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Termodinámica en la Medicina Objetivos: www.gphysics.net – UACH-Fisica-en-la-Mediciona-06-Termodinamica-Version-04.09 Comprender como nuestro cuerpo administra.

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1 Termodinámica en la Medicina Objetivos: – UACH-Fisica-en-la-Mediciona-06-Termodinamica-Version Comprender como nuestro cuerpo administra su temperatura corporal. 1 Dr. Willy H. Gerber Instituto de Fisica Universidad Austral Valdivia, Chile

2 Administración de Energía – UACH-Fisica-en-la-Mediciona-06-Termodinamica-Version Equilibrio con entorno Calor generado por movimiento Redistribución interna Calor generado por operación 2

3 Temperatura – UACH-Fisica-en-la-Mediciona-06-Termodinamica-Version Gas LiquidoSolido Una medida es la temperatura… Temperatura = Energía = Movilidad de los átomos 3

4 Calor especifico – UACH-Fisica-en-la-Mediciona-06-Termodinamica-Version c agua = 1 kcal/kgK = J/kgK Termómetro Calor/Energía Agua 1 kg Agua 1 Grado 1 kcal = J 4

5 Capacidad o contenido calórico – UACH-Fisica-en-la-Mediciona-06-Termodinamica-Version Calor /Energía [J o cal] Masa [kg] Calor especifico [J/kgK, kcal/kg K] Grados Kelvin [= ° C] Q = 80 kg 1kcal/kgK = kcal = x10 +4 kcal = 1.04x10 +8 J Persona de 80 kg con 36.7 ° C: 5

6 Administración del consumo – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Energia y Potencia-Capacidad del Cuerpo – Versión Balance energético: Consumo Desayuno: 200 – 300 kcal Snack: 100 kcal Almuerzo/Cena: 400 – 600 kcal Consumo diario: 1100 – 1600 kcal Contenido calórico aprox. 18 días de consumo 6

7 Administración del consumo – UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Energia y Potencia-Capacidad del Cuerpo – Versión Consumo por actividad medidos en Met = Kcal /Kg hrs Ej. 6 Mets x 70 Kg. de peso x (50 min. /60 min.) = 350 Kcal Bicicleta 4 – 16 Met Ejercicios 3 – 10 Met Bailar 3 – 7 Met Labores hogareñas 1-3 Met Trabajos pesados en el hogar 5-10 Met Reparaciones 4-6 Met Trabajo en el jardín 5-7 Met Descansar < 1 Met Tocar Música 2-4 Met De pie 1.5 Met Hablando 1.8 Met Trabajo en maquinaria 2-5 Met Conducir 2-4 Met Correr Met Deporte 6-12 Met Caminar 3-10 Met 60% de la energía consumida por el musculo debe ser irradiada en forma de calor. = sobre un promedio de 1350 kcal consumidas 810 kcal deben ser disipadas como calor o sea alcanza para elevan a 12.8 kg la temperatura de 36.7 °C a 100°C. 7

8 Conducción de calor – UACH-Fisica-en-la-Mediciona-06-Termodinamica-Version Calor transportado [J o cal] Conductividad térmica [J/msK o kcal/m hrs K = J/msK] Sección del conductor [m2] Tiempo transcurrido [s o hrs] Largo del conductor [m] Diferencia de temperatura [°K o °C] Δ Q = 0.5 kcal/m hrs K 0.01 m 2 1 hr 3 K/0.8 m = kcal -> Conducción por una pierna de largo 0.8 m, sección 0.01 m2, con una diferencia de 3 grados, durante una hora y conductividad de 0.5 kcal/m hrs K: no es un mecanismo eficiente 8

9 Transmisión de calor – UACH-Fisica-en-la-Mediciona-06-Termodinamica-Version Calor transportado [J o cal] Coeficiente de transmisión [J/s m 2 K o kcal/hrs m 2 K] Sección del conductor [m 2 ] Tiempo transcurrido [s o hrs] Diferencia de temperatura [ °K o ° C] 9

10 DiametroNumeroSeccionLargo Elementomm total cm2cmRe Aorta E+05 Grandes Arterias E+03 Ramas arteriales principales E+02 Ramas arteriales secundarias E+01 Ramas arteriales terciarias E-01 Ramas arteriales terminales E-02 Ramas arteriales finales E-03 Arteriolas E-03 Capilares E-05 Venolas E-03 Ramas venosas finales E-02 Ramas venosas terminales E-01 Ramas venosas terciarias E+00 Ramas venosas secundarias E+02 Ramas venosas principales E+03 Grandes Venas E+04 Vena hueca E+05 Cuidado: nombres traducidos del alemán, posibles errores Re >> flujo turbulento Re transición Re << 2300 flujo laminar Arterias y venas Midizinische Hochschule Hannover, Christoph Hartung m 2 – UACH-Fisica-en-la-Mediciona-06-Termodinamica-Version

11 Transmisión – UACH-Fisica-en-la-Mediciona-06-Termodinamica-Version Transmisión a y desde vasos sanguíneos con una superficie total de m2, coeficiente de transmisión de 300 kcal/m hrs K y 3 grados de diferencia de temperatura: Transporte de calor en el cuerpo ante todo por flujo sanguíneo Δ Q = 300 kcal/m hrs K m 2 1 hr 3 K = x10 +4 kcal 11

12 Transmisión – UACH-Fisica-en-la-Mediciona-06-Termodinamica-Version Radiación de un cuerpo de superficie 2 m 2, con una temperatura corporal de 36.7 ° C grados y una temperatura ambiental de 20 ° C. Suponiendo un coeficiente de transmisión de 300 kcal/m hrs K se obtiene por hora: Perdida de calor ante todo por transmisión al aire Δ Q = 300 kcal/m hrs K 2 m 2 1 hr 16.7 K = kcal 12

13 Transmisión de calor – UACH-Fisica-en-la-Mediciona-06-Termodinamica-Version Calor transportado [J o cal] Coeficiente de transmisión [J/s m 2 K o kcal/hrs m 2 K] Sección del conductor [m 2 ] Tiempo transcurrido [s o hrs] Diferencia de temperatura [ °K o ° C] 13

14 Transmisión – UACH-Fisica-en-la-Mediciona-06-Termodinamica-Version Radiación de un cuerpo de superficie 2 m 2, con una temperatura corporal de 36.7 ° C grados y una temperatura ambiental de 20 ° C. Suponiendo que nos envuelve una capa de 5 mm de grasa con conductividad térmica de 0.12 kcal/m hrs K y los coeficientes de transmisión son 300 kcal/m hrs K: Perdida de calor muy reducido por capa aislante Δ Q = kcal/m hrs K 2 m 2 1 hr 16.7 K = 691 kcal 14 1/k = 2/ /0.12 = m hrs K/kcal k = kcal/m hrs K

15 Radiación – UACH-Fisica-en-la-Mediciona-06-Termodinamica-Version Calor irradiado [J o cal] Tiempo transcurrido [s o hrs] Constante de Stefan Boltzmann [4.87x10 -8 kcal/hrs m 2 K 4 = 5.67x10 -8 J/s m 2 K 4 ] Grado de emisión Sección del emisor [m 2 ] Temperatura del cuerpo 1 [ °K ] Temperatura del cuerpo 2 [ °K ] 15

16 Radiación – UACH-Fisica-en-la-Mediciona-06-Termodinamica-Version Radiación de un cuerpo de superficie 2 m 2, con una temperatura corporal de 36.7 ° C grados y una temperatura ambiental de 20 ° C. Suponiendo el grado de emisión del agua (0.67) se obtiene por hora: Factor de importancia pero no trascendental = 4.87x10 -8 kcal/hrs m 2 K m 2 ( – ) = kcal 16

17 Evaporación – UACH-Fisica-en-la-Mediciona-06-Termodinamica-Version Calor irradiado [J o cal] Masa evaporada [kg] Energía de evaporación [kcal/kg o J/kg] Para 1 kg de sudor con una energía de evaporación de kcal/kg. -> sistema de alta eficiencia para reducir calor en forma puntual 810 kcal a eliminar – 1 litro de sudor reduce kcal 17

18 Resumen: generación de calor – UACH-Fisica-en-la-Mediciona-06-Termodinamica-Version Digestión/operación Movimiento/actividad Desayuno: 200 – 300 kcal Snack: 100 kcal Almuerzo/Cena: 400 – 600 kcal Consumo diario: 1100 – 1600 kcal Consumo por actividad medidos en Met = Kcal /Kg hrs Ej. 6 Mets x 70 Kg. de peso x (50 min. /60 min.) = 350 Kcal 810 kcal en calor a disipar 18

19 Resumen: distribución en el cuerpo vía torrente sanguíneo – UACH-Fisica-en-la-Mediciona-06-Termodinamica-Version

20 Resumen: perdida vía transmisión al medio – UACH-Fisica-en-la-Mediciona-06-Termodinamica-Version

21 Resumen: disipación controlado vía sudor – UACH-Fisica-en-la-Mediciona-06-Termodinamica-Version

22 Contacto Dr. Willy H. Gerber Instituto de Fisica Universidad Austral de Chile Campus Isla Teja Casilla 567, Valdivia, Chile – UACH-Fisica-en-la-Mediciona-06-Termodinamica-Version-04.09


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