Estudo e desenvolvimento de um manequim de pé térmico com sudação para teste de calçado

Abstract

Vários estudos atestaram que a transpiração do pé, durante várias horas, reflete um pormenor importante do conforto do calçado. Neste sentido, a existência de uma ferramenta que permita o estudo sistemático dos materiais usados no calçado, como forros, por exemplo, cujo efeito é muito significativo na perceção do “húmido/molhado” pelo indivíduo, é de inquestionável interesse e utilidade. O principal objetivo deste trabalho de doutoramento foi assim o estudo, conceção, projeto e construção de um pé artificial multifuncional, capaz de reproduzir o desempenho ao nível de um pé humano bem como de proporcionar avaliações e a simulação do desempenho do calçado em determinadas condições de temperatura e de humidade relativa. Este trabalho gerou um protótipo industrial multissegmentado, de maneira a que cada secção do pé seja controlada independentemente em termos de geração de calor e de débito sudativo, para melhor se simular o comportamento fisiológico de um pé humano ao nível da temperatura e da sudação. Este sistema calcula valores de isolamento térmico que permitirão desenvolver calçado com melhor conforto térmico, para além de substituir voluntários humanos em testes de avaliação do conforto térmico, dada a inerente subjetividade na análise dos mesmos. Desenvolveu-se um protótipo com sete segmentos independentes, cada um deles com o próprio controlo de temperatura e sudação. Cada segmento tem uma potência de aquecimento específica, bem como terminais para a libertação de água à sua superfície. Existe um total de sete terminais de sudação distribuídos por toda a superfície do pé, permitindo taxas de sudação variando entre 0,20-15 g/h. Foi também concebido um software específico capaz de comandar e controlar o pé artificial e a operação de teste. Comparativamente com outros modelos similares entretanto já desenvolvidos, este protótipo traz de novo as suas dimensões e forma antropométricas, as quais tornam os ensaios de avaliação do conforto térmico muito mais precisos e realistas e, simultaneamente, aproximam os resultados aos obtidos com voluntários humanos. Além disso, este manequim térmico do pé permite a realização de ensaios com calçado, com ou sem a simulação da sudação humana. A principal motivação subjacente ao desenvolvimento de um sistema desta natureza, capaz de avaliar construções e modelos de calçado, passa por dotar os fabricantes com a capacidade de colocarem no mercado produtos que cumpram com requisitos e necessidades específicas em termos de conforto termofisiológico, o que é, sem dúvida, uma grande vantagem competitiva num mercado fortemente concorrencial como o atual. O protótipo resultante de todo este desenvolvimento já foi submetido a vários ensaios, e os resultados apontam para valores de isolamento térmico que se situam na gama esperada de valores, os quais são produzidos quer por outros manequins térmicos usados para os mesmos fins, quer por voluntários humanos. Estes factos sugerem que o manequim é apropriado para ser usado como método de determinação do isolamento térmico em ensaios de avaliação do conforto térmico do calçado. Não obstante, deverão ser efetuados mais ensaios para que os resultados obtidos sejam mais consistentes e representativos do ponto de vista estatístico.

Several studies reported in the literature recognize perspiration as a factor of major importance in footwear comfort. As a consequence, the availability of a test tool which allow the systematic study of the materials used in footwear design, is of utmost interest and utility. The main purpose of this PhD project was thus the study, design, development and construction of a multifunctional artificial foot, capable to duplicate a human foot in a laboratory testing environment, in order to simulate and evaluate footwear’s performance under certain conditions. This artificial foot is used as a laboratory prototype and it is multisegmented, so each section is controlled independently in terms of heat generation and sweating rate, to accurately simulate the real behaviour of a human foot. This testing device produces thermal insulation values that will help to design footwear with better ability in terms of thermal comfort, also enabling the replacement of human volunteers in thermal comfort perception tests, which are very subjective due to the “human factor”. A prototype was developed with 7 independent foot segments, each one with its own temperature and sweating rate control. Each segment has a specific heating power, as well as terminals for water release into its surface. There is a total of 7 sweating terminals distributed all over the prototype’s foot surface, allowing sweating rates ranging from 0,20 to 15 g/h. A specific software was also designed to command and control the artificial foot and the testing conditions. Comparing this prototype with other similar developed models its anthropometric shape and dimensions are an innovative aspect, which make these tests much more realistic and accurate. This thermal foot model allows footwear tests to be carried out in a dry or sweating mode (in this latter case the foot prototype releases water proportional to the human sweating rates). The key motivation under the development of a system as the one herein described, able to evaluate different kinds of shoes, is to increase the strength of footwear industry in the ability of manufacture products that accomplish specific requirements and needs regarding thermal comfort, which is a great advantage in such a competitive market. The prototype was tested, and the obtained results indicate that thermal insulation values are within the range of expected values produced either by other foot thermal manikins or by human volunteers. This fact suggests that this prototype can be used in future thermal comfort laboratory tests. However, further tests should be carried out to better validate the results herein reported.