Transcript Fisika Lingkungan : Bab 13 Manusia dan Lingkungan Kel.13

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 13.1. Tingkat produksi metabolisme panas
untuk manusia
Aktivitas
M
(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
50
60
90
95
120
180
250
350
600
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/m2s
• 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. 13.1 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
• Sangat membuka kemeja tenunan
• Merajut baju dalam berbahan katun atau Kaos
• Pemerataan dari 13 jenis kemeja dari warga sipil
• Wol yang cerah, kain gabardin, musim panas
• Sejumlah kain katun
• Seragam kain kepar,8.2 oz.Army
• Popelin,6 oz . Army
• Kain Byrd, memutar bersifat menentang
• Kain JO, angin khusus yang bersifat menentang
c ( s/m)
1.1
0.86
0.61
0.44-0.51
0.44-0.48
0.27
0.2
0.16
0.10
APLIKASI :
Contoh 13.1. 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 13.2. Jika kamu berniat mewakili periode lame waktu
pada M= 90 W/m2, kamu akan memerlukan.gHb= 0.05 mol
m-2s-1. Karena berjalan kamu akan memerlukan 0.1 mol
m-2s-1.Dan untuk berlari kamu akan memerlukan 0.25mol`
m-2s-1
• Karena data ini adalah untuk efek-efek terhadap
udara pada pengangkutan uap air, maka datadata ini tidak ideal untuk komputasi terhadap
transportasi udara panas , tetapi kekurangan
yang ada lebih mengarahkan informasi dimana
kita menggunakan nilai-nilai ini untuk keduaduanya (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
2,5m / s
mol
1,4  0,147
 0,8 2
0,17m
ms
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 mol m2 s 1 batas kalor laten yang dilepaskan tetapi sebuah konduktansi 0,3
Tidak Sebuah konduktansi diantara kedua konduktansi tersebut dikatakan
0,25 mol m2 s 1 , seharusnya baju tersebut dapat menjaga menjaga tubuh tetap
kering. Hal ini merupakan kombinasi baju dan lapisan batas konduktor. Jika lapisan
batas konsduktansi 0,8 mol m2 s 1 kemudian lapisan konsduktansi dirumuskan
gvc =
1
1
1

25 0,8
 0,36
m ol
m2s
Persamaan keseimbangan Energi akan sama untuk
rangkaian sumber dengan asumsi E, yang
dikombinasikan dengan Er
Persamaannya Energinya berubah menjadi
C p g H r g H b Tb  Te)
g Hb  g Hr
 M - Er -
g Hb g Hc  g Hr 
Es
g Hc (gHb  g Hr )
(13.7)
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 = 380 C,
gHr = 1 mol m-2 s-1,gHt = 2,8 mol m-2 s-1 , gVc = gHc, Er =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 13.5. Masing-masing bagian dari grafik
menggambarkan kenaikan temperatur operative dengan penurunan konduktansi
pakaian pada bagian dari gambar 13.4 dimana adalah maximum.
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
Rabs sTa M  Er g Hb  g hr  D
 s 


1   Tb  Ta  
cp gH r
cpgHr g Hb
Y * Pa
 Y *
4
 1
1
1 

Y 


g
g
g
vc
va 
Y *   vs
,
1
1

g Hc g Hr
S
(13.9)

Pa
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
c g g T  T 
Y*
M  Er   p Hr HB b eh
sd  Y *
g hb  g Hr 1  s 
 Y *
(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)
4
berubah menjadi :
Y *  Rabs   Ta
D 
Teh  Ta 

s  Y *  c p g Hr
Y * Pa 
Dalam kehidupan manusia membutuhkan suatu kondisi dimana
2 1 mereka bisa
mol
m
s
merasakan Kenyamanan,jika Tb= 37° C, dan gHr = 1
2 1 . Untuk kondisi
mol m s
normal pada saatmemakai pakaian diasumsikan0,4
. Kombinasi
persamaan (12.15) dan (12.16), dan asumsi kedua kulit dan temperatur udara
5,32  ea 
sebelumnya 34°, Diberikan persamaan (13.12):
E  1,8 M  2,38
Pa
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.15:868-881.
• Gagge,A.P..(1981)Rational temperature indices of thermal
comford.P.79-98
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.