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Equilibre thermique d'un nageur



  1. #1
    jero971

    Equilibre thermique d'un nageur


    ------

    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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  3. #2
    invité576543
    Invité

    Re : Equilibre thermique d'un nageur

    Bonjour,

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

    Citation Envoyé par jero971 Voir le message
    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,

  4. #3
    jero971

    Re : Equilibre thermique d'un nageur

    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.

  5. #4
    mariposa

    Re : Equilibre thermique d'un nageur

    Citation Envoyé par jero971 Voir le message

    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.

  6. #5
    jero971

    Re : Equilibre thermique d'un nageur

    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

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    invité576543
    Invité

    Re : Equilibre thermique d'un nageur

    Citation Envoyé par jero971 Voir le message
    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,

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  10. #7
    mariposa

    Re : Equilibre thermique d'un nageur

    Citation Envoyé par jero971 Voir le message
    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.

  11. #8
    invité576543
    Invité

    Re : Equilibre thermique d'un nageur

    Citation Envoyé par mariposa Voir le message
    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,

  12. #9
    mariposa

    Re : Equilibre thermique d'un nageur

    Citation Envoyé par Michel (mmy) Voir le message
    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.

  13. #10
    jero971

    Re : Equilibre thermique d'un nageur

    Citation Envoyé par Michel (mmy) Voir le message
    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?

  14. #11
    jero971

    Re : Equilibre thermique d'un nageur

    Citation Envoyé par mariposa Voir le message
    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

  15. #12
    mariposa

    Re : Equilibre thermique d'un nageur

    Citation Envoyé par jero971 Voir le message
    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.

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  17. #13
    mariposa

    Re : Equilibre thermique d'un nageur

    Citation Envoyé par jero971 Voir le message
    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.

  18. #14
    invité576543
    Invité

    Re : Equilibre thermique d'un nageur

    Supprimé... Doublon

  19. #15
    invité576543
    Invité

    Re : Equilibre thermique d'un nageur

    Citation Envoyé par jero971 Voir le message
    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,

  20. #16
    jero971

    Re : Equilibre thermique d'un nageur

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

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