¿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 kits de supervivencia que parecen ser nada más que plástico delgado y brillante. Pero realmente marcan la diferencia en la cantidad de calor perdido por un cuerpo cálido (37 °C) en una noche fría (cielo sin nubes - asumiendo 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 (simplemente eligiendo un número), la pérdida de calor viene dada por

O 25 W para el humano que acabo de mencionar. Esa es una cantidad de calor no insignificante... especialmente cuando consideras 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 perderás al respirar ( calentar aire frío y llenarlo con vapor).

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

250 ml por segundo, capacidad calorífica 1020 J/kg/C,$\Delta T = 37 C$, obtienes alrededor de 12 J

Evaporando agua:

Presión de vapor saturado del 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 toma otros 25 W.

Sorprendentemente, estos tres mecanismos dan como resultado cantidades similares de pérdida de calor, y protegerse de las pérdidas de calor por radiación es realmente importante. Debido a esto, una buena manta (que reflejará parte de ese calor hacia usted) de hecho "mantiene 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 reducirá la tasa de evaporación, ayudándote a mantenerte caliente. Detener la circulación del aire también evita que se lleve el "calor", pero la cantidad de calor transportado por el aire húmedo es significativamente mayor que el "solo aire", como lo demuestra el ejemplo anterior.

Hay más en esta pregunta de lo que se ve a simple vista...

Aquí se dan las conductividades térmicas de una gama de materiales . No puedo encontrar cifras para la conductividad térmica de lana sólida o algodón (es decir, un bloque sólido sin huecos de aire), pero las conductividades térmicas de los materiales orgánicos parecen estar alrededor$0.25$Wm$^{-1}$k$^{-1}$. Por el contrario, la conductividad térmica del aire es$0.024$Wm$^{-1}$k$^{-1}$, por lo tanto, dada una temperatura corporal y una temperatura externa constantes, perdería diez veces menos calor cuando estuviera aislado por aire que cuando estuviera aislado por la mayoría de los materiales sólidos.

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

Idealmente, lo que desea es algo que pueda retener el aire a su alrededor para que el aire no se mueva y se lleve el calor. Y quieres que este material sea lo más aislante posible. El mejor material que conozco es el aerogel de sílice , que es un aislante tan bueno que se usó en el transbordador espacial como escudo térmico para el reingreso. 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 impar de su volumen es aire. Por lo tanto, 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 por 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 de lo que sería el aerogel.

Normalmente, el calor de su cuerpo se disiparía en el aire, por lo que cuando hace frío, la parte exterior de su cuerpo se enfría, porque está perdiendo el calor de su cuerpo en el aire que está cerca de usted. Entonces, cuando te cubres con una manta, evitas que el calor de tu cuerpo se escape, y cuando queda atrapado, y tu cuerpo continúa produciendo calor, te sientes más y más caliente debajo de la manta. En general, la manta evita la convección de 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.

Este es un gran tema en nuestra casa en este 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 (aire en movimiento)

2) Conducción (tocar)

3) Radiación

Una súper manta ideal abordará los tres:

1) Detener el movimiento del aire. Puede hacer esto encerrándote (como una bolsa de plástico), pero más prácticamente, puede ser borroso. La borrosidad crea muchas bolsas de aire pequeñas y difíciles de mover.

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

3) Reduzca la radiación: si puede "brillar" el calor hacia usted, como esas mantas de emergencia de mylar, entonces el calor que está irradiando puede regresar a usted.