2. materiales 2.3 propiedades termodinámicas comprender la forma reaccionan los distintos...

2. Materiales2.3 Propiedades Termodinámicas

Comprender la forma reaccionan los distintos materiales que se emplean en la practica profesional.

Objetivos:

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Dr. Willy H. GerberInstituto de Fisica

Universidad AustralValdivia, Chile

Administración de Energía

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Captura de calor del medioEntrega de calor al medio

“Calefacción del diente”

Temperatura

Gas Liquido Solido

Una medida es la temperatura…

Temperatura -> Energía interna -> Movilidad de los átomos3

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Calor especifico

cagua = 1 kcal/kgK = 4186.8 J/kgK

Termómetro

Calor/Energía

Agua 1 kg Agua

1 Grado

1 kcal = 4186.8 J

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Capacidad o contenido calórico

Q = 0.030 kg 0.07 kcal/kg K 309.85 K = 6.30x10-4 kcal

Persona de 30 g con 36.7 °C con Capacidad de Calor Especifico de 0.07 kcal/kgK:

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MaterialAguaDentinaInometro de vidrioFosfato de ZincCompositeEsmalteAmalgamaOro puro

Calor esp. [kcal/kgK]1.000.300.270.120.200.180.0050.03

Densidad[g/cm3]1.002.142.132.591.6-2.42.9711.619.3

Calor /Energía interna [J o cal]Masa [kg]Calor Especifico [J/kgK, kcal/kg K]Grados Kelvin [= 273.15 + °C]

(a volumen constante)

Conducción de calor

Calor transportado [J o cal]Conductividad térmica [J/msK o kcal/m hrs K = 1.163 J/msK]Sección del conductor [m2]Tiempo transcurrido [s o hrs]Largo del conductor [m]Diferencia de temperatura [°K o °C]

ΔQ = 0.5 kcal/m hrs K 10-5 m2 1 hr 3 K/1.6x10-2 m = 9.38x10-5 kcal ->

Conducción por una diente de largo 16 mm, sección 10-5 m2, con una diferencia de 3 grados, durante una hora y conductividad de 0.5 kcal/m hrs K:

no es un mecanismo eficiente 6

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Conducción de calor – difusividad termica

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MaterialAguaDentinaIonometro de vidrioFosfato de ZincCompositeEsmalteAmalgamaOro puro

W/mK0.440.570.51-0.721.051.09-1.370.9322.6297

cm2/s0.00140.0018-0.00260.00220.00300.0019-0.00730.00470.961.18

Transmisión de calor

Calor transportado [J o cal]Coeficiente de transmisión [J/s m2 K o kcal/hrs m2 K]Sección del conductor [m2]Tiempo transcurrido [s o hrs]Diferencia de temperatura [°K o °C]

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Diametro Numero Seccion Largo Elemento mm total cm2 cm ReAorta 10.000 1 0.8 40 1.04E+05Grandes Arterias 3.000 40 3 20 2.93E+03Ramas arteriales principales 1.000 600 5 10 1.09E+02Ramas arteriales secundarias 0.600 1800 5 4 2.17E+01Ramas arteriales terciarias 0.140 76000 11.7 1.4 2.81E-01Ramas arteriales terminales 0.050 1000000 19.6 0.1 1.28E-02Ramas arteriales finales 0.030 13000000 91 0.15 2.73E-03Arteriolas 0.020 40000000 1250 0.2 8.14E-03Capilares 0.008 1200000000 600 0.1 5.21E-05Venolas 0.030 80000000 570 0.2 2.78E-03Ramas venosas finales 0.075 13000000 570 0.15 4.28E-02Ramas venosas terminales 0.130 1000000 132 0.1 2.23E-01Ramas venosas terciarias 0.280 76000 47 1.4 2.25E+00Ramas venosas secundarias 1.500 1800 30 4 3.26E+02Ramas venosas principales 2.400 600 27 10 1.41E+03Grandes Venas 6.000 40 11 20 2.15E+04Vena hueca 12.500 1 1.2 40 1.95E+05

Cuidado: nombres traducidos del alemán, posibles errores

Re >> 50000 flujo turbulentoRe 2300-50000 transiciónRe << 2300 flujo laminar

Arterias y venas

Mid

izin

isch

e H

ochs

chul

e H

anno

ver,

Chris

toph

Har

tung

60.04 m2

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Transmisión

Transmisión a y desde vasos sanguíneos con una superficie total de 10-5 m2, coeficiente de transmisión de 300 kcal/m hrs K y 3 grados de diferencia de temperatura:

Transporte de calor ante todo por flujo sanguíneomás eficiente que conducción

ΔQ = 300 kcal/m hrs K 10-5 m2 1 hr 3 K = 9.0x10-3 kcal

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Transmisión

Transmisión de un cuerpo de superficie 10-5 m2, 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:

Transmisión de calor ante todo por transmisión del diente a aire/saliva

ΔQ = 300 kcal/m hrs K 1x10-5 m2 1 hr 16.7 K = 5.01 x10-2 kcal

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Transmisión de calor

Calor transportado [J o cal]Coeficiente de transmisión compuesto [J/s m2 K o kcal/hrs m2 K]Sección del conductor [m2]Tiempo transcurrido [s o hrs]Diferencia de temperatura [°K o °C]

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Transmisión

Radiación de un cuerpo de superficie 10-5 m2, con una temperatura corporal de 36.7 °C grados y una temperatura ambiental de 20 °C. Suponiendo que nos envuelve una capa de 16 mm de esmalte 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

ΔQ = 20.69 kcal/m hrs K 10-5 m2 1 hr 16.7 K = 3.46x 10-3 kcal

13

1/k = 2/300 + 0.016/0.12 = 0.0483 m hrs K/kcal

k = 20.69 kcal/m hrs K

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Radiación

Calor irradiado [J o cal]Tiempo transcurrido [s o hrs]Constante de Stefan Boltzmann [4.87x10-8 kcal/hrs m2 K4 = 5.67x10-8 J/s m2 K4]Grado de emisiónSección del emisor [m2]Temperatura del cuerpo 1 [°K]Temperatura del cuerpo 2 [°K]

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Radiación

Radiación de un cuerpo de superficie 10-5 m2, 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

ΔQΔt

= 4.87x10-8 kcal/hrs m2 K4 0.67 10-5 m2 (309.854 – 293.154)

= 5.978 10-4 kcal

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Evaporación

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 538.9 kcal/kg.

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Coeficiente de expansión térmica

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Dilatación [m]Coeficiente de expansión térmica [1/°C]Largo del cuerpo [m]Cambio de temperatura [°C]

MaterialPorcelana aluminosaDentinaTitanio puroIonomero de vidrioEsmalte DentalAleacion de oro platinadoOro puroAleacion de plata-platinadoAmalgamaCompositeResina para protesisSellador de fosas y fisurasCera para incrustaciones

ppm/K6.68.38.511.011.413.514.014.825.014-5081.085.0400.0

Contacto

Dr. Willy H. Gerberwgerber@gphysics.net

Instituto de FisicaUniversidad Austral de ChileCampus Isla TejaCasilla 567, Valdivia, Chile

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