Experiência: roupa de cama e temperatura

Dizer que uma blusa, um agasalho ou um cobertor esquenta é um erro de Física, pois eles não têm uma fonte própria de energia térmica. Nosso organismo é que usa energia para gerar calor e nos manter constantemente aquecidos a cerca de 36,5ºC. Se o ambiente estiver mais frio do que o nosso corpo, o calor flui do nosso corpo para o ambiente, nos dando a sensação de frio.

Roupas de cama usadas no experimento. Foto: ViniRoger

O fato de sentirmos frio é um alerta para nosso organismo buscar proteção contra a perda de calor para o ambiente, o que pode ser feito através de mais tecidos e camadas que retardem esse processo. Assim, a roupa de cama é usada como isolante térmico durante o sono. Conforme a espessura e finalidade, pode ter outros nomes:

  • Edredom: mais grosso, podendo inclusive ser dupla face, para dias muito frios;
  • Cobertor: para dias frios;
  • Manta: mais finas que cobertores, para dias não tão frios;
  • Cobre leito: para dias não tão frios e é usado para decorar também – assim como as colchas, só que mais comprido;
  • Lençol: o mais fino de todos, pode cobrir diretamente o colchão ou sobrepor as pessoas.

O francês Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830) criou um modelo físico para a condução de calor através de uma parede de espessura L e área de seção transversal A, estando cada face a uma temperatura T1 (maior) e T2 (menor). Nele, o fluxo de calor por segundo é dado pela Lei de Fourier:

\(
\Phi=\frac{Q}{\Delta t}=K\cdot\frac{A\cdot(T_1-T_2)}{L}
\)

onde K é o coeficiente de condutibilidade térmica. Ele depende do material de que é feita a parede: quanto maior o valor de K, melhor a condução térmica. Para isolar bem e retardar a perda de calor, é preciso que esse coeficiente seja menor (ou seja, mudar o material) ou aumentar a espessura L da parede (ou seja, usar uma roupa de cama mais grossa).

Metodologia

A sensação de frio é algo subjetivo. O objetivo desse estudo é montar uma relação pessoal entre temperatura ambiente e espessura para cada tipo de roupa de cama com base no conforto térmico.

Primeiramente, mediu-se a espessura de cada roupa de cama, sem comprimi-la, através de um paquímetro:

  • L (lençol) – 1 mm
  • MR (manta roxa) – 3 mm
  • EV (edredon verde) – 7 mm
  • ER (edredon roxo dupla face) – 13 mm

A composição de duas roupas de cama (fina e grossa) permitia a exclusão fácil da que fosse mais espessa durante a noite, o que foi devidamente registrado.

Depois, foi usado um tipo de roupa de cama para cada noite. Com o objetivo de estudar as variáveis espessura da roupa de cama versus temperatura, manteve-se constante o mesmo tipo de vestimenta. Antes de dormir, foi tomado banho com água morna – sua ausência pode afetar a sensação de temperatura, pois nele que são retirados resíduos naturais da pele (como suor, sebo e células mortas).

Uma escala de conforto simples foi criada para estimar a sensação de temperatura:

  1. Frio o suficiente para acordar e não conseguir dormir de novo;
  2. Frio – a capacidade de transmissão da roupa de cama é suficiente para deixar escapar o calor gerado pelo corpo, mantendo baixa a temperatura do ar junto do corpo e gerando sensação de frio;
  3. Neutra – o fluxo de calor do corpo para o ambiente através da roupa de cama é o suficiente para manter uma temperatura agradável do ar próximo ao corpo;
  4. Calor – a produção de calor do corpo é bem maior do que a capacidade de transmissão da roupa de cama, aumentando demais a temperatura do ar junto do corpo e gerando sensação de abafado;
  5. Calor o suficiente para acordar e não conseguir dormir de novo.

A temperatura do quarto foi medida antes de deitar e ao levantar, para quantificar sua variação ao longo da noite.

Dados coletados

O experimento foi realizado em área urbana da cidade de São Paulo durante a primeira metade do mês de julho, com a elaboração de uma tabela contendo os dias e horários de deitar/levantar da cama e suas respectivas temperaturas, além da sensação térmica e o tipo de roupa de cama utilizada (com sua respectiva espessura total):

dia HD TD HL TL RC esp. sen.
02/07 21:15 23,0 05:00 22,0 MR+L 4 1
03/07 21:45 22,0 03:00 21,0 EV 7 4
03/07 03:00 21,0 04:00 21,0 MR+L 4 3
04/07 22:00 21,0 05:00 20,0 MR+L 4 1
05/07 22:00 22,0 05:00 21,0 EV+L 8 2
06/07 21:30 23,0 07:00 21,0 EV+L 8 2
08/07 01:15 21,5 07:00 20,0 EV+L 8 2
08/07 22:15 22,0 05:00 21,0 EV 7 4
09/07 05:00 21,0 10:00 21,0 L 1 2
09/07 22:00 21,0 05:00 20,0 EV+L 8 2
10/07 22:00 18,0 05:00 16,5 ER+L 14 2
11/07 22:30 16,0 05:00 15,0 ER+L 14 1
12/07 22:00 17,0 05:00 16,0 ER+L 14 2
13/07 22:00 18,0 08:00 17,0 ER+L 14 2

Tabela com os valores utilizados no estudo: HD = hora de deitar; TD = temperatura ao deitar; HL = hora ao levantar; TL = temperatura ao levantar; RC = roupa de cama; esp. = espessura; sen. = índice de sensação térmica

Foi elaborado um gráfico da espessura da roupa de cama versus a temperatura média, para verificar a correlação entre dados objetivos. Também foram incuídos os valores de sensação térmica através do tamanho e cores das bolhas em cada ponto, com o objetivo de estudar o componente subjetivo.

Gráfico das informações coletadas

Os índices de frio e de calor suficientes para não permitir o sono correspondem aos valores 0 e 4, respectivamente – o 0 corresponde à menor bolha, com azul mais escuro, e o 4 corresponde à maior bolha, de azul mais claro.

Análise

Ao longo da noite (geralmente entre 22h e 5h), observou-se uma queda entre 1ºC e 2ºC. Como a variação foi pequena, adotou-se a média entre os valores para representar a temperatura noturna.

Durante o experimento, houve uma entrada de vento noroeste entre os dias 8 e 9 de julho, o que aumentou a sensação de abafamento. Na noite seguinte, a chegada de uma frente fria gerou queda nas temperaturas (6ºC entre duas noites consecutivas) e a necessidade em substituir o padrão das roupas de cama.

Observando-se os valores de sensação térmica, existem valores extremos de frio para a menor temperatura média e de calor para a maior temperatura. Somente um ponto de extremo de sensação encontra-se fora dos extremos de temperatura (chamado de “outlier”), que corresponde a uma noite em que houve redução de temperatura (de 21ºC para 20ºC) mas sem substituição da roupa de cama.

Desse modo, o gráfico foi refeito retirando-se o ponto “outlier” e os valores extremos de sensação térmica (0 e 4), com o objetivo de estudar uma relação entre a espessura da roupa de cama e a temperatura ambiente. Foi ajustada uma reta por regressão linear ao gráfico: y(x) = -1,5x + 40.

Gráfico sem pontos correspondentes aos extremos de sensação térmica

Através da equação obtida, é possível montar uma tabela com valores inteiros de temperatura e a respectiva espessura da roupa de cama que resulta em índices de sensação térmica suficientes para não haver desconforto térmico:

Temperatura (ºC) Espessura (mm) Roupa de cama
15 17,5 ER+MR
16 16,0 ER+MR
17 14,5 ER+L
18 13,0 ER
19 11,5 EV+MR
20 10,0 EV+MR
21 8,5 EV+L
22 7,0 EV
23 5,5 MR+L
24 4,0 MR+L
25 2,5 MR+L

Conhecendo-se a espessura de cada roupa de cama, é possível relacionar qual é a mais adequada para cada temperatura ambiente. Essa variável consta da última coluna, correspondendo à combinação mais próxima do valor definido pela reta do ajuste.

Conclusões

Mesmo através de uma metodologia simples e um experimento com poucas amostras, foi possível obter uma relação matemática para facilitar a escolha da roupa de cama a ser usada, em função da temperatura do ar no quarto. A temperatura corporal diminui ao deitar e ao longo da noite, e esse procedimento evita maiores desconfortos para garantir uma noite de sono tranquilo.