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Termodinmica

en la Medicina

(Formulas & Ejercicios)

Objetivos:

www.gphysics.net UACH-Fisica-en-la-Mediciona-06-Termodinamica-Version-04.09

Comprender como nuestro cuerpo administra

su temperatura corporal.

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Dr. Willy H. Gerber

Instituto de Fisica

Universidad Austral

Valdivia, Chile

Administracin del consumo

Consumo por actividad medidos en Met = Kcal /Kg hrs

Ej. 6 Mets x 70 Kg. de peso x (50 min. /60 min.) = 350 Kcal

Consumo diario: 1100 1600 kcal

Desayuno: 200 300 kcal

Snack: 100 kcal

Almuerzo/Cena: 400 600 kcal

www.gphysics.net UACH-Kinesiologia-Fisica-04-Energia y Potencia-Capacidad del Cuerpo Versin 10.07

Bicicleta 4 16 Met

Ejercicios 3 10 Met

Bailar 3 7 Met

Labores hogareas 1-3 Met

Trabajos pesados en el hogar 5-10 Met

Reparaciones 4-6 Met

Trabajo en el jardn 5-7 Met

Descansar < 1 Met

Tocar Msica 2-4 Met

De pie 1.5 Met

Hablando 1.8 Met

Trabajo en maquinaria 2-5 Met

Conducir 2-4 Met

Correr 10-18 Met

Deporte 6-12 Met

Caminar 3-10 Met

60% de la energa consumida por el musculo debe ser irradiada en forma de calor.2

Capacidad o contenido calrico

Calor /Energa [J o cal]


Calor /Energa [J o cal]

Masa [kg]

Calor especifico [J/kgK, kcal/kg K]

Grados Kelvin [= 273.15 + C]

Q = 80 kg 1kcal/kgK 299.15 = 24732 kcal = 2.4732x10+4 kcal = 1.04x10+8 J

Persona de 80 kg con 36 C:

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Conduccin de calor


Calor transportado [J o cal]

Conductividad trmica [J/msK o kcal/m hrs K = 1.163 J/msK]

Seccin del conductor [m2]

Tiempo transcurrido [s o hrs]

Largo del conductor [m]

Diferencia de temperatura [K o C]

Q = 0.5 kcal/m hrs K 0.01 m2 1 hr 3 K/0.8 m = 0.01875 kcal ->

Conduccin por una pierna de largo 0.8 m, seccin 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 4

Transmisin de calor


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Coeficiente de transmisin [J/s m2 K o kcal/hrs m2 K]




Transmisin de calor


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Coeficiente de transmisin [J/s m2 K o kcal/hrs m2 K]




Radiacin


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Calor irradiado [J o cal]


Constante de Stefan Boltzmann

[4.87x10-8 kcal/hrs m2 K4 = 5.67x10-8 J/s m2 K4]

Grado de emisin

Seccin del emisor [m2]

Temperatura del cuerpo 1 [K]Temperatura del cuerpo 2 [K]

Evaporacin


Calor irradiado [J o cal]

Masa evaporada [kg]

Energa de evaporacin [kcal/kg o J/kg]

Para 1 kg de sudor con una energa de evaporacin de 538.9 kcal/kg.

-> sistema de alta eficiencia para reducir calor en forma puntual

810 kcal a eliminar 1 litro de sudor reduce 538.9 kcal

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Ejercicios

1. Cual es el calor que contiene un cuerpo humano de 60 kg a 36.7C si se

asume que se puede modelar como agua con un calor especfico de 1 kcal/kg?

(18591 kcal)

2. Si a la persona del ejercicio anterior le diera fiebre y su temperatura fuera 39.2C,

cual seria la energa calrica adicional? (150 kcal)

3. Cual debiese ser el coeficiente de transmisin compuesto k si una persona de

superficie 2 m2, temperatura corporal de 36.7C y temperatura exterior de 20C

solo perdiera al da 810 kcal? (1.01 kcal/hrs m2 K)

4. Si ambos coeficientes de transmisin son igual a 300 kcal/hrs m2 K y el


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4. Si ambos coeficientes de transmisin son igual a 300 kcal/hrs m K y el

coeficiente de conduccin es 0.002 kcal/m hrs K, que ancho tiene que tener la

capa de grasa del cuerpo para lograr un coeficiente de transmisin compuesto

como en el ejercicio 3? (1.966 mm)

5. Si una persona de 60 kg trabaja durante 8 horas en una tarea de intensidad 2

Met, cuanta energa consume? (960 kcal)

6. Si una persona de 60 kg correr con una intensidad de 12 Met durante 10 minutos

que energa consume? (120 kcal)

7. Si el 60% de la energa consumida al correr se transforma en calor que debe ser

disipado y suponiendo que en gran medida se logra esto evaporando sudor con

una energa de evaporacin de 538.9 kcal/kg, cuanto sudor se requiere? (134 g)

Ejercicios

8. Si el calor del ejercicio anterior no se disipara y fuera a aumentar la

temperatura de la masa muscular en cuanto aumentara esta? Suponga una masa

muscular de 20 kg y un calor especfico de 1 kcal/kg K. (6C)

9. Si nuestro cuerpo esta a 36.7C, siendo nuestra superficie corporal de 2 m2 y

teniendo un grado de emisin de 0.67, cuanta radicacin emitimos? (601.51

kcal/hrs)

10. Si el medio esta a 22C y considerando los parmetros corporales del ejercicio

anterior, cuanta energa captamos del medio? (493.23 kcal/hrs)

11. Cual es el balance de energa emitida y captada basado en los dos ejercicios


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11. Cual es el balance de energa emitida y captada basado en los dos ejercicios

anteriores? (106.28 kcal/hrs perdida)

12. Si el coeficiente de transmisin es de 300 kcal/hrs m2 K, el rea en el sistema

sanguneo de 10 m2 y la diferencia de temperatura de 3 grados cuanto es el calor

que se retirara por hora va el flujo sanguneo? (9000 kcal)

13. Que energa consume una persona de 61.01 [kg] que corre durante 8.13 [min]

con un Met de 13.11 [-]? (1.08x10+2 [kcal])

14. Si el 57.99 [%] de la energa calculada en el primer ejercicio subiera la

temperatura de 10.59 [kg] de musculo y si este se modela con un calor especifico

0.94 [kcal/kg K], en cuanto subira la temperatura? (6.31 [grados])

Ejercicios

15. Si dicho calor se debe evacuar mediante el torrente sanguneo, el coeficiente

de transmisin es de 299.43 [kcal/hrs m2 K] y la superficie de las venas es de 2.30

[m2], en cuanto tiempo se logra evacuar el calor suponiendo que la diferencia de

temperatura media se puede asumir la mitad de la temperatura calculada en el

ejercicio 2? (0.0290 [hrs])

16. Si el mismo 57.99 [%] de la energa calculada en el primer ejercicio se busca

eliminar mediante evaporacin de sudor y el calor de evaporacin del sudor

fuese 544.62 [kcal/kg], cuanto sudor se requiere? (115 [g])

17. Si el ser humano est cubierto por una capa delgada de grasa de 1.35 [mm], el


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17. Si el ser humano est cubierto por una capa delgada de grasa de 1.35 [mm], el

coeficiente de conduccin de esta fueses 8.8x10-4 [kcal/m hrs K] y los coeficientes

de transmisin cuerpo-piel y piel-exterior fuesen 299.43 [kcal/hrs m2 K], cul

sera el coeficiente compuesto de transmisin? (0.649 [kcal/hrs m2 K])

18. Si el ser humanos tuviera la piel con las caractersticas indicadas en el ejercicio

anterior, su superficie corporal fuese 1.93 [m2], la temperatura corporal 36.86 [C]

y la temperatura exterior 19.05 [C], cuanto calor pierde la persona por hora?

(22.3 [kcal/hrs])

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