Coeficientes radiativos y convectivos de transferencia de calor para convección natural en el cuerpo humano.

Coeficientes radiativos y convectivos de transferencia de calor para convección natural en el cuerpo humano.




Introducción

El principal objetivo de este estudio fue calcular los coeficientes de transferencia de calor en el cuerpo humano, cambiando el área de transferencia y teniendo en cuenta la postura en la que este se encontraba.

El coeficiente de transferencia decalor convectiva y el área de transferencia de calor por convección del cuerpo humano debe ser determinado con el fin de calcular el intercambio de calor por convección entre el cuerpo y el medio ambiente. En estudios realizados previamente las posturas asumidas para este cálculo eran la del cuerpo de pie, y la del cuerpo sentado con las piernas unidas y los brazos a los lados, estas posturas setomaban suponiendo que todo el cuerpo se encontraba en contacto con el flujo convectivo del aire, el problema que se veía en estos experimentos era que no se tenía en cuenta las áreas de no transferencia convectiva, como en los pies en contacto con el piso, adicionalmente no se tomaba en cuenta la complejidad del cuerpo, por lo tanto hace que estos estudios sean de precisión cuestionable.Igualmente informes anteriores de investigación también han estimado total de la transferencia de calor desde el cuerpo, utilizando mediciones fisiológicas y sensores de flujo de calor, así como las fórmulas estándar, y luego se usa el calor irradiado para calcular el coeficiente de transferencia de calor del cuerpo. Sin embargo, los factores de ángulo para el cuerpo local son necesarios para calcular latransferencia de calor por radiación. Estos no han sido encontrados, y las estimaciones sugeridas por sus valores son poco confiables.

A diferencia de la mayoría de investigadores quienes utilizaban un área de transferencia de razón 1,0 para realizar los cálculos del coeficiente convectivo, Kurazami encontró, por medio de mediciones que del 10-20% del área de la superficie del cuerpo nocontribuía a la transferencia.
Teniendo en cuenta que no hay reportes concretos sobres los valores de los coeficientes radiativos tanto como de convección, Ichihara e Ishii han informado de los valores concretos para el coeficiente de transferencia de calor por radiación de pie y en la silla de posiciones de asiento, además utilizaron un modelo humano para medir el balance de calor, todo estocalculándolo por medio de la ley de Stefan-Boltzmann.

La investigación fue llevada a cabo utilizando posturas en espacios reales, donde la conducción a través del suelo no fue dejada a un lado, concentrándose en la convección del cuerpo con el aire. Los coeficientes fueron calculados utilizando un maniquí térmico, en diferentes posturas: de pie, sentado en silla, con las piernas cruzadas, con laspiernas hacia afuera y recostado, para cada caso se planteo una ecuación empírica.

Cálculo del coeficiente de transferencia de calor convectivo

Se utilizo un maniquí en estado estacionario térmico, un sensor de flux de radiación, y un sensor de flujo de calor. El área de transferencia en cada sensor era de 3,142 x 10-4 m2, como esta area es muy pequeña en comparación a la del maniqui, esconsiderada como un punto.

El coeficiente convectivo local fue calculado por las ecuaciones:


Donde hi es el coeficiente local de transferencia para la parte i del cuerpo [W / (m2K)], hri es el coeficiente local de transferencia de calor radiante para la parte del cuerpo i W/m2K, hci el coeficiente de convección local de transferencia de calor para el cuerpo Parte i [W / (m2K)], Qies el flux de calor total de parte del cuerpo i [W / m2] (cantidad indicada por el sensor de flujo de calor), Ri el flux local de calor radiante para la parte del cuerpo [W /m2],Tsi la temperatura de la superficie local de parte del cuerpo i [K], Ta la temperatura del aire local que rodea parte del cuerpo i [K], y MRTi la temperature media entre una parte del cuerpo y el plano que rodea [K]....