s2-fis07 nueva formulación del tipo rachford

CONFORT TÉRMICO DENTRO DEL CALZADO
Alejandra A. Silva-Moreno, Martin Lopez Vela
CIATEC A.C. Omega 201, frac. Ind. Delta, C.P. 37545 León Gto. México
Email: [email protected];
RESUMEN
Actualmente el confort térmico es uno de los parámetros más importantes que se consideran cuando se
proyectan edificios. La norma ISO 7730 lo define como “Aquella condición mental que expresa satisfacción
con el ambiente térmico”. La comodidad térmica depende de muchos parámetros físicos como la calidad del
aire, niveles de luz y ruido. La primera condición de la comodidad es la neutralidad térmica. Existen
microclimas dentro del calzado que pueden llegar a ocasionar efectos tan importantes como la
desestabilización del sistema pie-calzado afectando la regulación de la temperatura de todo el cuerpo 1,2,
reduciendo las características mecánicas de los tejidos o afectando las capacidades motrices del pie. En este
trabajo se desarrolla un sistema innovador y una metodología para analizar las variables micro climáticas
dentro del sistema pie-calzado3. Los resultados permitirán establecer las bases para el estudio del confort
térmico en el sistema en cuestión. Con esto se pretende identificar las variables más importantes para el
diseño y manufactura de un zapato que genere condiciones microclimáticas adecuadas.
1. INTRODUCCIÓN
El hombre siempre ha deseado crear un ambiente térmico cómodo. La complejidad de la evaluación
de la comodidad térmica es muy grande ya que depende de muchos factores físicos. El ambiente térmico debe
ser considerado en adición con otros factores como la calidad del aire, niveles de luz y sonido, al evaluar un
ambiente de trabajo .
Para mantener confort térmico se deben cumplir dos condiciones la primera es que la combinación actual de
temperatura de piel y temperatura del núcleo del cuerpo proporcione una sensación térmica neutra. La
segunda es el equilibrio de la energía del cuerpo. El calor producido por el metabolismo debería ser igual a la
calidad de calor disipada por el cuerpo.
2. CONFORT TERMICO
Como una consecuencia de las técnicas del aire acondicionado nace la necesidad de valorar el nivel de confort
térmico, el mas conocido de los índices de evaluación del confort fue “La temperatura efectiva”, desarrollado
por Yaglou y colaboradores 1923 desde entonces aparecieron otros índices poco aplicables en un ambiente
industrial hasta que apareció P.O. Fanger con su obra titulada “Termal Confort ” quien incluyo en su método
de valoración la totalidad de las variables que influyen en los intercambios térmicos hombre-medio ambiente
y que contribuyen a la sensación de confort.
Los factores que influyen en la ecuación de confort térmico de Fanger son los siguientes
Metabolismo MET, Nivel de vestuario (clo), Temperatura del aire, temperatura media radiante, velocidad del
aire y humedad.
Las ecuaciones que estudian el balance de energía en una persona son relativamente simples. Ecuación de
balance de calor para el cuerpo humano (1)
M-W=H+E+Cres+Eres
(1)
Cres=0.0014*M*(34-ta) Intercambio de calor de convección por respiración (W/m2)
Eres=1.72x10-5*M*(5867-Pa) Intercambio de calor por evaporación por respiración.
M – Niveles metabólicos (W/m2 o Met). Valores de tablas de niveles metabólicos. Cantidad de energía
química transformada en calor y trabajo mecánico por actividades aeróbicas y anaerobias en el cuerpo.
H -perdida de calor seco se puede medir directamente utilizando un sensor . Calor perdido por un cuerpo por
convección, radiación y conducción.
E – Intercambio de calor por evaporación en la piel, debe ser medido.
W-Potencia mecánica efectiva, trabajo externo debe ser igual a 0 en la mayoría de los casos
La ecuación de confort (2) desarrollada por Fanger es demasiado complicada y se puede calcular mediante el
auxilio de tablas y graficas.
M-W=H+EC+Cres+Eres
(2)
La situación climática dentro del calzado puede llegar desestabilizar el sistema mecánico de la marcha
humana (reduciendo las características mecánicas de los tejidos del pie bajo gran cantidad de humedad o
reduciendo las capacidades motrices a bajas temperaturas). Es por esto que, las características climáticas de
los zapatos son decisivas en el factor de confort
El confort térmico dentro del calzado es un parámetro que depende, de maneras complejas, de muchos
factores como son: el medio ambiente, la temperatura del suelo, características subjetivas, ropa y calzado que
el sujeto utiliza. En la actualidad se conoce muy poco acerca de la influencia del calzado en el confort térmico
en el pie y como afecta este a todo el cuerpo.
Las propiedades térmicas del calzado dependen de gran medida en la cantidad de aire que queda atrapado
dentro del calzado cuando se introduce el pie. El ajuste del calzado influye de manera directa en la cantidad
de calor que se perderá por medio de la evaporación del vapor de agua. A este efecto se le llama efecto bomba
que es el que introduce aire al interior del calzado y sale a través de los pequeños orificios y aperturas que son
las principales formas de eliminar el vapor de agua..
Para poder entender de mejor manera el confort térmico dentro del calzado es necesario llevar a cabo
mediciones de los microclimas que se presentan dentro del calzado esto es medir tanto humedad como
temperatura en el sistema pie-zapato, medir el material de manera estable y la retención de humedad, así
como los parámetros del ambiente. De esta manera se puede analizar la influencia de: el tipo de calzado, el
material superior del calzado, el material de la cubierta, la influencia de diversas membranas
3.- PARAMETROS A MEDIR SOBRE CONFORT TERMICO DENTRO DEL CALZADO
El hombre no puede sentir la temperatura del ambiente, sino el calor que pierde su cuerpo.
En la practica es necesario conocer los parámetros que requiere la ec. de confort de Fanger.
 Valores en las tablas para el nivel metabólico y el nivel de ropa de las personas (valores Met y Clo)
 De 2 a 4 parámetros medidos que describen el ambiente térmico en el lugar de estancia,
(Temperatura del aire, temperatura radiante media, velocidad y humedad del aire). La temperatura
media radiante se define como la temperatura uniforme que resulta en una perdida uniforme por
radiación. La influencia de estos parámetros en la perdida de energía no son iguales , pero no es
suficiente medir solo una de ellos.
El metabolismo se suele medir en Met correspondiente al nivel de actividad de una persona sedentaria y el
equivalente a una perdida de calor de 58 W/m2 de superficie corporal, nuestro metabolismo se considera al
mínimo mientras dormimos y se incrementa al máximo durante las actividades deportivas.
La ropa reduce la perdida de calor del cuerpo por lo que se clasifica según su valor de aislamiento La unidad
usada para medir el aislamiento es la unidad Clo aunque también se utiliza la unidad m 2C/W. La escala del
Clo va de 0.0 para una persona desnuda y 1.0 para un traje tipico de negocio,
Para conocer las condiciones microclimáticas dentro del calzado se toman como variables de interés la
humedad y la temperatura dentro del calzado, estas se medirán utilizando sensores lo suficientemente
pequeños que sean capataces de introducirse dentro del calzado tratando de incomodar lo menos posible al
usuario. Los sensores preferentemente serán de comunicación digital para evitar un mayor número de cables
dentro del calzado. Al introducir los sensores de humedad y temperatura dentro del calzado junto con el
usuario se podrán tomar datos del comportamiento de estas al realizar diversas actividades y así poder
comprobar si el comportamiento del calzado es el esperado o se requiere hacer algunas modificaciones.
Los sensores operan en un rango de humedad y temperatura de acuerdo a las necesidades de medición además
de contar con certificado de calibración para que se tenga la seguridad de que lo que se esta midiendo es
realmente lo que se tiene. Con los datos dentro de la PC se pueden hacer tratamientos estadísticos para
analizar las variables y poder establecer las mejores condiciones para satisfacer el confort térmico del calzado.
Un punto muy importante es la elección de la muestra de personas a las que se le realizaran las mediciones
deben de cumplir con ciertos requisitos para que no existan variables externas que modifiquen las lecturas.
Como por ejemplo se puede mencionar que no tenga ninguna afección en los pies, que su pisada sea normal
etc. Las condiciones climáticas serán controladas en un inicio, esto para reducir las variables de ruido externas
el propio estudio.
Se considera cómodo el ambiente si no existe ningún tipo de incomodidad térmica. Una condición de
comodidad es la neutralidad térmica que significa que una persona no siente ni demasiado calor ni demasiado
frío.
4. .-CREANDO COMODIDAD TERMICA
La temperatura de comodidad se define como la temperatura equivalente en la que una persona tiene una
sensación térmica cómoda. No suele hablar de humedad de comodidad, por la dificultad de percibir la
humedad del aire y por la poca influencia en la perdida de calor de una persona cuando esta próxima a un
estado de comodidad térmica.
Este temperatura puede calcularse mediante la ecuación de comodidad, Para crear un ambiente térmico
adecuado se pueden instalar elementos que ayuden a calentar el ambiente como radiadores, etc. O se puede
incrementar la ventilación para enfriar un poco el sistema . Por fortuna los individuos suelen regular su propia
comodidad térmica adaptando su ropa a las condiciones del ambiente y el tipo de actividad , como
abrigándose o quitándose alguna prenda, o tomando algún liquido frió o caliente según se requiera .
BIBLIOGRAFIA
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Bjorn Kvisgaard “Thermal Comfort” Denmark 1997
* Agradecimiento: CIATEC. A. C. (Centro de innovación aplicada en tecnologías competitivas).