Cómo las telas de próxima generación lo mantendrán fresco en el calor del verano

El aire acondicionado utiliza un asombroso 5 por ciento de toda la electricidad producida en los EE. UU. Esa es una gran cantidad de recursos que, literalmente, se elevan en el aire cada año. Entonces, incluso los pequeños avances que ayudan a las personas a mantenerse frescas pueden tener un efecto importante.

Hoy, Jonathan Tong y sus colegas del MIT revelan su enfoque del problema: diseñar telas que permitan que el calor se irradie del cuerpo de manera más efectiva.

La mayoría de las prendas no solo son opacas a la luz visible, sino que también son opacas a los infrarrojos. Esto atrapa la radiación infrarroja, lo que hace que el cuerpo se caliente. Eso es útil cuando hace frío, pero no tan bueno cuando hace calor.

Así que Tong y compañía han encontrado una solución. Diseñe un material que sea opaco a la luz visible pero transparente en el infrarrojo.

Su enfoque es sencillo. Tong y compañía dicen que el cuerpo humano emite calor principalmente en el infrarrojo medio y lejano, por lo que su tejido debe diseñarse para que sea transparente en esas partes del espectro.

Para tener una idea del desafío, midieron las características de transmisión de los materiales de ropa comunes, como las telas de algodón y poliéster, que en conjunto representan casi el 80 por ciento de toda la producción de fibras textiles. Estos materiales transmiten solo alrededor del 1 por ciento de la luz infrarroja que los golpea.

Por el contrario, el algodón y el poliéster transmiten entre el 30 y el 40 por ciento de la luz visible, por lo que son más transparentes en el rango visual que en el infrarrojo. El equipo dice que estos materiales parecen opacos porque reflejan más luz de la que transmiten y el ojo humano solo es lo suficientemente sensible como para captar la luz reflejada. (De hecho, por lo general es fácil ver a través de estos materiales si los acerca a sus ojos).

Hay dos razones por las que el algodón y el poliéster son tan opacos en el infrarrojo. La primera es que las moléculas se doblan y giran en muchas frecuencias infrarrojas y, por lo tanto, absorben fuertemente la luz en estas frecuencias. Y debido a que cualquier tela tiene muchos miles de moléculas de espesor, casi toda la luz infrarroja termina siendo absorbida.

En segundo lugar, las fibras en sí mismas tienen aproximadamente el mismo tamaño que la longitud de onda de la luz infrarroja y, por lo tanto, la dispersan de manera efectiva. Esto hace que los materiales reflejen fuertemente la luz infrarroja. Es por eso que estos materiales suelen aparecer blancos en las imágenes infrarrojas.

Eso plantea dos desafíos para Tong y compañía. Sus nuevos materiales deben ser significativamente menos absorbentes de la luz infrarroja y deben estar hechos de fibras que no la dispersen con tanta fuerza.

Inmediatamente me vienen a la mente dos materiales artificiales. El primero es el polietileno, que está hecho de monómeros de etileno repetidos que se concatenan para formar moléculas de diferentes longitudes. Tiene muy pocos modos de vibración y rotación en frecuencias infrarrojas y, por lo tanto, es mucho menos absorbente.

El segundo es el nailon, que tiene una estructura molecular similar al polietileno con la adición de un grupo químico amida. Este grupo adicional hace que el nylon sea más absorbente en el infrarrojo, aunque no tan absorbente como el algodón o el poliéster en el rango crucial de 10 micrómetros donde el cuerpo humano irradia la mayor parte de su calor.

Tong y compañía tienen otro truco bajo la manga. Señalan que hacer que las fibras sean más pequeñas hará que se dispersen y reflejen la luz infrarroja con menos fuerza. Entonces pasará más luz infrarroja.

Esto tiene un beneficio adicional. El nailon y el poliéster transmiten bastante bien la luz visible, pero reducir el tamaño de las fibras al de la luz visible hará que las fibras la dispersen con más fuerza. Eso debería garantizar que estos materiales se vean opacos al ojo humano.

El equipo continúa calculando el efecto que produce usar una tela de nailon o poliéster hecha de fibras de un micrómetro de diámetro y tejidas en hilo de 30 micrómetros de espesor. Estos cálculos sugieren que el aumento de la transmitancia infrarroja proporcionaría el equivalente de al menos 23 vatios de refrigeración. Fundamentalmente, estos materiales deben seguir siendo opacos en las longitudes de onda visibles.

La tela visiblemente opaca transparente a los infrarrojos proporciona una solución simple para reducir el consumo de energía de los sistemas HVAC al permitir puntos de ajuste de temperatura más altos durante el verano, concluyen.

Hay algunas advertencias, por supuesto. La primera es que estos materiales tendrían que teñirse con fines estéticos antes de que puedan usarse ampliamente en prendas de venta al por menor. El efecto que tendrían estos tintes sobre la transmitancia infrarroja aún no está claro.

La porosidad del agua es otro factor. Esto tiene una influencia importante en la comodidad porque gran parte del enfriamiento del cuerpo proviene de la evaporación del sudor. Si el agua no puede pasar a través de estos materiales, es probable que sean incómodos de usar.

Y la portabilidad será importante en sí misma. Estos materiales deberán ser suaves al tacto y cómodos de usar, factores que son difíciles de medir en un estudio como este. Luego está la durabilidad y la capacidad de lavado, factores importantes en muchas decisiones de compra.

Finalmente, está la cuestión de la privacidad. Las cámaras infrarrojas son cada vez más baratas y comunes y cualquier persona que use estas telas aparecerá más o menos desnuda ante estas cámaras. Tong y compañía no mencionan esto en su artículo, pero es probable que sea una consideración importante en un mundo donde las imágenes vergonzosas pueden extenderse por todo el mundo en un abrir y cerrar de ojos.

Una solución podría ser mezclar el material con otros más comunes, pero nuevamente el impacto de esto en la transmitancia infrarroja debe determinarse cuidadosamente. Es evidente que se necesita más trabajo en todos estos frentes.

Sin embargo, esta es una versión interesante de un problema importante que podría tener un impacto significativo en el uso de energía en lugares donde el aire acondicionado está muy extendido.

Ref: arxiv.org/abs/1507.04269 : Tejidos infrarrojos transparentes visibles opacos para la gestión térmica personal portátil

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