Hoje em dia, é muito comum as pessoas reclamarem de dor nos ouvidos quando viajam de avião. Essa sensação de desconforto, causada pela variação na pressão de cabine, tem se tornado, cada vez mais, objeto de investigação das empresas aeronáuticas, que estão sempre buscando soluções para melhorarem seus produtos. Dentro desse contexto, o presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo matemático das trocas gasosas da orelha média humana, para avaliar o desconforto sentido pelos usuários da aviação civil. A revisão bibliográfica apresenta aspectos da anatomia e fisiologia associados à sensação de desconforto na orelha. Além disso, alguns modelos matemáticos já existentes também são apresentados, assim como trabalhos experimentais que de algum modo contribuíram para o desenvolvimento do modelo. Em seguida, é apresentado o desenvolvimento do modelo matemático, com todas as suas hipóteses e valores. Muitos destes valores foram obtidos foram obtidos na literatura. O modelo desenvolvido considera a transferência de massa na orelha média por meio da trompa de Eustáquio, sendo este o principal meio mecanismo de alívio de pressão na orelha. Além da trompa de Eustáquio, o modelo considera os processos de difusão dos gases dissolvidos na corrente sanguínea com os gases atmosféricos armazenados na cavidade timpânica e nas cavidades mastoideas. Análises paramétricas mostraram que o modelo é muito sensível à função da trompa de Eustáquio. Simulações com dados reais de voo mostraram que durante as etapas de subida e de descida das aeronaves ocorrem as maiores diferenças de pressão através da membrana timpânica e, portanto, ocorrem as maiores porcentagens de pessoas desconfortáveis variando entre 33,5% e 54,4%, para intervalos entre sucessivas aberturas da trompa de Eustáquio de 75 s e 120 s, respectivamente.Durante a etapa de cruzeiro, na qual a variação da pressão na cabine tende a ser menor, o desconforto sentido pelos passageiros também é menor. Dois experimentos que foram realizados durante o desenvolvimento deste projeto também são descritos. Esses experimentos foram realizados com o intuito de se determinar limiares de diferença de pressão entre a orelha média e o meio externo que caracterizam desconforto. Essa diferença de pressão, também chamada de acúmulo de pressão, mostrou-se bastante variável entre os voluntários. Observou-se, também, que não existe correlação entre os valores de acúmulo de pressão com os volumes das cavidades mastoideas, e não há correlação com a taxa de variação de pressão empregada nos experimentos. Os resultados experimentais foram integrados ao modelo matemático de modo que, a partir do modelo, foi gerado um software que calcula a porcentagem de pessoas desconfortáveis num voo qualquer. Portanto, este trabalho apresenta um novo critério de avaliação do desconforto de pressão em cabines de aeronaves, pois é o primeiro a apresentar um modelo de alta fidelidade dos fenômenos de transferência de massa na orelha média e a avaliar o desconforto por meio de dados experimentais obtidos por meio de uma metodologia que representa a situação real encontrada por usuários da aviação civil.

It is common people complain of ear ache when traveling by airplane. Therefore, this discomfort feeling, caused by the cabin pressure variation, has been investigated by the aeronautics industry, which is in constant pursue of solutions to improve their products. In this context, the present work presents the development of a mathematical model of the human middle ear gas exchange process, in order to evaluate the discomfort felt by civilian aviation users. The bibliographic revision presents some anatomic and physiological aspects of the middle ear that concerns to pressure discomfort. Besides, a few existent mathematical models and experimental works that have contributed to the development of the model were also presented. After the bibliographic revision, the model development is presented, with its hypotheses and values. Many of those values were obtained in the literature. The developed model considers the middle ear mass transfer through the Eustachian tube, which is the main pressure relief mechanism for the middle ear. Besides the Eustachian tube, the model considers the diffusion process between gases dissolved in the blood stream with gases contained in the tympanic cavity and mastoid cavities. Simulations with real flight data showed that major pressure differences in the eardrum occurs during ascent and descent phases of the flight, therefore, major percentage of people feeling discomfort varying between 33,5% and 54,4%, considering intervals of 75 and 120 seconds respectively between successive openings of the Eustachian tube. During the cruising period, in which cabin pressure variations are intended to be minimum, the discomfort felt by passenger are also minimum. Two experiments with human volunteers were conducted during the development of this work, they are also described.The experiments aimed to determine thresholds of pressure difference between the middle ear and the external environment that characterizes discomfort. This pressure difference, also called amount of pressure, showed to be highly variable among volunteers. It was also observed that there are no correlation between the amount of pressure and the mastoid cavities volumes, and the correlation between the amount of pressure and rates of pressure change applied in the experiments proved to be nonexistent. The experimental results, therefore, were integrated to the mathematical model resulting in a software that calculates the percentage of people that feels discomfort in a given flight. The present work presents a new criterion to evaluate the discomfort sensation due to pressure variation in aircrafts cabins, because it is the first to present a high fidelity model of the mass transfer phenomena in the middle ear cavity and to evaluate discomfort through experimental data obtained with a methodology that realistically reproduces the situations lived by civilian aviation users.