Condutividade Térmica

1. Condutividade Térmica Condutividade térmica é uma propriedade física dos materiais que é descrita como a habilidade dos mesmos de conduzir calor. Condutividade térmica equivale a quantidade de calor Q transmitida através de uma espessura L, numa direção normal à superfície de área A, devido a uma variação de temperatura ΔT, sob condições de estado fixo e quando a transferência de calor é dependente apenas da variação de temperatura.

2. Condutividade Térmica • A quantidade de calor que atravessa, por exemplo, uma parede, por segundo, depende dos seguintes fatores: • -(é diretamente proporcional à) condutividade térmica (k); • -(é diretamente proporcional à) área da parede (A); • -(é diretamente proporcional à) diferença de temperaturas entre o interior da habitação (T2) e o exterior (T1); • -(é inversamente proporcional à) espessura (L) da parede.

3. Coeficiente de transferência de calor é a incorporação da espessura a característica da natureza do material. É normalmente utilizado quando tem-se diversas camadas de materiais diferentes e espessuras diferentes, permitindo sua simples soma para obtenção de um coeficiente global da parede. Corresponde à quantidade de energia, sob a forma de calor, que passa, num segundo, através de 1m² de superfície, quando a diferença de temperatura entre o interior e o exterior é de 1 K.

4. Q=k.A.ΔT.L • Q= taxa de energia transferida Watt (W) = (J/s) • k= condutividade térmica [W/(m·K)] • A= área (m²) • ΔT= diferença de temperaturas (K) • L= espessura (m)

5. Q=U.A. ΔT e U=k/L • Q= taxa de energia transferida Watt (W) = (J/s) • U= coeficiente de transferência de calor [W/(m²·K)] • A= área (m²) • ΔT= diferença de temperaturas (K)

6. Transferência de calor no corpo • Uma pessoa em repouso, libera uma quantidade de calor correspondente a cerca de 70 watts (70w=1Kcal/min.) Uma sobrecarga térmica dessa magnitude pode elevar a temperatura do organismo em 1 ºC a cada 5 a 8 min. se não ocorrerem modificações nos mecanismos de dissipação do calor. O primeiro meio utilizado para remover o calor dos músculos durante o exercício é a sua transferência para o sangue pela via convectiva. A velocidade de transferência do calor é proporcional ao produto do fluxo sangüíneo local e a diferença de temperatura entre o músculo e o sangue arterial com uma temperatura igual a do organismo. Quando isso ocorre, a temperatura interna começa a se elevar, desencadeando reflexos que promovem um aumento da transferência do calor interno para a pele e desta para o meio ambiente. Os reflexos para a dissipação do calor servem para diminuir e eventualmente cessar o aumento da temperatura do organismo.

7. Transferência de calor no corpo • A velocidade da transferência do calor interno para a pele é determinada pela diferença entre a temperatura interna e a da pele e o fluxo sangüíneo periférico. Como já foi mencionado anteriormente, o calor é transferido da pele para o meio ambiente por convecção, radiação e evaporação. A velocidade de transferência do calor da pele para o meio ambiente por convecção e radiação são funções dos coeficientes (he e hr, respectivamente) e da diferença de temperatura entre a pele e o meio ambiente. A transferência de calor por radiação ou convecção estão sob controle fisiológico somente quando as mudanças do fluxo sangüíneo para a pele modificam a temperatura média da pele. Tanto o hr como o hc são dependentes da área da superfície do corpo que está disponível para as trocas de calor com o meio ambiente. Em condições metabólicas e ambientais constantes, o valor de hr é constante, porém o valor de hc varia com a velocidade do ar (6). O coeficiente combinado (velocidade de transferência de calor por convecção) pode variar em até cinco vezes quando se está em repouso ou correndo em um dia muito quente, quando a diferença de temperatura entre a pele e o meio ambiente é pequena, a capacidade de transferência de calor da pele para o meio ambiente por tradição ou convecção é muito pequena e tem uma capacidade limitada na dissipar a sobrecarga de calor produzida pelo exercício.

8. Projeto Baseado nos dados e teoria anteriores, um novo desenho foi feito. A borda mais externa é o meio, a borda do meio é a pele e a borda mais interna é a veia. No comsol foi representado o início da troca de calor, mantidas portanto as temperaturas originais, para analisar a troca de calor, até a estabilização da temperatura corporal em 37 graus celsius, é necessário manter o desenho e ir alterando as temperaturas para que seja representada a troca de calor até o equilíbrio ( desenhos mostrados em uma sequência lógica de tempo e temperatura), outra opção é uma animação que representasse a convecção durante a troca de calor.

9. Observações O k da pele foi calculado no maple com dados específicos, porém existe o k global. Utilizamos os dois e foi constatado o mesmo resultado.Então utilizamos o k específico na apresentação do comsol.

10. Obs.: O k da tabela é o global, o utilizado no comsol foi o calculado para a situação específica, cujos cálculos estão no maple. Tabela8.2.Valoresparaaspropriedadesdetecidosbiológicos. Propriedades Valor o TemperaturaarterialT ( C) 37 a Condutividadetérmicadotecidok(W/mK) 0,488 3 Densidadedotecidoρ(kg/m ) 1000 Calorespecíficodotecidoc(J/kg.K) 3590 Calorespecíficodosanguec (J/kg.K) 3840 b 3 Taxadeperfusãodesangueω (kg/m .s) 0,5 b Oaquecimentoespacialmentedistribuídoocorrenapelequando exposta a uma radiação dissipativa penetrante tal como as microondas, o ultra‐som, e o laser. Estes métodos de aquecimento geralmente envolvem uma transmissão de potênciacomdecaimentoexponencialacompanhadodereflexão nainterfaceentreregiõesdediferentespropriedadeselétricas. Paraumaondaplanaincididanormalmente à superfíciedapele, com uma camada de ar incluída para modelar a reflexão na interfacear/pele,adensidadedepotênciamédiaabsorvida,Q , é  r dadapor: | | (2) emqueE é aintensidadedocampoelétricogerado(V/m)eσ é a ‐1 ‐1 condutividadeelétricadotecido(Ω m ).Parasituaçõesemque há anecessidadedeummaiordetalhamentodadistribuiçãode temperaturasnaregiãodeaplicação(tecidotumoraletecidos normaisaoredor),devem‐seutilizarasequaçõesdiferenciaisde Maxwell, que descrevem a propagação de campos elétricos e magnéticos,acopladas à equaçãodetransferênciadecalor. Quandoseconsideraainteraçãoeletromagnéticacomsistemas biológicos,é  necessário distinguir entre os níveis de campos (elétricoemagnético)foradocorpo(aexposição)eosníveisde campos ou energia absorvida dentro dos tecidos do corpo (a dose). A exposiçãoé  medida em termos da intensidade dos camposelétricos(E)emagnético(H),oudensidadedepotência incidentenocorpo.Adosedependedaexposição,bemcomoda geometria, tamanho e propriedades dielétricas dos tecidos envolvidos, e também da orientação destes com relação aos campos incidentes. O principal problema relacionadoà  dosimetriadaabsorçãodeenergiaeletromagnéticaportecidos biológicos é oconhecimentodoquanto é absorvidoeondeesta energia é depositada.Isto é usualmentequantificadoemtermos daTaxa Específica de Absorção (TEA), queé  umataxa normalizada pela massa em que a energia eletromagnéticaé  absorvidapeloobjetoemumalocalizaçãoespecífica.ATEA é um parâmetro relevante para a predição de efeitos térmicos. No contextodeutilizaçãodefreqüênciasderadioedemicroondas, duasalternativassãoviáveisparaaavaliaçãodoTEA:medição docampoelétricooumediçãodetemperatura.Destaforma,o TEA é definidocomo: | | (3) A unidade de TEAé  em Watts por quilograma. A TEAé  uma medição útilentre100kHze10GHz.Emfreqüênciasmenores que 100 kHz, uma melhor medida da doseé  dada pela intensidadedocampoelétriconotecido,emunidadesdeVolts por metro. A deposição de energia, como descrita pela TEA, emboraútil para o controle de qualidade e a comparação de equipamentosdeaplicaçãodecalor,nãoestá necessariamente relacionada com a temperatura do tecido e, portanto, não se relacionacomacitotoxicidade. Referências [1] Roemer, R.B. 1999. Engineering aspects of hypertermia therapy,Annu.Rev.Biomed.Eng.,1,347‐376. [2]Habash,R.W.Y.,Bansal,R.,Krewski,D.andAlhafid,H.T.2006. Thermal therapy, Part 1: An introduction to thermal therapy, CriticalReviewsinBiomedicalEngineering,34(6),459‐489. [3]Habash,R.W.Y.,Bansal,R.,Krewski,D.andAlhafid,H.T.2006. Thermal therapy, Part 2: Hyperthermia techniques, Critical ReviewsinBiomedicalEngineering,34(6),491‐542. [4] Pennes, H.H. 1948. Analysis of tissue and arterial blood temperatureintherestinghumanforearm.J.AppliedPhysiology, 1,93‐102.

13. Bibliografia http://74.125.47.132/search?q=cache:UgekraK7DncJ:www.demec.ufmg.br/disciplinas/ema890/aula%252008.pdf+taxa+de+perfus%C3%A3o+do+sangue&cd=2&hl=pt-BR&ct=clnk&gl=br http://www.demec.ufmg.br/disciplinas/ema890/aula%2007.pdf http://www.gssi.com.br/scripts/publicacoes/sse/sse_artigo.asp?IDTipo=1&IDPublicacao=24&DscArquivo=gatoradesse19.pdf&DscArquivoHtm=/SSE/Html/19.htm http://pt.wikipedia.org/wiki/Condutividade_t%C3%A9rmica