¿Cómo te mantienen caliente las mantas?

Puede valer la pena señalar que las mantas también (sorprendentemente) actúan como escudos de radiación (térmica). Esta es la razón por la que a veces se pueden encontrar «mantas de emergencia» en los kits de supervivencia que parecen no ser más que plástico delgado y brillante. Pero realmente marcan la diferencia en la cantidad de calor que pierde un cuerpo cálido (37 ° C) en una noche fría (cielo sin nubes, suponga 0 ° C).

Para un cuerpo con un área de 30 cm x 180 cm mirando hacia el cielo, el área es aproximadamente $ 0.5 m ^ 2 $. Suponiendo una emisividad de 0.3 (solo eligiendo un número), la pérdida de calor viene dada por

$$ E = \ epsilon \ sigma (T_1 ^ 4-T_0 ^ 4) = 53 W / m ^ 2 $ $

O 25 W para el humano que acabo de mencionar. Esa es una cantidad no insignificante de calor … especialmente si se considera que la tasa metabólica basal («no hacer nada», que es una buena aproximación al sueño) es de alrededor de 60 W. Y eso sin contar el calor que perderá por respirar (calentar aire frío y llenarlo de vapor).

Calentar aire frío (todavía con 0 ° C como línea de base):

250 ml por segundo, capacidad calorífica 1020 J / kg / C, $ \ Delta T = 37 C $, obtiene aproximadamente 12 J

Agua de evaporación:

Presión de vapor saturada de agua a 37 ° C alrededor de 47 mm Hg, y respirando alrededor de 250 ml por segundo (900 litros por hora) con una fracción efectiva de 47/760 por volumen de agua, esto requiere otros 25 W.

Entonces, sorprendentemente, estos tres mecanismos dan como resultado cantidades similares de calor pérdida, y protegerse de las pérdidas de calor por radiación es realmente significativo. Por eso, una buena manta (que reflejará s parte de ese calor que le devuelve) es de hecho «mantener el calor».

Lo anterior subraya que la forma más significativa de pérdida de calor es la evaporación. Una buena manta detiene la circulación y mantendrá «húmedo» el aire cerca de su cuerpo. Esto ralentizará la velocidad de evaporación, lo que le ayudará a mantenerse caliente. Detener la circulación del aire también evita que se lleve el «calor», pero la cantidad de calor que transporta el aire húmedo es significativamente mayor que «solo aire», como demuestra el ejemplo anterior.

Hay más que esta pregunta que parece a simple vista …

Comentarios

• Es interesante incluir la inclusión de la pérdida de calor debido a la respiración, pero la convección es un bastante importante. Incluso sin viento, ‘ tendrá una convección natural (flotante) significativa. Con $ h $ de 5, ‘ perderá $ 185 W / m ^ 2 $.
• @ user3823992 está completamente de acuerdo en que es importante. Me interesaría su comparación de h con y sin evaporación: el impacto del gradiente de humedad. Y acostarse probablemente afecta la convección térmica …
• Sin embargo, 250 ml / seg no es una tasa de reposo. El volumen minuto en reposo generalmente se estima en 6 a 8 litros, lo que da una pérdida de aproximadamente 9 a 13 W debido a la evaporación (asumiendo aire exhalado al 95% de humedad).
• @Anterior tiene razón, mi número porque la frecuencia respiratoria es un poco alta. La misma escala se aplica al factor de calentamiento del aire. A gran altitud (o cuando su metabolismo aumenta porque tiene frío) la tasa aumentará de nuevo … Esto se trata más de estimar que de valores duros.

Las conductividades térmicas de una variedad de materiales se dan aquí . No puedo encontrar cifras para la conductividad térmica de la lana sólida o el algodón (es decir, un bloque sólido sin vacíos de aire), pero las conductividades térmicas de los materiales orgánicos parecen estar alrededor de $ 0.25 $ Wm $ ^ {- 1} $ K $ ^ {-1} $. Por el contrario, la conductividad térmica del aire es $ 0.024 $ Wm $ ^ {- 1} $ K $ ^ {- 1} $, por lo que, dadas una temperatura corporal constante y una temperatura externa, perderías diez veces menos calor cuando aislado por aire que cuando está aislado por la mayoría de materiales sólidos.

El problema es que el aire no permanece en una capa estática que rodea su cuerpo. Las corrientes de aire y la convección térmica creadas por el calor de su cuerpo hacen que el aire se mueva. Esto reemplazará el aire caliente que ha calentado a la temperatura de su cuerpo con aire frío y aumentará la tasa de pérdida de calor.

Lo ideal es que lo que desee es algo que pueda retener el aire a su alrededor de manera que el aire no puede moverse y llevar el calor. Y quieres que este material sea lo más aislante posible.El mejor material de este tipo que conozco es el aerogel de sílice , que es un aislante tan bueno que se utilizó en el transbordador espacial como escudo térmico para la reentrada. El vidrio es en realidad un aislante bastante pobre, pero el aerogel contiene solo un pequeño porcentaje de vidrio por volumen y el otro 90 por ciento de su volumen es aire. De ahí sus excelentes propiedades aislantes. Sin embargo, el aerogel es un sólido quebradizo y una mala elección para la ropa de cama.

Las mantas son una especie de compromiso. Contienen un porcentaje menor de aire en volumen que el aerogel, y también atrapan el aire con menos fuerza y ambos factores reducen las propiedades aislantes. Sin embargo, son mucho más cómodos que el aerogel.

Comentarios

• Mantas de aerogel lol
• @Geremia: Ha habido intentos de hacer aerogeles flexibles. Consulte, por ejemplo, este artículo . Si buscas en Google ropa de aerogel , hay muchos éxitos, pero ‘ no estoy seguro del éxito. .
• Esta es la razón por la que la ropa de plumas es cálida. Las plumas tienen poca masa, pero atrapan bien el aire.

Normalmente, el calor de su cuerpo se disiparía en el aire , así que cuando hace frío, su cuerpo exterior se enfría, porque está perdiendo el calor de su cuerpo hacia el aire cercano a usted. Por lo tanto, cuando se cubre con una manta, impide que el calor de su cuerpo se escape y, ya que está atrapado, y su cuerpo continúa produciendo calor, se siente cada vez más caliente debajo de la manta. En general, la manta evita la convección del calor a través del aire al ralentizar en gran medida el movimiento del aire. Por lo tanto, el calor de su cuerpo queda atrapado dentro de la manta.

Comentarios

• La convección del aire es un factor, pero lo más importante, en mi opinión, son las propiedades de aislamiento térmico del material. Si se cubre con un aislante térmico pero que aún atrapa el aire por completo, no ‘ t será eficiente para mantenerte caliente.
• @Mara: Sí, creo que ‘ s lo que él es rgued: detiene la convección al evitar el movimiento del aire.

Este es un gran tema en nuestra casa en el momento porque aquí es invierno y no calentamos todo el lugar.

Temblando en la cama, piensa en cómo se mueve el calor por cualquiera de los siguientes:

1) Convección (movimiento de aire)

2) Conducción (tocar)

3) Radiación

Una supermanta ideal abordará los tres:

1) Detenga el movimiento de aire. Puede hacer esto encerrándote (como una bolsa de plástico), pero de manera más práctica, puede ser confuso. La borrosidad dificulta mucho el movimiento de las bolsas de aire.

2) Reduce la conducción: al ser un material que no transfiere bien el calor (por ejemplo, plástico frente a algodón), mantendrá el calor cerca de tu cuerpo. Aún mejor, si está borroso, tocará menos su cuerpo. Menos superficie de contacto significa menos conducción.

3) Reduzca la radiación: si puede «hacer brillar» el calor hacia usted, como esas mantas de emergencia de mylar, entonces el calor que irradia puede ser devuelto a usted .