A través de este artículo comenzamos una explicación a fondo más técnica y concreta, la capacidad de aislamiento térmico de distintos tejidos y materiales.
En el artículo de hoy comenzamos a hablar de una serie de conceptos y magnitudes que ayudarán a comprender mejor los próximos, donde analizaremos los tejidos y materiales más comunes en prendas técnicas de abrigo más detalladamente.
Sin duda conocer cuánto más abrigan unos tejidos que otros, te podrá ayudar a la hora de escoger tu ropa.
Cómo funcionan los aislamientos térmicos
Como vimos en el artículo “Entendiendo por qué pasamos frío” existen cuatro modos de transferencia térmica que son los responsables de que perdamos calor (y pasemos frío). Repasemos:
1. CONDUCCIÓN: se produce por contacto con cuerpos fríos.
2. CONVECCIÓN: se produce por contacto con fluídos fríos: agua o viento.
3. RADIACIÓN: se produce sin contacto, es la emisión natural de todos los cuerpos.
4. EVAPORACIÓN: se produce al evaporarse la humedad o el sudor sobre la piel.
Las prendas que utilizamos deben inhibir estos modos de transferencia térmica. El Sistema de Capas en conjunto es la manera más eficaz para luchar contra estos cuatro fenómenos minimizando el efecto negativo de las bajas temperaturas, la humedad y el viento.
De las tres capas, vimos que la Capa 2 es el conjunto de prendas que se ocupan del aislamiento térmico principalmente (ver La Capa 2 - Prendas de abrigo I y luego en sucesivos artículos de los polares y las prendas de aislamiento), aunque siendo más precisos están especializados principalmente en atajar la transferencia térmica por conducción y por radiación, si bien como piezas de un conjunto, intervienen también en los problemas de evaporación y convección en mayor o menor medida.
La capacidad de los materiales aislantes de atrapar y retener aire dentro de la estructura del tejido es lo que les hace ser efectivos contra la pérdida de calor por conducción y radiación. Esto es así porque el propio aire tiene un bajo valor de transferencia térmica (una propiedad que tienen todos los cuerpos), es decir a las capacidades aislantes de los tejidos se suma la capacidad aislante del aire.
La ilustración representa cómo las fibras de polyester de Primaloft retienen aire que, una vez caliente, nos “aporta” calor, evitando la fuga de éste de nuestro cuerpo.
Como regla general un material más grueso aislará más y protegerá más del frío. Un sistema sencillo de determinar qué prenda es más caliente es medir o comparar su grosor. Esto es así porque un tejido más grueso será capaz de retener o atrapar más aire. Curiosamente el aire es un gran aislante puesto que su coeficiente de conductividad térmica es muy bajo:
Aire: 0,024 W/(m K)
Silica aerogel 0,02 W/(m K)
Materiales aislantes: 0,035 - 0,16 W/(m K)
Lana: 0,04 W/(m K)
Algodón: 0,04 W/(m K)
Neopreno: 0,05 W/(m K)
Polyester: 0,05 W/(m K)
Cuero: 0,14 W/(m K)
Agua: 0.58 W/(m K)
Cristal: 1.05 W/(m K)
Piedra: 2 - 7 W/(m K)
Carbono: 1.7 W/(m K)
Acero inoxidable: 16 W/(m K)
Acero al Carbono: 43 W/(m K)
Hierro: 80 W/(m K)
Aluminio: 205 W/(m K)
Plata: 429 W/(m K)
Sin embargo, hay que hacer una mención: el aire es sólo un buen aislante cuando está inmovil. Si el aire atrapado en las fibras se desplaza, el efecto aislante se pierde. Esto ocurre comunmente por convección, es decir por la acción del viento. Es por ello que para mantener la eficacia de algunas prendras hay que utilizar elementos o tejidos resistentes al viento. También puede ocurrir si el espacio que ocupa el aire alcanza un grosor de 13 mm y en este caso se comenzará a producir la convección natural. El ejemplo de este caso es la utilización de prendas excesivamente grandes.
Una paradoja y excepción a la regla general del grosor de los aislantes (cuanto más grosor más aislamiento) es que llegando a cierto límite, el consecuente aumento del volumen de la prenda trae consigo también un incremento de la superficie externa en contacto con el exterior, con lo que se favorece la transferencia de calor con el ambiente frío. Por eso a partir de cierto grosor es muy difícil llegar a determinados niveles de aislamiento térmico: así por ejemplo es muy complejo conseguir sacos de dormir que permitan su uso a temperaturas extremadamente bajas (-40ºC).
Obsérvese también que el agua conduce unas 24 veces más el calor que el aire. Es por eso que una prenda aislará menos si está mojada, bien por la acción de elementos externos (lluvia, nieve…) o bien por la humedad naturalmente generada al realizar un ejercicio físico intenso (sudor y condensación de la transpiración).
Eficacia vs Eficiencia en aislamientos térmicos
A través de este artículo veremos que gran parte del problema de mantenernos a salvo del frío no es tanto una cuestión de eficacia (protegernos del frío) sino de eficiencia (protegernos del frío de la mejor manera posible).
Teóricamente podemos resolver el problema de varios modos, usando distintos tejidos y materiales aislantes. Sin embargo en función de la elección entrarán en juego otros factores como el peso de las prendas, su volumen, su precio y el resto de propiedades que puedan tener (resistencia al viento, transpirabilidad, resistencia al agua, impermeabilidad, etc).
Un ejemplo clásico que ya hemos usado: las mantas de lana. Antiguamente se usaban unas pesadas pero calientes mantas de lana que, sin duda, cumplían su función. Hoy día existen edredones de pluma o relleno sintético muchísimo más ligeros que también cumplen su función, pero ¿cuáles son más eficientes? Lógicamente los edredones de pluma son los más eficientes de todos ellos pues son los más ligeros.
Frente a frente prendas aislantes similares, una de relleno plumífero y otro sintético. En igualdad de capacidad aislante el de pluma será más ligero.
La unidad de medida de aislamiento en prendas: CLO
https://en.wikipedia.org/wiki/Clothing_insulation
“El aislamiento de las prendas puede ser expresado en unidades clo. […]
1 clo es la cantidad de aislamiento que necesita una persona en reposo para mantener un equilibrio térmico en un entorno a 21ºC en una habitación normalmente ventilada (movimiento del aire a 0,1 m/s). Por encima de esta temperatura la persona con tanto abrigo sudará, mientras que por debajo de esta temperatura la persona sentirá frío”
El clo tiene equivalencias con otras unidades utilizadas en aislamiento térmico, como los R (utilizado en aislamiento de hogares y edificios) y el tog (una medida de aislamiento térmica utilizada en Reino Unido):
1 clo = 0,88 R = 1,55 togs
Recordemos que se precisa al menos 1 clo para mantener a una persona en un espacio sin viento a 26ºC. Para hacernos mejor una idea veamos algunos ejemplos de valores clo empleados en condiciones:
Desnudo: 0 clo
Ropa de verano: 0,6 clo
Ropa de invierno: 1 clo
Equipación de esquí: 2 clo
Equipo polar ligero: 3 clo
Equipo polar pesado: 4 clo
Ilustración gráfica de conjuntos de prendas comunes y su valor clo.
La medición de los valores de aislamiento térmico se realiza según los estándares de la ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers), existiendo tests y procedimientos que emplean maniquís y también personas.
Maniquí para realizar tests de aislamiento térmico a prendas dentro de la sala refrigerada.
Vistiendo uno de estos maniquís para probar un modelo de ropa de trabajo a la intemperie.
Si bien hay fabricantes que realizan tests de este tipo para conocer las cualidades de los tejidos y materiales textiles o bien de las propias prendas, la gran mayoría no difunde este tipo de datos. Como muchos de estos asuntos, son los EEUU y sus organismos los pioneros y los que más los han estudiado, por tanto son, la referencia a seguir.
El valor de aislamiento de una prenda concreta
Generalmente cuando se mide la capadidad de aislamiento térmico de un tejido o material textil y se quiere utilizar como unidad de medida el clo se expresa relacionando el valor clo resultante con la masa y, adicionalmente la superficie del tejido.
De este modo podemos encontrar valores de aislamiento térmico de un tejido expresados en clo por onzas (clo/oz) o bien por gramos (clo/gr) y también clo por onzas y por yardas cuadradas (clo/oz/yd 2 ).
Si deseamos conocer la capacidad aislante de un tejido o material habremos de buscar su valor en clo/oz.
Cuando se analiza no un tejido o material sino una prenda o conjunto de prendas se habla de “intrinsic clothing insulation” (aislamiento intrínseco de la prenda), es decir la propiedad aislante que tiene la propia prenda, sin considerar el ambiente externo o las condiciones corporales del que las viste.
Este valor de aislamiento intrínseco se expresa así: Icl (clo). Existen tablas que indican el aislamiento intrínseco de prendas genéricas (ver enlace a Wikipedia), por ejemplo una camiseta de manga corta común tiene un valor de 0,08 Icl (clo) mientras que una chaqueta de plumas podría tener un valor superior a 4.
El gurú norteamericano Richard Nisley publicó hace ya algún tiempo algunos resultados realizados con maniquís, aportando valores concretos a prendas concretas del mercado. Más allá de los modelos, resulta muy interesante y gráfico observar la dramática diferencia entre tipos de prendas en términos de aislamiento y protección contra el frío:
El gráfico se divide en tipos de prendas:
Base Layers: prendas interiores.
Polartec 100 Class, Polartec 200 Class, Polartec 300 Class: forros polares de diferentes densidades y grosores. Dentro de cada familia de polares Nisley sin embargo ha incluido en cambio también prendas de aislamiento sintético. De este modo destaca que hay prendas aislantes ligeras que abrigan más o menos como los polares de los tres tipos clásicos.
High Loft Class: chaquetas de pluma, de largo las prendas más cálidas.
Cuánto abrigo necesitamos: MET
El grado o intensidad de ejercicio físico tiene una gran relevancia en nuestra elección de prendas. Al fin y al cabo un aumento de la actividad implica un aumento en la producción de calor de nuestro cuerpo y, por lo tanto una necesidad menor de ropa de abrigo.
La magnitud que expresa el costo de energía de las actividades físicas es el MET (Metabolic Equivalent of Task).
https://en.wikipedia.org/wiki/Metabolic_equivalent
Representación de la actividad física y el valor de MET correspondiente.
De nuevo Richard Nisley a través de este gráfico publicado en el año 2007, nos ofrece una información muy gráfica entre la relación entre la temperatura (ºC), la intensidad de la actividad física (MET) y el valor de aislamiento de las prendas para encontrar el punto de confort (Icl (clo)).
El gráfico representa a la izquierda algunos tipos de prendas de abrigo comunes. Estas prendas marcan áreas dentro de la gráfica, delimitadas con líneas de puntos.
En el interior, mediante las líneas que descienden hacia la derecha, tenemos actividades de menor a mayor intensidad (de arriba a abajo).
En el eje horizontal X tenemos representada la temperatura ambiental en Celsius (escala superior) y en Fahrenheit (escala inferior)
En el eje vertical Y encontramos la capacidad aislante de cada conjunto de prendas expresado en Icl (clo). Vemos que se corresponde con distintos tipos de prendas.
Para usar esta gráfica simplemente debemos tomar una actividad en concreto, digamos por ejemplo la primera y menos exigente: dormir 0,8 MET.
Ahora escogeremos la temperatura prevista, pongamos 6ºC. Esto nos va a dar un valor de aislamiento térmico necesario de 5 Icl (clo), indicado a la derecha.
A continuación seguimos la línea horizontal de 5 Icl (clo) a la izquierda y vemos que se sitúa dentro del área que corresponde al conjunto de prendas “3 Season Sleeping Bag”. Es decir, para esta actividad y estas condiciones debemos utilizar un saco de dormir tres estaciones, de ligero a medio.
Si camináramos en un llano a -3ºC bastaría con un polar medio que aisle 1,5 Icl (clo), y si permaneciéramos sentados un día a -8ºC haría falta un polar y una chaqueta de plumas que nos aporten al menos 4 Icl (clo).
No es preciso consultar la tabla y aprendérsela, pero nos da una idea aproximada muy buena del impacto de la temperatura y la actividad física en nuestra manera de vestirnos para combatir el frío.
Consideraciones sobre los datos aportados
En futuros artículos hablaremos de los distintos tejidos y materiales aislantes en el mercado, expresando su capacidad aislante de una manera más concreta, es decir, reflejando su valor de clo.
He pasado bastante tiempo recopilando datos que iba encontrando en foros, páginas web, etc. y los he contrastado y comparado todo lo que me ha sido posible. No hay datos precisos, fiables y certificados publicados por un algún organismo independiente. Por otro lado los fabricantes aunque puedan conocer estos datos no suelen publicarlos.
Por lo tanto podemos asumir que los datos aquí mostrados tendrán un valor aproximado, algunos pueden ser correctos y otros no.
Pero más allá del valor clo asociado a cada tejido o material aislante individual, lo interesante es, en mi opinión, observar el valor de clo conjunto de un tipo de materiales. De este modo podemos ver de una manera más “gráfica” la diferencia entre la capacidad aislante de, por ejemplo 100 gramos de lana y otros 100 gramos de plumón de ganso.
Repito, los datos individuales de cada tejido o material deben tomarse con reservas y a modo de referencia ya que no es posible garantizar la exactitud de estos números.
Hay que tener en cuenta que los valores han sido obtenidos en pruebas de laboratorio en condiciones muy determinadas. No se tiene por tanto en cuenta el deterioro por el paso del tiempo, la acción del viento o la humedad en estos valores.
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