Equilibre thermique d'un nageur

[invitec4773a68]

Bonjour à tous,


J'ai un petit problème de résonnement personnel consernant un sujet de thermodynamique...

Je dois trouver l'équilibre thermique d'un nageur vêtu d'une combinaison néoprène :

Voilà comment je procède:

je calcule les pertes thermiques dues à la respiration : je trouve 100Watts

je calcule les pertes thermiques dues à la peau : je trouve 371 Watts


On sait que l'homme grâce à la thermogénèse peu produire 200Watts

J'effectue le bilan énergétique de l'ensemble et trouve

BilanEnergetique = 200 W - 371 W - 100 W = -271Watts

Est-ce que ça veut dire que pour maintenir le corps du nageur à la température normale (environ 32 °C) il faut apporter une source d'énergie de 271 Watts???

Et si oui, est-il possible de générer avec une petite batterie un telle puissance?

merci à tous
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[invité576543]

Bonjour,

(Note : J'ai lu l'autre fil...)

je calcule les pertes thermiques dues à la respiration : je trouve 100Watts

Que veux-tu dire par là? Qu'on perd 100 W par l'air expiré? Cela me paraît beaucoup.

A mon avis ces 100 W sont ceux du métabolisme de base, auxquels cas ils sont évacués partie par la respiration, partie par la peau, avec le second terme dominant.

On doit pouvoir calculer ce qui est perdu par l'air expiré en prenant le volume expiré par unité de temps, la différence de température et la capacité calorifique de l'air.

J'effectue le bilan énergétique de l'ensemble et trouve

BilanEnergetique = 200 W - 371 W - 100 W = -271Watts

Je ne comprends pas ce calcul, cela devrait être 200 +100 -371, les 100 sont générés par l'organisme, tout comme les 200.

Cordialement,

[invitec4773a68]

Voici le détail du calcul des pertes thermiques dues à la respiration
PerteThermResp = Cp x 0.8 (38 - Te) x Q x P/60 + H
avec
Cp : Capacité calorique du Gaz
Te : Température respirée
Q : Débit respiré (l/min)
P : Pression absolue
H : Humidification de l'air (10W pour un débit de 20l/min)
0.8 : On réchauffe à 37 C, 80% du gaz respiré.
L'air a une Cp de 1.31 W/1°C,

Maintenant le détail du calcul des pertes thermiques par voie cutanée:

PerteCut = (37 - Te)/( 1/H1 + 1/H2 + 1/H3 )
H : Conductances thermiques en watt/°C. pour le phénomene de conduction en prenant compte les conductances de la périphérie de la peau:

H1: la peau
H2: le néoprene
H3: la couche limite d'eau

Ces deux calculs donnent bien des pertes énergétiques de l'organisme...donc dans le bilan thermique on verra bien le signe - apparaitre.

[invite7ce6aa19]

Maintenant le détail du calcul des pertes thermiques par voie cutanée:

PerteCut = (37 - Te)/( 1/H1 + 1/H2 + 1/H3 )
H : Conductances thermiques en watt/°C. pour le phénomene de conduction en prenant compte les conductances de la périphérie de la peau:

H1: la peau
H2: le néoprene
H3: la couche limite d'eau

Ces deux calculs donnent bien des pertes énergétiques de l'organisme...donc dans le bilan thermique on verra bien le signe - apparaitre.

Bonjour,

Dans ta formule c'est la combinaison de néoprène qui encaisse la chute de température.

Par ailleurs il faut préciser la température de l'eau ainsi que la surface d'échange. Il faudrait également t'assurer que la conductance que tu utilises est rapportée à une surface unité ou pas.

Peux-tu donner les valeurs que tu utilises ainsi que le calcul.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitec4773a68]

Voici mes valeurs:

l'eau est à 10°C

Pression = pression atmosphérique

H1= 30W/°C
H2=40
H3=70

et pour la surface environ 20000cm²

[invité576543]

Ces deux calculs donnent bien des pertes énergétiques de l'organisme...donc dans le bilan thermique on verra bien le signe - apparaitre.

Les 200 W de la thermogénèse sont aussi des pertes énergétiques de l'organisme et devraient avoir le même signe dans l'équation que les autres pertes énergétiques de l'organisme.

Cordialement,

[invite7ce6aa19]

Voici mes valeurs:

l'eau est à 10°C

Pression = pression atmosphérique

H1= 30W/°C
H2=40
H3=70

et pour la surface environ 20000cm²

Il y a des problèmes d'unité.

1- avec l expression de ta formule des pertes les H devraient être en °C/W et non le contraire.

2- Il faudrait savoir si les H se rapportent à l'unité de surface donc par m2.

En bref c'est l'unité des H qui pose problème.

[invité576543]

1- avec l expression de ta formule des pertes les H devraient être en °C/W et non le contraire.

Ce n'est pas conforme à la formule que je lis.

2- Il faudrait savoir si les H se rapportent à l'unité de surface donc par m2.

oui

Cordialement,

[invite7ce6aa19]

Ce n'est pas conforme à la formule que je lis.

bonjour,


Il a écrit W = DeltaT. 1/H

d'où H = deltaT/W soit des °C/W

Non?

Analogie électrique:

W c'est un courant

DeltaT est une ddp

H est une résistance et non une conductance

Plus H est élevée (combinaison néoprène) plus le courant W est faible pour une même chute de température.

[invitec4773a68]

Les 200 W de la thermogénèse sont aussi des pertes énergétiques de l'organisme et devraient avoir le même signe dans l'équation que les autres pertes énergétiques de l'organisme.

Cordialement,

Je ne comprends pas, si la thermogénèse est une perte énergétique aussi, où le corps humain trouve-t-il l'énergie nécessaire pour pourduire de la chaleur?

[invitec4773a68]

bonjour,


Il a écrit W = DeltaT. 1/H

d'où H = deltaT/W soit des °C/W

Non?

Analogie électrique:
W c'est un courant
DeltaT est une ddp
H est une résistance et non une conductance
Plus H est élevée (combinaison néoprène) plus le courant W est faible pour une même chute de température.

Pour les dimensions je ne suis pas d'accord :

J'ai écrit W=deltaT/(1/H)

d'où H= W/deltaT

[invite7ce6aa19]

Je ne comprends pas, si la thermogénèse est une perte énergétique aussi, où le corps humain trouve-t-il l'énergie nécessaire pour pourduire de la chaleur?

La source de chaleur c'est le résultat en partie de tous les métabolismes lié au fonctionnement des cellules (c'est en quelquesorte le résultat que les réactions biochimiques sont exothermiques). En plus il existe des mécanismes de régulation thermique qui fait par exemple que tu frissonnes quand il fait froid. Ce frissonnement des muscles produit de la chaleur.

Quans un nageur, ou un coureur de fond effectue un effort de longue durée il consomme, notamment, du glycogène (stocké dans le foie et dans les muscles) pour produire une énergie mécanique. A cette production d'énergie est associé une production de chaleur.

[invite7ce6aa19]

Pour les dimensions je ne suis pas d'accord :

J'ai écrit W=deltaT/(1/H)

d'où H= W/deltaT

OK,

J'ai mal lu ta formule.

[invité576543]

Supprimé... Doublon

[invité576543]

Je ne comprends pas, si la thermogénèse est une perte énergétique aussi, où le corps humain trouve-t-il l'énergie nécessaire pour pourduire de la chaleur?

Que ce soit le métabolisme de base ou la thermogénèse qui s'y ajoute, la source est la même : la combustion, réaction entre l'oxygène respiré et la nourriture ingérée, principalement les lipides et les glucides.

Pour le métabolisme de base, cela correspond aussi à une "fonction" autre que générer de la chaleur, on peut voir la chaleur comme un "sous-produit", mais cela ne change rien à l'analyse de l'équilibre thermique.

Cordialement,

[invitec4773a68]

Je vous remercie pour toutes ces réponses, c'est beaucoup plus clair.