Un material normal absorbe calor durante un proceso de calefacción mientras su temperatura se eleva constantemente. El calor es almacenado en el material y liberado en el ambiente a través de un proceso reverso de enfriamiento. Durante este proceso, la temperatura del material disminuye continuamente. Por ejemplo, un material de textil normal absorbe cerca de un Kilojulio por cada kilogramo de calor mientras que su temperatura se eleva en un grado Centígrado.
Comparando, la absorción del calor durante el proceso de fusión de un material de cambio de fase (PCM: Phase changing materials) con un proceso normal de calefacción, la cantidad de calor absorbida es mucho más alta si un PCM se funde. Una parafina-PCM, por ejemplo, absorbe aproximadamente 200 KiloJulios por kilogramo de calor si experimenta un proceso de fundido. De modo que si un textil absorbe la misma cantidad de calor, su temperatura necesitaría ser aumentada en 200 ºC. La gran cantidad de calor absorbida por la parafina en el proceso de fundición es liberada en los alrededores en un proceso de enfriado que comienza con la temperatura de cristalización del PCM. Después de comparar las capacidades del almacenaje de calor de textiles y de los PCM, se concluye que al aplicar parafina-PCM a textiles sus capacidades de almacenamiento de calor pueden ser substancialmente realzadas [3]. En efecto, durante el proceso de fundido completo, la temperatura del PCM así como su area alrededor sigue siendo constante. El aumento no deseado de la temperatura al proceso normal de la calefacción no ocurre. Igual pasa con el proceso de cristalización. Durante todo el proceso de la cristalización la temperatura del PCM no cambia tampoco. La transferencia de alta temperatura durante el proceso de fundido, así como el proceso de la cristalización sin cambio de temperatura, hace del PCM un campo de interés para aplicaciones de almacenaje del calor.
Aplicaciones en Textiles Inteligentes
Las prendas deportivas tienen que proporcionar un equilibrio entre el calor generado por el cuerpo mientras se practica una actividad física y el calor liberado al ambiente. Las prendas deportivas comunes no satisfacen siempre este requisito. El calor generado por el cuerpo durante una actividad física intensa a menudo no es liberado al ambiente en la cantidad necesaria, y como resultado genera una situación de estrés térmico. Por otra parte, durante los períodos de descanso entre actividades se genera menos calor por el cuerpo humano. Si se mantiene la misma liberación de calor, es probable que se den casos de leve hipotermia [4]. Existen algunas prendas comerciales que poseen microcápsulas-PCM, como por ejemplo la marca registrada OUTLAST ®, que ayuda a prevenir ese tipo de incomodidades. De hecho, en el caso de la generación de calor, PCM absorbe la energía gracias al proceso de solidificación. Ese sistema permite regulaciones térmicas de la prenda y del usuario.
MATERIALES DE MEMORIA DE FORMA
- Principio:
Existen dos tipos de materiales con memoria de la forma. La primera clase son materiales estables en dos o más estados de temperatura. En estos diversos estados de temperatura, tienen el potencial de asumir diversas formas, cuando han alcanzado su temperatura de transformación. UK Defence Clothing and Textiles Agency han sido pioneras en esa tecnología. Los otros tipos de materiales con memoria de forma son los polímeros electroactivos que pueden desformarse en respuesta a estímulos eléctricos. En la última década ha habido acontecimientos significativos en polímeros electroactivos (EAPs: Electroactive polymers) capaces de producir un cambio substancial en el tamaño o forma y generar fuerza para la actuación de mecanismos en una variada serie de aplicaciones. En contraste con muchos sistemas de actuación convencional, muchos tipos de EAPs son también capaces de proporcionar funciones de detección, incluso una gamma de mecanismos básicos de actuación, fuerza y niveles de desplazamiento.
- Materiales:
Las aleaciones con memoria de la forma, como el níquel-titanio, han sido desarrolladas para proporcionar un aumento de la protección contra fuentes del calor. Los materiales con memoria de forma poseen diversas propiedades debajo y encima de la temperatura en la cual es activada. Por debajo de esta temperatura, la aleación es deformada fácilmente. En la temperatura de activación, la aleación ejerce una fuerza para volver a una forma previamente adoptada y volviéndose mucho mas rígida. La temperatura de activación se puede fijar cambiando la proporción de níquel al titanio en la aleación.
Las aleaciones del Cobre-zinc son capaces de una activación de doble dirección y por lo tanto pueden producir la variación reversible necesaria para la protección contra condiciones atmosféricas cambiantes. También reaccionarán a los cambios de temperatura causados por variaciones en niveles físicos de actividad.
Los polímeros con memoria de forma tienen el mismo efecto que las aleaciones de Ni-Ti pero, al ser polímeros, serán más compatibles con el sustrato textil. El primer Shape Memory Polymers (SMPs) estaban basados en polinorborenos con una Tg (Temperatura de Transición Vítrea) en un intervalo entre de 35ºC a 40ºC y fueron desarrollado por la French Company CdF Chimie. Más tarde, diversas clases de los SMPs basados en mezclas entre estireno, butadieno, polietileno, teleftalato, óxido de polietileno, poliuretano, policaprolactona… fueron desarrollados con Tg varían entre -46°C y 125°C .
- Aplicaciones en los Tejidos Inteligentes
Para aplicaciones en prendas, las temperaturas idóneas para que el efecto de la memoria de forma sea accionado será la temperatura cercana a la superficie corporal 31-33 ºC.
En la práctica, una aleación con memoria de forma tiene por lo general la forma de un resorte. El resorte es plano en condiciones bajo la temperatura de activación, pero se alarga por encima de esta. Incorporando estas aleaciones entre las capas de una prenda, se puede generar un hueco entre las capas del tejido al darse la temperatura de activación. Por lo tanto, se consigue una mejora en la protección contra el calor externo.
Se han conseguido películas del poliuretano que se pueden incorporar entre las capas adyacentes de ropa. Cuando la temperatura de la capa externa de la ropa ha caído suficientemente, la película del poliuretano responde de modo que el hueco de aire entre las capas de ropa se hace más amplio. Este ensanchamiento se alcanza si, al refrescarse, la película desarrolla una deformación fuera-de-plano, la cuál debe ser bastante fuerte para resistir el peso de la ropa y de las fuerzas inducidas por los movimientos de la persona portadora. La deformación debe ser capaz de invertirse si en la capa externa de la prenda aumenta la temperatura.
Algunas fibras inteligentes activas contienen materiales eléctro-conductores, materiales de cambio de fase - PCM, y partículas del grafito, que puede conducir electricidad. De esta manera la resistencia de la fibra es varía en función del cambio de la temperatura y el volumen de la fibra. Como el material se calienta, se amplía y se reduce la conductividad entre las partículas gráficas. Estos materiales pueden regular automáticamente la conexión/desconexión de la electricidad y mantener la temperatura estable.
Las aleaciones con memoria de forma pueden contribuir también a la miniaturización de equipo y sistemas, disminución del número de piezas requeridas y también aumentar la esperanza de vida debido a las resistencia a la fatiga favorable de la aleación.
