fibra
Tubo de ventilação
Figura 4.3 – Banco automotivo ventilado (Madsen, 1994)
O sistema de ventilação apresentado na figura 4.3 foi desenvolvido por uma
empresa da Dinamarca e consistia de uma camada de 30,0 mm de pelos de porco,
que permitiam uma boa distribuição de ar. O encosto e uma parte do assento eram
cobertos com um forro, que permitia a passagem de ar, e dotados de tubos
conectados a um ventilador. O sistema permitia controle de fluxo de ar insuflado pelo
banco. Nos ensaios foram testados dois tipos de revestimentos, um feito de lã e o
outro feito de fibra de poliéster.
A eficiência do sistema de ventilação foi testada com um manequim térmico de 35 kg
dotado de medidores de fluxo de calor e de sensores de temperatura na região
lateral das costas, na altura dos ombros e nas coxas esquerda e direita; que são as
partes que tocam o banco quando o manequim está sentado. O manequim utilizado
tinha 16 seções e possibilidade de controle independente em cada seção.
Além disso, o manequim térmico era equipado com duas glândulas de suor, uma nas
costas abaixo do ombro e a outra na coxa que está em contato com a parte do
assento do veículo. As glândulas de suor consistiam de 2 tubos de pequeno
25
diâmetro conectados a duas pequenas bombas com capacidade de 15 ml/h,
garantindo 0,025 m² de área molhada abaixo da roupa para cada tubo.
O sistema de aquecimento do manequim consistia de uma fissura em torno de cada
seção inter-espaçada por menos de 2,0 mm; o que estabelecia uma distribuição
extremamente uniforme de calor em cada seção. O manequim foi vestido com uma
roupa com isolação de 0,6 clo e colocado no banco do veículo em uma câmara
climática com temperatura constante e umidade relativa também constante. Na
figura 4.4 são apresentados resultados do aumento na perda de calor para as costas
e coxas.
Uma comparação entre os resultados dos bancos em lã e em poliéster,
apresentados na figura 4.5, mostra que o banco em poliéster apresenta um
resfriamento maior do que o banco em lã. Pode ser visto também que a perda de
calor nas coxas é menor do que nas costas; o que pode ser devido a problemas de
contato do manequim com o banco.
Aumento da perda de calor (percentual) Encosto
ventilação suor Ventilação + suor
Aumento da perda de calor (percentual) CoxasBanco lã Banco poliéster
Banco lã Banco poliéster
Aumento da perda de calor (percentual) Encosto
ventilação suor Ventilação + suor
Aumento da perda de calor (percentual) CoxasBanco lã Banco poliéster
Banco lã Banco poliéster
Figura 4.4 – Aumento da perda de calor nas costas e coxas (Madsen, 1994).
26
Aumento da perda de calor em percentual
ventilação suor Ventilação + suor
Descréscimo da temperaturalã Poliéster
lã Poliéster
Aumento da perda de calor em percentual
ventilação suor Ventilação + suor
Descréscimo da temperaturalã Poliéster
lã Poliéster
Figura 4.5 – Aumento da perda de calor e queda da temperatura da ”pele “
(Madsen, 1994)
Os resultados obtidos mostram que esse tipo de banco poderia ser uma solução
efetiva e de baixo custo para a indústria automotiva, com a diminuição do
desconforto do usuário após o carro estar estacionado e exposto ao sol. E, no
inverno o sistema poderia diminuir o tempo de desconforto do ocupante se fosse
utilizado, adicionalmente, um sistema de aquecimento elétrico no encosto e na base
do banco (Madsen, 1994).
Lutsbader (2005) utilizou uma combinação de testes experimentais e modelagem
para estimar o impacto da utilização de bancos automotivos ventilados no
conforto térmico e na economia de energia. Segundo o autor, a melhora nas
condições de conforto resultou em redução de 4% na necessidade de
resfriamento do sistema de ar condicionado e uma economia de 0,3 a 0,5% no
consumo total de combustível do veículo quando o sistema está ligado. O autor
enfatiza que, embora esta economia seja pequena para um usuário
individualmente, torna-se significativo em um nível nacional.
Para a realização dos ensaios, Lutsbader (2005) modificou um banco automotivo
existente e instalou sistema de ventilação, conforme mostrado na
27
figura 4.6. Foram instalados dois ventiladores no encosto do banco. Os dois
ventiladores juntos consomem no máximo 9 W.
Espuma
Difusor fino
Espaçador
Ventilador
Capa perfurada
Espuma
Difusor fino
Espaçador
Ventilador
Capa perfurada
Figura 4.6 Esquema do banco ventilado (Lutsbader, 2005).
Nas avaliações realizadas por Lutsbader (2005) foi utilizado um simulador solar com
963 W/m², mostrado na figura 4.7. A temperatura ambiente da sala foi controlada em
31,6ºC ± 0,4 ºC e 30% ± 5% de umidade relativa. O banco do veículo foi equipado
com oito sensores para a coleta da temperatura de contato do banco com o
ocupante. O sistema de ar-condicionado do veículo foi ligado após 45 segundos da
entrada do ocupante.
A sensação térmica e a sensação de conforto em algumas partes do corpo do
ocupante, como a cabeça, o peito, as costas, as pernas, os braços e os pés sem
distinção do lado esquerdo do direito, foram solicitadas a cada 2 minutos. As roupas
utilizadas pelos ocupantes foram as mesmas e padronizadas, sendo calça, camisa
pólo, meias e sapatos. A figura 4.8 ilustra a escala utilizada por Lutsbader (2005) nas
avaliações subjetivas.
Os resultados apresentados por Lutsbader (2005) mostram que a utilização de
bancos ventilados permite se chegar a uma diminuição da temperatura de contato
do banco com o ocupante em aproximadamente 3,5ºC ± 0,9 ºC, conforme
apresentado na figura 4.9 e que a sensação de conforto no encosto do banco nesse
caso apresentou uma queda de temperatura em torno de 4ºC.
28
Figura 4.7 – Câmara climática e veículo de teste (Lutsbader, 2005)
mui
to
pouc
o
pouc
o
mui
to
1 2 3 4 6 7 8 9
Confortodesconfortável confortável
Muito frio Frio FrescoLigeiramente
fresco NeutroLigeiramente
aquecido Aquecido Quente Muito quente
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Sensação Térmica
mui
to
pouc
o
pouc
o
mui
to
1 2 3 4 6 7 8 9
Confortodesconfortável confortável
Muito frio Frio FrescoLigeiramente
fresco NeutroLigeiramente
aquecido Aquecido Quente Muito quente
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Sensação Térmica
Figura 4.8 – Escala de conforto e sensação térmica U. C. Berkeley (Lutsbader, 2005)
Tanto no trabalho de Madsen (1994) quanto no de Lutsbader (2005) não foi utilizado
resfriamento adicional no banco. O resfriamento era conseguido somente com a
sucção do ar da cabine, dotada de sistema de ar condicionado. Ou seja, são bancos
ventilados somente.
Ainda mais recentemente, Zhang et al. (2007) realizaram avaliações experimentais
em câmara climatizada utilizando quatro bancos idênticos ao apresentado na figura
4.10. Foram utilizados bancos convencionais de produção em série, com superfícies
de contato experimentais conectadas a dispositivos comercialmente disponíveis de
aquecimento e resfriamento.
29
As superfícies de contato do assento e encosto de cada banco consistem em uma
“manta” simples formada de tubos plásticos de pequeno diâmetro, através dos quais
ocorria a circulação de água de aquecimento ou resfriamento.
Tempo de resfriamento (min) Baseado na capacidadede resfriamento
Tem
pera
tura
ºCAC ligado, vent. banco desligado
AC 96%, vent. banco ligado
AC 90%, vent. banco ligado
Tempo de resfriamento (min) Baseado na capacidadede resfriamento
Tem
pera
tura
ºCAC ligado, vent. banco desligado
AC 96%, vent. banco ligado
AC 90%, vent. banco ligado
Figura 4.9 – Redução média da temperatura de contato do encosto do banco
(Lutsbader, 2005)
Figura 4.10 – Banco com sistema de resfriamento e aquecimento
(Zhang et al., 2007)
Zhang et al. (2007) realizaram ensaios com a utilização de 11 câmaras climáticas
com variação de temperatura entre 15ºC e 45ºC. Para uniformização dos testes, os
participantes eram colocados em ambientes climatizados, onde permaneciam em
torno de 20 minutos antes da realização dos testes.
30
O experimento foi realizado com um total de 24 participantes, sendo 7 pessoas do
sexo feminino e 17 do sexo masculino, vestidos com roupas de verão e de inverno,
conforme exposição a condições de inverno ou verão (aquecimento ou resfriamento)
A média de peso dos participantes foi de 67,5 kg, com altura média de 1,75m e
massa corporal média de 21,88 kg/m². A média estimada da resistência térmica da
roupa dos participantes foi de 0,67 clo para as roupas de verão e de 1,01 clo para as
roupas de inverno. O número total de experimentos para cada participante foi de 44
e o tempo de duração total de exposição foi de 21 horas. Os participantes
reportaram a sensação térmica e a aceitabilidade térmica geral, em intervalos
regulares de 1 a 2 minutos. A sensação térmica local foi reportada em 7 pontos
utilizando a escala da ASHRAE para cada seção do corpo em contato com o
assento e o encosto do banco.
4.3 Tecnologias de aquecimento e resfriamento de bancos ventilados em
aplicação na indústria automobilística
4.3.1 Bancos simplesmente ventilados
Atualmente, sistema similar ao apresentado por Madsen (1994) é utilizado pela
empresa W.E.T. Automotive System (Fig. 4.11). Existe, contudo, uma diferença
fundamental entre os dois sistemas. No sistema atual foi instalado um sistema de
exaustão no banco, que faz com que o ar seja aspirado pelo banco.
Figura 4.11 – Banco ventilado, com pressão negativa (W.E.T. 2002)
31
4.3.2 Bancos simplesmente ventilados com sistema de aquecimento
Uma outra possibilidade em bancos simplesmente ventilados é a integração de
dispositivos de aquecimento. A figura 4.12 ilustra um esquema de banco com os
ventiladores e resistências elétricas para aquecimento.
Capa permeável
Distribuidor de ar
Ventilador do encosto
Resistência paraaquecimento
Controle eletrônico
Sensor de temperatura
Painel de controle
Ventilador do assento
Capa permeável
Distribuidor de ar
Ventilador do encosto
Resistência paraaquecimento
Controle eletrônico
Sensor de temperatura
Painel de controle
Ventilador do assento
Figura 4.12 – Sistemas de resfriamento e aquecimento integrados (CSM, 2003)
4.3.3 Bancos ventilados com resfriamento (ou aquecimento) por efeito Peltier
Com a evolução das avaliações e estudos realizados, os fabricantes de sistemas
buscam cada vez mais agregar valor aos seus produtos. Nesse contexto, atualmente
pode-se verificar que já existem sistemas de resfriamento e aquecimento de bancos
integrados no mesmo dispositivo. Um exemplo é o sistema desenvolvido pela
empresa americana Amerigon (Fig. 4.13).
O princípio de funcionamento desse sistema é um ventilador que trabalha com uma
tensão de 12V, compatível com a voltagem fornecida pela bateria do automóvel. O
sistema atualmente desenvolvido trabalha com possibilidade de variação da
velocidade do ventilador e controle elétrico e eletrônico da variação de temperatura
do sistema de aquecimento ou resfriamento. E tudo isso realizado pelo ocupante do
veículo no painel de instrumentos atuando em sistemas de controle por módulos
32
eletro-eletrônicos, sensores e um complexo sistema de comunicação entre o veículo
e o banco.
CircuitoPeltier
Saída do arquente oufrio para o baco
Perda de ardo banco
Modulo de controle eletrônico
Botão de controle
Detalhe da distribuição de arCouro perfuradoPlano de distibuição
Material permeável
Canal moldado naespuma
Trocador de calor
MTM SEAT TECHNOLOGY TM
Módulo micro-térmico
CircuitoPeltier
Saída do arquente oufrio para o baco
Saída do arquente oufrio para o baco
Perda de ardo banco
Modulo de controle eletrônico
Botão de controle
Detalhe da distribuição de arCouro perfuradoPlano de distibuição
Material permeável
Canal moldado naespuma
Trocador de calor
MTM SEAT TECHNOLOGY TM
Módulo micro-térmico
Figura 4.13 – Banco ventilado com resfriamento (ou aquecimento) por efeito Peltier
(auto blog, 2006).
O conceito aplicado a esse ventilador, que trabalha alternando a temperatura do ar
que passa no ventilador para quente ou para frio, é a utilização do efeito Peltier, com
a utilização de pastilhas termoelétricas para a troca de calor na passagem do ar.
4.3.3.1 Pastilhas termoelétricas (efeito Peltier)
Como se sabe, o efeito Peltier é a produção de um gradiente de temperatura em
duas junções de dois condutores (ou semicondutores) de materiais diferentes
quando submetidos a uma tensão elétrica e percorridos por uma corrente elétrica em
um circuito fechado.
Assim, pastilhas termoelétricas, também conhecidas como placas de efeito Peltier,
produzem o efeito de resfriar (de um lado) e de aquecer (o outro lado) ao se fazer
passar corrente elétrica contínua por dois condutores. Com a voltagem aplicada
entre os pólos, cria-se um diferencial de temperatura entre as faces opostas da
33
placa. Invertendo a polaridade, inverte-se o lado que será resfriado e o lado que será
aquecido.
As pastilhas termoelétricas ou Peltier são formadas por uma série de
semicondutores do tipo-p e tipo-n. Esses elementos semicondutores são soldados
entre duas placas cerâmicas, eletricamente em série e termicamente em paralelo. A
figura 4.14 ilustra os semicondutores tipo-n e tipo-p e a figura 4.15 ilustra a
construção de uma pastilha termoelétrica com os semi-condutores.
Figura 4.14 – Semi-condutores tipo-n e tipo-p (Strazza e Riberi, 2004)
Figura 4.15 – Exemplo de pastilha termoelétrica (Strazza e Riberi, 2004)
34
Um dos problemas que pode ser encontrado nesse tipo de instalação é o
superaquecimento das placas. Ao se manter as placas alimentadas com uma
determinada tensão, as pastilhas estarão absorvendo calor de um lado da pastilha e
rejeitando calor do outro (Fig. 4.15). Caso o calor não consiga ser rejeitado de forma
adequada ocorrerá aquecimento do lado frio ou até mesmo o comprometimento da
integridade da pastilha. Para se evitar o superaquecimento das placas, o uso de
dissipadores de calor e ventiladores é obrigatório, tanto do lado quente quanto do
lado frio. Para a montagem das pastilhas, recomenda-se o uso de pasta térmica
entre a placa e o dissipador, para que se aumente a eficiência de troca térmica.
As pastilhas termoelétricas operam com alimentação em corrente contínua (DC).
Para esse funcionamento pode ser utilizada uma fonte chaveada. Recomenda-se,
porém, que a regulagem de máxima tensão (voltagem) e máxima corrente
(amperagem) não sejam ultrapassadas.
No presente trabalho o banco ventilado também terá resfriamento adicional com a
utilização de pastilhas termoelétricas, ou seja, com resfriamento por efeito Peltier.
35
CAPÍTULO 5
DESENVOLVIMENTO E PREPARAÇÃO DO PROTÓTIPO DE TESTE
Neste capítulo são apresentadas as fases de desenvolvimento do protótipo, com
o detalhamento da montagem do sistema de ventilação e preparação dos bancos
para a realização dos testes experimentais.
5.1 Os componentes e detalhes de montagem do banco com sistema de
ventilação e resfriamento
O banco com sistema de ventilação e resfriamento possui dois ventiladores, um
instalado no encosto e o outro no assento do banco, um controlador de velocidade
para o ventilador do encosto e outro do assento, um conjunto de cabos para permitir
o funcionamento dos ventiladores e dois distribuidores de ar, um do encosto e outro
do assento.
O conceito desse sistema é utilizar o ar da cabine do veículo e empurrá-lo para a
superfície do banco, tanto no encosto como no assento. Adicionalmente, o ar que é
succionado pelo ventilador e experimenta uma queda de temperatura devido à
passagem por pastilhas termoelétricas. As Figuras 5.1 e 5.2 mostram uma ilustração
do sistema de ventilação do assento e do encosto e as Figuras 5.3 e 5.4 mostram o
sistema instalado na espuma do assento e do encosto.
Figura 5.1 – Sistema de ventilação do assento de teste
36
Figura 5.2 – Sistema de ventilação do encosto de teste
Figura 5.3 – Sistema montado na espuma do assento do banco de teste
Figura 5.4 – Sistema montado na espuma do encosto do banco de teste
37
As figuras 5.5 e 5.6 ilustram os dois dutos de ventilação que foram instalados no
encosto e no assento do banco, os quais têm a função de distribuir o ar na região
central do assento e do encosto, após o sistema ligado. Para que o assento
escolhido pudesse permitir a passagem do ar, algumas adaptações em relação ao
banco normal de produção foram necessárias.
Figura 5.5 – Duto de ventilação do encosto do banco de teste
Figura 5.6 – Duto de ventilação do assento do banco de teste
Para a montagem dos dutos de ventilação nas espumas foram necessárias algumas
modificações em relação ao banco normal de produção. A alteração consiste em
uma abertura na região central das espumas do encosto e assento para a passagem
do ar do ventilador e também um alívio na face A das espumas para permitir a
acomodação dos dutos de ventilação adequadamente nas espumas.
38
As figuras 5.7 e 5.8 mostram as espumas adaptadas para a montagem dos dutos de
ventilação e as figuras 5.9 e 5.10 mostram os dutos de ventilação montados nas
espumas de encosto e assento.
Figura 5.7 – Espuma do encosto com adaptação para montagem do duto de
ventilação
Figura 5.8 – Espuma do assento com adaptação para montagem do duto de
ventilação
Para o funcionamento da parte elétrica foi feita uma adaptação para o
funcionamento do ventilador e das funções de aquecimento e resfriamento. Para
o funcionamento do ventilador e controle de sua velocidade, foi instalado um
potenciômetro para o assento e outro para o encosto do banco.
39
Figura 5.9 – Duto de ventilação montado na espuma do encosto
Figura 5.10 – Duto de ventilação montado na espuma do assento
As figuras 5.11 e 5.12 mostram os potenciômetros do assento e encosto já
conectados ao chicote elétrico de comando do sistema. O sistema foi adaptado
para se ter uma variação somente de velocidade e não do controle de variação da
temperatura de saída do ar; sendo esta uma restrição para a variação de
temperatura, devido à falta de dispositivo de controle para esse fim.
O ajuste de velocidade pode ser feito com o giro do potenciômetro para a posição
mais baixa ou mais alta, diminuindo ou aumentando a velocidade do ventilador,
respectivamente. A figura 5.13 mostra o chicote elétrico para o acionamento dos
ventiladores do encosto e do assento.
40
Figura 5.11 – Potenciômetro de controle de velocidade do ventilador do encosto
Figura 5.12 – Potenciômetro de controle de velocidade do ventilador do assento
Figura 5.13 – Chicote elétrico para controle do acionamento dos ventiladores do
assento e do encosto
41
Outro componente que foi modificado do produto original foi a capa ou o
revestimento em couro do banco. A alteração foi realizada no assento e no
encosto do banco
A alteração consistiu na troca do inserto central do revestimento da capa atual
por um inserto também em couro, mas que permite passagem do ar com melhor
desempenho comparado com o revestimento atual.
A composição da região central da capa atualmente é composta da face visível
em couro perfurado e a parte inferior de um componente chamado de ovata, com
determinada espessura, que garante o conforto ergonômico do usuário,
apresentando uma sensação ao toque melhor que de outros materiais. Já a
configuração proposta apresenta em sua face visível um couro perfurado com
melhor definição de sua forma e dimensão comparada à capa atual de produção,
e no seu interior, ao invés da ovata, pode-se verificar fios cruzados em poliéster,
que garantem também uma espessura constante para o conforto do usuário e
ainda mais, são permeáveis para permitir a passagem do ar através de sua
configuração em fios para a face do couro perfurado.
A figura 5.14 ilustra a configuração da capa do experimento com os fios em
poliéster e a figura 5.15 ilustra a configuração do couro do inserto para garantir a
passagem do ar através da capa do banco.
Figura 5.14 –Inserto em couro e fibras de poliéster
42
Figura 5.15 – Couro perfurado da capa do teste
Na figura 5.16 pode-se verificar a face oposta à do couro, que fica em contato com a
espuma, que também tem uma configuração diferente do material aplicado
atualmente.
Figura 5.16 – Face B do inserto da capa do teste
5.2 Instalação de termopares
Para a definição da localização dos sensores de coleta de temperatura
(termopares) nos assentos e encostos dos bancos do motorista e do passageiro,
foi utilizada uma manta para a verificação da distribuição de pressão. Com a
utilização dessa manta se consegue determinar os pontos do assento e encosto
que apresentam uma maior distribuição de pressão e, portanto, de maior contato
do ocupante com o assento e com o encosto do banco.
43
O equipamento para a medição da distribuição de pressão é composto por duas
mantas, sendo uma utilizada para a medição da distribuição de pressão do
encosto e a outra para o assento, e um computador e seu respectivo software
para a coleta e interpretação dos dados. Em ambas as mantas existe uma escala
quadriculada que indica a secção da manta que está sendo pressionada e que
automaticamente envia o sinal para o software instalado no computador, através
de cabos. O equipamento pode ser visto nas figuras 5.17, 5.18 e 5.19.
Figura 5.17 – Manta de medição de distribuição de pressão do encosto
Figura 5.18 – Manta de medição de distribuição de pressão do assento
44
Figura 5.19 – Computador e cabos de conexão das mantas do encosto e assento.
O primeiro passo é instalar as mantas no encosto e no assento do banco a ser
avaliado (Fig. 5.20). Após a instalação das mantas faz-se a conexão dos cabos de
contato entre as mantas e o computador e inicia-se a coleta de dados assim que
uma pessoa ou manequim for posicionado no banco.
Figura 5.20 – Instalação da manta para medição da distribuição de pressão no
assento e no encosto do banco.
45
A figura 5.21 ilustra a escala de medição contida na manta de distribuição de
pressão do encosto e do assento.
Figura 5.21 – Escala de medição da distribuição de pressão na manta
Para a determinação do campo de distribuição de pressões foram feitos testes com
três pessoas, para garantir que a localização de colocação dos sensores seja
adequada para vários tipos de manequins. Os participantes tinham,
respectivamente, 75 kg e 1,75 m de altura (ocupante 1), 85 kg e 1,80 m de altura
(ocupante 2) e 112 kg e 1,91 m de altura (ocupante 3).
Nas Figuras 5.22 a 5.24 são apresentados os resultados dos mapas de distribuição
de pressão realizados para a definição da posição de instalação dos termopares.
Figura 5.22 – Distribuição de pressão do ocupante 1
assento encosto
46
Figura 5.23 – Distribuição de pressão do ocupante 2
Figura 5.24 – Distribuição de pressão do ocupante 3
A interpretação desses gráficos para a utilização dos dados da distribuição de
pressão é relativamente simples. A escala mostrada na tela do computador é a
mesma vista nas mantas instaladas no encosto e no assento do banco. Ou seja, a
localização 20, por exemplo, vista na tela do computador (Figs. 5.22 a 5.24) é a
mesma localização 20 vista na manta instalada no assento (Fig.. 5.21).
assento encosto
assento encosto
47
As regiões mostradas com a cor vermelha indicam regiões de maior distribuição de
pressão entre o ocupante e o banco e, portanto, pode-se entender como as regiões
que apresentam um maior contato entre o ocupante e o banco do veículo.
Da análise das Figuras 5.22 a 5.24 realizou-se a marcação das posições de
instalação dos termopares para a realização do presente trabalho, conforme
mostrado nas Figuras 5.25 e 5.26.
Figura 5.25 – Marcação das posições de instalação de termopares
no assento do banco
Figura 5.26 – Marcação das posições de instalação de termopares
no encosto do banco.
48
CAPÍTULO 6
PROCEDIMENTO DE ENSAIO
Neste capítulo é apresentado o procedimento de ensaio, com o detalhamento das
etapas envolvidas.
6.1 Veículo utilizado
Os ensaios foram realizados em um veículo utilitário, de fabricação nacional, dotado
de sistema de ar-condicionado original de fábrica, com controle manual da
velocidade e da temperatura do ar.
6.2 Bancos de teste
Foi utilizado um banco normal de produção, com a instalação de componentes
específicos para dotar o assento e o encosto do motorista com sistema de ventilação
e resfriamento do ar, conforme descrito no item 5.1, e um banco normal de produção
para o passageiro.
O revestimento escolhido dos bancos para este experimento foi o de couro bovino,
por ser um tipo de material que apresenta uma elevada temperatura de contato na
superfície (Lima, 2006) e também por ser um revestimento comum utilizado pelas
montadoras.
6.3 Preparação do veículo
O procedimento de preparação do veículo consistiu na instalação de sensores de
temperatura (termopares) nos assentos e encostos dos bancos do motorista e do
passageiro (Fig. 6.1), nas posições obtidas em estudo apresentado no item 5.2,
Também foram instalados termopares no interior do veículo para a coleta das
temperaturas internas em dois pontos na região frontal e central do veículo,
próximo ao teto
49
Figura 6.1 – Termopares instalados nos bancos do veículo.
6.4 O túnel de vento
O ensaio foi realizado com a utilização de um túnel de vento com dimensões de
13 m de comprimento, 6,5 m de largura e 3 m de altura. A câmara dispõe de um
dinamômetro de rolos que pode rodar até 200 km/h com potência máxima de
150 kW, ou seja, simula que o veículo esteja em uma estrada a uma velocidade
de até 200 km/h. A câmara dispõe também de um ventilador frontal que varia com
a velocidade do veículo, pois está sincronizado com o dinamômetro, e pode
chegar a velocidades do ar de até 140 km/h.
O túnel de vento pode atingir temperaturas na faixa de -30º C até +50º C com
controle de umidade de 20% a 90%, respeitados os limites de temperatura e
umidade dos equipamentos ensaiados. No teto e nas laterais a câmara possui um
painel de simulação de carga térmica solar com capacidade ajustável de 0 a 1200
W/m². O controle da umidade relativa do ar é feito através de pulverizadores para
manter a umidade relativa dentro dos parâmetros necessários.
Com este tipo de equipamento é possível realizar uma grande quantidade de
testes com uma grande variação de situações. Os custos, porém, são elevados.
As figuras 6.2 e 6.3 ilustram o veículo no local do teste.
50
Figura 6.2 – Vista dianteira do veículo no túnel de vento
Figura 6.3 – Vista traseira do veículo no túnel de vento
6.5 Condições de ensaio
Para o experimento foram consideradas condições externas do veículo, no túnel de
vento, com temperatura de 30º C, umidade relativa de 55% e o painel solar com
carga térmica de 600 W/m².
Para as condições internas do veículo o sistema de ar condicionado foi ligado na
posição 3 de velocidade e na condição de frio para a temperatura, objetivando
temperaturas internas em torno de 28 oC.
51
6.6 O procedimento de ensaio
Os parâmetros de ensaio foram mantidos para todos os experimentos e
realizados em pares de participantes, com o banco do motorista equipado com o
sistema de ventilação e o banco do passageiro sem este sistema.
Em função da disponibilidade e dos custos de utilização do túnel de vento, os
ensaios foram realizados somente durante um período de 8 horas,
compreendendo uma manhã e uma tarde. Em cada período foram realizados
ensaios com quatro participantes, sendo que cada grupo de dois participantes
avaliou a percepção de conforto alternadamente, no banco do motorista (banco
ventilado) e no banco do passageiro (banco normal).
É importante frisar que os participantes não foram informados de qual banco possuía
o sistema de ventilação e nem mesmo o momento em que o mesmo seria ligado. Os
participantes não tiveram acesso ao sistema de ventilação do assento.
No período da manhã foram realizados testes preliminares, onde foram
verificados detalhes e realizados acertos na aplicação do procedimento
apresentado a seguir:
A) Preparação para a realização dos testes
a) O veículo equipado com os termopares foi colocado no túnel de vento.
b) O túnel de vento foi ajustado com a localização do veículo no dinamômetro de
rolos, o sistema de exaustão no escapamento do veículo e o ventilador na
posição frontal.
c) Foram ajustadas a temperatura da câmara em 30º C, a umidade relativa do ar
em 55% e o painel solar para uma carga térmica de 600 W/m² , cujos valores não
foram alterados durante todo o experimento.
d) O veículo ficou com o motor desligado e suas portas fechadas exposto às
condições do túnel de vento até atingir estabilidade nas temperaturas internas e
externas do veículo.
Todos os parâmetros citados acima foram monitorados durante todo o tempo do
experimento. Uma vez estabilizada a temperatura externa, em torno de 30º C, e a
temperatura interna do veículo entre 45 e 50 ºC, foram iniciados os ensaios.
52
B) Realização dos testes
Os testes eram iniciados com a entrada de dois participantes no veículo, um no
banco do motorista e outro no banco do passageiro. O tempo de duração de cada
ensaio foi de 55 minutos.
a) Uma vez fechadas as portas, o motorista ligava o veículo e o sistema de ar-
condicionado. O controle do ar condicionado já estava pré-ajustado para a
posição 3 de velocidade do ar e na posição de máximo frio na temperatura do ar;
assim permanecendo até o término do ensaio.
b) O sistema de ventilação do assento permanecia desligado nos primeiros 20
minutos de ensaio.
c) O motorista do veículo era instruído a não simular a dirigibilidade do veículo
nos primeiros 20 minutos, ficando ligado em ponto morto (velocidade de 0 km/h),
ou seja, uma situação de entrada no veículo com trafego intenso, sem
desenvolver velocidade.
d) Passados os 20 minutos iniciais o motorista era instruído a simular a
dirigibilidade do veículo a 50 km/h, tendo o mesmo que simular uma situação real
de aceleração do veículo e engate das marchas até alcançar a velocidade de 50
km/h, permanecendo nessa velocidade até o final do ensaio.
e) Simultaneamente, passados os 20 minutos iniciais, o sistema de ventilação no
banco do motorista era ligado (sem o motorista e o passageiro saberem) e
permanecia nessa situação até o término do ensaio.
f) Durante a realização dos ensaios, o questionário do Anexo A, foi respondido a
cada 5 minutos, tanto pelo motorista quanto pelo passageiro. Os dados foram
coletados durante os ensaios nos seguintes tempos de exposição dos ocupantes
no veículo:
T0 = Entrada dos ocupantes no veículo
T5 = 5 minutos após entrada dos ocupantes no veículo
T10 = 10 minutos após entrada dos ocupantes no veículo
T15 = 15 minutos após entrada dos ocupantes no veículo
T20 = 20 minutos após entrada dos ocupantes no veículo
T25 = 25 minutos após entrada dos ocupantes no veículo (*)
53
T30 = 30 minutos após entrada dos ocupantes no veículo
T35 = 35 minutos após entrada dos ocupantes no veículo
T40 = 40 minutos após entrada dos ocupantes no veículo
T45 = 45 minutos após entrada dos ocupantes no veículo
T50 = 50 minutos após entrada dos ocupantes no veículo
T55 = 55 minutos após entrada dos ocupantes no veículo
(*) Na resposta ao questionário no tempo T25 o sistema de ventilação do banco do
motorista já estava ligado e a velocidade do veículo era de 50 km/h.
Após o término do ensaio (55 minutos) o veículo era colocado novamente em ponto
morto, posteriormente desligado junto com o ar-condicionado e o assento ventilado.
Os ocupantes deixavam o veículo, fechando novamente as portas. O veículo
permanecia em sua posição no túnel e se iniciava novamente o processo de
aquecimento da cabine do veículo até a temperatura interna atingir novamente de 40
a 45 ºC.
Os mesmos participantes do ensaio realizaram uma segunda avaliação trocando de
assentos após permanecerem aprox. uma hora em descanso em uma sala
climatizada com temperatura em torno dos 23º C.
6.7 Os participantes
Os participantes foram escolhidos aleatoriamente para participação nos ensaios.
Quatro voluntários participaram de uma avaliação prévia para um melhor
conhecimento e domínio para a realização dos testes. Com isto conseguiu-se ter
também um conhecimento maior em relação às condições a serem consideradas de
ajustes do ar-condicionado e na temperatura do túnel de vento. No teste
propriamente dito participaram outros quatro voluntários, que não tinham
experimentado a sensação de estar no interior do veículo. Na tabela 6.1 são
apresentados os dados dos participantes do teste propriamente dito.
Os participantes trajavam roupa social leve, calça comprida e camisa de manga
longa, com resistência térmica de roupa de aprox. 0,6 clo.
54
Tabela 6.1 – Dados dos participantes do teste
Participante Idade Peso Altura IMC
(anos) (kg) (m) (kg/m²)
1 22 71 1,80 21,91
2 32 84 1,80 25,93
3 25 59 1,66 21,41
4 31 95 1,95 24,98
Média 27,5 77,3 1,80 23,56
Dados dos participantes
55
CAPÍTULO 7
RESULTADOS DOS ENSAIOS E ANÁLISE
Neste capítulo são apresentados resultados de percepção dos participantes dos
ensaios quanto ao conforto térmico em assento automotivo ventilado e em assento
normal de produção, bem como resultados de temperaturas no assento e no encosto
do banco ventilado e do banco normal de produção, e da temperatura do ar na
cabine do veículo.
7.1 Resultados de percepção de conforto térmico
Os participantes dos ensaios responderam perguntas constantes do questionário
apresentado no Anexo A, com respostas dadas em escalas de sete pontos
identificadas por letras, cuja correspondência em números é apresentada na
Tabela 7.1, e será utilizada na apresentação dos resultados.
Tabela 7.1 – Correspondência entre a representação por letras e por números nas
escalas de sete pontos utilizadas no questionário
-3 -2 -1 0 +1 +2 +3
MFMuito frio
FFrio
LFLigeiramente
frio
CConfortável
LQLigeiramente
quente
QQuente
MQMuito quente
MDMuito
desagradável
DDesagrdável
LDLigeiramente desagrdável
INão faz
diferença
LALigeiramente
agradável
AAgradável
MAMuito
agradávelMMB
Muito mais baixa
MBMais baixa
UMBUm pouco mais baixa
AA mesma que
está agora
UMAUm pouco mais alta
MAMais alta
MMAMuito mais
alta
Para uma melhor representação dos resultados, as respostas das questões serão
apresentadas na forma de gráficos utilizando a equivalência numérica apresentada
na Tabela 7.1. Uma tabela com todos os votos dos participantes é apresentada no
Anexo B, Tabela B.1.
As respostas às questões formuladas no questionário são apresentadas nas
Figuras 7.1 a 7.14, considerando os votos dos motoristas (assento ventilado) e dos
passageiros (assento normal), respectivamente. As respostas dadas pelos
participantes são denominadas de votos térmicos (VT).
56
Nas Figuras 7.1 e 7.2 são apresentados os votos térmicos referentes à sensação
quanto à temperatura do ar da cabine.
-3
-2
-1
0
1
2
3
Vo
to t
érm
ico
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Tempo em minutos
Voto Térmico Motoristas referente à Temperatura do Ar
Mot 1 Mot 2 Mot 3 Mot 4
quen
te
fri
o
50 Km/h 0 Km/h
Figura 7.1 Voto térmico dos motoristas referente à temperatura do ar da cabine.
-3
-2
-1
0
1
2
3
Vo
to t
érm
ico
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Tempo em minutos
Voto Térmico Passageiros referente à Temperatura do Ar
Pas 1 Pas 2 Pas 3 Pas 4
quen
te
fri
o50 Km/h 0 Km/h
Figura 7.2 Voto térmico dos passageiros referente à temperatura do ar da cabine
57
Nas Figuras 7.3 e 7.4 são apresentados os votos térmicos referentes à sensação
quanto à temperatura do banco.
-3
-2
-1
0
1
2
3
Vo
to t
érm
ico
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Tempo em minutos
Voto Térmico Motoristas referente à Temperatura do Banco
Mot 1 Mot 2 Mot 3 Mot 4
quen
te
fri
o
50 Km/h 0 Km/h
Figura 7.3 Voto térmico dos motoristas referente à temperatura do banco
-3
-2
-1
0
1
2
3
Vo
to t
érm
ico
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Tempo em minutos
Voto Térmico Passageiros referente à Temperatura do Banco
Pas 1 Pas 2 Pas 3 Pas 4qu
ente
frio
50 Km/h 0 Km/h
Figura 7.4 Voto térmico dos passageiros referente à temperatura do banco
58
Nas Figuras 7.5 e 7.6 são apresentados os votos térmicos referentes à sensação
quanto à temperatura de contato entre as pernas e o assento do banco.
-3
-2
-1
0
1
2
3
Vo
to t
érm
ico
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Tempo em minutos
Voto Térmico Motoristas referente à Temperatura entre pernas x assento
Mot 1 Mot 2 Mot 3 Mot 4
quen
te
fri
o
50 Km/h 0 Km/h
Figura 7.5 Voto térmico dos motoristas referente à temperatura
entre as pernas e o assento do banco
-3
-2
-1
0
1
2
3
Vo
to té
rmic
o
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Tempo em minutos
Voto Térmico Passageiros referente à Temperatura entre pernas x assentoPas 1 Pas 2 Pas 3 Pas 4
quen
te
fri
o
50 Km/h 0 Km/h
Figura 7.6 Voto térmico dos passageiros referente à temperatura
entre as pernas e o assento do banco
59
Nas Figuras 7.7 e 7.8 são apresentados os votos térmicos referentes à sensação
quanto à temperatura de contato entre as nádegas e o assento do banco.
-3
-2
-1
0
1
2
3
Vo
to t
érm
ico
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Tempo em minutos
Voto Térmico Motoristas referente à Temperatura entre nádegas x assento
Mot 1 Mot 2 Mot 3 Mot 4
quen
te
fri
o
50 Km/h 0 Km/h
Figura 7.7 Voto térmico dos motoristas referente à temperatura
entre as nádegas e o assento do banco
-3
-2
-1
0
1
2
3
Vo
to té
rmic
o
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Tempo em minutos
Voto Térmico Passageiros referente à Temperatura entre nádegas x assento
Pas 1 Pas 2 Pas 3 Pas 4qu
ente
frio
50 Km/h 0 Km/h
Figura 7.8 Voto térmico dos passageiros referente à temperatura
entre as nádegas e o assento do banco
60
Nas Figuras 7.9 e 7.10 são apresentados os votos térmicos referentes à sensação
quanto à temperatura de contato entre as costas e o encosto do banco.
-3
-2
-1
0
1
2
3
Vo
to té
rmic
o
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Tempo em minutos
Voto Térmico Motoristas referente à Temperatura entre costas x encosto
Mot 1 Mot 2 Mot 3 Mot 4
quen
te
fri
o
50 Km/h 0 Km/h
Figura 7.9 Voto térmico dos motoristas referente à temperatura
entre as costas e o encosto do banco.
-3
-2
-1
0
1
2
3
Vo
to té
rmic
o
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Tempo em minutos
Voto Térmico Passageiros referente à Temperatura entre costas x encosto
Pas 1 Pas 2 Pas 3 Pas 4qu
ente
frio
50 Km/h 0 Km/h
Figura 7.10 Voto térmico dos passageiros referente à temperatura
entre as costas e o encosto do banco.
61
Nas Figuras 7.11 e 7.12 são apresentados os votos térmicos referentes à sensação
quanto ao movimento do ar.
-3
-2
-1
0
1
2
3
Vo
to t
érm
ico
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Tempo em minutos
Voto Térmico Motoristas referente à Percepção do movimento do ar
Mot 1 Mot 2 Mot 3 Mot 4
agra
dáve
lde
sagr
adáv
el
50 Km/h 0 Km/h
Figura 7.11 Voto térmico dos motoristas referente ao movimento do ar
-3
-2
-1
0
1
2
3
Vo
to té
rmic
o
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Tempo em minutos
Voto Térmico Passageiros referente à Percepção do movimento do ar
Pas 1 Pas 2 Pas 3 Pas 4
agra
dáve
l
desa
grad
ável
50 Km/h 0 Km/h
Figura 7.12 Voto térmico dos passageiros referente ao movimento do ar
62
Nas Figuras 7.13 e 7.14 são apresentados os votos térmicos referentes ao desejo
quanto à velocidade do ar no ambiente.
-3
-2
-1
0
1
2
3
Vo
to té
rmic
o
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Tempo em minutos
Voto Térmico Motoristas referente à velocidade do ar do ambiente
Mot 1 Mot 2 Mot 3 Mot 4
mai
s al
tam
ais
baix
a
50 Km/h 0 Km/h
Figura 7.13 Voto térmico dos motoristas referente ao desejo
quanto à velocidade do ar no ambiente
-3
-2
-1
0
1
2
3
Vo
to té
rmic
o
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Tempo em minutos
Voto Térmico Passageiros referente à velocidade do ar do ambiente
Pas 1 Pas 2 Pas 3 Pas 4m
ais
alta
mai
s ba
ixa
50 Km/h 0 Km/h
Figura 7.14 Voto térmico dos passageiros referente ao desejo
quanto à velocidade do ar no ambiente
63
Para facilitar a análise dos resultados, nas Figuras 7.15 a 7.21 são apresentados os
votos térmicos médios (VTM) para cada questão. Uma tabela com todos os votos
térmicos médios é apresentada no Anexo B, Tabela B.2.
Média dos Votos dos Participantes - Temperatura do ar
-3,0
-2,0
-1,0
0,0
1,0
2,0
3,0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Tempo em minutos
Vo
to t
érm
ico
méd
io
Média Motorista Média Passageiro
quen
te
fri
o
50 Km/h 0 Km/h
Figura 7.15 Voto térmico médio referente à temperatura do ar da cabine
Média dos Votos dos Participantes - Temperatura do banco
-3,0
-2,0
-1,0
0,0
1,0
2,0
3,0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Tempo em minutos
Vo
to t
érm
ico
méd
io
Média Motorista Média Passageiro
quen
te
fri
o50 Km/h 0 Km/h
Figura 7.16 Voto térmico médio referente à temperatura nos bancos
64
Média do Votos dos Participantes - Temperatura entre pernas x assento
-3,0
-2,0
-1,0
0,0
1,0
2,0
3,0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Tempo em minutos
Vo
to t
érm
ico
méd
io
Média Motorista Média Passageiro
quen
te
fri
o
50 Km/h 0 Km/h
Figura 7.17 Voto térmico médio referente à temperatura
entre as pernas e o assento dos bancos
Média dos Votos dos Participantes - Temperatura entre nádegas x assento
-3,0
-2,0
-1,0
0,0
1,0
2,0
3,0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Tempo em minutos
Vo
to t
érm
ico
méd
io
Média Motorista Média Passageiro
quen
te
fri
o
50 Km/h 0 Km/h
Figura 7.18 Voto térmico médio referente à temperatura
entre as nádegas e o assento dos bancos
65
Média dos Votos dos Participantes - Temperatura entre costas x encosto
-3,0
-2,0
-1,0
0,0
1,0
2,0
3,0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Tempo em minutos
Vo
to t
érm
ico
méd
ioMédia Motorista Média Passageiro
quen
te
fri
o
50 Km/h 0 Km/h
Figura 7.19 Voto térmico médio referente à temperatura
entre as costas e o encosto dos bancos
Média dos Votos dos Participantes - Referente à percepção do movimento do ar
-3,0
-2,0
-1,0
0,0
1,0
2,0
3,0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Tempo em minutos
Vo
to t
érm
ico
méd
io
Média Motorista Média Passageiro
agra
dáve
l
desa
grad
ável
50 Km/h 0 Km/h
Figura 7.20 Voto térmico médio referente à percepção do movimento do ar
66
Média dos Votos dos Participantes - Desejo referente à velocidade do ar
-3,0
-2,0
-1,0
0,0
1,0
2,0
3,0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Tempo em minutos
Vo
to t
érm
ico
méd
ioMédia Motorista Média Passageiro
mai
s al
tam
ais
baix
a
50 Km/h 0 Km/h
Figura 7.21 Voto térmico médio referente ao desejo dos usuários quanto à
velocidade do ar
Da análise da Figura 7.15, de sensação quanto à temperatura do ar da cabine,
verifica-se uma tendência dos motoristas considerarem o ambiente mais agradável
desde o início do ensaio, com leve sensação de frio depois de transcorridos os 20
minutos iniciais, isto é, depois de ligado o sistema de ventilação do banco e do carro
ser colocado em velocidade de 50 km/h. Em função desses resultados, pode-se
dizer que:
a) é possível inferir que o sistema de ar condicionado do veículo esteja propiciando
melhores condições de conforto do lado do motorista.
b) não é possível debitar somente ao sistema de ventilação do banco a diferença de
sensação de conforto dos motoristas com relação aos passageiros.
Da análise das Figuras 7.16 a 7.19, de sensação quanto às temperaturas de contato
entre o corpo e as superfícies do banco, verifica-se que o sistema de ventilação teve
um claro efeito na percepção de melhora nas condições de conforto térmico dos
motoristas.
Da análise das Figuras 7.20 e 7.21, relacionadas com o movimento/velocidade do ar,
verifica-se que tanto os motoristas quanto os passageiros consideraram o
movimento do ar agradável, mas que os motoristas prefeririam uma velocidade do ar
menor depois de ligado o sistema de ventilação; o que também é um indicativo da
melhora das condições de troca de calor dos motoristas com o banco.
67
7.2 Resultados de temperaturas
A seguir são apresentados os resultados de temperaturas medidas com os
termopares instalados nos assentos e encostos do banco do motorista e do banco
do passageiro, bem como na cabine do veículo.
Na Figura 7.22 e 7.23 são apresentadas, respectivamente, as médias das
temperaturas nos assentos, e nos encostos, do banco do motorista e do banco do
passageiro ao longo de todos os ensaios.
Temperatura Média do Assento Motorista e Passageiro
34,0
36,0
38,0
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300
Tempo em segundos
Tem
per
atu
ra º
C
AM AP
50 Km/h 0 Km/h
Figura 7.22 – Temperaturas nos assentos do banco do motorista e do passageiro
Temperatura Média do Encosto Motorista e Passageiro
34,0
36,0
38,0
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300
Tempo em segundos
Tem
per
atu
ra º
C
EM EP
50 Km/h 0 Km/h
Figura 7.23 – Temperaturas nos encostos do banco do motorista e do passageiro
68
Na Figura 7.24 são apresentadas as médias das temperaturas no interior da cabine
do veículo ao longo de todos os ensaios.
Os valores de temperaturas nos bancos e no ambiente, em cada ensaio, são
apresentados no Apêndice B , Tabela B.3
Temperatura Média no Interior do Veículo
20,0
30,0
40,0
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300
Tempo em segundos
Tem
per
atu
ra º
C
IV
50 Km/h 0 Km/h
Figura 7.24 – Temperaturas no interior do veículo ao longo dos ensaios
Os resultados das Figuras 7.22 e 7.23, de temperaturas nos assentos e nos
encostos do banco do motorista e do banco do passageiro corroboram os resultados
obtidos com a avaliação subjetiva, mostrando uma diferença de 2 a 3 oC entre as
temperaturas no assento, e no encosto, do banco do motorista em relação ao banco
do passageiro, sem o sistema de ventilação.
Finalmente, os resultados da Figura 7.24 mostram que os ensaios foram realizados
com temperaturas médias do ar na cabine em torno de 35 oC, quando do veículo
parado, e próximo dos 30 oC, quando do veículo em velocidade de 50 km/h. Embora
essas condições possam ser consideradas bastante desconfortáveis, pois,
adicionalmente, tem-se os efeitos da radiação térmica que aumentam o desconforto,
a avaliação dos participantes quanto à temperatura do ar, Figura 7.15, mostrou, no
máximo, uma leve insatisfação quanto ao calor. Essa avaliação pode estar
relacionada com os seguintes fatos:
69
a) O motorista e também o passageiro estão sujeitos a correntes diretas de ar frio,
que podem ter induzido os participantes a uma avaliação mais positiva da
temperatura do ar na cabine.
b) A temperatura do ar medida é uma média das temperaturas do ar em duas
regiões, próximo ao teto; o que pode ter resultado em temperaturas medidas
maiores do que aquelas às quais os participantes estavam submetidos.
70
CAPÍTULO 8
CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES FINAIS
A utilização de bancos ventilados com sistemas de resfriamento e aquecimento já é
uma realidade na indústria automobilística mundial. No Brasil o interesse por esses
bancos também está começando, tanto por parte dos usuários quanto da indústria
automobilística, embora de forma ainda incipiente.
No presente trabalho foi testado um banco ventilado com resfriamento por efeito
Peltier. A avaliação dos voluntários que participaram dos ensaios mostrou que a
utilização desse sistema resultou em melhora perceptível nas condições de conforto
térmico, com melhora significativa na troca de calor entre o usuário e o banco do
veículo, que foi comprovada com as medições de temperatura com diminuição de
até 3 oC no banco ventilado.
Embora o número de participantes tenha sido bastante reduzido, principalmente em
função dos custos envolvidos na realização dos ensaios em túnel de vento, foi
possível verificar que o sistema possui potencial para melhorar as condições de
conforto térmico. Ensaios com um maior número de pessoas poderiam ter destacado
esta melhora.
Um outro ponto importante a destacar é que o presente trabalho é pioneiro no Brasil,
tanto na avaliação de bancos automotivos dotados de sistema de ventilação e
resfriamento, quanto na realização do ensaio em túnel de vento no país. Além disso,
a realização do trabalho também permitiu que fossem avaliadas métricas como o
tempo para o banco atingir uma determinada temperatura, ou até mesmo para
verificar o tempo para que os usuários atinjam uma situação de conforto.
8.1 Trabalhos futuros
Com a realização do presente trabalho foi desenvolvido um primeiro estudo de
avaliação da percepção de conforto térmico do usuário na utilização de bancos
ventilados. Algumas sugestões para trabalhos futuros:
71
a) Realizar a avaliação em três etapas, isto é:
- nos primeiros 20 minutos realizar o ensaio conforme feito no presente trabalho
- decorridos 20 minutos ligar somente o sistema de ventilação do banco
- e somente depois de decorridos 40 minutos colocar o veículo em movimento a
50 km/h.
Isso deve possibilitar uma melhor identificação da contribuição de cada alteração na
percepção das pessoas. A utilização de intervalos maiores em cada etapa também
pode ser um procedimento interessante; o que pode ser mais bem avaliado depois
da realização de ensaios em três etapas.
b) Estudar outras possibilidades de procedimentos para a realização dos ensaios.
c) Realizar avaliação com a utilização de sistema de aquecimento dos assentos,
uma vez que se têm alguns meses de frio no sul do país, com potencial de utilização
desse sistema.
d) realizar avaliação com outros tipos de revestimento dos bancos.
72
CAPÍTULO 9
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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ANEXO A
QUESTIONÁRIO
Capa do questionário aplicado no experimento
AVALIAÇÃO DE CONFORTO TÉRMICO PARA ASSENTOS AUTOMOTIVOS
Prezado participante: Favor preencher os campos abaixo como complemento do questionário para a
avaliação do conforto térmico em assentos automotivos:
Nome:
Sexo:
Idade:
Peso:
Altura:
Data:
Horário de início: Assento do teste: Motorista _____ Passageiro____
Questionário aplicado no experimento
AVALIAÇÃO DE CONFORTO TÉRMICO PARA ASSENTOS AUTOMOTIVOS
Período de exposição no veículo: ___________segundos
1. No local onde está sentado, como você sente a temperatura do ambiente?
(Marque com X o quadro correspondente à sua opção)
MF = muito frio F = frio LF = ligeiramente frio
C = confortável
LQ = ligeiramente quente Q = quente MQ = muito quente
2. Como você sente a temperatura do banco em que está sentado?
3. Na condição térmica em que se encontra no momento, você sente transpiração
em alguma parte do corpo?
Costas □ Coxas □ Nádegas □ Braços □
4. Como você sente a temperatura de contato entre as pernas e o assento do banco?
5. Como você sente a temperatura de contato entre as nádegas e o assento do banco?
6. Como você sente a temperatura de contato entre as costas e o encosto do banco?
7. Você percebe algum movimento do ar neste momento?
No ambiente □ No banco □ Não □
8. Se você percebe algum movimento do ar, identifique a sua sensação:
(Marque com X o quadro correspondente à sua opção)
MD = muito desagradável D = desagradável LD = ligeiramente desagradável I = não faz diferença para você LA = ligeiramente agradável A = agradável
MA = muito agradável
9. Você gostaria que a velocidade do ar fosse:
Muito mais baixa □
Mais baixa □ Um pouco mais baixa □ A mesma que está agora □
Um pouco mais alta □
Mais alta □
Muito mais alta □
ANEXO B
TABELAS
Tabela B1 – Tabela com os votos térmicos dos participantes
Tempo (min) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55Pergunta 1Mot 1 1 1 0 0 0 -1 -1 -1 0 0 0 0Mot 2 2 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0Mot 3 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 -1 -1Mot 4 2 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0
Pas 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0Pas 2 2 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0Pas 3 3 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0Pas 4 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0Pergunta 2Mot 1 2 1 0 1 0 -1 -1 -1 0 0 0 0Mot 2 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0Mot 3 1 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 -1 -1Mot 4 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0
Pas 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0Pas 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1Pas 3 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0Pas 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0Pergunta 4Mot 1 0 0 -1 0 0 0 -1 0 0 0 0 0Mot 2 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0Mot 3 1 0 0 0 0 0 -1 -1 0 -1 -1 -1Mot 4 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0
Pas 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1Pas 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1Pas 3 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0Pas 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0Pergunta 5Mot 1 0 0 -1 0 0 -1 -1 0 0 0 0 0Mot 2 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0Mot 3 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0Mot 4 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0
Pas 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1Pas 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1Pas 3 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0Pas 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0Pergunta 6Mot 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0Mot 2 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0Mot 3 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 -1 -1Mot 4 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0
Pas 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1Pas 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1Pas 3 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1Pas 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0Pergunta 8Mot 1 0 -1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1Mot 2 0 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2Mot 3 0 0 1 1 -1 2 3 2 2 3 3 3Mot 4 0 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2
Pas 1 0 -2 -1 -1 -1 0 1 1 1 1 1 1Pas 2 0 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1Pas 3 0 1 0 0 1 2 2 2 2 2 2 2Pas 4 0 1 1 1 1 1 1 2 1 2 2 2Pergunta 9Mot 1 2 2 0 0 0 0 -1 -1 -1 -1 -1 -1Mot 2 2 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0Mot 3 2 2 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0Mot 4 2 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0
Pas 1 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1Pas 2 2 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1Pas 3 -2 1 1 1 1 0 1 1 0 1 2 2Pas 4 2 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0
Voto Térmico dos participantes
Tabela B2 – Tabela com os votos térmicos médios dos participantes
Tempo (min) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55Pergunta 1Média Motorista 1,5 1,0 0,8 0,5 0,8 -0,3 -0,3 -0,3 0,0 0,0 -0,3 -0,3
Média Passageiro 1,8 1,0 1,0 0,8 1,0 0,3 0,0 0,3 0,5 0,3 0,0 0,0
Pergunta 2Média Motorista 1,3 0,8 0,5 0,8 0,5 0,0 -0,3 -0,3 0,0 0,0 -0,3 -0,3
Média Passageiro 1,5 1,0 0,5 0,8 0,8 0,8 0,5 0,5 0,5 0,3 0,3 0,3
Pergunta 4Média Motorista 0,8 0,5 0,3 0,5 0,5 0,3 -0,3 -0,3 0,0 -0,3 -0,3 -0,3
Média Passageiro 1,0 0,8 0,8 0,8 0,8 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,8 0,5
Pergunta 5Média Motorista 0,8 0,5 0,3 0,5 0,5 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
Média Passageiro 1,0 0,8 0,8 0,8 0,8 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
Pergunta 6Média Motorista 1,0 0,8 0,5 0,5 1,0 0,3 0,3 0,0 0,0 0,0 -0,3 -0,3
Média Passageiro 1,0 1,0 0,8 0,8 1,0 0,5 0,8 0,5 0,5 0,3 0,8 0,8
Pergunta 8Média Motorista 0,0 0,3 1,0 1,0 0,5 2,0 2,3 1,8 1,8 2,0 2,0 2,0
Média Passageiro 0,0 0,3 0,3 0,3 0,5 1,0 1,5 1,5 1,3 1,5 1,5 1,5
Pergunta 9Média Motorista 2,0 1,5 0,8 0,8 0,8 0,3 0,0 0,0 -0,3 -0,3 -0,3 -0,3
Média Passageiro 1,0 1,3 1,3 1,3 1,3 0,8 0,5 0,8 0,8 0,8 1,0 1,0
Voto Térmico Médio dos participantes
Tabela B3 – Média das temperaturas nos bancos e do ar ambiente no veículo
TempoTemperatura
AMTemperatura
EMTemperatura
APTemperatura
EPTemperatura
IVseg ºC ºC ºC ºC ºC
Média Assento
Motorista
Média Encosto Motorista
Média Assento
Passageiro
Média Encosto
Passageiro
Média Temperatura
Veículo
AM EM AP EP IV0 43,3 43,4 43,6 43,6 49,0
36,1 35,8 38,0 38,0 40,434,3 33,9 35,5 35,3 39,135,0 34,6 34,9 34,5 40,2
Média 37,2 36,9 38,0 37,8 42,2300 35,0 36,5 34,3 35,3 37,4
32,9 33,7 34,7 35,2 37,033,9 33,9 34,1 35,1 34,335,4 35,1 34,8 35,0 32,6
Média 34,3 34,8 34,4 35,1 35,3600 34,9 36,7 34,3 35,4 36,0
33,4 34,6 35,0 35,4 37,034,1 34,6 34,4 35,6 33,035,7 35,6 35,0 35,2 33,2
Média 34,5 35,4 34,7 35,4 34,8900 35,1 36,8 34,6 35,8 34,8
34,0 35,2 35,3 35,7 34,834,6 35,1 34,8 35,8 33,536,0 36,1 35,4 35,9 34,2
Média 34,9 35,8 35,0 35,8 34,31200 35,1 36,9 35,0 36,0 33,6
34,6 36,0 35,7 35,9 35,534,7 35,8 35,2 36,2 34,736,2 36,3 35,6 36,1 35,0
Média 35,1 36,2 35,4 36,0 34,71500 34,5 35,6 35,4 36,3 31,2
35,0 35,2 36,0 36,2 33,334,4 35,3 35,2 36,1 29,336,2 36,1 35,8 36,4 32,4
Média 35,0 35,5 35,6 36,2 31,51800 33,6 34,5 35,5 36,2 26,3
34,7 35,0 36,2 36,2 30,434,2 35,3 35,4 36,4 30,035,6 35,8 36,0 35,6 29,2
Média 34,5 35,1 35,7 36,1 29,02100 33,4 34,2 35,8 36,3 30,7
34,4 35,0 36,3 36,1 28,034,2 35,2 35,3 36,3 28,035,4 35,8 36,1 35,7 31,0
Média 34,3 35,0 35,9 36,1 29,42400 33,4 34,1 36,1 36,4 30,2
34,4 34,9 36,3 36,1 28,734,1 35,4 35,6 36,5 27,635,6 36,0 36,4 36,3 30,7
Média 34,3 35,1 36,1 36,3 29,32700 33,5 34,5 36,3 36,6 30,1
34,3 35,0 36,5 36,3 25,734,1 35,5 35,8 36,4 27,935,5 35,9 36,5 36,5 27,8
Média 34,3 35,2 36,3 36,4 27,93000 33,6 34,4 36,3 36,6 28,1
34,4 35,2 36,6 36,3 29,034,2 35,6 36,1 36,6 27,135,4 35,7 36,4 36,5 26,5
Média 34,4 35,2 36,4 36,5 27,63300 33,8 34,8 36,7 36,7 29,1
34,3 35,3 36,8 36,3 29,634,5 35,4 35,8 35,9 29,535,5 35,7 36,5 36,2 28,9
Média 34,5 35,3 36,4 36,2 29,3
TABELA DE TEMPERATURAS MÉDIAS DOS BANCOS E DO VEÍCULO
