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2. Materiales
 2.3 Propiedades Termodinámicas
                                  Dr. Willy H. Gerber
                                   Instituto de Fisica
                                  Universidad Austral
                                     Valdivia, Chile
Objetivos: Comprender la forma reaccionan los distintos materiales
           que se emplean en la practica profesional.




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Administración de Energía




                                                                              “Calefacción del diente”




         Entrega de calor al medio                                       Captura de calor del medio
                                                                                                         2
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Temperatura


Una medida es la temperatura…

           Gas                                  Liquido                                   Solido




                 Temperatura -> Energía interna -> Movilidad de los átomos
                                                                                                         3
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Calor especifico



                                   cagua = 1 kcal/kgK = 4186.8 J/kgK



                        Termómetro                       1 Grado




                                                   Agua             1 kg Agua




                                                              1 kcal = 4186.8 J

                                             Calor/Energía

                                                                                                          4
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Capacidad o contenido calórico



                                                                               Calor esp.                 Densidad
                                                            Material           [kcal/kgK]                 [g/cm3]
                                                            Agua               1.00                       1.00
      (a volumen constante)                                 Dentina            0.30                       2.14
                                                            Inometro de vidrio 0.27                       2.13
                                                            Fosfato de Zinc    0.12                       2.59
        Calor /Energía interna [J o cal]
                                                            Composite          0.20                       1.6-2.4
        Masa [kg]
                                                            Esmalte            0.18                       2.97
        Calor Especifico [J/kgK, kcal/kg K]
                                                            Amalgama           0.005                      11.6
        Grados Kelvin [= 273.15 + °C]                       Oro puro           0.03                       19.3


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

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


                                                                                                                 5
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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]
  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
   ∆Q = 0.5 kcal/m hrs K 10-5 m2 1 hr 3 K/1.6x10-2 m = 9.38x10-5 kcal ->
                                                                         eficiente      6
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Conducción de calor – difusividad termica




                                                     Material                          W/mK               cm2/s
                                                     Agua                           0.44              0.0014
                                                     Dentina                        0.57              0.0018-0.0026
                                                     Ionometro de vidrio            0.51-0.72         0.0022
                                                     Fosfato de Zinc                1.05              0.0030
                                                     Composite                      1.09-1.37         0.0019-0.0073
                                                     Esmalte                        0.93              0.0047
                                                     Amalgama                       22.6              0.96
                                                     Oro puro                       297               1.18




                                                                                                               7
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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]




                                                                                                          8
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Arterias y venas

                                                                                                Diametro Numero      Seccion Largo
                                                                   Elemento                     mm                   total cm2 cm Re
                                                                   Aorta                          10.000           1         0.8  40 1.04E+05
                                                                   Grandes Arterias                3.000          40           3  20 2.93E+03
                                                                   Ramas arteriales principales    1.000         600           5  10 1.09E+02
                                                                   Ramas arteriales secundarias    0.600        1800           5   4 2.17E+01
                                                                   Ramas arteriales terciarias     0.140       76000        11.7 1.4 2.81E-01
                                                                   Ramas arteriales terminales     0.050     1000000        19.6 0.1 1.28E-02
             Midizinische Hochschule Hannover, Christoph Hartung




                                                                   Ramas arteriales finales        0.030   13000000          91 0.15 2.73E-03
                                                                   Arteriolas                      0.020    40000000       1250 0.2 8.14E-03
                                                                   Capilares                       0.008 1200000000         600 0.1 5.21E-05
                                                                   Venolas                         0.030   80000000         570 0.2 2.78E-03
                                                                   Ramas venosas finales           0.075   13000000         570 0.15 4.28E-02
                                                                   Ramas venosas terminales        0.130     1000000        132 0.1 2.23E-01
                                                                   Ramas venosas terciarias        0.280       76000         47 1.4 2.25E+00
                                                                   Ramas venosas secundarias       1.500        1800         30    4 3.26E+02
                                                                   Ramas venosas principales       2.400         600         27   10 1.41E+03
                                                                   Grandes Venas                   6.000          40         11   20 2.15E+04
                                                                   Vena hueca                     12.500           1         1.2  40 1.95E+05
                                                                   Cuidado: nombres traducidos del alemán, posibles errores

                                                                   Re >> 50000 flujo turbulento                                 60.04 m2
                                                                   Re ≈ 2300-50000 transición
                                                                   Re << 2300 flujo laminar
                                                                                                                                                9
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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:

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


                                           Transporte de calor ante todo por flujo sanguíneo
                                           más eficiente que conducción




                                                                                                         10
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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:
                                             ∆Q = 300 kcal/m hrs K 1x10-5 m2 1 hr 16.7 K
                                             ∆
                                             = 5.01 x10-2 kcal

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




                                                                                                         11
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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]




                                                                                                          12
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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:


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

                            k = 20.69 kcal/m hrs K

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

                          Perdida de calor muy reducido por capa aislante

                                                                                                         13
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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 emisión
                                               Sección del emisor [m2]
                                               Temperatura del cuerpo 1 [°K]
                                               Temperatura del cuerpo 2 [°K]


                                                                                                            14
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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:



                      ∆Q
                              = 4.87x10-8 kcal/hrs m2 K4 0.67 10-5 m2 (309.854 – 293.154)
                      ∆t
                              = 5.978 10-4 kcal


                                Factor de importancia pero no trascendental




                                                                                                            15
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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.



                                                                                                         16
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Coeficiente de expansión térmica




                                                                  Material                                 ppm/K
                                                                  Porcelana aluminosa                    6.6
                                                                  Dentina                                8.3
                                                                  Titanio puro                           8.5
                                                                  Ionomero de vidrio                     11.0
                                                                  Esmalte Dental                         11.4
                                                                  Aleacion de oro platinado              13.5
                                                                  Oro puro                               14.0
                                                                  Aleacion de plata-platinado            14.8
       Dilatación [m]                                             Amalgama                               25.0
       Coeficiente de expansión térmica [1/°C]                    Composite                              14-50
       Largo del cuerpo [m]                                       Resina para protesis                   81.0
       Cambio de temperatura [°C]                                 Sellador de fosas y fisuras            85.0
                                                                  Cera para incrustaciones               400.0

                                                                                                                 17
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Contacto

                                   Dr. Willy H. Gerber
                                   wgerber@gphysics.net

                                   Instituto de Fisica
                                   Universidad Austral de Chile
                                   Campus Isla Teja
                                   Casilla 567, Valdivia, Chile




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  • 1. 2. Materiales 2.3 Propiedades Termodinámicas Dr. Willy H. Gerber Instituto de Fisica Universidad Austral Valdivia, Chile Objetivos: Comprender la forma reaccionan los distintos materiales que se emplean en la practica profesional. www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
  • 2. Administración de Energía “Calefacción del diente” Entrega de calor al medio Captura de calor del medio 2 www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
  • 3. Temperatura Una medida es la temperatura… Gas Liquido Solido Temperatura -> Energía interna -> Movilidad de los átomos 3 www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
  • 4. Calor especifico cagua = 1 kcal/kgK = 4186.8 J/kgK Termómetro 1 Grado Agua 1 kg Agua 1 kcal = 4186.8 J Calor/Energía 4 www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
  • 5. Capacidad o contenido calórico Calor esp. Densidad Material [kcal/kgK] [g/cm3] Agua 1.00 1.00 (a volumen constante) Dentina 0.30 2.14 Inometro de vidrio 0.27 2.13 Fosfato de Zinc 0.12 2.59 Calor /Energía interna [J o cal] Composite 0.20 1.6-2.4 Masa [kg] Esmalte 0.18 2.97 Calor Especifico [J/kgK, kcal/kg K] Amalgama 0.005 11.6 Grados Kelvin [= 273.15 + °C] Oro puro 0.03 19.3 Persona de 30 g con 36.7 °C con Capacidad de Calor Especifico de 0.07 kcal/kgK: Q = 0.030 kg 0.07 kcal/kg K 309.85 K = 6.30x10-4 kcal 5 www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
  • 6. 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] 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 ∆Q = 0.5 kcal/m hrs K 10-5 m2 1 hr 3 K/1.6x10-2 m = 9.38x10-5 kcal -> eficiente 6 www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
  • 7. Conducción de calor – difusividad termica Material W/mK cm2/s Agua 0.44 0.0014 Dentina 0.57 0.0018-0.0026 Ionometro de vidrio 0.51-0.72 0.0022 Fosfato de Zinc 1.05 0.0030 Composite 1.09-1.37 0.0019-0.0073 Esmalte 0.93 0.0047 Amalgama 22.6 0.96 Oro puro 297 1.18 7 www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
  • 8. 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] 8 www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
  • 9. Arterias y venas Diametro Numero Seccion Largo Elemento mm total cm2 cm Re Aorta 10.000 1 0.8 40 1.04E+05 Grandes Arterias 3.000 40 3 20 2.93E+03 Ramas arteriales principales 1.000 600 5 10 1.09E+02 Ramas arteriales secundarias 0.600 1800 5 4 2.17E+01 Ramas arteriales terciarias 0.140 76000 11.7 1.4 2.81E-01 Ramas arteriales terminales 0.050 1000000 19.6 0.1 1.28E-02 Midizinische Hochschule Hannover, Christoph Hartung Ramas arteriales finales 0.030 13000000 91 0.15 2.73E-03 Arteriolas 0.020 40000000 1250 0.2 8.14E-03 Capilares 0.008 1200000000 600 0.1 5.21E-05 Venolas 0.030 80000000 570 0.2 2.78E-03 Ramas venosas finales 0.075 13000000 570 0.15 4.28E-02 Ramas venosas terminales 0.130 1000000 132 0.1 2.23E-01 Ramas venosas terciarias 0.280 76000 47 1.4 2.25E+00 Ramas venosas secundarias 1.500 1800 30 4 3.26E+02 Ramas venosas principales 2.400 600 27 10 1.41E+03 Grandes Venas 6.000 40 11 20 2.15E+04 Vena hueca 12.500 1 1.2 40 1.95E+05 Cuidado: nombres traducidos del alemán, posibles errores Re >> 50000 flujo turbulento 60.04 m2 Re ≈ 2300-50000 transición Re << 2300 flujo laminar 9 www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
  • 10. 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: ∆Q = 300 kcal/m hrs K 10-5 m2 1 hr 3 K = 9.0x10-3 kcal Transporte de calor ante todo por flujo sanguíneo más eficiente que conducción 10 www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
  • 11. 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: ∆Q = 300 kcal/m hrs K 1x10-5 m2 1 hr 16.7 K ∆ = 5.01 x10-2 kcal Transmisión de calor ante todo por transmisión del diente a aire/saliva 11 www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
  • 12. 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] 12 www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
  • 13. 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: 1/k = 2/300 + 0.016/0.12 = 0.0483 m hrs K/kcal k = 20.69 kcal/m hrs K ∆Q = 20.69 kcal/m hrs K 10-5 m2 1 hr 16.7 K = 3.46x 10-3 kcal Perdida de calor muy reducido por capa aislante 13 www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
  • 14. 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 emisión Sección del emisor [m2] Temperatura del cuerpo 1 [°K] Temperatura del cuerpo 2 [°K] 14 www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
  • 15. 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: ∆Q = 4.87x10-8 kcal/hrs m2 K4 0.67 10-5 m2 (309.854 – 293.154) ∆t = 5.978 10-4 kcal Factor de importancia pero no trascendental 15 www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
  • 16. 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. 16 www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
  • 17. Coeficiente de expansión térmica Material ppm/K Porcelana aluminosa 6.6 Dentina 8.3 Titanio puro 8.5 Ionomero de vidrio 11.0 Esmalte Dental 11.4 Aleacion de oro platinado 13.5 Oro puro 14.0 Aleacion de plata-platinado 14.8 Dilatación [m] Amalgama 25.0 Coeficiente de expansión térmica [1/°C] Composite 14-50 Largo del cuerpo [m] Resina para protesis 81.0 Cambio de temperatura [°C] Sellador de fosas y fisuras 85.0 Cera para incrustaciones 400.0 17 www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
  • 18. Contacto Dr. Willy H. Gerber wgerber@gphysics.net Instituto de Fisica Universidad Austral de Chile Campus Isla Teja Casilla 567, Valdivia, Chile www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09