Aislamiento de ropa

Aislamiento térmico mediante la ropa

El aislamiento de la ropa es el aislamiento térmico proporcionado por la ropa . ^{[1] [2]}

Aunque la función principal de la ropa es proteger del frío, también existen prendas de protección para proteger del calor, como las que se usan en los trabajadores metalúrgicos o en los bomberos. En lo que respecta al confort térmico, solo se considera el primer caso.

Confort termofisiológico

El confort termofisiológico es la capacidad del material de la ropa para equilibrar la humedad y el calor entre el cuerpo y el medio ambiente. Es una propiedad de los materiales textiles que crea comodidad al mantener los niveles de humedad y temperatura en los estados de reposo y actividad de un ser humano. La selección del material textil afecta significativamente la comodidad del usuario. Diferentes fibras textiles tienen propiedades individuales que se adaptan a diferentes entornos. Las fibras naturales son transpirables y absorben la humedad, mientras que las fibras sintéticas son hidrófobas; repelen la humedad y no permiten que pase el aire. Diferentes entornos exigen una selección variada de materiales de ropa. Por lo tanto, la elección adecuada es importante. ^{[3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]} Los principales determinantes que influyen en el confort termofisiológico son la construcción permeable, el calor y la tasa de transferencia de humedad. ^[10]

Mecanismos de aislamiento

Hay tres tipos de transferencia de calor : conducción (intercambio de calor a través del contacto), convección (movimiento de fluidos) y radiación .

El aire tiene una conductividad térmica baja pero es muy móvil, por lo que hay dos elementos importantes para protegerse del frío:

• creación de una capa de aire quieto que sirve de aislamiento, mediante el uso de fibras ( lana , piel , etc.)
• Impedir que el viento penetre y reemplazar la capa de aire cálido cerca del cuerpo.

Otro factor importante es la humedad . El agua es un mejor conductor del calor que el aire, por lo que si la ropa está húmeda (por el sudor , la lluvia o la inmersión), el agua reemplaza parte o la totalidad del aire entre las fibras de la prenda, lo que provoca una pérdida térmica por conducción y/o evaporación.

El aislamiento térmico es óptimo con tres capas de ropa:

• una capa cercana al cuerpo para la higiene (que se cambia con más frecuencia que el resto de la ropa), cuya función es eliminar el sudor para que no quede en contacto con la piel;
• una capa exterior muy unida o tejida apretadamente como cortavientos , generalmente fina —si hay riesgo de precipitaciones debe ser impermeable, siendo lo ideal un tejido que detenga las gotas de agua pero permita que pase el vapor de agua para eliminar el sudor evaporado (se dice que un tejido de este tipo "respira");
• y entre ambas, una capa “gruesa” que atrapa el aire y evita el contacto de la piel con la capa cortavientos (que al ser fina se acerca a la temperatura ambiente).

Las capas de aire atrapadas entre la piel y la superficie exterior desempeñan un papel aislante importante. Si la ropa está apretada (como por las correas de una mochila), el aislamiento será peor en esas zonas. El aislamiento mejora cuando se minimiza la convección en las capas de aire.

Unidades y medidas

El aislamiento de la ropa se puede expresar en unidades clo . ^[11] El clo tiene las mismas dimensiones que el valor R (kelvin por metro cuadrado por vatio o m ² ⋅K/W) utilizado para describir el aislamiento utilizado en la construcción residencial y comercial; por lo tanto, cuanto mayor sea el valor, mejor será el rendimiento del aislamiento.

1 clo = 0,155 K · m 2 · W −1 ≈ 0,88 K·m ² · BTU ·W ⁻¹ · ft ⁻² · °F ⁻¹ · hr ⁻¹ R. Un clo es la cantidad de aislamiento que permite a una persona en reposo mantener el equilibrio térmico en un ambiente a 21 °C (70 °F ) en una habitación normalmente ventilada (movimiento de aire de 0,1 m/s).

Existen varias formas de determinar el aislamiento que proporciona la ropa, pero según los fundamentos de ASHRAE, las más precisas son las mediciones en maniquíes calentados y en sujetos activos. Luego, se pueden utilizar ecuaciones para calcular el aislamiento térmico. Debido a que el aislamiento de la ropa no se puede medir para la mayoría de las aplicaciones de ingeniería de rutina, se pueden utilizar tablas de valores medidos para varios conjuntos de ropa. ^[11] Según la norma ASHRAE-55 2010, existen tres métodos para estimar el aislamiento de la ropa utilizando las tablas proporcionadas.

• Si el conjunto en cuestión coincide razonablemente bien con uno de la Tabla 1, se puede utilizar el valor indicado de aislamiento intrínseco de la ropa;
• Es aceptable agregar o restar prendas de la Tabla 2 de los conjuntos de la Tabla 1 para estimar el aislamiento de conjuntos que difieren en la composición de las prendas;
• Es posible definir un conjunto de prendas completo como una combinación de prendas individuales utilizando la Tabla 2. ^[1]

Otra unidad que se utiliza es el “ tog ”:

1 tog = 0,1 K · m2 · W −1 ≈ 0,645 clo

1 clo = 1,55 togs

El nombre proviene de la palabra "togs", jerga británica para ropa. ^[12]

Conjuntos de ropa y prendas

Otras consideraciones y ejemplos

Otros factores que influyen en el aislamiento de la ropa son la postura y la actividad. Estar sentado o tumbado modifica el aislamiento térmico debido a la compresión de las capas de aire de la ropa, pero al mismo tiempo, dependiendo de los materiales de los que estén hechas, las sillas y la ropa de cama pueden proporcionar un aislamiento considerable. Si bien es posible determinar el aumento del aislamiento proporcionado por las sillas, las situaciones de dormir o descansar son más difíciles de evaluar a menos que el individuo esté completamente inmóvil. ^[1] El movimiento corporal disminuye el aislamiento de un conjunto de ropa al bombear aire a través de las aberturas de la ropa y/o provocar el movimiento del aire dentro de la ropa. Este efecto varía considerablemente según la naturaleza del movimiento y de la ropa. Por lo tanto, no se dispone de estimaciones precisas del aislamiento de la ropa para una persona activa, a menos que se realicen mediciones para la condición específica (por ejemplo, con un maniquí que camina). Una estimación aproximada del aislamiento de la ropa para una persona activa es:

I _{cl, activo} = I _cl ×(0,6+0,4/M) 1,2 met < M < 2,0 met

donde M es la tasa metabólica en unidades met e I _cl es el aislamiento sin actividad. Para tasas metabólicas menores o iguales a 1,2 met, no se recomienda ningún ajuste. ^[1]

El aislamiento de la ropa está relacionado con la temperatura del aire exterior, las temperaturas de funcionamiento en interiores, la humedad relativa y también con la presencia de un código de vestimenta en el entorno en cuestión. Estudios recientes han desarrollado modelos predictivos dinámicos de aislamiento de la ropa que permiten un cálculo del confort térmico, una simulación energética, un dimensionamiento de los sistemas de climatización y un funcionamiento del edificio más precisos que las prácticas anteriores. De hecho, normalmente se utilizan simplificaciones (0,5 clo en verano, 1,0 en invierno). Esto puede dar lugar a sistemas con un tamaño y/o funcionamiento incorrectos. Un modelo capaz de predecir cómo se cambian de ropa los ocupantes del edificio mejoraría enormemente el funcionamiento del sistema de climatización. ^[2]

Como se mencionó, la adaptación de la ropa tiene un papel importante en la consecución del confort térmico y es probablemente el ajuste más eficaz que los ocupantes pueden hacer para adaptarse a un entorno térmico. Además, la variabilidad de la ropa también puede depender de factores no relacionados con las condiciones térmicas, como un código de vestimenta o influencias sociales, preferencias de estilo que pueden diferir debido al género o al puesto de trabajo. Según la norma ASHRAE-55, solo si las personas realizan libremente ajustes en la ropa para adaptarse a sus preferencias térmicas, es aceptable utilizar un único valor promedio representativo para todos. ^[1]

Algunos valores básicos de aislamiento pueden considerarse como ejemplos de condiciones típicas ^[13]

• cuerpo desnudo: 0;
• ropa de verano: 0,6 clo;
• equipo de esquí : 2 clo;
• Equipo polar ligero: 3 clo;
• equipo polar pesado: 4 clo;
• Edredón de plumón polar : 8 clo.

Temperatura de equilibrio térmico

La temperatura ambiente a la que el cuerpo de una persona estará en equilibrio térmico depende de la tasa de generación de calor por unidad de área P y del aislamiento térmico de la ropa R. La fórmula empírica es: ^{[ cita requerida ]}

T = 31 °C − P · R

o, si se toma R como el número de clos y P como el número de vatios por metro cuadrado,

T = (31 − 0,155· P · R )°C

Temperatura de equilibrio térmico

• Persona con ropa de verano (pantalones cortos y torso desnudo) en reposo ( P = 60 W/m ² , R = 0,4 clo): T = +27 °C;
• equipo polar pesado, en reposo ( P = 60 W/m ² , R = 4 clo): T = −6 °C;
• marcha lenta en equipos polares ligeros ( P = 120 W/m ² , R = 3 clo): T = −25 °C;
• durmiendo en un edredón polar ( P = 48 W/m ² , R = 8 clo): T = −28 °C;
• marcha rápida en equipo polar pesado ( P = 180 W/m ² , R = 4 clo) : T = −80 °C.

Véase también

• Comodidad  : Sensación de tranquilidad física o psicológica.
• Ropa  – Objetos que se usan para cubrir el cuerpo.
• Traje de exposición  : ropa para protegerse de un entorno extremo
• Sensación térmica  : descenso de la temperatura corporal debido al paso de una corriente de aire de menor temperatura.

Referencias

1. Norma ANSI/ASHRAE 55-2010, Condiciones ambientales térmicas para ocupación humana
2. Schiavon, S.; Lee, K. "H. (2012), Modelos predictivos dinámicos de aislamiento de prendas basados ​​en las temperaturas operativas del aire exterior y del interior" (PDF) . Construcción y medio ambiente . 59 : 250–260. doi :10.1016/j.buildenv.2012.08.024.
3. Cubrić, Ivana Salopek; Skenderi, Zenun (marzo de 2013). "Evaluación del confort termofisiológico utilizando los principios del análisis sensorial". Collegium Antropologicum . 37 (1): 57–64. ISSN  0350-6134. PMID  23697251.
4. Song, Guowen (20 de enero de 2011). Mejorar la comodidad en la ropa. Elsevier. pág. 114. ISBN 978-0-85709-064-5.
5. Stevens, Katy (2008). Comodidad termofisiológica y protección resistente al agua en prendas protectoras de tejido softshell. Universidad de Leeds (Escuela de Diseño).
6. Tendencias textiles. Eastland Publications. 2001. pág. 16.
7. Conferencia, Textile Institute (Manchester, Inglaterra) (1988). Preimpresión de las actas de la conferencia: Textile Institute 1988 Annual World Conference, Sydney, Australia, 10-13 de julio. Textile Institute. pág. 9. ISBN 978-1-870812-08-5.{{cite book}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
8. Ruckman, JE; Murray, R.; Choi, HS (1 de enero de 1999). "Ingeniería de sistemas de indumentaria para mejorar el confort termofisiológico: el efecto de las aberturas". Revista internacional de ciencia y tecnología de la indumentaria . 11 (1): 37–52. doi :10.1108/09556229910258098. ISSN  0955-6222.
9. Varshney, RK; Kothari, VK; Dhamija, S. (17 de mayo de 2010). "Un estudio sobre las propiedades de confort termofisiológico de los tejidos en relación con la finura de las fibras constituyentes y las formas de las secciones transversales". The Journal of the Textile Institute . 101 (6): 495–505. doi :10.1080/00405000802542184. ISSN  0040-5000. S2CID  135786524.
10. Collier, Billie J. (2000). Entendiendo los textiles. Internet Archive. Upper Saddle River, NJ : Prentice Hall. p. 539. ISBN 978-0-13-021951-0.
11. Capítulo sobre confort térmico, volumen Fundamentos del Manual ASHRAE , ASHRAE , Inc., Atlanta, GA, 2005.
12. ""Los soldados estadounidenses en Alaska se ponen ropa muy abrigada". The Science News-Letter, vol. 39, n.º 8 (22 de febrero de 1941), págs. 124-125. Publicado por: Society for Science & the Public. JSTOR  3917809. {{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )
13. Notas para el curso "Factores humanos: entorno ambiental" del profesor Alan Hedge, Universidad de Cornell