BAB 13. Manusia dan Lingkungannya

Interaksi lingkungan manusia melibatkan prinsip yang sama seperti yang dibahas dalam Ch. 12. Bagaimanapun, kita harus lihat tiga faktor tambahan. Mereka adalah pakaian, keringat, dan hiburan. Ini diuji dengan mempertimbangkan kelangsungan hidup pada lingkungan dingin, kelangsungan hidup pada lingkungan panas, dan manusia itu thermoneutral terhadap pengeluaran energi. Variabel yang perlu untuk dipertimbangkan adalah tingkat metabolisme, area permukaan, perubahan kalor laten, suhu tubuh, dan tubuh (aturan dan pakaian) yang konduktans.

13.1 Area, Tingkat Metabolisme, dan Penguapan Table Tingkat produksi metabolisme panas untuk manusia AktivitasM (W/m2) Tidur Bangun, istirahat Berdiri Bekerja diatas bangku (duduk) atau mengemudi Kedudukan pada saat bekerja Tingkat bekerja pada 4 km/jam atau bekerja lembut Tingkat bekerja pada 5,5 km/jam atau sedang pekerjaan berat Tingkat bekerja pada 5,5 km/jam dengan 20 kg pack atau menopang pekerjaan berat Semburan singkat dari aktivitas yang sangat berat seperti dalam pemanjatan atau berolahraga

Gambar 13.1 Tingkat metabolisme yang diperlukan mengimbangi pengeluaran energi pada berbagai temperatur operative, untuk tiga nilai-nilai dari gHb

13.2 Kelangsungan hidup dalam Lingkungan Dingin Persamaan (12.11) akan digunakan sebagai basis untuk pengujian energi dan kebutuhan berlawanan yang berkenaan dengan panas untuk manusia. Pertimbangan pertama pada temperatur paling rendah di mana manusia dapat melangsungkan hidup. Ini dapat ditemukan dengan mengumpamakan nilai-nilai ekstrim untuk M, ghb, E, dan gha. Jika kita mengasumsikan d = 0,17 m, u = 3 m/s, Er = 0,1 M, Es = 12 W/M2, dan Tb= 360 C kemudian pada temperatur sama yang paling rendah untuk kelangsungan hidup dapat dihitung untuk berbagai pertahanan dan tingkat metabolisme. Dari Tabel A.3, dengan Ta = 00 C, gr = 0,16 mol m-2 s-1. Lapisan batas konduktans adalah: gHa = 0,79 mol/m 2 s Kehilangan kalor laten pada kulit adalah tidak terikat pada temperatur. Berarti, bagaimanapun, menunjukkan efek utama dari Te dan ghb dalam M. ini ditunjukkan pada Fig di mana M adalah direncanakan sebagai fungsi Te untuk tiga nilai-nilai konduktans.

Gambar 13.2(di samping) menunjukkan konduktansi yang diperlukan untuk temperatur umum dan kondisi-kondisi angin. Angin mempunyai suatu efek kecil atas konduktansi yang diperlukan ini. Bagaimanapun efek angin pada pakaian konduktansi adalah besar dan harus diperhitungkan manakala memilih jumlah pakaian yang diperlukan untuk menyediakan konduktansi yang dibutuhkan

TABEL 13.2 Faktor daya serap udara, c untuk sejumlah pabrik Pabrik c ( s/m) Sangat membuka kemeja tenunan 1.1 Merajut baju dalam berbahan katun atau Kaos0.86 Pemerataan dari 13 jenis kemeja dari warga sipil 0.61 Wol yang cerah, kain gabardin, musim panas Sejumlah kain katun Seragam kain kepar,8.2 oz.Army 0.27 Popelin,6 oz. Army 0.2 Kain Byrd, memutar bersifat menentang 0.16 Kain JO, angin khusus yang bersifat menentang0.10

APLIKASI : Contoh Diasumsikan kamu sedang mengarah keluar rumah manakala Te= - 200C.Tentukan konduktansi jaringan yang diperlukan untuk berdiri, berjalan, berlari. Solusi Konduktansi yang diperlukan dapat dibaca secara langsung dari Gambar Jika kamu berniat mewakili periode lame waktu pada M= 90 W/m 2, kamu akan memerlukan.gHb= 0.05 mol m -2 s -1. Karena berjalan kamu akan memerlukan 0.1 mol m -2 s -1.Dan untuk berlari kamu akan memerlukan 0.25mol` m -2 s -1

Karena data ini adalah untuk efek-efek terhadap udara pada pengangkutan uap air, maka data- data ini tidak ideal untuk komputasi terhadap transportasi udara panas, tetapi kekurangan yang ada lebih mengarahkan informasi dimana kita menggunakan nilai-nilai ini untuk kedua- duanya (uap air dan panas). Menurut gambar 13.2, sebuah kec.angin sebesar 10m/s akan menggandakan konduktansi JO kain, dan kec.angin pada 1 m/s akan menggandakan konduktansi dari sebuah kemeja tenun yang model sangat terbuka.

13.4 Kelangsungan Hidup di Lingkungan Panas Pertimbangan-pertimbangan yang sama berlaku untuk kelansungan hidup di lingkungan panas seperti halnya untuk menentukan batas atas kematian binatang. Bagaimanapun, satu faktor tambahan membutuhkan pertimbangan dari berkeringat. Tingkat penguapan keringat mungkin dikontrol oleh lingkungan dan fisiologis. Jika permukaan kulit basah, tingkat kekurangan air dari berkeringat diperoleh dari Eq.(12.16) dengan " gvs" adalah “tak hingga". Jika permukaan kulit tidak basah, kekurangan kalor laten dikendalikan oleh tingkat keringat. Pegontrolan tingkat keringat masih tidak dipahami sama sekali, tetapi kelihatannya ia memasukkan kesensitifan atas perubahan panas pada permukaannya (Kerslake 1972). Dengan demikian perubahan dalam tingkat metabolisme atau pada lingkungan luar, dapat menyebabkan tingkat perubahan jumlah keringat yang keluar. Hal ini terlihat layak, karena dibutuhkan untuk pengontrolan suhu badan sehingga anggaran (kapasitas) panas dapat menjadi seimbang.

Pemeliharaan suatu anggaran panas seimbang [sebagai/ketika] tingkat tarip atau padanan temperatur peningkatan berkenaan dengan metabolisme, with-out yang meningkat(kan) temperatur badan, memerlukan disipasi bahang ditingkatkan. Tubuh nampak untuk mempunyai suatu hirarki [dari;ttg] tanggapan fisiologis dalam rangka meningkat/kan dissipation.As panas mengisi increasee, hantaran termal jaringan/tisu meningkat/kan dulu, kemudian weating mulai. Akhirnya, temperatur badan mulai untuk naik. Semua tanggapan ini ditemani oleh peningkatan di (dalam) temperatur kulit. Attemps telah dibuat untuk menghubungkan dua hal pertama itu menjawab temperatur kulit, dengan hanya parsial succes. Temperatur badan mulai untuk meningkatkan manakala temperatur kulit menjangkau sekitar 36 derajat C. Orang menjadi sangat gelisah pada temperatur kulit 36 derajat C atau lebih besar.

Gambar 13.4 kulit yang kehilangan kalor laten pada panas-tekanan tubuh merupakan fungsi dari tekanan uap dan total konduktansi uap. Temperatur kulit diasumsikan 35°C

Baju dan lapisan batas konduktansi, serta tekanan uap atmosfer. Lapisan batas konduktansi untuk perubahan uap diberikan persamaan 7.33 dalam 2,5m/s kecepatan angin, lapisan batas konduktansi gvc = Contoh 3.2 apakah baju dari bahan konduktansi akan menjaga kulit tetap kering pada waktu panas dengan tekanan udara sebesar 1,5 kPa Penyelesaian: Sesuai gambar 13.4 dengan ea = 1,5 kPa, terdapat konduktansi sebesar 0,2 batas kalor laten yang dilepaskan tetapi sebuah konduktansi 0,3 Tidak Sebuah konduktansi diantara kedua konduktansi tersebut dikatakan 0,25, seharusnya baju tersebut dapat menjaga menjaga tubuh tetap kering. Hal ini merupakan kombinasi baju dan lapisan batas konduktor. Jika lapisan batas konsduktansi 0,8 kemudian lapisan konsduktansi dirumuskan gvc =

Persamaan keseimbangan Energi akan sama untuk rangkaian sumber dengan asumsi yang dikombinasikan dengan Persamaannya Energinya berubah menjadi Sebagai contoh kita gunakan persamaan (13.7) kita periksa afek dari temperatur pakaian.Yang dapat diketahui dari seseorang yang bekerja pada tingkat nilai tertentu. Kita asumsikan ea = 1kPa, Tb = 38 0 C, g Hr = 1 mol m -2 s -1,g Ht = 2,8 mol m -2 s -1, g Vc = g Hc, =0,1 M,dan gva = 0,8 mol m-2 s-1 (u = 2,5 m/s: kita dapat melihat contoh sebelumnya). Hasil perhitungan digambarkan pada gambar Masing-masing bagian dari grafik menggambarkan kenaikan temperatur operative dengan penurunan konduktansi pakaian pada bagian dari gambar 13.4 dimana adalah maximum. (13.7)

Gambar 13.5 Maksimum toleransi tekanan operativ untuk seseorang sebagai fungsi dari pakaian konduktansi. Tekanan uap 1kPa, dengan kecepatan 2,5 m/s

Temperatur Operativ yang Lembab Persamaan energi tepat digunakan saat mengindikasi penentuan tegangan dari tekanan yang diberikan. Tekanan diindikasi dari temperatur operativ temperatur operativ merupakan kombinasi transfer panas yang merupakan karakteristik dari lingkungan kedalam nilai tunggal Fraksi tekanan molaritas berbeda dalam persamaan (12.6) dapat diduga dengan transformasi Penman (penjelasan lebih lanjut dalam chapter 14) diberikan : es-ea = es (Ts) – es (Ta) + es (Ta) – ea (Ts –Ta) + D Dimana rata-rata Ts dan Ta,dan D merupakan atmosfer dengan jumlah uap yang sedikit

Meletakkan sebagai rata-rata Ts dan Ta yang akan memberikan ketelitian yang cukup untuk tujuan tersebut dengan subtitusi, persamaan energinya berubah menjadi Tekanan operativ lembab (Gagge,1981) adalah temperatur dari sumber yang seragam dengan kelembaban 100 persen. Untuk setiap orang sebagai contoh sebuah kelembaban ruang, persamaan (13.9) diturunkan (13.9) (13.10)

tekanan operativ temperatur yang berasal dari pengurangan persamaan (13.10) dari persamaan (13.9) Dimana Teh merupakan temperature sumber, atau temperatur lembab operativ. Sehingga persamaannya (13.11) berubah menjadi : Dalam kehidupan manusia membutuhkan suatu kondisi dimana mereka bisa merasakan Kenyamanan,jika Tb= 37° C, dan gHr = 1. Untuk kondisi normal pada saatmemakai pakaian diasumsikan0,4. Kombinasi persamaan (12.15) dan (12.16), dan asumsi kedua kulit dan temperatur udara sebelumnya 34°, Diberikan persamaan (13.12): ekspresi disubtitusi kedalam persamaan (12.11) perkiraan temperatur operativ akan kita dapatkan. Plot dalam gambar 13.6 untuk tekanan uap dari 0,5 dan 3 kPa. Gambar 13.6 menggambarkan aktivitas aktif saat metabolisme normal (M=90 W/M), sebuah kenyamanan dalam ruangan pada tekanan tekanan uap 23° C

Gambar 13.6 selalu menggambarkan perubahan relatif kecil dari hasil aktivitas dalam perubahan yang wajar dalam temperatur yang nyaman.

References Darwin, Charles (1832) Journal of Researches into the Natural History and Geology of the Countries Visited During the Voyage of H.M.S.Beagle Round the Word. Lomdon: John Murray. Dubois,D.and E.F.Dubois (1915) The Measurement of the surface area of Man.Arch.Intern.Med.15: Gagge,A.P..(1981)Rational temperature indices of thermal comford.P in K.Cena and J.A.Clark(eds), Bioengenering, Thermal Physiologi and Comford. Amstersdam:Elsevier. Kerslake, D.McK.(1972) The Stress of Hot Enviroment. London: Cambridge University Press. Landsberg, H. E. (1969) Weather and Health, an Introduction To Biometeorologi. Garden City,NY:Doubleday. Nweburgh,L. (ed.)(1968)Phisiology of Heat Regulation and The Science of Clothing. New York: Hafner.