Caracteristici termofiziologice necesare in structurarea functionala a imbracacmintei

În scopul menţinerii constante a temperaturii corporale, organismul dispune de mecanisme ale reglării termice, care pot fi grupate în trei mari categorii (figura 1).

Reglarea fiziologică are la bază receptorii termici care primesc semnale de la perturbaţii termice şi pe care le transferă sistemului nervos central.

Reglarea comportamentală este legată de senzaţii termice conştiente şi emoţionale determinate de starea de confort sau disconfort termic. Acest tip de reglare modifică necesitatea răspunsurilor reglării automate.

Figura 1 Mecanisme ale reglării termice ale organismului

Reglarea termică tehnică poate fi considerată ca o extensie a sistemului termoreglator uman prin intermediul îmbrăcămintei.

Necesitatea transferului simultan de căldură, masă ( umiditate) şi CO2 produse de organism a determinat cele trei caracteristii principale de confort ale îmbrăcămintei: izolaţia termică, capacitatea de absorbţie şi transfer de umiditate precum şi capacitatea de ventilare.

1 Transfer termic prin îmbrăcăminte

1.1 Mecanisme de transfer a căldurii prin îmbrăcăminte

Echilibrul între căldura corpului şi cea a mediului este descris ca fiind un sistem pasiv, reprezentat prin ecuaţia 4.1.

S= M-W-(R + C + Edif + ERsw + Econd) –(Eres+ CRes) (1)

Mecanisme ale reglării termice

Reglarea fiziologică

Reglarea comportamentală

Reglarea termică tehnică

unde:S - căldura corporală [W/m2];M – căldura produsă de corp (metabolism) [W/m2];W – căldura pierdută prin desfăşurarea unei activităţi (lucru mecanic) [W/m2];R – căldura pierdută prin radiaţie [W/m2];C – căldura pierdută prin convecţie [W/m2];Edif – căldura pierdută prin difuzia vaporilor de apă de pe suprafaţa pielii [W/m2];ERsw – căldura pierdută prin evaporarea transpiraţiei în timpul reglării temperaturii

corporale [W/m2];Econd – căldura pierdută prin conducţie [W/m2];Eres – căldura pierdută prin evaporare în timpul respiraţiei [W/m2];CRes – căldura pierdută prin convecţie în timpul respiraţiei [W/m2];

Căldura centrală a corpului Scr este dat de relaţia 4.2.

Scr = M – Eres – Cres – W – ( Kmin + cbl Vbl ) (Tcr – TSK) (2)

unde:

Kmin – constanta termică minimă a pielii , K = 5,28 [W/m2 K];cbl - căldura specifică a sângelui ( 1,163 Kj/Kg K);Vbl - viteza de circulaţie a sângelui la nivelul pielii ;Tcr – temperatura internă a corpului [0C];TSK - temperature pielii [0C].

Căldura internă a corpului împreună cu lucrul mecanic efectuat de acesta constituie energia totală produsă de organism (relaţia 3 Goldman - Givoni).

U = 2,5 G + 2 (G + m) (m/G)2 + kt (G + m) (1,5 v2d + 0,35 vd p) (3)

Unde:G – masa corpului [Kg];m – masa de încărcare fizică [Kg]; Vd – viteza de deplasare individului [m/s];p – panta terenului [%];kt – coeficient de dificultate a terenului (k t = 1 pentru teren asfaltat; kt = 2,1

pentru teren cu nisip sau zăpadă.Lucrul mecanic L efectuat de un individ cu masa corpului G, cu o încărcare fizică

m, care se deplaseaza pe un teren cu panta p, caracterizat de coeficientul kt, se calculeaza cu relatia 4.

L = [9,81 (m + G ) vd p] [(104 + p4)1/2] (4)

Consumul de oxigen al unui adult în stare de repaus, respectiv metabolismul în condiţii normale, este 15l/h, iar căldura degajată în urma arderii acestei cantităţi de oxigen este de 75 kcal/h, respectiv 88W. Consumul de oxigen creşte în urma activităţii musculare raportat la metabolism. Se remarcă faptul ca organismul uman foloseşte pentru lucrul util doar 20% din căldura totală produsă, aceasta fiind mai mare faţă de randamentul maşinii cu abur.

Claisficarea intensităţii eforturilor cuprinde următoarele 3 grupe de eforturi:a) efort minim presupune activitate la care consumul de oxigen este cel mult

dublu faţă valoarea consumată la metabolism bazal (exemplu activităţi care se desfăşoară şezând).

b) efort mediu, la care consumul de oxigen poate fi de 2-4 ori din valoarea consumată la repaos (de exemplu activitati casnice nemecanizate).

c) eforturi grele la care consumul de oxigen este de 4-8 ori din valoarea consumată la metabilism bazal (de exemplu activitati agricole).

Mecanismele de transfer termic sunt specificate în figura 2.

Figura 2 Mecanismele de transfer termic

Prin convecţie se cedează aproximativ 32-35% din totalul căldurii cedate, ceea ce înseamnă aproximativ 4-5% din căldura cedată prin conducţie. Un procent de 2-3% din căldura cedată prin convecţie este necesară pentru încălzirea aerului inspirat, restul, majoritar de pe suprafaţa pielii se elimină prin îmbrăcăminte [8].

Căldura cedată prin radiaţie este de 42-44% din totalul căldurii cedată de organism.

Cantitatea de căldură cedată prin evaporare este aproximativ 21% şi poate fi clasificată astfel:

- evaporare invizibilă, adică difuzia umidităţii prin porii pielii;- evaporarea vizibilă, adică evaporarea filmului de transpiraţie format pe

suprafaţa pielii. Cantitatea de apă evaporată din organism este de 800-1000 ml zilnic care corespunde absorbţiei de 500-600 kcal, deoarece evaporarea fiecărui gram de apă din organism necesită 0.58 kcal. Transpiraţia începe la temperatura de 29 °C a mediului ambiant, iar peste 34 °C singura posibilitate de cedare a căldurii este evaporarea.

Cantitatea de căldură transferată de la corp spre mediu sau invers, este determinată de o serie de parametri specificaţi în figura 4.3.

Mecanisme de transfer termic prin îmbrăcăminte

Conducţia Convecţia EvaporareaRadiaţia

Figura 3Parametrii de influenţă a cantităţii de căldură schimbată de corp cu mediul înconjurător şi

invers

1.Parametrii ce ţin de corpul uman

Intensitatea reacţiilor biochimice prin care are loc metabolozarea principiilor alimentare precum şi intensitatea efortului ce caracreizează activitatea purtătorului de îmbrăcăminte, sunt factori de influenţă ai cantităţii de căldura produsă de organism .

Căldura produsă de organism poate fi deperminată prin metode de calorimetrie directă sau indirectă.

Parametrii care influenţează cantitatea de căldură schimbată de corp cu mediul înconjurător şi invers

1. Parametri ce ţin de corpul uman:

- Căldura produsă de corp;- Temperatura medie la suprafaţa pielii (tmp);- Temperatura medie a corpului (tmc);- Suprafa’a desfăşurată a corpului (Sc);- Coeficientul de emisivitate a pielii (εp );- Presiunea parţială a vaporilor la suprafaţa pielii (Pp);- Concentraţia vaporilor la suprafaţa pielii;

3. Parametri ce ţin de mediu

Parametrii aerului înconjurător:

- Temperatura aerului (ta sau te);- Viteza curenţilor de aer (va sau ve);- presiunea parţială a vaporilor (pe);

Parametrii suprafeţelor înconjurătoare:

- Coeficientul de emisivitate (εsl );- Temperatura medie radiantă (tmr) a corpurilor şi a suprafeţelor limitatoare ( tsl)

2. Parametrii ce ţin de îmbrăcăminte:- Temperatura de contact cu suprafaţa pielii (tk sau ti);- Coeficientul de conductivitate termică (λ );- Căldura specifică a materialelor ce intră în structura îmbrăcămintei (c);

Temperatura medie la suprafaţa pielii tmp se determină cu relaţia 5 sau 6.

tmp = 0,1tobraz + 0,2 tmână + 0,7 tspate (5)

tmp =0,07 tcap + 0,14 tbraţe + 0,05 tmâini + 0,07 tpicioare + 0,13 tgambe + 0,19 tcoapse + 0,35 ttrunchi (6)

Se constată din relaţiile 5 şi 6 că temperatura la suprafaţa pielii se calculează ca medie ponderată a valorilor temperaturii măsurate pe suprafaţa corpului în 3 sau respectiv 7 zone ale acestuia. Aceste valori sunt în raport cu ponderea zonei în totalul suprafeţei corpului.

Temperatura medie a corpului (tmc) (relaţia 7) se calculează ţinând cont de valoarea temperaturii centrale a corpului (tc ) precum şi de temperatura la suprafaţa pielii (tmp) preluată în zona subaxilară.

tmc = 0,34 tmp + 0,66 tc (7)

Suprafaţa desfăşurată a corpuluise Sc se poate calcula cu una din relaţiile 8 sau 9.

Sc = ks G2/3 (8)

Sc =0,007184 G0,425 I0,725 (9)

unde:G – masa corpului [Kg];I – înălţimea corpului [cm];ks – constantă de proporţionalitate ca carcaterizează purtătorul (pentru om ks =

0,123).

Coeficientul de emisivitate al pielii este εp = 0,95 .Presiunea parţială a vaporilor Pp este determinată de concentraţia vaporilor la

suprafaţa pielii.

2. Parametrii ce ţin de îmbrăcăminte

Temperatura de contact a primului strat de îmbrăcăminte cu suprafaţa pielii tk

sau ti se calculează cu relaţia 10.

tk = (bp tp + bltl) / (bp + bl ) (10)

tp , tl – temperatură pielii resapectiv a primului strat de îmbrăcăminte;bp, bl - coeficienţii de asimilare a căldurii de către piele.

1.1.1 Conducţia termică are loc prin contactul direct al corpului uman cu suprafeţe sau alte corpuri înconjurătoare. Dacă temperatura la suprafaţa corpului este mai mare decât temperatura mediuuil exterior, pentru densitatea de flux termic q ce trece prin conducţie printr-un strat de material textil se aplică relaţia 11, (figura 4).

Figura 4Transfer termic prin conducţie într un strat de material textil

q = λ (ti –te) /d = (ti-te)/Rt [Kcal/m2 h] (11)

unde:λ- conductivitatea termică a stratului de material;ti, te - temperatura la suprafaţa interioară/exterioară a stratului de material;d- grosimea stratului de material;Rt – rezistenţa termică.

Legea I a lui Fourier se aplică pentru situaţia în care densitatea fluxului este constantăpe întreg drumul parcurs (relaţia 12).

q= - λ dt/dx (12) Legea I a lui Fourier

dt – variaţia de temperatură pe drumul parcurs de fluxul termic q;dx – drumul parcurs de fluxul termic q.

Dacă se consideră un ansamblu vestimentar compus din n straturi de material şi se ţine cont de faptul că între acestea şi în interiorul lor există aer, atunci se poate aplica legea lui Fourier pentru fiecare strat în parte (relaţia 13) şi respectiv pentru întregul ansamblu vestimentar considerat unitar (relaţia 14).

qi = [λi/di ]Δti (13)

n

RE = dE/ λE = Σdi/λi (14) i=1

În relaţiile 13 şi 14 semnificaţia termenilor este:

qi - fluxul termic ce străbate stratul i;λi - conductivitatea termică a stratului i;Δti - diferenţa de temperatură;RE - rezistenţa echivalentăla conducţia termică a unui ansamblu vestimentar

compus din n straturi;dE - grosimea echivalentă a ansamblului vestimentar, în care s –a luat in

consideratie şi un strat echivalent de aer cu grosimea daer (relaţia 4.7).

Expresia cantităţii totale de căldură transmisă prin conducţie printr – un material textil este dată de relaţia 15.

Qc = q A t =( λ/d) (ti – te) A t (15 )[kcal]

unde:q – densitatea de flux termic [kcal/m2h] ;A – suprafaţa corpului acoperită cu material [m2] ;t – durata conducţiei [h] ;λ – coeficient de conductivitatea termică [kcal/m h oC]  sau [W/mK] ;d – grosimea stratului de material textil [m], care acoperă corpul pe suprafaţa A .ti - temperatura pe suprafaţa interioară a stratului de material [oC] ;te - temperatura pe suprafaţa exterioară a stratului de material [oC].Coeficientul de conductivitatea termică este un indicator direct a conducţiei

termice, cu valori mai mici de 0,25 [kcal/m h oC].Raportul d/ λ se numeşte rezistenţă termică Rt [m2h0C/kcal] sau [m2K/W]  şi

exprimă capacitatea materialelor textile de a se opune transferului termic.

1.1.2 Convecţia, care poate fi naturală sau forţată este determinată de variaţia densităţii aerului în funcţie de temperatură. Transferul termic prin convecţie apare la suprafaţa îmbrăcămintei.

Cantitatea totală de căldură transmisă prin convecţie se poate calcula cu relaţia 16.

Qc = αc (tpf – te) A t [kcal] (16 )

unde:αc – coeficient de transfer termic prin convecţie [kcal/ m2h] ;tpf – temperatura la suprafaţa îmbrăcămintei [oC] ;

te - temperatura aerului din mediu [oC] ;A – suprafaţa îmbrăcămintei care acoperă corpul [m2] ;t – durata convecţiei [h] .La suprafaţa îmbrăcămintei există un strat limitrof de aer, a cărei grosime este

determinată de: - starea suprafeţei exterioare a îmbrăcămintei;- regimul static sau dinamic al mediului înconjurător.Pentru medii în care aerul se deplasează cu viteza v, coeficientul de transfer

termic prin convecţie αc se calculează cu relaţia 17 .

αc = 11 v1/2 (17)

Dacă aerul din mediul înconjurător are o viteză de deplasare foarte mică, iar tpf – te ‹ 5 0C, atunci coeficientul de transfer termic prin convecţie αc, se calculeaza

cu relatia18.

αc =3 + 0,08 (tpf – te) (18)

Dacă aerul din mediul înconjurător are o viteză de deplasare foarte mică, iar tpf – te › 5 0C, atunci coeficientul de transfer termic prin convecţie αc, se calculeaza

cu relatia 19.

αc =3 (tpf – te)1/4 (19)

1.1.3 Radiaţia constă în transferul termic prin intermediul undelor electromagnetice.

Cantitatea de căldură transmisă prin radiaţie de la corp la mediu este exprimată cu relaţia 20.

Qr = αr (tpf – tsl)A φr t [kcal]  (20 )

unde :αr – coeficient de transfer de căldură radiantă [kcal/ m2h] ;tpf – temperatura absolută la suprafaţa corpului îmbrăcat [oC] ;tsl - temperatura absolută medie a suprafeţelor limitatoare [oC] ;A - suprafaţa corpului acoperită cu îmbrăcăminte [m2];φr - factor de corecţie a suprafeţei A;t - durata radiaţiei [h].

În cazul îmbrăcămintei uzuale, coeficientul de transfer de căldură radiantă αr, se calculează cu relaţia 21.

αr = 0,215 (Te/100)3 (21)

Coeficientul de transfer termic prin convecţie αc şi coeficientul de transfer de căldură radiantă αr, pot fi cumulaţi într- un coeficient α = αc ± αr.

Semnul ± din relatie apare deoarece radiaţia termică presupune fie pierdere de căldură fie absorbţie (–).

Cunoscând coeficientul α se poate determina rezistenţa termică superficială Rsup

(relaţia 22).

Rsup = 1/α [m2h0C/Kcal] (22)

Pentru evaluarea globală a izolaţiei termice în situaţia în care transferul termic se face prin conducţie, convecţie şi radiaţie, se determină o rezistenţă globală Rg (relaţia 23).

Rg = Rtr + RE + Rsup. [m2h0C/Kcal] [23]

unde:Rtr – rezistenţa termoreceptivă a stratului de aer subvestimentar;RE – rezistenţa echivalentă a straturilor de material şi a celui de aer;Rsup - rezistenţa termică superficială.

În cazul în care grosimea stratului de aer subvestimentar este foarte mică (îmbrăcăminte mulată pe corp), rezistenţa termoreceptivă a stratului de aer subvestimentar Rtr

se neglijează, iar suma RE + Rsup se numeşte rezistenţă sumată Rsum.(relaţia 24).

Rsum = RE + Rsup (24)

Inversul valorii rwzistentei termice sumate se numeste coeficient total de transfer termic K (relatia 25).K = 1/Rsum [Kcal / m2h0C] (25)

Cu cât valoarea rezistenţei Rsum este mai mare cu atâ izolaţia termică a îmbrăcămintei este mai bună.

1.1.4 Evaporarea constă într-un transfer termic prin intermediul umidităţii. Expresia cantităţii de căldură pierdută prin evaporare este dată de relaţia 26.

Qc = αc w A (pp – pe) t [kcal]  ( 26)unde :αc – coeficient de transfer de căldură de la corp spre mediu, prin evaporare [kcal/

m2h]  (pentru porţiunile de corp acoperite αc = 1,25 K, pentru porţiunile de corp neacoperite αc =10,45 +8,7 v).

v – viteza vântului;K - coeficient total de transfer termic;w - factor de corecţie a suprafeţei corpului acoperită cu îmbrăcăminte A; acest

factor de corecţie ţine cont de gradul de acoperire cu transpiraţie a suprafeţei corpului : w = 0,2 pentru piele normala si w = 1 pentru transpiratie intensa.

A - suprafaţa corpului acoperită cu îmbrăcăminte [m2];

pp – presiunea parţială a vaporilor la suprafaţa pielii;pe - presiunea parţială a vaporilor în mediul exterior;t - durata evaporării [h].Pentru evitarea răcirii excesive a corpului, în mediile cu reci, este necesară

susţinerea sistemului termoregulator al corpului prin intermediul izolaţiei termice a îmbrăcămintei. Aceasta se asigură în proporţie de:

- 50% datorită stratului de aer creat în interiorul îmbrăcămintei;- 30% datorită straturilor de aer dintre articolele vestimentare de pe corp;- 20% datorită conductivităţii termice a fibrelor textile componente Cel mai important izolator termic îl constituie aerul reţinut în porii materialului

textil.Structurile voluminoase (volum mare al porilor) prezintă o capacitate de izolaţie

termică ridicată şi se pretează în special în cazul îmbrăcămintei pentru iarnă.onjurător şi invers.

Indicatorii capacităţii de izolaţie termică se pot grupa ca în figura 5

Figura 5 Tipuri de indicatori ai capacităţii de izolaţie termică

Clasificarea din figura 4.4 este făcută în funcţie de modul în care aceşti indicatori aplicaţi: la nivelul stratului de îmbrăcăminte (indicatori unitari) s-au la nivelul întregului ansamblu vestimentar (indicatori globali).

2 Transfer de umiditate prin îmbrăcăminte

În vederea reglării termice corpul cedează căldura uscată şi în funcţie de gradul de solicitare fizică, mai multă sau mai puţină umiditate, care trebuie preluată şi transferată spre exterior prin îmbrăcăminte. Acest fenomen poate avea loc pe de o parte pe baza capacităţii de absorbţie a fibrelor, iar pe de altă parte datorită efectului capilar. Fibrele higroscopice, respectiv cele care au proprietatea de a reţine vaporii de apă, sunt preferate în cazul activităţilor ce implică solicitări fizice moderate, cu transpiraţie redusă. Capacitatea lor de absorbţie este suficientă pentru o prelua umiditatea sub formă de vapori ce apare în microclimatul subvestimentar. În cazul transpiraţiei abundente (efort fizic intens sau mediu cu temperaturi ridicate), majoritatea fibrelor nu evacuează suficient de rapid umiditatea de la nivelul pielii. Fibrele umezite pot împiedica transportul umidităţii sub formă de vapori iar umiditatea apărută determină apariţia unei senzaţii neplăcute de răceală la suprafaţa pielii. Din acest motiv, în cazul transpiraţiei abundente este important ca aceasta să fie

Indicatorii capacităţii de izolaţie termică

Indicatori unitari Indicatori globali

îndepărtată cât mai repede de la suprafaţa pielii şi condusă în exteriorul îmbrăcămintei, de unde să se poată evapora în mediu. Acest lucru este bine realizat prin efectul capilar al materialelor textile prin care este posibil un transport eficient al umidităţii.

În ceea ce priveşte îmbrăcămintea pentru sport se impun din ce în ce mai mult aşa-numitele structuri duble sau stratificate. În cazul acestora:

- la nivelul pielii se afla o structură fibroasă sintetică cu bune proprietăţi de transport a umidităţii prin capilaritate, ceea ce realizează o evacuare rapidă a umidităţii de la suprafaţa pielii;

- în exterior există o structură din fibre ce reţin umezeala (bumbac) şi care o evacuează în regim lent. Efectul este acelaşi cu cel al scutecelor cu "protecţie la umezeală".

Pentru îmbrăcămintea pentru sport s-au dovedit a fi eficiente şi amestecurile din fibre cu comportament diferit la umiditate.

2.1.Mecanisme de transfer a umidităţii prin îmbrăcăminte

Procesele de transfer de umiditate şi căldură sunt considerate procese complexe, care ţin cont atât de producerea şi cedarea căldurii şi umidităţii de către organismul uman şi transferul acestora în cadrul sistemului corp – îmbrăcăminte – mediu cât şi de ventilarea spre mediu şi dinspre mediu prin îmbrăcăminte.

Un factor de influenţă a fenomenelor de transfer de umiditate şi căldură îl constitue caracteristicile termofiziologice ale materialelor textile (permeabilitatea la picătura şi molecula de apă, conductivitatea termică, permeabilitatea la aer).

Pe baza interpretării fizice a acestor caracteristici, se pot modela unele procese de transfer de căldură şi umiditate din cadrul sistemului corp – îmbrăcăminte - mediu înconjurător, luând în consideraţie solicitările de natură fizică şi condiţiile climatice ce determină aceste procese.

Mecanismele de transfer a umidităţii de la corp spre mediul înconjurător prin îmbrăcăminte sunt ilustrate în figura 6 şi figura 7 [6].

Figura 6Mecanismele de transfer a umidităţii de la corp spre

mediul înconjurător prin îmbrăcăminte

Difuzia vaporilor de apă are loc prin porii materialului textil.Adsorbţia şi migraţia umidităţii pe suprafaţa fibrelor sunt procese dependente

de caracteristicile de suprafaţă ale acestora;Absorbţia şi desorbţia reprezintă mecanismul de transfer a transpiraţiei sub

formă de vapori şi/sau sub formă lichidă, în şi din interiorul fibrelor, secondat de multe ori de un proces de umflare a fibrei, dacă natura polimerului o permite;

Condensare - evaporare sau evaporare se desfăşoară prin spaţiile libere;Convecţie şi ventilare a aerului umed din microclimatul subvestimentar sunt

determinate de mişcările executate de purtător.În analiza proceselor de transfer a umidităţii prin materiale textile este necesar să

se facă distincţia între transportul umidităţii sub formă de vapori (molecula) şi cea în stare lichidă (picătura). Ca urmare a diferenţei dintre valorile presiunii parţiale în microclimatul subvestimentar şi mediul înconjurător şi de asemenea ca rezultat al sorbţiei-desorbţiei, vaporii pătrund prin difuzie în material.

Umiditatea se amestecă în porii materialului textil cu aerul, cu o intensitate ce este determinată în primul rând de permeabilitatea la aer a materialului.

Transferul de umiditate prin materiale textile creşte odată cu creşterea permeabilităţii la aer a acestora, datorită dependenţei acestor doi indicatori de unul şi acelaşi factor: structura materialului.

a.Difuzia vaporilor de apă

b.Adsorbţia şi migraţia umidităţii pe suprafaţa fibrelor

c.Condensare - evaporare sau evaporare

d.Convecţie şi ventilare

e. Absorbţia şi desorbţia în şi din interiorul fibrelor

Mecanismele de transfer a umidităţii de la corp spre mediul înconjurător prin îmbrăcăminte

Figura 7Transferul umidităţii de la corp spre mediul înconjurător prin îmbrăcăminte

Cunoaşterea mecanismelor de transfer hidric specifice diferitelor structuri de materiale textile destinate domeniului sport, prezintă o mare importanţă pentru corelarea corespunzătoare a caracteristicilor acestora cu specificul activităţii sportive.

2.1.1.Difuzia

Este unanim admis că proprietăţile igienice ale materialelor textile sunt în strânsă corelaţie cu caracteristicile structurale ale acestora. La rândul lor, aceste caracteristici au o influenţă apreciabilă asupra transferului de căldură şi de transpiraţie.

Termenul prin care se poate reda fenomenul general de transfer a transpiraţiei prin materiale textile este acela de permeaţie fenomen prin care o anumită specie moleculară poate trece printr-un mediu poros [4].

Permeaţia poate fi cauzată de: gradient de concentraţie, gradient de presiune, gradient de potenţial electric, gradient de temperatură.

În funcţie de mecanismele specifice care determină permeaţia, aceasta poate fi numită: difuzie, filtrare, osmoză, electrodializă, dializă, etc.

Fenomenul de difuzie este rezultatul mişcării dezordonate a moleculelor, fiecare moleculă comportându-se independent de celelalte în timpul ciocnirilor cu moleculele din amestec.

Pentru îmbrăcămintea realizată din structuri tricotate stratificate cu fire naturale şi sintetice se pot evidenţia mecanismele de transfer a transpiraţiei (figura 8).

Figura 8Mecanisme de transfer a transpiraţiei

Difuzia, ca mod principal de transfer a umidităţii apare în materialele în care dimensiunea caracteristică a porilor este mai mare de10-7.m.

Principalele tipuri de difuzie sunt cele specificate în figura 9

Figura 9Principalele tipuri de difuzie

Mecanisme de transfer a transpiraţiei

Transpiraţie în stare de vapori Transpiraţie în stare lichidă

Prin strat din fire sintetice

Prin strat din fire naturale

1. Difuzie moleculară de suprafaţă2. Difuzie moleculară Fick3. Difuzie convectivă liberă 4.Sorbţia (umflare) -desorbţia5. Convecţia şi ventilarea aerului din microclimatul subvestimentar6. Evaporare7. Termodifuzia

1.Conductivitate capilară

1. Difuzia lichidului2.Sorbţie (umflare) desorbţie3. Conductivitate capilară4.Evaporare

Prin strat din fire naturale

Prin strat din fire sintetice

Tipuri de difuzie

Difuzie moleculară Difuzie turbulentăDifuzie convectivă

1.Difuzia moleculară2. Difuzia convectivă3.Termodifuzia4. Difuzie sub gradient de presiune (barodifuzia).

Difuzia moleculară

Efectul cantitativ al transferului în urma difuziei poate fi notat prin ecuaţiile de tip Fick. Difuzia Fick are loc atunci când diametrul porilor este mare iar aerul este relativ dens, astfel încât numărul ciocnirilor unei molecule cu alte molecule este mult mai mare decât numărul ciocnirilor dintre aceasta şi peretele porului [4].

Clasificarea difuziei moleculare este prezentată în figura 10 [2].

Figura 10Criterii de clasificare a difuziei moleculare

Pentru că umiditatea sub formă de transpiraţie este în curgere, apare atât difuzia moleculară cât şi cea convectivă.

A1. Gradient de concentraţie Difuzie Fick

A. După diferenţa de potenţial care determină difuzia

B3. Medii poroase în care apare adsorbţia Difuzie de suprafaţă

B.După dimensiunea şi structura porilor

A3. Gradient de presiune Difuzie de presiune

(barodifuzia)

B2. Medii poroase la care dimensiunea porilor şi drumul liber mijlociu al moleculelor care difuzează sunt

apropiate sau când presiunea este foarte mică (gaze) şi drumul liber mijlociu al

moleculelor creşteDifuzie Knudsen

B1. Medii poroase cu diametru mare şi fluid relativ dens

Difuzia Fick

Criterii de clasificare a difuziei moleculare

A2. Gradient de temperatură

Difuzie termică (termodifuzia)

În forma cea mai generală, legea de conservare a umidităţii (transpiraţiei) se aplică sub forma unui bilanţ:

Flux de umiditate acumulat în elementul de volum prin mecanism molecular şi convectiv

=

Flux de umiditate intrat în elementul de volum prin cele două mecanisme

-

Flux de umiditate ieşit din elementul de volum prin cele două mecanisme

Fluxul de umiditate, care intră şi iese din elementul de volum prin difuzie moleculară se exprimă prin legea I a lui Fick care de fapt este o expresie cantitativă a difuziei moleculare.

Difuzia convectivă apare la fluidele în mişcare (gaze,lichide), care transportă speciile moleculare pe care le conţin şi contribuie împreună cu difuzia moleculară, la procesul de transfer de umiditate. Tipurile de difuzie convectivă sunt specificate în figura 11 [13].

Figura 11Clasificarea difuziei convective

Dacă convecţia fluidului are loc în regim turbulent, pe lângă difuzia moleculară şi cea convectivă care se desfăşoară simultan se manifestă şi un alt mecanism numit difuzie turbulentă.

Difuzia KnudsenAtunci când dimensiunile porilor şi drumul liber mijlociu al moleculelor care

difuzează sunt apropiate (ca ordin de mărime) sau când presiunea este foarte mică (în cazul gazelor) şi drumul liber mijlociu al moleculelor creşte, mecanismul difuziei este diferit de cel al difuziei Fick. În acest caz, moleculele se vor ciocni mai frecvent cu peretele porului decât între ele, astfel încât fluxul de difuzie nu va mai fi afectat de prezenţa altor specii moleculare, deoarece ciocnirile moleculelor între ele sunt neglijabile

Tipul difuziei convective

Difuzie convectivă forţată cauzata de

consum de energie din exterior

Difuzie convectivă liberă (naturală) cauzata de

diferenţa de densitate cauzată de o diferenţa de concentraţie sau de

temperatură

(dimensiunea caracteristică a spaţiilor aeriene din materialul capilar poros este mai mică decât 10-7.m).Acest mod de deplasare a umidităţii în stare de vapori mai poartă denumirea şi de efuzie [13].

Knudsen a arătat că acest mecanism al difuziei este preponderent pentru diametre ale porilor mai mici de 50 A0.

Difuzia de suprafaţăAcest tip de difuziune apare când pe suprafaţa internă a mediului poros se

adsoarbe o parte din difuzant. Dacă adsorbţia este de natură fizică, moleculele adsorbante au o anumită mobilitate şi dacă concentraţia substanţei adsorbite variază de la un punct la altul, se crează un gradient de concentraţie care va determina un fenomen identic în esenţă, cu difuzia obişnuită [14].

Termodifuzia În prezenţa condiţiilor neizotermice are loc o circulaţie a umidităţii sub influenţa

gradientului suplimentar de concentraţie, provocat de gradientul de temperatură, adică termodifuzia.

Difuzia lichidăNoţiunea de “difuzie” a lichidului introdusă de Lewi, admite că viteza de

circulaţie a umidităţii lichide este proporţională cu gradientul de concentraţie a umidităţii în interiorul materialului.

Pentru descrierea circulaţiei umidităţii lichide prin materiale noţiunea de “difuzie” a lichidului a fost acceptată de mai mulţi autori (Becker H.A., Pabis J, Van der Lijn, Wakabayashi H.L). Corelând concluziile referitoare la mecanismul difuziei în structura poroasă a materialelor textile, rezultă că difuzia Knudsen practic nu există la permeaţia fluidelor. Difuzia superficială nu se manifestă la permeaţia fluidelor, dar se poate manifesta la permeaţia vaporilor de apă adsorbiţi în material. Ecuaţiile diferenţiale ale difuziei nu se pot integra prin metode analitice decât pentru unele cazuri mai simple. Pentru situaţiile mai complicate, caracterizate prin condiţii de univocitate (geometrice, fizice, iniţiale şi de frontieră mai complexe, nu sunt posibile soluţii analitice şi în astfel de cazuri, de cele mai multe ori se apelează la similitudine.

Modelarea matematică a proceselor de difuzie implică şi integrarea setului de ecuaţii diferenţiale format din :

- ecuaţia diferenţială a difuziei;- ecuaţiile diferenţiale ale curgerii;- eventual ecuaţia diferenţială a transferului convectiv de căldură.

Integrarea acestor ecuaţii şi implicit soluţiile obţinute depind de cazul analizat, care se particularizează prin condiţiile de univocitate care sunt următoarele:

- condiţiile geometrice, care permit alegerea sistemului de referinţă (ortogonal, cilindric sau sferic) în funcţie de forma volumului de control şi traseul după care se realizează difuzia;

- condiţiile materiale (fizice), care determină valorile numerice ale tuturor mărimilor fizice care intră în setul de ecuaţii diferenţiale sau în condiţiile limită şi iniţiale;

- condiţiile iniţiale, care stabilesc situaţia în momentul iniţial, ca de exemplu, distribuţia concentraţiei la timpul t=0, sub forma unei funcţii CA = CA(x,y,z);

- condiţiile la limită (la frontieră), care stabilesc valorile parametrilor şi particularităţile procesului la limitele volumului de control considerat.

Atunci când corpul este acoperit doar cu un singur strat de material, se consideră caz particular si este reprezentat schematic in figura 12.

Figura 12Dfuzia vaporilor printr –un singur strat de material

pp – presiunea parţială a vaporilor de transpiraţie la suprafaţa pielii;p1 - presiunea parţială a vaporilor de transpiraţie la suprafaţa interioară a stratului

de material;p2 - presiunea parţială a vaporilor de transpiraţie la suprafaţa exterioară a stratului

de material;cp – concentraţia de echilibru a vaporilor la suprafaţa pielii;c1 - concentraţia de echilibru a vaporilor la suprafaţa interioară a stratului de

material;c2 - concentraţia de echilibru a vaporilor la suprafaţa exterioară stratului de

material;

În acest caz debitul difuzantului qv este dat de relaţia 13.

qv =[D s (p1 – p2 )]/l [cm3/s cm2] (13)

unde:qv – debitul difuzantului;D – constanta de difuzie;s - solubilitatea vaporilor in polimerul fibros [g vap./ g fibra]; l – drumul parcurs d difuzant [cm];

Dacă produsul D x s = µ, unde µ se numeşte coeficient de permeabilitate la vapori a materialului textil, iar drumul l parcurs de difuzant se aproximează cu grosimea d a materialului textil, atunci relaţia de calcul pentru debitul difuzantului este :

qv =µ[(p1 – p2 )]/d

Raportul d / µ = Rv [mm m2 h/g ] se dfineste ca rezistenta la trecerea vaporilor a unui start de material textil. Daca se considera o structura vestimentara constituita din n straturi de material textil atunci pentru determinatrea rezistentei la trecerea vaporilor se vor cumula rezistentele individuale ale celor n straturi: Rv tot = Σ Rvi.

Permeabilitatea la vapori

Pentru aprecierea transferului de vapori prin difuzie se foloseşte ca indicatori direcţi permeabilitatea la vapori Pv [g] şi coeficientul de permeabilitate la vapori μ [g/m²h]. Ca indicator indirect se calculează rezistenţa la trecerea vaporilor Rv [mm.m 2.h/g].

Determinările se efectuează conform STAS 9005-79..

Metoda utilizată pentru obţinerea datelor necesare determinării acestor indicatori, este metoda cu pahare Herfeld (figura 14).

Figura 14Pahar Herfeld cu material textil

Conform acestei metode, într-un pahar Herfeld (1) se pun 50 ml apă distilată, iar gura paharului se acoperă cu materialul textil de analizat (3) şi se fixeaza cu un inel 2. Se

cântăreşte ansamblul format din pahar, apă şi material textil, (masa M i) după care acest ansamblu se introduce într-un mediu cu umiditate relativă φ = 0% (exicator) păstrându-se un anumit interval de timp (t), după care se recântăreşte (masa M f). Trecerea vaporilor de apă se face, deci de la mediul cu umiditate relativă mare spre mediul cu umiditate relativă mică (din paharul Herfeld spre mediu).

Permeabilitatea Pv [ g/ m²h mbar] la vaporii de apă indică cantitatea de apă în grame, sub formă de vapori, care trece în intervalul de o oră, prin suprafaţa de 1 m² a materialului textil analizat, la un gradient de presiune parţială de 1 mbar, orientat în direcţia normală a suprafeţei mostrei textile.

Prin metoda cu pahare Herfeld diferenţa de masă (Mi - Mf ) se reprezintă permeabilitatea la vapori Pv [g]. Dacă această diferenţă de masă se raportează la masa iniţială Mi se obţine permeabilitatea la vapori exprimată în procente [%].

Relaţia 27 se aplică pentru calculul permeabilităţii la trcerea vaporilor Pv iar relaţiile. 28 şi 29 se utilizează pentru determinarea coeficientului de vaporizare μ respectiv a rezistenţei la trecerea vaporilor Rv.

Pv = Mi – Mf [g] (27)

μ = Pv/ S.t [g/m2h] (28)

Rv = d / μ [mm. h. m2/g] (29)unde:S [m2]- suprafaţa de vaporizare; t[h] - timpul de menţinere a paharului Herfeld, cu apă şi material textil în exicator.d [mm] – grosimea materialului textil. μ[g/m2h] - coeficient de vaporizare;Rv [mm. h. m2/g]- rezistenţa la trecerea vaporilor. Clasificarea factorilor de influenţă ai permeabilităţii la vapori este redată schematic

în figura 15.

Figura 15

Factori ce ţin de difuzant şi de stratul de material textil:

- Natura materiei prime;- Porozitatea materialului;- Tratamentele de finisare;

- Grosimea stratului de material;- Coeficientul de permeabilitate la vapori şi constanta de difuzie

Factori ce ţin de relaţia corp

îmbrăcăminte:

- direcţia de difuzie;- poziţia stratului de material faţă de corp

Factori ce ţin de mediu:

- Coeficientul de permeabilitate la

vapori;- gradientul de

presiune;- durata de timp în care

are loc difuzia.

Factorii de influenţă ai permeabilităţii la vapori

Factorii de influenţă ai permeabilităţii la vapori

2.1.2 Absorbţia şi desorbţia umidităţii în stare de vapori

Majoritatea materialelor textile sunt capabile să absoarbă sau să cedeze umiditate din/sau în atmosferă (sorbţie – desorbţie), în raport cu umiditatea din mediu. Această caracteristică se numeşte higroscopicitate şi este o consecinţă în primul rând a structurii chimice şi a morfologiei fibrei textile. De această însuşire depind funcţiile igienice şi de confort ale confecţiilor textile. Acestea impun un minim de absorbţie de 5-6% în condiţii de umiditate relativă φ = 65%, pentru a putea îndepărta normal transpiraţia organismului şi pentru a favoriza schimbul termic între corp şi mediu.

Pentru aprecierea absorbţiei de umiditate în stare de vapori se utilizează următorii indicatori specifici higroscopicităţii:

- mărimea relativă H(%);- mărimea absolută cum ar fi indicile de higroscopicitate iH [g/m²h].

Determinările se efectuează conform STAS 5901-77.Factorii de influenţă a higroscopicităţii sunt grupaţi ca în figura16.

Figura 16

Factorii de influenţă a higroscopicităţii

Factori interni

Factori externi

Tratamentele de finisare

Mărimea suprafeţei textile supusă determinării

Indicele de cristalinitate

Prezenţa grupelor polare din structura chimică a materiei

prime

Structura şi parametrii de

structură ai firului şi ai suprafeţei textile

Energia legăturilor intermoleculare

Viteza de deplasare a

aerului

Temperatura mediului

Umiditatea relativă a mediului

Durata de expunere

Factorii de influenţă a higroscopicităţii

Materialele higroscopice sunt preferate în cazul activităţilor ce implică solicitări fizice moderate, cu transpiraţie redusă (umiditate în stare de vapori). Capacitatea lor de absorbţie este suficientă pentru a prelua umiditatea sub formă de vapori, care apare în microclimatul subvestimentar. Fibrele naturale (bumbacul, lâna) fiind higroscopice, sunt caracterizate prin nivele ridicate de absorbţie a umidităţii iar umiditatea absorbită este legată puternic în fibră şi este eliminată doar lent către mediu. Aceasta conduce la o viteză de transfer a umidităţii scăzută pentru aceste materiale textile.

Pentru aprecierea absorbţiei umidităţii în stare de vapori, mostrele de material textil după ce au fost climatizate în mediu cu umiditate relativă φ = 65% timp de 24 de ore, la o temperatură de 20oC+/- 2oC se cântăresc (mo)şi se introduc într-un mediu cu umiditate relativă φ = 100% şi menţinute acelaşi interval de timp, după care se scot şi se recântăresc (mf). Mediile cu umiditate relativă controlată pot fi exicatoare cu soluţii de H2SO4 în diferite concentraţii. Se calculează în felul acesta capacitatea de reţinere a umidităţii în stare de vapori (sorbţie) de către mostrele de material textil, atunci când se trece de la un mediu cu umiditate relativă standard la un mediu cu umiditate relativă maximă. Se procedază în acest mod pentru materialele textile care pot fi destinate realizării de produse de îmbracăminte pentru activităţi ce presupun efort fizic intens. În aceste condiţii, în microclimatul subvestimentar umiditatea relativă ajunge la valoarea de 100% la începutul desfăşurării efortului fizic după care apare umiditatea în stare lichidă. Parcurgând aceste medii în sensul descreşterii umidităţii relative se poate determina capacitatea de cedare a umidităţii în stare de vapori (desorbţie). Prin reprezentarea grafică a valorilor experimentale se obţine o curbă de histerezis.

Higroscopicitatea H [%] se calculează cu relaţia 30:

H = [(mf – mo) / mo] 100 [%] (30)

Calculul indicelui de higroscopicitate se face în baza relaţiei 31:

iH= (mf - mo)/ S.t [g/m² h] (31)

unde:

mo [g] - masa probei după condiţionare în mediu cu umiditate relativă φ =65% timp de 24 de ore;

mf [g] - masa finală a probei după menţinerea sa în mediu cu umiditate φ =100%, timp de 24 de ore;

S [ m² ] - suprafaţa mostrei de material textil supusă analizei;t [h] - timpul de menţinere în condiţii de mediu umed.

2.1.3.Efectul “tampon” al îmbrăcămintei în condiţii nestaţionare

Îmbrăcămintea analizată în condiţii nestaţionare, este un mod mai realist de abordare, deoarece de obicei purtatorul se deplasează dintr-un mediu în altul sau are perioade scurte de activitate urmate de perioade de odihnă, caz în care căldura metabolică generată de corpul său variază.

Îmbrăcămintea normală nu este lipită de piele, existând spaţii de aer între diferitele straturi, iar simplul act al mişcării corpului schimbă mărimea şi distribuţia spaţiilor de aer din ansamblul de îmbrăcăminte. În condiţii tranzitorii, îmbrăcămintea higroscopică poate exercita un puternic efect “tampon” care să protejeze purtătorul de schimbările bruşte de temperatură (de exemplu atunci când purtătorul unei îmbrăcăminte din lână se deplasează dintr-o atmosferă cu umiditate joasă într-una cu umiditate ridicată sau în cazul transpiraţiei pronunţate).

Comportarea îmbrăcămintei higroscopice în condiţii nestaţionare sau intermediare este determinată de absorbţia şi desorbţia vaporilor de apă de către îmbrăcăminte. Materialele textile higroscopice dezvoltă o presiune de echilibru a vaporilor de apă care depinde de temperatura şi umiditatea remanentă; în condiţii stationare, se ajunge la un echilibru al umidităţii. Apa este absorbită de materialul din îmbrăcăminte iar căldura latentă eliberată prin absorbţia apei determină creşterea temperaturii în materialul textil.

Datorită căldurii latente ridicate de absorbţie a vaporilor de apă (aproximativ 600 calorii), efectul imediat al unei creşteri a presiunii vaporilor de apă este producerea unei creşteri apreciabile a temperaturii în materialul din îmbrăcăminte, creştere cuplată cu o creştere foarte mică a umidităţii sale remanente în condiţii adiabatice. Această creştere este urmată de o descreştere treptată a temperaturii îmbrăcămintei, cuplată de o creştere treptată a umidităţii sale remanente până ce se atinge un echilibru. Atfel, atunci când condiţiile se schimbă, în materialul higroscopic apare o creşterea a temperaturii la valoarea la care presiunea vaporilor de apă este în echilibru cu umiditatea remanentă. Căldura este apoi pierdută de material şi este în mare înlocuită de absorbţia ulterioară a vaporilor de apă astfel încât apare o descreştere usoară a temperaturii cuplată cu o creştere corespunzatoare a umidităţii remanente, până ce se atinge un stadiu final, în care temperatura şi presiunea vaporilor de apă corespund condiţiilor staţionare şi umiditatea remanentă a materialului atinge o valoare care este în echilibru cu aceste condiţii.

Schimbarea rapidă a temperaturii este însoţită de o mică schimbare a reprizei şi schimbarea lentă a reprizei este însoţită de o mică schimbare a temperaturii.

2.2 Transfer de umiditate datorat forţelor capilare

Transferul capilar al umidităţii are loc simultan cu “difuzia lichidului” determinată de concentraţie, care face posibilă o redistribuire a conţinutului de umiditate şi a efectelor capilare.

Materialele terxtile sunt caracterizate printr-un număr mare de pori şi capilare, având lungimi şi diametre diferite. Dacă s-ar cunoaşte geometria mediului poros s-ar putea determina, ca şi la capilarele cilindrice izolate, forţele motoare care determină transportul lichidului. Dar geometria mediului poros nu poate fi cunoscută cu exactitate, motiv pentru care comportarea tricoturilor stratificate, în ceea ce priveşte probabilităţile lor capilare, poate fi stabilită cu exactitate numai pe cale experimentală şi exprimată prin coeficientul de conductivitate capilară a lichidului.

Abordarea teoretică a curgerii umidităţii lichide printr-un material textil ca rezultat al capilarităţii, se poate realiza pe baza unor modele fizice mai simple [144,141,142]. Un astfel de model este cel propus de O. Kirscher [81]

Conform acestui model, materialul poros este reprezentat printr-un pachet de capilare cilindrice, legate una de alta, de raze diferite aşezate în ordinea crescătoare (figura 17)

Figura 17Modelul Kirscher

Dacă se consideră cunoscută legea de distribuţie a razelor capilare sub forma unei funcţii n = f® (n fiind numărul capilarelor şi se presupune că porii de legătură dintre capilare au rezistenţa neglijabilă, conţinutul de umiditate lichidă din materialul poros care poate fi exprimat prin umiditatea volumică a materialului (dată în m3 lichid/m3 material poros uscat), în fiecare punct z al sistemului se determină luând în consideraţie secţiunile pline cu apă, în raport cu umiditatea de suprafaţă (1m˛) a secţiunii transversale. Pentru o distribuţie a razelor capilare de tipul celei din figura 18 rezultă:

z

P Pb

P

Presiunea atmosferica

(32)

Expresia matematică a coeficientului de conductivitate capilară a umidităţii este dată de relaţia 33:

(33)

Din relaţia 33 se constată dependenţa coeficientului de conductivitate capilară de rezistenţa opusă curgerii. Deoarece această rezistenţă depinde de numărul şi felul porilor plini cu apă, rezultă variaţia coeficientului cu umiditatea şi cu temperatura lichidului care determină modificarea proprietăţilor fizice, l şi l .

În general transportul capilar a umidităţii este combinat cu transportul prin difuzie, fapt pentru care coeficientul însumează toate aceste fenomene şi se numeşte coeficient de conductivitate a umidităţii. El caracterizează posibilităţile de transport a umidităţii lichide prin interiorul materialului şi depinde de umiditatea şi de temperatura materialului. Deoarece structura materialului poros nu este cunoscută şi nici nu poate fi stabilită riguros, determinarea exactă a coeficientului de conductivitate a umidităţii se face experimental.

Comportarea materialelor textile la acţiunea transpiraţiei

Orice lucru mecanic muscular determină producere de căldură (numai 20% din energia cheltuită de muşchi este transformată în lucru mecanic, restul se pierde sub formă

n

r

dn

dr rmaxrmin

de căldură). Pentru ca temperatura corporală să nu crească excesiv, organismul utilizează un sistem de răcire cu apă - transpiraţia.

Răcirea corporală este provocată de evaporarea apei prin piele. Printr-un litru de apă evaporată, corpul pierde 580 Kcal–cifră care corespunde unei evaporări complete dar nu este cazul când transpiraţia “curge” (stare lichidă).

Transpiraţia apare în mod practic imediat ce începe efortul: nu se scurg decât aproximativ 2 secunde între începutul efortului şi apariţia transpiraţiei.

Când corpul transpiră în măsură foarte mică, există o transpiraţie nesesizabilă (perspiraţio insensibilis) în care pielea rămâne uscată; umiditatea relativă a aerului în interiorul îmbrăcămintei este determinată în principal de presiunea vaporilor de apă existenţi în aerul din mediul inconjurător şi de temperatura îmbrăcămintei în acel moment. În cazul în care îmbrăcămintea nu are o rezistenţă foarte mare la transferul vaporilor de apă, efectul transpiraţiei nsesizabile asupra umidităţii relative a îmbrăcămintei va fi foarte mic şi neglijabil. Valorile tipice ale umidităţii relative a aerului la suprafaţa pielii (considerată de 34 °C) pentru un corp îmbrăcat care transpiră nesesizabil, în medii cu temperaturi diferite şi umiditate relativă de 70%, sunt specificate în tabelul 1.

Tabelul 1.Temperatura atmosferica ( °C) 25 20 10 0-10

%] la suprafaţa pielii [Umiditatea relativă 41 33 20 12- 8

În condiţii stationare, aerul din ansamblul de îmbrăcăminte devine progresiv mai uscat, pe măsură ce temperatura exterioară descreşte; dinspre interiorul spre exteriorul îmbrăcămintei, temperatura va descreşte permanent proportional cu umiditea relativă, iar repriza de umiditate a îmbrăcămintei poate fi estimată pe baza curbei de desorbţie corespunzatoare. La îmbrăcămintea higroscopică din fibre naturale sau celuloză regenerată, în timp ce temperatura exterioară descreşte, repriza de umiditate a îmbrăcămintei va descreşte, rezultatul fiind creşterea rezistenţei termice a îmbracămintei. Această afirmaţie este adevarată doar pentru condiţii staţionare. Rezistenţa termică maximă a îmbrăcămintei higroscopice este obţinută atunci când îmbrăcămintea este foarte uscată. În cazul materialelor hidrofobe, adică al îmbrăcămintei din fibre artificiale cum ar fi nylonul, poliesterul şi fibrele acrilice, va apare o foarte mică schimbare a reprizei îmbrăcămintei în cadrul modificarii valorilor umidităţii relative, iar rezistenţa lor termică va rămâne în mare măsură aceeaşi.

Dacă stratul exterior al îmbrăcămintei are o foarte mare rezistenţă la transferul vaporilor de apă, transpiraţia nesesizabilă devine importantă şi presiunea vaporilor de apă din îmbrăcăminte va creşte până ce egalizează presiunea vaporilor de apă saturaţi la temperatura suprafeţei interne a îmbrăcămintei exterioare impermeabile, aceasta fiind mai mare decât atunci cand îmbrăcămintea exterioară ar fi permeabilă la vaporii de apă.

Transpiraţia sesizabilă se discutată în condiţii de purtare a îmbrăcămintei în mediu rece, când pielea este umedă şi există posibilitatea absorbţiei sau condensării apei

în îmbrăcăminte, existând posibilitatea creşterii permanente a reprizei din îmbrăcăminte chiar dacă lenjeria nu se umezeşte direct, datorită capilarităţii fibrelor. În timp ce acest lucru apare în anumite părţi ale corpului, fenomenul nu se întâmplă pe intreaga suprafaţă a acestuia datorită diferenţelor de distribuţie a glandelor sudoripare şi cantităţii de transpiraţie produsă în diferite părţi ale corpului. Există de asemenea problema cantităţii de transpiraţie ce poate fi tolerată de organism fară să lipsească starea de confort termofiziologic. Mecheels consideră că limita stării de confort apare când două treimi din suprafaţa corpului sunt umede de transpiraţie şi restul este uscat, ceea ce corespunde unei umidităţi relative medii a aerului în contact cu pielea de aproximativ 70%.

La îmbrăcămintea destinată condiţiilor de climă caldă, e preferabil să considerăm o umiditate relativă de aproximativ 100%. În condiţii staţionare, temperatura, presiunea vaporilor de apă şi prin urmare umiditatea relativă a aerului în contact cu îmbrăcămintea, la o distanţă dată faţă de suprafaţa corpului care transpiră, va depinde de condiţiile exterioare şi de rezistenţele îmbrăcămintei la transferul de caldură şi vapori de apă. La îmbrăcămintea higroscopică, de exemplu din lâna, bumbac, in sau celuloză regenerată, rezistenţa la transferul vaporilor de apă este relativ mică şi în condiţii staţionare, umiditatea relativă a aerului din îmbrăcăminte tinde să fie mai mare decât la suprafaţa pielii sau în atmosfera înconjurătoare.

Pentru situaţia în care transpiraţia este în stare lichidă se va folosi noţiunea de sudoare. Elementele principale care determină cantitatea de sudoare produsă într-un anumit timp sunt :

- temperatura mediului;- umiditatea mediului;- tipul efortului;- presiunea aerului;- gradul de hidratare al corpului.

În caz de efort intens temperatura corpului creşte puţin, în funcţie de intensitatea efortului. Atunci când transpiraţia este lichidă, pierderea de apă este mai importantă decât răcirea obţinută [94].

Thales din Milet, celebrul filozof şi matematician grec, spunea în secolul al- XVI-lea î.e.n.: “ Totul este apă “. Expresia este destul de adevărată, deoarece corpul uman este alcătuit din 51-71% apă (procentul este acelaşi ca la o smochină proaspătă) care nu este totuşi prezentă în formă liberă ( fiinţa umană nu este un burduf ). Singura mare masă lichidă din organism este sângele.

În cadrul complicatului proces de termoreglare al organismului uman, transportul caloric de la suprafaţa pielii umane este însoţit de apariţia transpiraţiei, (mai precis de vaporii de transpiraţie) care depinde de solicitarea fizică a organismului şi de condiţiile climatice, încât poate să devină un factor mai important chiar decât însuşi transportul umidităţii, în vederea asigurării echilibrului caloric al organismului.

Mecanismul pierderii de căldură prin vaporizarea transpiraţiei decurge în două moduri diferite:

a. Perspiraţio insensibilis, adică o difuzie insensibilă prin piele a vaporilor de apă (ce decurge spontan). Acest proces are loc la suprafaţa întregului corp şi este în mare măsură dependent de condiţiile de mediu. Apa aflată în stare lichidă conduce la nivelul subcutanat energia calorică a corpului aflată în exces, de unde prin intermediul porilor

este transformată în vapori şi difuzată apoi în mediul extern. Prin intermediul acestui mecanism, corpul uman pierde pe zi cca. 600-800g apă sub formă de transpiraţie.

b. Transpiraţie lichidă, prin intermediul activităţii glandelor sudoripare, concomitent cu vaporizarea care are loc la suprafaţa pielii. Pe lângă funcţia de eliminare a substanţelor toxice din organism, procesul de transpiraţie favorizează în primul rând transportul energiei calorice aflată în exces, către mediul înconjurător [10]. Acesta este întotdeauna şi un fenomen ce însoţeşte solicitările de natură fizică cu intensitate mai mare sau condiţiile climatice nefavorabile (temperatura şi umiditatea ridicată a aerului).

Dintre cele două mecanisme de producere a transpiraţiei menţionate, ultimul prezintă importanţă majoră în studiul interacţiunii om-îmbrăcăminte-mediu, deoarece din punct de vedere cantitativ îl depăşeşte cu mult pe primul [153], influenţând atât confortul termofiziologic [74] cât şi cel senzorial [23,16,17].

Ţinând cont de natura şi cauza apariţiei, transpiraţia poate fi de mai multe feluri (figura 19).

Figura 19 Tipuri de transpiraţie

Transpiraţia apoasă conţine 98% apă iar într-o proporţie de 2% substanţe chimice (sulfaţi, acid uric, amoniac, creatinină, etc.). De asemenea transpiraţia poate avea caracter acid (miros de iute) sau bazic (miros apăsător) în funcţie de valoarea pH –ului.

Câteva dintre aspectele ce vizează comportarea îmbrăcămintei la acţiune transpiraţiei sunt specificate în figura 20.

Figura 20Aspecte negative ce vizează comportarea materialelor textile la acţiune transpiraţiei

Transpiraţie apoasă

Transpiraţie hipotonă

Transpiraţie gustativă

Transpiraţie patologică

Transpiraţie rece sau psihică

Tipuri de transpiraţie

Aspecte negative ce vizează comportarea materialelor textile la acţiune transpiraţiei

Modificarea caracteristicilor

fizico - mecanice ale materialului textil

Apariţia de mirosuri neplăcute ca urmare a interacţionării dintre

componentele transpiraţie şi substanţe utilizate la finisarea materialelor

Decolorarea materialului

textil

În cazul proiectării ştiinţifice a produselor de îmbrăcăminte este important de stabilit procesele care au loc în organism în timpul depunerii unui efort, deoarece acestea dictează natura materiei prime, structura materialului textil, modelul şi croiala produsului.

Procesele de transport a căldurii şi umidităţii sunt considerate procese complexe, care ţin cont de [131]:

- producerea şi cedarea căldurii de către organismul uman şi transportul acesteia în cadrul sistemului interior al corpului-suprafaţa pielii-microclimatul subvestimentar [8];

- producerea umidităţii la suprafaţa pielii şi transportul acesteia în microclimatul subvestimentar;

- ventilarea.Un factor de decizie asupra acestor fenomene de transport de umiditate şi căldură

îl reprezintă proprietăţile fizice ale structurii superficiale a materialelor textile:- permeabilitatea la picătura şi molecula de apă;- conductibilitatea termică;- permeabilitatea la aer.

Pe baza interpretării fizice a acestor caracteristici, se pot modela unele procese de transport de căldură şi umiditate din cadrul sistemului om-îmbrăcăminte-mediu înconjurător şi anume luarea în consideraţie a solicitărilor de natură fizică şi a condiţiilor climatice ce determină aceste procese [53].

Desfăşurarea procesului şi mecanismelor de transfer a umidităţii, este în mare măsură influenţată de modificările de structură ale suprafeţei textile; de fapt în realitate există un singur fenomen de transport de căldură şi umiditate: convecţia termică şi difuzia vaporilor de apă. Originea cauzală a fenomenelor de transport se află în interiorul organismului uman: o izotermie a unui sistem funcţional ce produce energie, datorită proceselor metabolice ce au loc în organism [55]. O parte din energia produsă în interiorul corpului este folosită în funcţionarea diferitelor organe, iar cealaltă parte rămâne să fie transferată în exterior, din motive fiziologice. Acestui flux constant de energie calorică, care este influenţat de numeroşi factori, îi corespunde un proces complex care cuprinde în cadrul său şi procesele de transport a umidităţii.

2.3 Transfer simultan de căldură şi umiditate prin îmbrăcăminte în condiţii dinamice de purtare

Transferul de umiditate prin îmbrăcăminte are impact semnificativ asupra procesului de transfer termic şi implicit asupra confortului termofiziologic şi senzorial.

Căldura poate fi transmisă prin structura materialului prin radiaţie termică, convecţie sau conducţie. În majoritatea cazurilor, transferul de căldură are loc prin intermediul tuturor acestor modalităţi cu preponderenţă mai mică sau mai mare a uneia dintre ele. În funcţie de condiţiile de uscare, pentru calculul schimbului de căldură trebuie folosită teoria proceselor nestaţionare sau trebuie simplificată analiza pentru transferul de căldură stabilit.

Aspectele privind transferul de căldură se referă, în principiu, la transferul de căldură necomplicat prin transferul simultan de masă fără a fi încărcate cu o anumită

eroare, a cărei valoare în unele cazuri practice şi în special pentru procesele de intensitate mică, poate fi neglijată. Pentru înţelegerea confortului în condiţii dinamice de purtare, transferul cuplat de căldură şi umiditate prin materiale textile a fost recunoscut ca fiind foarte important .

Pentru descrierea matematică a complexului proces de transfer simultan de căldură şi umiditate, s-au făcut următoarele ipoteze (figura 21 ).

Figura 21Ipoteze privind descrierea matematică a procesului de transfer simultan de căldură şi

umiditate

Un model numeric privind transferul cuplat de căldură şi umiditate (elaborat în 1986 de Farnworth), în care se presupunea că masa umidităţii absorbite era proporţională cu umiditatea relativă, iar formele sub care poate exista apa erau în echilibru local. Prin urmare, modelul nu a luat în considerare complexitatea izotermiei de absorbţie a umidităţii şi nici cinetica absorbţiei în fibrele textile [15].

Analizând procesul de uscare a materialelor textile Lyons şi Vollers au stabilit că există trei faze ale acestui proces.

În prima fază, un material umed îşi reglează fluxul termic şi de umiditate în funcţie de parametrii mediului înconjurător.

A doua fază este de fapt o perioadă de ritm constant de uscare, dat fiind că se realizează echilibrul între coeficientul de transfer termic şi coeficientul de vaporizare. În interiorul materialului are loc un transfer de umiditate lichidă în scopul menţinerii unui nivel de saturaţie la suprafaţă.

A treia fază este un ritm scăzut de uscare în timpul căreia fluxul de umiditate la suprafaţă este suficient pentru a menţine saturaţia, iar zona de evaporare se afla în

Ipoteze privind descrierea matematică a procesului de

transfer simultan de căldură şi umiditate

1. Schimbările de volum ale fibrelor datorită

conţinutului de umiditate pot fi neglijate

4. În timpul procesului de transfer cuplat de căldură şi masă se realizează echilibrul termic

instantaneu între fibre şi aerul din spaţiul dintre acestea, deoarece majoritatea fibrelor textile au

diametrul foarte mic şi au raportul suprafaţă/ volum foarte mare.

2. Transferul de umiditate prin fibre poate fi ignorat deoarece coeficientul de difuzie a apei prin fibre este neglijabil în comparaţie cu valoarea coeficientului de difuzie prin

aer.

3. Sensul de orientare a fibrelor în material joacă un rol neînsemnat în transferul de vapori de apă deoarece diametrele fibrelor sunt mici şi vaporii de apă pot circula mult mai rapid în aer

decât prin fibre

interiorul materialului. Fibrele încep să desoarbă umiditatea până se atinge echilibrul între material şi mediu.

În timpul desfăşurării activităţilor care includ în echipamentele lor produse de îmbrăcăminte numai într-un strat, care va avea rol şi de sortiment, la suprafaţa exterioară a materialului are loc şi uscarea prin evaporare, deoarece apare în acest caz un transfer simultan de căldură şi masă, atât în interiorul materialului cât şi în stratul limită de la suprafaţa dintre faze. În general, desfăşurarea uscării este puternic influenţată atât de condiţiile exterioare ale mediului ambiant cât şi de structura tricotului şi de natura materiei prime din care a fost realizat.

În timpul contactului dintre materialul textil umed şi aerul încălzit din microclimatul subvestimentar, umiditatea care ajunge la suprafaţa exterioară a materialului se evaporă. Transferul de umiditate care are loc în timpul procesului de evaporare a acesteia, în direcţie perpendiculară pe direcţia fluxului de agent de uscare, influenţează starea stratului de lângă piele, ceea ce la rândul său determină modificări ale valorii coeficientului de transfer al căldurii. Umiditatea evaporată pătrunde în mediul ambiant în urma difuziei. În timpul evaporării, grosimea stratului hidrodinamic şi termic limită creşte iar gradienţii de viteză ai curgerii şi de temperatură a amestecului de vapori gaze la suprafaţa de separaţie dintre faze, descresc. În urma acestui fapt, odată cu creşterea curentului transversal al masei, coeficienţii de transfer de căldură scad.

Cercetările experimentale de evaporare a lichidului de pe o suprafaţă liberă, precum şi din corpuri capilar–poroase, au arătat că în comparaţie cu un transfer “pur” de căldură, coeficientul de transfer de căldură într-un astfel de proces creşte. Pentru explicarea acestui fapt, Lîcov a avansat ipoteza asupra “evaporării volumetrice”. Esenţa acestei ipoteze constă în faptul că în stratul limită subţire ajung picături fine de lichid, evaporându-se în volumul stratului limită şi intensificând în acest mod transferul de căldură. O altă cauză a intensificării procesului de transfer de căldură în timpul evaporării este destrămarea continuă a stratului limită de către curentul transversal de masă.

Factorii de influenţă ai coeficienţilor de transfer de căldură şi masă sunt specificaţi în figura 22.

Modelele teoretice actualmente accesibile, elaborate cu anumite premise simplificatoare, nu concordă întotdeauna cu datele experimentale. De aceea, relaţia dintre coeficienţii de transfer de căldură şi masă şi parametrii menţionaţi, se determină de obicei experimental.

Referitor la transferul simultan de căldură şi masă în procesul de evaporare, se întâlnesc o serie de ipoteze, care urmăresc să elucideze atât mecanismul acestui proces cât şi relaţiile cantitative corespunzătoare. În general, se poate constata că problema este complicată şi necesită o abordare complexă. Ea se complică şi mai mult în cazul evaporării lichidului de pe suprafaţa unui corp cu structură capilar – poroasă, când această suprafaţă de evaporare se găseşte în interiorul ansamblului vestimentar.

În legătură cu transferul simultan de căldură şi masă în procesul de evaporare, se întâlnesc o serie de ipoteze urmând să elucideze atât mecanismul acestui proces cât şi relaţiile cantitative corespunzătoare. În general, se poate constata că problema este complicată şi necesită o tratare complexă. Ea se complică şi mai mult în cazul evaporării lichidului de pe suprafaţa unui corp cu structură capilar – poroasă, când această suprafaţă de evaporare se găseşte în interiorul corpului, la o anumită distanţă de suprafaţa fizică a corpului.

Numeroase probleme ale circulaţiei de umiditate în procesele de uscare pot fi soluţionate pe baza analogiei între schimbul de căldură şi cel de masă. În unele cazuri concrete, procedeul acesta constituie unica metodă de calcul a transferului de umiditate, ţinând seama de lipsa de date cu privire la circulaţia umidităţii în comparaţie cu circulaţia căldurii [9]. Satisfacerea analogiei între transferul de căldură şi cel de umiditate permite calcularea transferului de umiditate pe baza datelor obţinute pentru transferul de căldură.

Figura 22Factorii de influenţă ai coeficienţilor de transfer de căldură şi masă

Conform cu teoria membranelor satisfacerea analogiei între schimbul de căldură şi cel de masă are loc atunci când indicele Lewis(Lc) care este raportul dintre conductivitatea termică şi coeficientul de difuzie /D,D , Lc = este egal cu unitatea. Condiţiile acestea au loc, cu aproximaţie, în timpul evaporării apei şi a majorităţii solvenţilor organici la temperaturi joase, adică atunci când indicele Lc este cuprins în limitele de la 0,8 la 3.

Analogia transferului de căldură şi de umiditate, folosită cel mai frecvent în practică este analogia lui Chilton şi Colburn. Premisa ei de bază este egalitatea între agenţii de transfer de căldură jH şi jM [10].

jH = jM (34)

Aceşti agenţi de transfer de căldură jH şi jM pot fi determinaţi prin aplicarea relaţiilor 35 şi 36.

jH=StPr2/3=NuPr2/3/RePrm (35)

Factorii de influenţă a coeficienţilor de transfer de căldură şi masă

Forma şi dimensiunile geometrice ale

suprafeţelor de evaporare

Caracterul circulaţiei amestecului de vapori–aer

PresiuneTemperatură

Proprietăţile fizice ale lichidului şi aerului

Concentraţia componenţilor în

amestecul de vapori–aer

Vibraţiile câmpului de circulaţie

Poziţia suprafeţelor de evaporare.

jM=St’Sc2/3=ShSc2/3/ReSc (36)

Analogia lui Chilton şi Colburn este satisfăcută cu suficientă precizie în numeroase procese de schimb de căldură şi de umiditate, de exemplu la evaporarea apei de pe o suprafaţă liberă, precum şi în straturi de materiale granulare. Alte analogii ale transferului de căldură şi de umiditate, care apar în literatură ca de exemplu analogia lui Reynolds, Prandtl, şi Martinelli, au un caracter exclusiv teoretic.

2.3.1 Transferul simultan de căldură şi umiditate în condiţii tranzitorii de purtare a îmbrăcămintei

Cazul cel mai realist de purtare a îmbrăcămintei este acela în care condiţiile de mediu şi cele de stare ale organismului sunt considerate condiţii tranzitorii. Aceasta înseamnă că datorită factorilor de mediu variabili sau datorită perioadelor de activitate urmate de perioade de repaus, căldura metabolică generată de corp va determina variaţii ale temperaturii pielii şi ale umidităţii la suprafaţa acesteia.

În condiţii nestaţionare îmbrăcămintea higroscopică poate influenţa schimbul de căldură şi umiditate datorită efectului „tampon”. Datorită acestui efect, atunci când materialul higroscopic vine în contact cu un mediu care conţine vapori de apă la o presiune mai mare , acesta absoarbe umiditatea iar căldura latentă eliberată va duce la creşterea temperaturii materialului şi aerului înconjurător, până când se realizează un echilibru. Datorită valorii mari a căldurii latente de absorbţie a vaporilor de apă (aproximativ 600 cal. în funcţie de repriza materialului sau de căldura sa specifică), efectul imediat al creşterii presiunii vaporilor de apă este o creştere apreciabilă a temperaturii, cuplată cu o uşoară creştere a umidităţii materialului, după care urmează o descreştere graduală a temperaturii îmbrăcămintei cuplată cu o creştere graduală a umidităţii.

În condiţii normale de purtare a îmbrăcămintei, efectul tampon se regăseşte numai în cazul materialelor higroscopice, din fibre naturale nu şi pentru materiale din fibre sintetice nehigroscopice. În cazul efectuării unui efort fizic intens presiunea vaporilor de apă prin îmbrăcăminte depăşeşte valoarea de saturaţie la temperatura respectivă, deci apare condensul iar căldura latentă eliberată va duce la creşterea temperaturii, având acelaşi efect tampon ca şi în cazul îmbrăcămintei higroscopice.

Orice variaţie în presiunea vaporilor de la nivelul pielii (datorată producerii de transpiraţie sau temperaturii exterioare), orice modificare a vaporilor rezistenţelor termice sau la trecerea vaporilor prin îmbrăcăminte (datorate creşterii umidităţii acesteia), alături de penetrarea vântului în spaţiile de aer, pot determina schimbarea ecuaţiei de bilanţ termic. Acest aspect demonstrează complexitatea fenomenului de transfer simultan de căldură şi umiditate în condiţii tranzitorii.

Viteza cu care are loc creşterea valorii umidităţii unui material poate fi aproximată, după Smith, prin diferenţa dintre masa vaporilor de apă care intră în îmbrăcăminte şi apoi se elimină în exterior.

Dacă îmbrăcămintea are mai multe straturi, atunci ecuaţia de bilanţ termic se aplică pentru fiecare strat.

3 TRANSFER DE AER PRIN ÎMBRĂCĂMINTE

Aerul poate fi transferat prin îmbrăcăminte de la mediu către corp şi de la corp către mediu, prin diverse căi, sub influenţa unor factori determinanţi (figura 23).

Permeabilitatea la aer este proprietatea materialelor textile, a produselor de îmbrăcăminte şi respectiv a structurilor vestimentare de a permite trecerea aerului prin ele, atunci când există o diferenţă de presiune.

Spaţiul de aer cuprins între suprafaţa pielii şi îmbrăcăminte se numeşte microclimat subvestimentar.

Figura 23Factorii determinanţi ai transferului de aer prin îmbrăcăminte

În timpul mişcării corpului datorate desfăşurării diferitelor activităţi, are loc un transfer de aer dinspre corp către mediu şi invers printre şi prin straturile de materiale textile ce intră în componenţa îmbrăcămintei. Fenomenul este întâlnit sub denumirea de „efect de pompă”.

Factorii care influenţează intensitatea acestui fenomen sunt prezentaţi schematic în figura 24.

Factorii determinanţi ai transferului de aer prin îmbrăcăminte

Viteza de deplasare a vântului

Mişcarea corpului care determină „efectul de pompă” sau “ventilaţia ”, în funcţie de:

permeabilitatea la aer a materialelor textile;mărimea şi poziţia deschiderilor în îmbrăcăminte ;modelul şi silueta produsului ;rigiditatea materialelor textile :

Diferenţe de densitate a aerului din îmbrăcăminte şi respectiv în microclimatul subvestimentar

Figura 24Factorii care influenţează intensitatea transferului de aer în timpul mişcării corpului

Dacă permeabilitatea la aer a materialelor ce compun îmbrăcămintea este redusă, atunci în timpul mişcării corpului aerul existent între straturi va fi „ventilat” printre ele. Odată cu transferul de aer are loc şi un transfer de căldură şi umiditate.

Influenţa vântului asupra transferului de aer prin îmbrăcăminte este cu atât mai accentuată cu cât materialele din straturile componente sunt mai permeabile de aer.

Permeabilitatea la aer a unei structuri vestimentare se calculează aplicând relaţia lui Klayton (relaţia 37).

Pa = 1/ Σ(1/Pai) (37)

unde:Pa – permeabilitatea la aer a structurii vestimentare [m3/min.m2];Pai - permeabilitatea la aer a fiecărui strat component a structurii vestimentare

[m3/min.m2].

Rezistenţa la trecerea aerului opusă de un material textil se notează cu Rpa[mm.m2

h/kg] şi se calculează cu relaţia 38.

Rpa = δ/i [mm.m2 h/kg] (38)

unde:δ = grosimea materialului textil;i = coeficientul de permeabilitate la aer a materialului textil .

Valoarea coeficientului de permeabilitate la aer a materialului textil poate fi determinat cu relaţia 39.

i = γ(t) Pa 60 [kg/m2 h] (39)

Factorii care influenţează intensitatea transferului de aer

în timpul mişcării corpului

Permeabilitatea la aer a materialelor textile

Rigiditatea materialelor textile

Modelul şi silueta produselor de îmbrăcăminte

Poziţia şi mărimea deschiderilor din îmbrăcăminte ( gulere, manşete,

fermoare, etc.).

Numărul de straturi din îmbrăcăminte

unde:γ(t) – masa specifică a aerrului la temperatura t ;Pa – permeabilitatea la aer a materialului textil.Valoarea permeabilităţii la aer a materialului textil Pa(∆p) la o diferenţă de

presiune ∆p [mm col. apa] creată între cele două feţe ale materialului se calculează cu relaţia 40.

Pa(∆p)= V/A.t (40)

Unde :V – volumul de aer [m3] care trece prin suprafaţa A [m2] a materialului textil ;t - timpul de trecere a aerului prin materialul textil [min].

Permeabilitatea la aer a materialelor textile este influenţată de o serie de factori, dintre care cei mai importanţi sunt specificaţi în figura 25.

Figura 25Factori de influenţă ai permeabilităţii la aer a materialelor textile

Odată cu creşterea umidităţii materialelor textile are loc o reducere a permeabilităţii acestora. Influenţa grosimii asupra permeabilităţii materialelor textile se analizează întotdeauna în concordanţă cu porozitatea acestora.

Materialele textile, modelul şi silueta produselor trebuie să asigure o bună ventilare, prin care pielea respiră iar excesul de umiditate provenit din transpiraţie este evacuat către mediu.

Factori de influenţă ai permeabilităţii la aer a

materialelor textile

Umiditatea materialelor

Grosimea materialelor

Porozitatea

Bibliografie

[1] Eberle, Hannelore; Hermeling, Hermann. – Fachwissen Bekleidung Verlag EUROPA - Lehramittel. Nourney, Vollmer GMBH&Co. Europa nr: 62013, ISBN 3-8085-6203-x[2] D. Farima, Contribuţii privind studiul funcţiilor produselor vestimentare din tricot, în conexiune cu parametrii de structură şi condiţiile de stare ale organismului, Teză de doctorat, Iaşi, 1998[3] D. Farima, Echipamentul personal de protecţie- oportunitate pentru textilele tehnice, Revista Română de Textile – Pielărie, Nr.4/2005[4] F. Vitan, N. Badea, Fenomene de transfer prin medii poroase, Ed. Principes, 1993[5] *** The Science of clothing Comfort, Textile Progress, Vol.31., No. ½[6] A. Cutreza, Confortul la purtarea îmbrăcămintei, Ed. Junimea, 1998[7] Ciurea S., Dragulanescu N., Managementul calităţii totale, Ed. Economică 1995[8] *** Melliand Textilberichte, 11/1987[9] Yagawa M, Numerical analysis of Heat and Flow, The Japan Machinery society edition, Corona, Tokyo,1986[10] Strumitto C., Bazele teoriei şi tehnicii uscării, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1984