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Richiami di termologia

La temperatura È opportuno in questa sede chiarire in via preliminare sia le differenze che le interconnessioni tra

temperatura e calore di un corpo.

Noi distinguiamo al tatto un corpo caldo da uno freddo in base a una sensazione specifica soggettiva.

Siamo così portati a distribuire i corpi con i quali veniamo a contatto su una scala lungo la quale varia

una certa grandezza, crescente dal freddo verso il caldo, che chiamiamo temperatura.

Per esprimere i valori della temperatura si utilizzano delle scale termometriche, la più nota delle quali è

la scala centigrada (o Celsius). In questa scala i valori zero e cento sono attribuiti arbitrariamente alle

temperature a cui avvengono due fenomeni fisici ben noti: la fusione del ghiaccio e l’ebollizione

dell'acqua1. Il grado centigrado (°C) si definisce quindi come la centesima parte della differenza di

temperatura esistente tra i due fenomeni suddetti.

Altra scala termometrica ancora in uso negli U.S.A. è la scala Fahrenheit; in questa scala il ghiaccio

fonde a 32 °F e l’acqua bolle a 212 °F; come si vede nella scala Celsius vi sono 100 gradi tra i punti di

congelamento e di ebollizione dell’acqua, mentre nella scala Fahrenheit tra gli stessi punti ve ne sono

180. Ciascun grado Celsius è quindi circa due volte più grande di quello Fahrenheit (più precisamente 5

gradi Celsius corrispondono a 9 gradi Fahrenheit).

Esistono anche delle relazioni per trasformare la temperatura espressa in °C (tC) in °F (tF) e viceversa:

tF = 9/5 tC + 32

tC = 5/9 (tF – 32) Nel Sistema Internazionale di Misura (SI) che norma le unità di misura ufficialmente adottate per

esprimere le varie grandezze fisiche il grado Celsius non compare: è sostituito dal grado Kelvin

(simbolo: K)2, in cui lo zero è posto a -273,15 °C della scala Celsius e corrisponde allo zero assoluto,

la più bassa temperatura possibile. La relazione fra unità Kelvin e gradi Celsius è la seguente:

TK = tC + 273,15 tranquillamente arrotondabile a:

TK = tC + 273

1 Tali fenomeni possono in realtà avvenire a temperature diverse variando la pressione di esercizio. 2 Notate come il simbolo sia K e non °K.

Figura 1 - Confronto tra scale Kelvin, Celsius e Fahrenheit.

Il calore Tutti sanno:

che una fiamma o un fornello elettrico posti sotto una pentola d'acqua fredda la riscaldano, cioè

ne fanno salire la temperatura progressivamente;

che occorre un certo tempo perché l'acqua raggiunga l'ebollizione;

che a parità di altre condizioni questo tempo è tanto maggiore quanto maggiore è la quantità

d'acqua nella pentola.

Così tutti sanno che un ferro caldo, gettato nell'acqua fredda, si raffredda mentre l’acqua si riscalda e

tale riscaldamento è tanto di più elevato quanto maggiore è la massa e la temperatura iniziale del ferro.

Le esperienze in proposito si possono eseguire in termini quantitativi, anziché solo qualitativi, e si

possono moltiplicare e variare. I risultati si interpretano, se si ammette:

1. Affinché un corpo di massa m vari la propria temperatura da t1 a t2 è necessario che esso

acquisti o ceda una certa quantità di calore Q, a seconda che t2>t1 oppure che t2<t1.

Q è dato dalla relazione:

Q = m ·cs ·(t2-t1) Nella formula cs è una costante caratteristica del materiale di cui è costituito il corpo e

rappresenta la quantità di calore che si deve fornire a un chilogrammo di una data sostanza per

aumentarne la temperatura di un grado ed è detta capacità termica specifica e o semplicemente

2

3

calore specifico. Il calore specifico tuttavia non è rigorosamente una costante in quanto cresce

generalmente all'aumentare della temperatura ma se l'intervallo di temperatura è limitato e

corretto ritenerlo invariante.

Il prodotto forma m ·cs si indica con C che rappresenta la capacità termica del corpo in esame;

si può allora scrivere:

Q = C ·(t2-t1) 2. La quantità di calore acquistata da un corpo e uguale alla somma delle quantità cedute

complessivamente dagli altri corpi che prendono parte al processo di scambi.

Si tratta ora, come per la temperatura, di fissare una unità di misura del calore: storicamente si è

raggiunto lo scopo attribuendo valore unitario alla quantità di calore necessario per aumentare di un

grado Celsius3 un grammo di acqua. Questa unità fu chiamata caloria (abbreviato cal), detta anche

piccola caloria.

Dato che il calore è una forma di energia (si parla non a caso del calore come energia termica)

modernamente nel sistema SI l’unità di misura ufficialmente adottata per il calore è il joule (utilizzato

per le varie forme di energia oltre che per il lavoro). È opportuno rammentare che:

1 cal = 4,184 J La caloria è in ogni caso una unità di misura troppo piccola per esprimere i normali scambi termici: per

questo nell’uso è stata in genere sostituita dalla chilocaloria (abbreviato kcal, a volte anche Cal) o

grande caloria.

Si ricordi che:

1kcal = 1000 cal Ovviamente si ha anche:

1kcal = 4,184 kJ= 4184 J Nel proseguo del nostro lavoro, quando non diversamente specificato, per gli scambi termici ci

riferiremo sempre alla chilocaloria o al joule.

3 Più precisamente da 14,5 a 15,5 °C.

Propagazione del calore Come è noto il calore passa spontaneamente dai corpi a temperature più elevata a quelli a temperatura

minore. Perciò le parti di un corpo a temperatura diversa, oppure corpi a differenti temperature, posti in

contatto diretto od indiretto tra loro, dopo un certo tempo si portano tutti alla stessa temperatura,

raggiungendo l'equilibrio termico.

Ciò detto verrebbe da pensare al calore come una specie di sostanza (poniamo un fluido) imponderabile

ma indistruttibile che scambiato tra i corpi e accumulandosi o diminuendo in essi determina gli aumenti

e le diminuzioni di temperatura. Questa immagine del calore è SBAGLIATA: più correttamente il

calore deve essere visto come un meccanismo per scambiare energia tra i corpi e non qualcosa di

materiale.

Si considereranno di seguito tre diversi modi di propagazione di calore, la conduzione, la convenzione

e l'irraggiamento, che noi per comodità prenderemo in esame separatamente anche se essi nella pratica

spesso avvengono contemporaneamente.

La trasmissione del calore per conduzione

La conduzione è caratteristica dei corpi solidi per quanto in particolari condizioni si verifica anche nei

liquidi e nei gas, come vedremo tra poco.

Se poniamo una bacchetta metallica su una fiamma tenendola per un estremo, sappiamo che dopo un

certo tempo ci scottiamo le dita. Sappiamo pure che, a parità di altre condizioni, l'effetto è più rapido e

più intenso se usiamo una bacchetta di rame, piuttosto che una bacchetta di ferro: con una bacchetta di

vetro, poi, l'effetto si sente soltanto impugnandola molto vicino alla fiamma.

Da ciò siamo indotti a pensare che il calore si propaga, lungo

una barra, con facilità diversa a seconda della natura di questa. Figura 2 - Passaggio del calore attraverso una parete piana, in regime stazionario.

Per potere avere una descrizione quantitativa del fenomeno

conviene riferirsi a una parete metallica che da un lato viene

riscaldata dai fumi di una caldaia (1) e dall’altra viene

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raffreddata da un fluido (2), ad esempio, acqua. Se le temperature delle due facce e dei punti interni

della parete non variano nel tempo, la quantità di calore posseduto dalla parete resta costante. Questo

significa che tanto calore entra, in un secondo, attraverso la faccia di sinistra, tanto ne esce

contemporaneamente dall’altra. Si dice allora che il flusso di calore attraverso la parete è a regime

stazionario, o più semplicemente, che la parete è a regime. Quando il flusso di calore è a regime le

leggi della trasmissione sono allora abbastanza semplici . Limiteremo lo studio a questo caso.

Se la parete ha facce piane e parallele, sufficientemente estese, rispetto al suo spessore ed è costituita

da un materiale omogeneo, l'esperienza dimostra che la quantità di calore trasmessa è:

1. direttamente proporzionale al tempo H, normalmente espresso in ore

2. direttamente proporzionale all'estensione superficiale della parete A, espresso in m2

3. direttamente proporzionale alla differenza di temperatura tra le due facce opposte, espresso in

°C

4. inversamente proporzionale allo spessore della parete d, espresso in metri m

5. dipendente da un coefficiente di proporzionalità λ legato alla natura del materiale di cui è

costituita la parete (coefficiente di conducibilità interna)

Indichiamo con Q la quantità di calore che nel tempo H attraversa la parete di spessore d e di area A,

con t1 e t2 le temperature delle due facce (t1>t2), possiamo allora scrivere:

Questa legge, dovuta al Fourier, può applicarsi, con approssimazione sufficiente nella pratica, anche a

pareti non piane quando lo spessore sia piccolo in confronto al raggio di curvatura. Se applichiamo la

formula precedente a una porzione di parete di spessore e dimensioni unitarie (d=1m, A=1m2) per un

intervallo di tempo di 1 ora e una differenza di temperatura di 1 °C tra le due facce opposte otterremo:

Il coefficiente di conducibilità interna λ indica in pratica la capacità di un dato materiale di condurre

calore e rappresenta il numero di kcal che in 1 ora attraversano una parete di questo materiale, avente

un’estensione di 1 m2 e lo spessore di 1 m, per una differenza di temperatura di 1 °C tra le facce

opposte.

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Tabella 1 –Valori dei coefficienti di conducibilità interna di vari materiali.

COEFFICIENTI DI CONDUCIBILITÀ INTERNA

SOSTANZA (kcal/m·h·°C) W/m·K

Argento 360 418

Rame 334 388

Alluminio 175 203

Acciaio 37 43

Mattoni 0, 7 0,81

Vetro 0,65 0,76

Legno di abete 0, 12 0,14

Sughero 0,05 0,006

Seta 0,038 0,044

Lana 0,034 0,039

Se λ ha un valore elevato il corpo è un buon conduttore di calore, se ha un valore basso e un cattivo

conduttore, le sostanze con bassissimo λ sono isolanti termici e possono essere impiegati per ricoprire

altri corpi allo scopo di ostacolarne il raffreddamento o il riscaldamento. È evidente che volendo

rallentare al massimo il flusso di calore è conveniente usare elevati spessori di isolante. I valori della

colonna di destra della tabella sono espressi nelle unità di misura SI. A questo proposito si ricorda che

il watt (simbolo W) in questo caso rappresenta l’unità di misura della potenza termica, cioè del calore

scambiato (o prodotto) nell’unità di tempo (vale a dire in un secondo). Si ricordi che: 1W = 0,86 kcal/h

e che 1kcal = 1,163 W.

La trasmissione del calore per convezione

La convenzione consiste in un movimento interno delle particelle del corpo le quali trasportando con

sé il calore che possiedono lo trasmettono per contatto alle particelle più fredde che incontrano nel loro

movimento. Così, ad esempio, in una pentola esposta al fuoco, l'acqua a contatto col fondo della

pentola si riscalda e dilatandosi, per il principio di Archimede, sale trasportando il calore nei punti più

lontani. Nello stesso tempo, l’acqua che si trova in superficie, più fredda e più densa, scende e va a

riscaldarsi a contatto del fondo del recipiente.

In tal modo il colore si propaga rapidamente a tutta la massa del fluido: i termometri posti in A e in B

indicano praticamente la stessa temperatura.

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Figura 3 – Apparecchio per lo studio della convezione nei fluidi. I moti fluidi che così si destano si dicono moti convettivi. A

differenza della propagazione per conduzione, la

convenzione è quindi subordinata in via essenziale a uno

spostamento di materia. La conduzione può quindi

verificarsi soltanto nei fluidi (gas e liquidi) e in particolari

condizioni meccaniche: cioè quando le variazioni di densità

prodotte dal surriscaldamento turbino la situazione di quiete della massa fluida, o anche quando il moto

del fluido sia mantenuto da una azione indipendentemente dal riscaldamento (circolazione forzata

prodotta per mezzo di pompe nel caso di liquidi, ventilatori nel caso dei gas ). Figura 4 – Visualizzazione dei moti convettivi in un fluido.

Soltanto se ci si mette in condizioni di evitare i moti convettivi (e grossolanamente quando si riscalda

in B, ad esempio mediante una resistenza elettrica R) si può scoprire l'esistenza di un effetto di

conduzione, analogo a quello che si verifica nei solidi. In questo caso il termometro inferiore segna

solo un piccolissimo aumento di temperatura anche se in B l'acqua giunge all'ebollizione.

Il valore del coefficiente di conducibilità interna λ varia da fluido a fluido, mantenendosi però

nettamente al di sotto dei valori caratteristici dei solidi; l'aria secca e immobile ha ad esempio una λ

pari a solo 0,021 kcal/m·h·°C. Una pratica applicazione di quanto detto si ha nelle finestre a doppio

vetro (vetrocamera).

L'utilizzo di una sola lastra di vetro con spessore pari ai due vetri è equivalente ai fini dell'isolamento

termico?

No, perché il vero isolante in questo caso è l'aria in quiete racchiusa tra le due lastre che presenta un

coefficiente di conducibilità interna all’incirca 30 volte più piccolo di quello del vetro.

Condizione necessaria perché tutto ciò sia valido è che

nello strato d'aria non ci siano movimenti convettivi, e ciò

è assicurato solamente per piccoli spessori di fluido.

Figura 5 – Struttura del vetrocamera.

La trasmissione del calore per irraggiamento

Un corpo riscaldato a temperatura sufficientemente elevata emette luce, dapprima di color rosso cupo,

poi sempre più chiara e intensa quanto più la temperatura è elevata.

Questa emissione di luce fa perdere calore al corpo che in tal modo si raffredda. Quando il corpo a una

temperatura di poco superiore a quella ambiente questo meccanismo di cessione di calore permane,

anche se non in modo visibile, in quanto le radiazioni emesse in queste condizioni sono gli infrarossi,

che l'occhio umano non percepisce. Essi si propagano in linea retta, analogamente alla luce, e alla

stessa velocità (circa 300000 km/s); sono assorbiti da ogni schermo opaco su cui incidono, tuttavia le

superfici lucide e levigate hanno un basso assorbimento.

L'emissione di radiazioni infrarosse da parte dei corpi caldi è sfruttata ad esempio nei sistemi di guida

dei missili terra-aria o aria-aria: un sensore permette al missile di percepire i raggi calorici, cioè gli

infrarossi, prodotti dai motori di un aereo e lo guida inesorabilmente verso il bersaglio. Per nostra

fortuna esiste anche un uso pacifico degli infrarossi. Vi siete mai chiesti perché il thermos che usate per

tenere caldo il caffé abbia le pareti a specchio?. Perché quando andate in rosticceria vi danno le lasagne

al forno in contenitori di fogli di alluminio?

E la cosa diventa complicata se vi dico che il coefficiente di conducibilità interna dell'alluminio è

spaventosamente elevato: 180 kcal/m·h·°C?

Perché uno stupido foglio di polietilene alluminizzato, pomposamente chiamato telo termico, può

salvare un alpinista, in difficoltà nel bel mezzo di una tormenta, da morte per assideramento? Non

potrebbe bastare, che so, un paio di grandi sacchi di plastica, come quelli della spazzatura?

A chi è in difficoltà a rispondere alle domande precedenti voglio dare ulteriori indicazioni. 8

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Consideriamo l'ultimo caso e ragioniamoci sopra: coprendo un corpo con un foglio di plastica

alluminizzato questi non aderisce perfettamente alla superficie corporea, non lo possiamo considerare

come una seconda pelle. Resterà allora uno strato d'aria tra il corpo e il foglio, aria che il corpo

riscalderà velocemente. A sua volta questa aria calda tenderà a raffreddarsi disperdendo il calore verso

l'esterno, e per farlo dovrà attraversare il foglio di plastica alluminizzato. Ma il calore, prima di ancora

di attraversare il foglio, deve innanzitutto essere ceduto dall'aria calda alla superficie interna del foglio,

per poi proseguire al suo interno. Questo è il punto!

Le difficoltà per il calore stanno proprio in questa prima fase: perché?

Perché il passaggio del calore verso l’ambiente, dallo strato di aria al foglio, è legato alla conduzione

dell’aria4 ma soprattutto al meccanismo dell’irraggiamento che, grazie alle caratteristiche speculari del

foglio, risulta molto basso. Di conseguenza il calore ha grandi difficoltà ad essere dissipato verso

l’ambiente circostante: possiamo concludere affermando che un foglio di plastica alluminizzato

presenta ottime proprietà coibenti.

La termoregolazione nell'organismo umano

Premessa Premettiamo che le considerazioni seguenti vengono svolte riferendosi ad una persona svestita, quindi

priva di un qualsiasi abbigliamento: in altre parole considereremo quali siano le strategie “naturali” che

il nostro organismo adotta per mantenere costante la temperatura interna di quello che viene definito il

nucleo centrale (core). Infatti il corpo umano per mantenere i suoi processi vitali ha la necessità di

svolgere una continua azione di scambio termico con l'ambiente che lo circonda al fine di garantire la

costanza della temperatura corporea interna intorno ai 37 °C. Esso deve cioè disperdere nell'ambiente

in cui soggiorna una certa quantità di calore e che varia da individuo a dell'individuo, in relazione

all'età, al peso corporeo, al sesso, alla attività fisica svolta in quel momento, ecc. Il valore minimo della

4 Ricordiamo che lo strato d'aria tra il corpo e il foglio è in quiete e in queste situazioni la convenzione è nulla: il calore viene ceduto dall’aria al foglio per conduzione che ha, come sappiamo, valori bassissimi.

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quantità di calore da disperdere si ha nelle condizioni di assoluto riposo (fisico e mentale), è legato al

lavoro che l'organismo svolge per mantenere le funzioni della vita vegetativa e corrisponde al

metabolismo basale. Da sottolineare che, anche in condizioni basali, la temperatura corporea di un

individuo che non perda calore ma che lo produca soltanto (ad esempio una cavia umana contenuta in

un thermos gigante) aumenta in media di un grado all'ora giungendo nel giro di 5-6 ore a livelli letali.

Sul piano fisico la perdita di calore può avvenire per quattro vie.

irraggiamento, il calore viene perso mediante emmissione di radiazioni caloriche (raggi

infrarossi); avviene se l'ambiente è più freddo rispetto al corpo e nelle condizioni ambientali

medie può rappresentare il 60÷70% della perdita complessiva di calore.

conduzione (o contatto) quando il corpo viene a contatto con un oggetto più freddo; questo

meccanismo si verifica allorché ad esempio camminiamo a piedi nudi sul pavimento di casa

nostra, generalmente non è molto importante nel bilancio complessivo.

convezione, cioè mediante correnti convettive; nel caso specifico del nostro corpo riguarda

l'aria che va a contatto del corpo e si riscalda: si creano delle correnti per cui l'aria più calda

viene sostituita da una nuova aria più fresca. Ecco perché mettendosi di fronte a un ventilatore

si ha la sensazione di fresco: non è per che il ventilatore abbassa la temperatura dell’aria

dell’ambiente, l'aria è sempre la stessa, solo il suo rinnovo è più veloce.

evaporazione: se il corpo è caldo quanto l'ambiente è evidente che nessuna delle prime tre

forme di dispersione elencate può essere utilizzata; anzi, se l'ambiente è più caldo, è il corpo

che tende a riscaldarsi. In questo caso l'unica possibilità di perdere calore è quella di far

evaporare dell'acqua dalla superficie esterna del corpo e dalla superficie umida delle vie

respiratorie. Un grammo di acqua a 37 °C assorbe nel trasformarsi in vapore ben 0,576 kcal: si

capisce quindi come questo processo di eliminazione del calore sia della massima importanza

alle alte temperature ambientali.

Nelle prime tre forme di dispersione si dice che in calore è ceduto in forma sensibile, nella quarta

forma in modo latente. Le proporzioni di queste quattro forme di dispersione del calore possono variare

notevolmente senza danno per l'organismo, purché vi sia equilibrio tra la quantità di calore da

disperdere e le possibilità di dispersione, equilibrio che entro certi limiti è assicurato da un meccanismo

di adattamento termico di cui l'organismo umano è dotato. Quando il flusso di calore disperso

corrisponde alla quantità di calore che l'organismo produce noi proviamo un senso di benessere

termico; quando questo equilibrio viene rotto noi abbiamo la sensazione rispettivamente di caldo o di

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freddo, sensazioni tanto più sgradevoli quanto più aumenta la differenza tra calore prodotto e calore

disperso. Tabella 2: Calore orario emesso dalle persone [W]

Temperatura ambiente

21 °C 24 °C 27 °C Attività svolta

Calore

totale

[W] sens. lat. sens. lat. sens. lat.

Seduto a riposo 116 84 32 77 39 65 51

Lavoro d’ufficio 140 90 50 80 60 65 75

Passeggio lento 160 95 65 83 77 65 95

Marcia a 5 Km/h 290 130 160 110 180 85 205

Lavoro leggero 230 110 120 90 140 67 163

Lavoro medio 330 140 190 130 200 95 235

Lavoro pesante 440 180 260 150 290 140 300

N.B. I valori indicati sono espressi in Watt, per tradurli in kcal/h occorre moltiplicarli per 0,86 I valori indicati sono riferiti a un uomo, per una donna occorre moltiplicarli per 0,85 Per avere la quantità di vapor acqueo emesso da una persona occorre moltiplicare il calore latente, espresso in Watt, per 1,4

Vediamo ora quali sono le risposte che l'organismo umano è in grado di dare al caldo e al freddo.

La risposta al caldo Nella risposta al caldo c'è innanzitutto vasodilatazione che riscaldando la cute favorisce la perdita di

calore per irraggiamento, per convenzione e conduzione. Se tuttavia l'ambiente diventa troppo caldo la

perdita di calore attraverso questi tre meccanismi non è più possibile e resta una sola possibilità: la

sudorazione e la conseguente evaporazione del sudore. Quindi se viene superata una certa temperatura

critica, difficile da indicare, perché un conto è essere completamente immobili e nudi in un ambiente

(allora bisogna che la temperatura arrivi attorno ai 28÷29 °C perché inizi la sudorazione), mentre se

uno è vestito e si muove la sudorazione ha inizio a temperature più basse. La sudorazione non è

qualcosa di disdicevole: è invece un'ancora di salvezza fondamentale per la perdita di calore quando gli

altri meccanismi sono insufficienti o non possono essere sfruttati. Però la sudorazione in sé non

rappresenterebbe una perdita di calore, cioè non servirebbe a nulla, se non fosse associata

all'evaporazione del sudore. Un uomo in ambiente molto caldo e umido va incontro ad un colpo di

calore in quanto non ha più nessuna possibilità di perdita di calore, anche se gronda di sudore; cioè

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l'ambiente deve essere sufficientemente secco per permettere l'evaporazione. Ma cosa significa

veramente ambiente caldo umido o ambiente caldo secco? È utile dare a questo punto alcune

informazioni sulla quantità di vapore d'acqua presente nell'aria.

• L'umidità assoluta indica la quantità di vapor d'acqua, espressa ad esempio in grammi,

contenuta in 1 m3 di aria.

• L'umidità di saturazione è la quantità di vapor d'acqua necessaria per saturare, a una data

temperatura, 1 m3 di aria; aumentando la temperatura aumenta conseguentemente anche

l'umidità di saturazione, come si può anche notare dalla lettura della tabella di seguito riportata.

• L'umidità relativa di saturazione, detta anche stato igrometrico dell'aria, è il rapporto tra

l'umidità assoluta e l'umidità di saturazione moltiplicata per 100. Pertanto la condensazione del

vapore con formazione di acqua liquida si ha quando l'umidità relativa di saturazione ha un

valore del 100%. Tabella 3: variazione dell’umidità di saturazione dell’aria al variare della temperatura.

Temperatura in °C Umidità di saturazione in g/m3

10 9.4

20 17.3

30 30.4

40 51.1

50 82.1

60 130.1

70 198

80 293,9

90 423.1

100 600

Riguardo lo stato igrometrico si dice che l'aria è:

secchissima: quando la sua umidità relativa è inferiore al 30%

secca: quando varia tra il 30 e il 50%

normale: quando varia dal 50 al 75%

umida: quando supera il 75%

È ovvio che man mano che aumenta l'umidità relativa risulta sempre più difficile all'organismo umano

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allontanare dall'epidermide il sudore sotto forma di vapore: viene così progressivamente a mancare il

fondamentale meccanismo di raffreddamento per le alte temperature ambientali. Occorre precisare che

in condizioni normali, anche se non si suda, si ha sempre una perdita di calore per evaporazione: una

piccola quantità di acqua viene perduta sia dalla cute che dalle vie respiratorie in modo invisibile

(perspiratio insensibilis). Con questo sistema si perdono circa 25 grammi di acqua all'ora pari a circa

14 kcal/h. Questa evaporazione invisibile che si attua attraverso la pelle e la superficie esterna delle vie

respiratorie non è controllata ai fini della termoregolazione, perché essa dipende dalla continua

diffusione di molecole di acqua attraverso la cute e le superfici respiratorie, indipendentemente dalla

temperatura corporea.

È tuttavia interessante notare che a valori elevati di temperatura ambientale, anche in condizioni di

assoluto riposo, aumenta la frequenza respiratoria, si verifica cioè l'ansimazione. Questo respiro

frequente e superficiale aumenta la quantità di acqua che evapora dalle mucose umide della bocca e

delle vie respiratorie, con conseguente aumento delle perdite di calore5.

Nella risposta al caldo inoltre il tono muscolare si riduce al minimo e sia ha ipotonia e astenia

(spossatezza). Inoltre le secrezioni endocrine vengono frenate, il metabolismo complessivo rallenta e

sia ha anoressia, cioè riduzione del senso della fame.

La risposta al freddo Una diminuzione temporanea della temperatura esterna provoca inizialmente una vasodilatazione e un

aumento della circolazione periferica, nel tentativo di mantenere costante la temperatura delle zone più

esposte al raffreddamento. Se però l'abbassamento della temperatura esterna perdura, subentra un

processo di vasocostrizione e una riduzione della circolazione periferica in modo che l'organismo,

economizzando le sue riserve di calore, riesce a mantenere costante la temperatura della sua parte

centrale. Questa economia si ottiene attraverso un raffreddamento della cute; con questo si riduce il

gradiente (la differenza) di temperatura tra cute e ambiente esterno, quindi la perdita di calore per

irraggiamento, per conduzione e convenzione è diminuita. In queste condizioni abbiamo anche la pelle

d'oca (orripilazione): si contraggono i muscoli lisci annessi ai follicoli piliferi. Ciò che nell'uomo è solo

5 Questo meccanismo di raffreddamento, tecnicamente definito come polipnea, è fondamentale in molti animali, con limitata capacità di disperdere il calore attraverso la superficie corporea, vuoi perché hanno il corpo ricoperto da peli, vuoi perché sprovvisti di ghiandole sudoripare.

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un ricordo filogenetico (forse un tempo eravamo più pelosi?) ma negli animali muniti di penne o di peli

è un meccanismo efficace in quanto si realizza un aumento dello spessore del mantello protettivo:

aumenta in questo modo anche lo spessore dell'aria ferma intrappolata tra i peli o le piume e noi

sappiamo che l'aria in quiete è fortemente isolante.

Il raggomitolamento è una reazione al freddo comune negli animali ed ha la sua controparte nella

posizione che molti assumono a letto, quando hanno freddo. In tal modo diminuisce la superficie

corporea esposta all'ambiente esterno.

I tre meccanismi ora descritti diminuiscono le perdite di calore ma il freddo attiva anche la produzione

di calore, che si ottiene ad esempio attraverso un aumento del tono muscolare, cioè dello stato di

tensione presentato dei muscoli anche in fase di riposo. È sufficiente l'aumento del tono, senza alcuna

manifestazione motoria, per aumentare del 100% la produzione di calore. Se l'aumento di tono non è

sufficiente allora si ha un intensificarsi dell'attività motoria sotto forma di brivido: è una forma di

contrazione intermittente, ritmica, che può aumentare la produzione di calore anche del 400%. Se non è

sufficiente nemmeno il brivido allora interviene una vera e propria attività motoria semicosciente come

lo sbattimento dei piedi e i continui movimenti di va e vieni che si compiono in una giornata fredda,

aspettando qualcuna che non arriva mai. Collateralmente c'è un aumento del metabolismo basale come

risposta endocrina al freddo, attraverso l'attivazione della tiroide e della midollare surrenale; compare

inoltre precocemente lo stimolo della fame. Per questo motivo d’inverno si mangia di più che non

durante l'estate: la nostra vecchia carcassa brucia di più e ha quindi maggiori esigenze. Tutti i

meccanismi di risposta al freddo finora descritti servono per ripristinare il senso di benessere termico

ma funzionano, ahimé, solo fino a un certo. E quando fa decisamente freddo?

A questo punto vi consiglio di completare il vostro magro strato di peli, che so, con una pelle d'orso o,

se non c’è a portata di mano (o se l’orso fa resistenza) più comodamente passate per un negozio di

abbigliamento e acquistate dei vestiti.

15 15

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UN APPROCCIO QUANTITATIVO AGLI SCAMBI TERMICI TRA CORPO

UMANO E AMBIENTE

Il concetto di comfort termico

Non è facile dare una definizione condivisa di benessere ambientale, perché esso è la risultante

dell’azione combinata di numerosi elementi, non solo termici ma anche acustici, olfattivi, visivi e, non

ultimi, psicologici. Inoltre la condizione di benessere ambientale è squisitamente soggettiva. In ogni

caso possiamo affermare che in un dato ambiente un individuo si trova in condizioni di benessere se egli

non incontra difficoltà a concentrare tutte le sue facoltà sull’attività che lo impegna, sia questa un lavoro

intellettuale o fisico, il riposo o il sonno. È indubbio come in questa condizione di benessere un ruolo

importante abbia il comfort igrotermico e di questo ci occuperemo in queste riflessioni. Inizialmente

prenderemo in esame gli scambi igrotermici in ambienti confinati (o indoor) di tipo moderato, quali

possono essere le abitazioni, gli uffici o gli ambienti scolastici, in cui si svolgano attività lavorative di

tipo sedentario. In queste situazioni è sicuramente possibile, con adeguate strategie, il raggiungimento

del comfort igrotermico6.

Il bilancio di energia del corpo umano

Con il termine metabolismo si indica l’insieme dei processi che, all’interno del corpo umano,

trasformano l’energia chimica potenziale introdotta con gli alimenti in altre forme di energia (e lavoro).

I processi metabolici sono complessivamente esotermici; si tratta di processi essenzialmente ossidativi

che trasformano gran parte dell’energia potenziale chimica contenuta negli alimenti in lavoro

meccanico (muscolare) L e principalmente in calore Qtotale ceduto all’ambiente attraverso le due

superfici di separazione uomo/ambiente, rappresentate rispettivamente dalla cute e dalle vie aeree7. Il

flusso termico generato in tal modo all’interno del corpo viene chiamato potenza metabolica (o anche

flusso metabolico) e viene comunemente indicata con il simbolo M ed espresso in watt.

Il Primo Principio della Termodinamica applicato al sistema “corpo umano” trascurando le eventuali

variazioni di energia cinetica, potenziale, etc., può essere scritto secondo la seguente relazione:

U = M - L - Qtotale 6 Negli ambienti chiusi definiti severi, sia caldi che freddi, quali ad esempio fonderie o, all’opposto, celle frigorifere, lo

scopo del controllo degli scambi igrotermici ha come obiettivo primario “solo” la salvaguardia della salute degli operatori.

17

dove U rappresenta la variazione dell'energia interna del corpo umano nell'unità di tempo.

L’equazione soprascritta può venire semplificata riflettendo sul significato di U. Come si è detto U

rappresenta l’accumulo o perdita di energia termica (calore) che complessivamente il corpo umano può

registrare. Ora è chiaro che se c’è un accumulo di energia termica in un corpo c’è anche un suo

contestuale aumento di temperatura ma questo, come sappiamo, è “mal digerito” dall’organismo umano

che tende invece a conservare costante la sua temperatura interna. D'altronde l’organismo, a fronte di

variazioni improvvise di temperatura ambiente non è in grado di attivare istantaneamente i propri

meccanismi fisiologici, per garantire un subitaneo equilibrio termico e in queste condizioni il termine

di accumulo diventa importante.

Il corpo umano è ovviamente dotato di capacità termica8 ed è dunque in grado, come tutti i corpi, di

accumulare o cedere una certa quantità di calore: la capacità termica totale che l'organismo può

sopportare, ovvero la massima dose di energia che l'organismo può temporaneamente mettere a

disposizione in caso di freddo o di caldo è pari a circa ±600 kJ. In sostanza il termine U costituisce la

"valvola di sicurezza" del sistema nel momento in cui condizioni ambientali particolarmente severe

non consentano all'organismo umano di far fronte alle esigenze di equilibrio energetico con i mezzi

usualmente utilizzati allo scopo. Ciò significa che in condizioni transitorie il termine di accumulo

diviene particolarmente importante e permette all'organismo umano di resistere a condizioni ambientali

gravose. In ogni caso scompensi dell'ordine di 600 kJ costituiscono i valori limite dell'elasticità

energetica dell'organismo umano, al di là dei quali difficilmente la vita è in grado di riprendere il suo

ritmo normale.

Concludendo: in un ambiente interno moderato che registri condizioni climatiche costanti per un corpo

umano già acclimatato il termine U diventa pari a zero. L’equazione precedente si può allora

semplificare in: 0 = M - L - Qtotale

Un’ulteriore semplificazione della formula si ottiene riflettendo sul rendimento9 della “macchina

uomo”: esso è piuttosto scarso, mediamente η≈0,2 ma spesso è ancora più basso: ad esempio sollevare

pesi ha un rendimento del 9%. Di conseguenza il termine L risulta trascurabile come termine sottrattivo

7 Una parte di questa energia chimica può eventualmente essere accumulata nelle sostanze di riserva del corpo umano. 8 Si ricordi che la capacità termica di un corpo è data da: C = m· cs 9 Si ricordi che il rendimento (η=L/M) in una macchina rappresenta il rapporto tra il lavoro effettivamente svolto e l’energia a disposizione per quel lavoro: se η≈0,09 ben il 90% energia impiegata viene degradata in energia termica.

rispetto a M, restando al di sotto della soglia degli errori di misura di M10. L’equazione può quindi

essere ulteriormente semplificata:

0 = M – Qtotale In altri termini:

M = Qtotale Questo significa che per un corpo umano in equilibrio termico con l’ambiente la potenza metabolica è

circa pari alla potenza termica ceduta all’ambiente: se sperimentalmente determiniamo Qtotale possiamo

allora risalire ad M (o viceversa).

Unità di misura del metabolismo

Ovviamente la potenza metabolica varia con l’attività del soggetto: in assoluto riposo, come si è già

detto, corrisponde al metabolismo basale (M.B.).

18

ea.

Figura 6 – Variazione del metabolismo basale in funzione dell’età e del sesso.

Occorre precisare che tra

due soggetti a riposo,

dello stesso sesso, della

medesima età ma di

taglia molto diversa la

quantità totale di energia per soddisfare il metabolismo basale sarà considerevolmente diversa, a causa

della differente dimensione corpor

Sperimentalmente si è accertato che nei soggetti normali il metabolismo basale varia con buona

approssimazione in proporzione alla superficie corporea. Perciò per confrontare i valori del

metabolismo basale ottenuti in soggetti diversi questi valori vanno espressi in kcal/h·m2. Viceversa nel

sistema SI i flussi termici (e il metabolismo) vengono espressi in W/m2: si ricordi che:

1 kcal/h·m2 =1,163 Watt/m2.

10 Ciò è tanto più vero se consideriamo un individuo impegnato in attività sedentarie in cui L è di per sé poco importante.

19

Alternativamente può essere usato il met, unità di misura che corrisponde al tasso metabolico di una

persona seduta e rilassata. In particolare:

1 met =58,15 W/m2

Con questa unità viene quindi espressa la potenza totale media erogata da un individuo durante una

attività lavorativa, per unità di superficie corporea. Di seguito viene riportata una tabella in cui vengono

indicati i valori del tasso metabolico caratteristici per varie attività.

Tabella 4 – tasso metabolico per varie attività.

ATTIVITA’ MET W/m2

Sdraiato, a riposo 0.8 47 Seduto, a riposo 1 58 Attività sedentaria (ufficio, abitazione, laboratorio, scuola) 1.2 70 In piedi, a riposo 1.2 70 Attività leggera, in piedi (laboratorio, industria leggera) 1.6 93 Attività media, in piedi (vendita, lavoro domestico, lavoro su macchinari) 2 117 Attività pesante (lavoro pesante su macchinari, garage) 3 175

Per risalire alla potenza complessiva legata al metabolismo occorre moltiplicare il tasso metabolico,

espresso per unità di superficie, per la superficie complessiva dell’individuo in esame. L’area della

superficie corporea può venire determinata a partire dalla massa e dalla altezza della persona, usando

apposite tavole o grafici, in alternativa può essere applicata la formula di De Bois:

A=0,202· m0,425 ·H0,725

dove m è la massa dell’individuo e H è la sua altezza.

I meccanismi della termodispersione

Come si è già affermato gli scambi di calore, sia sotto forma sensibile che latente, fra Uomo e

Ambiente, sono localizzati sia sulla superficie esterna del corpo, sia sulle pareti delle vie respiratorie.

Volendo esplicitare la potenza termica ceduta all’ambiente relativamente a queste superfici di scambio

possiamo scrivere:

M = Qtotale = Qcute + Qresp.

Segnaliamo che Qresp. è sotto forma sia di calore sensibile che latente (legato cioè alla formazione del

vapore acqueo nell’aria espirata): esso rappresenta all’incirca il 10% del calore complessivamente

disperso. In realtà noi siamo più interessati a Qcute perché è su questo valore che può alla fine incidere

l’abbigliamento. Volendo indicare tutte le potenze termiche che coinvolgono in qualche misura la cute,

possiamo scrivere:

Qcute = Qr + Qc + Qsdz + Qk + Qtrp Qcute: potenza termica scambiata complessivamente attraverso la pelle [W];

Qr: potenza termica sensibile scambiata per irraggiamento [W]

Qc: potenza termica sensibile scambiata per convezione [W];

Qsdz: potenza termica latente scambiata per evaporazione del sudore sulla superficie della pelle [W];

Qk: potenza termica sensibile scambiata per conduzione [W];

Qtrp: potenza termica latente scambiata per traspirazione attraverso la pelle [W],

L’ultimo termine, legato alla perspiratio insensibilis può essere tranquillamente trascurato, perché

poco significativo e inoltre sfugge ai meccanismi di controllo della termoregolazione. Perciò

l’equazione si semplifica in:

Qcute = Qc + Qr + Qsdz + Qk

La situazione, per una persona svestita, in una

stanza nelle normali condizioni di temperatura e

umidità, in assenza di significative correnti

d’aria, è rappresentata nella figura. Figura 7 –Meccanismi di termodispersione per una persona svestita e seduta, in un ambiente nelle normali condizioni climatiche, in assenza di correnti d’aria.

20

21

L’irraggiamento

Come si può vedere in queste condizioni la perdita di calore per irraggiamento arriva al 60% del

calore complessivamente disperso: è un dato importante, su cui torneremo trattando

l’abbigliamento outdoor.

La conduzione

Le perdite di calore per conduzione, dalla superficie corporea ad altri oggetti a contatto diretto,

come la sedia, il letto o il pavimento (se si è in posizione eretta a piedi nudi) si attestano sulla

soglia del 3%: questo significa che normalmente tali perdite influenzano poco il bilancio termico

complessivo.

La convezione

In realtà non dimentichiamo che un corpo nudo è a contatto diretto anche con l’aria, presentando

ad essa una grande superficie espositiva: anche con questo mezzo si deve verificare la

conduzione. A questo proposito si ricordi che l’energia termica di un corpo solido è legata ai

movimenti vibrazionali delle particelle che lo costituiscono: questo vale anche per le molecole

che costituiscono il rivestimento cutaneo dell’organismo. L’energia di questo movimento può

essere trasmessa all’aria (se questa è più fredda della cute), aumentando in tal modo la velocità di

movimento delle molecole dell’aria. Però, una volta che la temperatura dell’aria immediatamente

a contatto con la pelle sia diventata uguale a quella della stessa pelle, non si potrebbe avere

ulteriore perdita di calore dal corpo all’aria, poiché il coefficiente di conducibilità interna

dell’aria circostante (come si è visto ragionando sul vetrocamera) è troppo bassa per disperdere

rapidamente il calore acquistato dall’aria a contatto del corpo. Perciò la conduzione del calore

all’aria dovrebbe essere un processo autolimitante e gli scambi termico dovrebbero rapidamente

interrompersi. Così evidentemente non è: ciò è dovuto al fatto che l’aria calda, a contatto con il

corpo, viene continuamente rimossa dalla superficie cutanea e sostituita da aria più fresca.

Questo è possibile perché in un ambiente, anche in totale assenza di correnti d’aria, l’aria calda

tende a salire, sfuggendo spontaneamente dal contatto con la cute richiamando aria più fresca

22

dall’ambiente: i moti convettivi che così spontaneamente si generano permettono in queste

condizioni di disperdere circa il 15% della quantità complessiva del calore corporeo perduto. Se

poi in un ambiente sono presenti correnti d’aria (naturali o artificiali) la convezione diventa

ancora più importante perché lo strato d’aria immediatamente adiacente alla pelle si rinnova

molto più rapidamente e conseguentemente aumenta la perdita di calore per convezione11. Negli

ambienti outdoor il vento è quasi sempre una costante per cui in quei contesti la convezione

assume un ruolo nella dispersione termica ben più significativa che negli ambienti confinati.

La sudorazione

L’irraggiamento, la convezione e la conduzione permettono il raffreddamento del corpo umano a

patto che la temperatura ambiente sia più bassa di quella corporea. In ogni caso la loro efficacia

decresce con il diminuire del gradiente termico ambiente/cute. In altre parole il corpo umano per

garantire l’efficienza del raffreddamento man mano che aumenta la temperatura esterna è

costretto a utilizzare sempre di più la sudorazione, fino a che essa diventa il solo meccanismo

possibile. Tuttavia, anche per sfruttare al meglio la sudorazione ci vuole allenamento! Un

soggetto normale, non acclimatato, che improvvisamente si trovi a soggiornare in un ambiente

caldo raramente è in grado di giungere a produrre quantità di sudore superiori a 700 ml/h, pari a

403 kcal/h. Tuttavia se permane in un ambiente termicamente severo, come il clima di un paese

tropicale o desertico per un periodo da 1 a 6 settimane la secrezione di sudore si fa via via più

abbondante, potendo arrivare a 2 l/h. La conseguente evaporazione di questa grande quantità di

acqua può rimuovere una quantità di calore superiore a 10 volte quella della normale produzione

legata al metabolismo basale.

Finora nelle nostre riflessioni sugli scambi termici abbiamo considerato un corpo nudo in un ambiente

indoor ma nessuno di noi, in genere, gironzola in ufficio, in costume adamitico. La domanda che allora

ci poniamo è: quale ruolo ha l’abbigliamento negli scambi termici? 11 Nell’ambito delle basse velocità possiamo affermare che l’effetto delle correnti d’aria è quasi direttamente proporzionale alla radice quadrata delle loro velocità: un flusso d’aria che si muova alla velocità di 4 km/h ha sul raffreddamento un’efficacia circa due volte superiore di quella che si registra con una velocità di 1 km/h.

23

L’ABBIGLIAMENTO E IL COMFORT TERMOIGROMETRICO

È lapalissiano che ci si vesta per proteggersi dal freddo: un po’ meno evidente che a volte sia opportuno

coprirsi per difendersi dal caldo ma i Tuareg del Sahara insegnano qualcosa a questo proposito12. In

ogni caso la necessità di ridurre (o meglio modulare) la dispersione termica è, nei climi temperati o

freddi, la situazione più frequente. Un comune abbigliamento riduce la termodispersione a circa la metà

di quella che si avrebbe a corpo nudo, mentre un abbigliamento di tipo polare la può diminuire a un

sesto.

Il bisogno primario dell'uomo di vestirsi è andato modificandosi nel tempo perché sono cambiate le

tipologie indoor dove si trascorre gran parte del proprio tempo: le abitazioni e i luoghi di studio e di

lavoro sono ormai dotati di efficienti impianti di riscaldamento e (spesso) di condizionamento.

Anche i materiali tessili per l’industria delle confezioni e dell’abbigliamento si sono evoluti a livelli

impensabili fino a pochi decenni fa. Oggi si progettano e si realizzano sempre più spesso prodotti

multifunzionali, per i quali devono coesistere e convivere prestazioni anche contrastanti tra di loro,

come ad esempio l'impermeabilità all'acqua e la permeabilità al vapore acqueo.

Naturalmente la ricerca di un adeguato livello di comfort igrotermico non può andare a scapito del

comfort complessivo che deve essere comunque garantito dall’abbigliamento: una pesante muta da

palombaro in neoprene può essere una buona difesa contro le gelide acque del Mare del Nord ma

improponibile per passeggiare a braccetto sotto la pioggia!

Si tratta in realtà di un problema molto complesso per cui si devono progettare soluzioni ottimali che

riguardano:

1. le caratteristiche di trasporto, sia dei liquidi (acqua) che dei gas (vapore acqueo e aria),

2. le caratteristiche di contatto con la pelle (mano),

3. le caratteristiche di drappeggio e di confezionabilità dei tessuti.

Queste caratteristiche sono il frutto di complesse interconnessioni con:

le fibre tessili impiegate,

la struttura dei filati e dei tessuti,

i trattamenti di finissaggio

12 In determinati ambienti outdoor l’abbigliamento è anche un’importante barriera rispetto alla radiazione ultravioletta.

Chiaramente le fibre hanno un ruolo centrale, così come i tessuti nati e sviluppati espressamente per

assicurare il comfort, ma altrettanto importanti, soprattutto in alcune applicazioni specifiche, sono i

trattamenti di nobilitazione per conferire prestazioni che di per sé il tessile non avrebbe.

Nella seguente tabella vengono indicati in modo più analitico i fattori più significativi influenzanti il

comfort del prodotto finale.

Tabella 5 – Principali parametri influenzanti il comfort di un capo d’abbigliamento.

Natura chimica delle macromolecole costituenti le fibre

Grado di cristallinità delle fibre (parametro variabile a piacimento solo nelle tecnofibre).

Finezza

Sezione Fibre

Arricciatura (crimp)

Titolo

Torsione Filato Pelosità

Tipo di lavorazione (a telaio o a maglia)

Tipo di intreccio (armatura) Tessuto Processi di nobilitazione

Foggia Prodotto finito Dimensioni

Naturalmente questi parametri influenzano il comfort in senso lato; noi vogliamo in questa sede limitare

le nostre considerazioni al comfort igrotermico. Esso è essenzialmente determinato da quattro

proprietà: la resistenza termica, l’impermeabilità all’acqua, la resistenza evaporativa e la

permeabilità all’aria.

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Figura 8 - Rappresentazione schematica di una parte del corpo umano ricoperta da un singolo capo d’abbigliamento. 1. Cute 2. Strato d’aria interno 3. Abbigliamento 4. Strato d’aria superficiale

Questi parametri, spesso connessi e contrapposti tra loro, risultano

predittivi dell’attitudine di un determinato capo di abbigliamento nel

favorire il comfort termoigrometrico nelle varie condizioni climatiche.

Ad esempio a un capo d’abbigliamento da indossare in paesi tropicali viene richiesto una buona

permeabilità all’aria e bassa resistenza termica e evaporativa. Viceversa a un vestiario da utilizzare in

climi molto rigidi viene richiesto una elevata resistenza termica e una bassa permeabilità all’aria

(vento). Quando piove desideriamo indossare indumenti impermeabili all’acqua e nel contempo

vorremmo che essi fossero traspiranti, lasciassero cioè sfuggire il vapore acqueo che si origina per

vaporizzazione del sudore. In altre parole molto spesso al nostro vestiario chiediamo di mettere insieme

il diavolo e l’acqua santa, capra e cavoli, ecc. ecc.

La resistenza termica del vestiario A volte da vari Autori indicata anche come impedenza termica o isolamento termico (Icl), è una

grandezza inversa della trasmittanza termica e rappresenta la resistenza al flusso di calore opposta dai

vestiti e dagli strati d’aria presenti. Nel sistema internazionale13 la resistenza termica è espressa in

m2·K/W. Tuttavia in genere negli studi di settore è in uso un’altra unità di misura, il clo:

1 clo = 0,16 m2· K/W

Ora, ricordando che: 1W = 0,86 kcal/h

Possiamo anche dire che:

Volendo confondere le idee, facendo i saputoni, possiamo affermare che un dato abbigliamento

presenta un’impedenza termica di 1 clo quando, in presenza di un gradiente termico di 0,18 °C

manifesta un flusso termico di 1 Kcal/h su un’area di 1 m2.

Molto più semplicemente 1 clo corrisponde alla resistenza termica di un tipico abbigliamento invernale

utilizzato per un ambiente interno.

Nella tabella che segue sono riportati alcuni tipici valori di Icl

TIPO DI ABBIGLIAMENTO m2 ·K/W Clo

Nudo 0 0

Pantaloncini 0,015 0,1

Abbigliamento tropicale 0,045 0,3

Abbigliamento leggero estivo 0,08 0.5

Abbigliamento leggero da lavoro 0,11 0,7

Abbigliamento invernale per ambienti chiusi 0,16 1,0

Abbigliamento pesante da ufficio all’europea (biancheria intima lunga, camicia con manica lunga, abito completo di lana, panciotto, scarpe e calze di lana)

0,23 1,5

13 Da un punto di vista numerico è equivalente, esprimerla in m2·°C/W.

25

26

La resistenza evaporativa del vestiario

Non dimentichiamo che se la trasmissione del calore può essere elemento critico per la stessa

sopravvivenza umana in un ambiente molto rigido, è incontestabile che l’allontanamento del sudore

dalla cute sia cruciale per il comfort, sia in ambiente freddo che caldo. Il suo libero movimento verso la

superficie più esterna dell’abbigliamento è determinante se si vuole prevenire il disagio dovuto alla

stagnazione del sudore sulla cute e sugli indumenti più a contatto, con il risultato di generare una

perdita di comfort, percepita in inverno con un senso di gelo e in estate con un fastidioso senso di

appiccicaticcio.

Permeabilità all’aria del vestiario Un’altra importante proprietà fisica, che andiamo ora ad esaminare è la permeabilità di un tessuto

all’aria, caratteristica che può influenzare il comfort in molti modi ed è strettamente connessa con le

due proprietà precedentemente esaminate.

Un’alta permeabilità consente un miglior accesso dell’aria sulla superficie della pelle aumentandone la

rimozione del sudore e riducendo, nella stagione calda, la sensazione di disagio dovuta alla

sudorazione. Viceversa, nella stagione fredda, la condizione appena vista, si traduce in un rapido

abbassamento della temperatura corporea creando non solo uno stato di disagio ma, in condizioni di

freddo intenso, anche seri problemi come il congelamento e l’ipotermia.

Si può affermare che un tessuto permeabile all’aria è, in generale, anche permeabile all’acqua sia nella

fase vapore sia in quella liquida. Pertanto la permeabilità all’umidità in fase vapore e la trasmissione di

umidità in fase liquida sono normalmente correlate con la permeabilità all’aria. Tuttavia la resistenza

termica di un tessuto dipende fortemente dall’aria in quiete, intrappolata in esso: questo fattore è, a sua

volta, influenzato dalla sua struttura, così come lo è anche la permeabilità all’aria. Ciò significa che una

eccessiva permeabilità all’aria comporta un ricambio più rapido di questa aria, la sua sostituzione con

aria più fredda e una drastica diminuzione della resistenza termica.

L’abbigliamento “multistrato” Come si è compreso non è facile soddisfare contemporaneamente tutte le diverse funzioni che

l'abbigliamento è chiamato a soddisfare, in quanto queste possono cambiare a seconda:

del tipo di attività specifica

delle condizioni ambientali complessive (temperatura, umidità relativa, presenza di vento)

Occorre quindi ricercare il miglior compromesso possibile tra esigenze, spesso contrapposte, ricorrendo

27

a una combinazione di più capi d’abbigliamento, indossati uno sull’altro. Un abbigliamento di questo

tipo si può definire multistrato o "a cipolla". Questa scelta crea ulteriori strati d’aria intermedi fra i vari

indumenti e la resistenza termica dell’abbigliamento risulta superiore (e molto più efficiente) della

semplice somma della resistenza termica dei singoli capi. Lo scopo è quello di creare uno spazio

confinato attorno al corpo umano, il cui microclima sia il vero responsabile del comfort igrotermico: in

altre parole noi, una volta vestiti, non percepiamo più direttamente il clima dell’ambiente circostante

quanto piuttosto quello del microclima che ci siamo “confezionati”. Un esempio di abbigliamento

multistrato può prevedere:

1. la zona "intima" avente lo scopo di garantire l’assorbimento e il trasporto dell'umidità verso

l'esterno

2. la zona intermedia di "isolamento" che esplica una funzione termica, cioè quello di creare il

microclima adeguato, garantendo nel contempo la traspirabilità

3. la zona di "protezione" contro gli agenti atmosferici

Questa soluzione permette di attribuire ai vari capi d’abbigliamento funzioni diverse, a seconda della

posizione in cui essi si trovano, per cui all’intimo a contatto con la cute vengono richieste caratteristiche

diverse rispetto all’indumento più esterno. In ogni caso è di fondamentale importanza che ogni

componente dell'abbigliamento abbia una funzione coordinata con gli altri capi.

Per capire l’incredibile evoluzione avvenuta in questi ultimi decenni nel settore del

Tessile/Abbigliamento dobbiamo premettere due precisazioni. La prima riguarda la ricerca, sempre più

spinta, di ottenere più protezione termica con meno peso: questo risultato si ottiene progettando capi, o

meglio "sistemi di capi" tra loro integrati, sempre più leggeri e funzionali, in grado di proteggere il

microclima corporeo dalle influenze dell'ambiente esterno.

L’altro obiettivo che si è data la filiera del Tessile/Abbigliamento è stato quello di conciliare

impermeabilità e traspirabilità, aumentare cioè la protezione dagli agenti atmosferici senza

compromettere la possibilità di smaltire il sudore prodotto dal corpo con l'attività fisica, evitandone il

permanere sulla pelle.

Andiamo ora a considerare quali siano i materiali adatti a queste esigenze, limitando in questa sede la

trattazione ad alcuni dei materiali più innovativi, in grado di garantire ottimi livelli di comfort anche in

situazioni estreme, rimandando la discussione sui materiali tradizionali alle successive lezioni.

28

I materiali per la gestione dell’umidità a contatto con la pelle Lo scopo principale dell’intimo, che rappresenta il primo strato di vestiario, è quello di garantire

l’allontanamento del sudore verso l'esterno. Naturalmente anche l’intimo contribuisce, almeno in parte,

alla coibenza termica complessiva dell’abbigliamento. Come già sappiamo, lo scambio termico dalla

cute all’intimo, avviene, attraverso l’irraggiamento, la conduzione all’aria, la conduzione per contatto

diretto14.

La situazione può diventare sfavorevole, e di molto, se gli indumenti a contatto con la cute risultano

bagnati, vuoi per la pioggia, vuoi per la sudorazione. In questo caso l’efficacia dell’intimo

nell’ostacolare la perdita di calore è quasi completamente annullata per due ragioni: il calore specifico

e la conducibilità specifica dell’acqua.

In merito al primo fattore dobbiamo ricordare che, a parità di volume occupato, la quantità di calore

assorbito dall’acqua è all’incirca 3000 volte superiore a quello dell’aria, sicché l’acqua, per un dato

volume a contatto con la pelle, a paragone dell’aria, può assorbire quantità di calore di gran lunga più

cospicue15.

Anche la conducibilità termica dell’acqua è di molto superiore di quella dell’aria (598,4 mW/m·K

contro 26,0 mW/m·K), all’incirca 23 volte. Di conseguenza quando si riscalda lo straterello di acqua

immediatamente adiacente alla superficie corporea è impossibile che esso assolva quella funzione di

“strato isolante” che l’aria invece garantisce: tutto porta a preoccupante incremento della velocità

complessiva di raffreddamento.

Si comprende quindi come sia importante che il vestiario a contatto della cute non sia bagnato e per

evitare ciò dobbiamo, da un lato, indossare indumenti aggiuntivi che garantiscano l’impermeabilità nei

confronti degli agenti atmosferici, dall’altro dobbiamo garantire la traspirabilità dell’intimo ma anche

quella complessiva dell’abbigliamento.

Ai fini del comfort è anche essenziale il modo con cui il tessuto del primo strato permette al sudore di

attraversarlo. La trasmissione può avvenire sia in fase liquida sia in fase vapore e a seconda del

meccanismo di trasporto prevalente questo implica un diverso grado di comfort.

14 Essa rappresenta normalmente una frazione molto piccola dello scambio termico in quanto i punti di contatto pelle-fibra sono solo una piccola frazione della superficie complessiva ricoperta dal tessuto. 15 Il calore specifico (espresso in J/kg·K) per l’acqua vale 4186 è per l’aria 1004,6. Se tuttavia ragioniamo in termini di volumi occupati, possiamo affermare che per riscaldare di un grado 1 m3 di aria secca (tenendo conto che ha una massa pari a 1,293 kg, alla pressione di 1 Atm e alla temperatura di 0 °C) sono necessari all’incirca 1300 J. Per il medesimo volume di acqua sono viceversa necessari, a parità di gradiente termico, 4186000J, cioè una quantità 3223 volte superiore.

Se l’acqua evapora sulla pelle e passa come vapore attraverso il tessuto, gli interstizi del tessuto

rimangono liberi: ciò consente all’aria di continuare a garantire l’isolamento termico. Al contrario se

l’umidità della pelle è trasportata attraverso il tessuto in fase liquida e solo successivamente evapora

dalla faccia più esterna del primo strato, il contributo al comfort si riduce nettamente.

In realtà dobbiamo precisare che il sudore, secreto inizialmente in forma liquida, può avvenire

allontanato dalla cute dal primo strato anche in maniera attiva, attraverso un processo di adsorbimento-

diffusione-desorbimento ad opera delle fibre costituenti il tessuto.

Ciò è possibile specie se le fibre sono costituite da materiale idrofilo: nel settore delle fibre naturali la

lana è quella che garantisce da questo punto di vista le migliori performance. Essa è in grado di

assorbire umidità fino al 33% del proprio peso, senza dare la sensazione di bagnato. Ciò è dovuto al

fatto che l’adsorbimento è di natura chimica e non di natura capillare16; alcune tecnofibre invece

risultano umide al tatto anche dopo aver assorbito solo 1-2% di acqua.

Figura 9 – 1) Nelle fibre naturali (es. lana, cotone) l’acqua è accumulata anche all’interno della sezione della fibra. Alta capacità di assorbimento ma bassa velocità di asciugatura. – 2) Nel poliammide, l’acqua è presente essenzialmente sulla superficie. La capacità di adsorbire acqua è quindi proporzionale alla superficie (alta nelle microfibre) con una buona asciugabilità (dry quickness). – 3) Nel poliestere e nel polipropilene, l’acqua praticamente non è assorbita. Bassissima capacità di adsorbimento e ottima velocità di asciugatura. Ciò rende la lana un ottimo materiale idrofilo, caratteristica che le ha permesso di essere, per

moltissimo tempo, leader incontrastata, nei climi freddi, anche nel settore dell’intimo.

Ma chi ricorda i mutandoni di lana del nonno? Probabilmente nessuno. Orbene, se la lana ha perso la

sua leadership (almeno in questo settore) una qualche ragione ci deve pur essere.

La prima ragione è che la lana, indossata a contatto diretto con la cute, causa in alcuni individui

predisposti irritazione acuta e cronica della pelle, aggrava eventuali dermatiti atopiche e può indurre

dermatite allergica da contatto (DAC) e orticaria da contatto. Non a caso il cotone, nell’intimo, è

preferito da gran parte dei consumatori, almeno per le normali condizioni d’uso.

29

16 Nel caso del cotone e della lana sarebbe più corretto parlare di assorbimento in quanto l’acqua permea uniformemente tutta la massa del corpo assorbente. Viceversa il termine adsorbimento andrebbe utilizzato per fenomeni tipicamente superficiali, come è il caso delle tecnofibre.

Figura 10 – Confronto tra il comportamento del cotone e di alcune tecnofibre nei confronti dell’acqua: si può notare come le tecnofibre siano dotate di una elevata velocità di asciugatura.

30

to non

iene adeguatamente protetto dai moti convettivi dell’aria.

Un tessuto con un intreccio molto rado permette con più del sudore, in fase vapore, garantendo un

Volendo in ogni caso garantire il contributo del primo strato alla coibenza17 si possono utilizzare

tessuti a doppio strato (Double Layer), fondamentalmente riconducibili a un unico principio: si tratta

Ma se la lana e il cotone (un po’ meno) hanno la

capacità di assorbire grandi quantità di sudore

continuando a dare la sensazione di asciutto,

hanno anche lo svantaggio che una volta umidi

asciugano lentamente: di conseguenza non sono

in grado di garantire un comfort adeguato nelle

condizioni di intense e protratte sudorazioni,

tipiche delle attività sportive outdoor: in questo

caso le fibre sintetiche diventano, con alcuni

indispensabili stratagemmi, decisamente

interessanti.

Una buona gestione dell’umidità da parte

dell’intimo (Moisture Management) si può

avere da una attenta lettura dei due grafici, adottando soluzioni via via più sofisticate. Volendo

privilegiare una fibra dotata di rapida velocità di asciugatura come il polipropilene si può utilizzare un

semplice tessuto con una struttura tessile piuttosto aperta che

permetta una facile evacuazione del sudore in fase vapore.

Naturalmente questo va a scapito della coibenza se il tessu

v Figura 11 –

cilità l’allontanamentofacomfort accettabile.

17 È il caso di capi d’abbigliamento che vengono indossati da soli, come nelle attività sportive, senza le sinergie possibili dell’abbigliamento multistrato.

di progettare un tessuto costituito da due strati in cui la faccia esterna abbia la capacità di “risucchiare”

l’umidità da quella interna, a contatto con la pelle.

Questa maggiore capacità di captazione dell’umidità può essere ottenuta:

31

interna sia formata da fibre

etro, formato da fibre di un unico

Figura 12 – A sinistra: tessuto “Double layer” bi-componente, fibra idrofobica interna, fibra idrofila esterna.

elastici aggiunge una ulteriore capacità di

tessuto a riposo. In basso: tessuto in trazione.

1. Mediante un tessuto “Double layer” bi-componente, la cui faccia

idrofobe, mentre quella esterna è costituita da fibre idrofile.

2. Utililizzando un tessuto “Double layer” a gradiente di diam

materiale, di natura essenzialmente idrofoba (a basso adsorbimento) ma con diametri diversi:

“grosso” nello strato interno, molto più piccolo (microfibre) in quello esterno. Poiché, come si è

già detto, l’adsorbimento è un fenomeno essenzialmente superficiale, la capacità di richiamare

l’acqua (e il sudore) viene esaltata man mano che aumenta la superficie del materiale fibroso: le

microfibre , grazie alla loro finezza agiscono come “una pompa” per “aspirare” e disperdere il

sudore, lasciando asciutto lo strato interno del tessuto, a contatto con la pelle.

A destra: tessuto “Double layer” a gradiente di diametro, diametri maggiori all’interno, microfibre all’esterno Un’altra soluzione per garantire traspirabilità al primo strato si basa

sull’utilizzo di tessuti che “aprono” la loro struttura solo al bisogno,

in presenza di attività fisica intensa: si tratta di tessuti elastici (stretch

fabrics), che a causa dei continui movimenti corporei, si aprono e si

chiudono “pompando” fuori l’aria satura di vapore acqueo,

incrementando il trasporto di sudore dall’interno all’esterno. Per una

buona efficienza è necessario che il capo d’abbigliamento sia il più

possibile aderente al corpo. Figura 13 - L’uso di tessuti trasferimento d’umidità in quanto l’attività fisica apre/chiude gli interstizi del tessuto, incrementando il trasporto di sudore dall’interno all’esterno. In alto:

I materiali per lo scudo termico

32

o scopo principale del vestiario è quello di originare una specie di scudo protettivo termico, 18.

e una schiuma solida in

i aria e per il restante da diossido di silicio, il principale componente

catore della NASA (Ente Spaziale Americano) con un campione di aerogel: da notare l’aspetto evanescente del materiale.

igura 15 - Absolute Zero, una leggerissima giacca in Aerogel.

L

trattenendo adeguatamente il calore corporeo, rallentandone la dispersione

Un materiale leggero come l’aria

L'aerogel è un materiale traslucido e trasparente che possiamo definire com

quanto è composto dal 90-99.8% d

del vetro. L'aerogel è però 1000 volte meno denso del vetro, essendo dotato della più bassa densità fra

tutti i materiali solidi conosciuti, con densità19 tipiche tra 3÷350 mg/cm3; ciò che gli permette, nella

forma più pura, di fluttuare nell’aria. Proprio per la sua estrema leggerezza è soprannominato fumo

ghiacciato, fumo solido o fumo blu, per il suo colore azzurrognolo.

Figura 14 – Un ricer

F

18 La funzione coibente non è esclusiva dei capi d’abbigliamento del secondo strato ma anche di quelli del terzo strato, che in questo modo risultano polifunzionali. Nel complesso questi strati devono avere anche caratteristiche traspiranti in modo che l'umidità corporea, espulsa dal primo strato, possa essere trasportata a quelli successivi e poi dispersa nell’ambiente. 19 Si tratta della densità apparente, riferita cioè alla massa volumica comprensiva degli spazi occupati dall’aria.

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grado di sopportare altissime temperature, è dotato di una conducibilità termica di circa 0,013÷0,018

nell’abbigliamento: in questo ambito l’Italia ha

In

W/m·K, che lo rende il miglior materiale solido isolante esistente al mondo. Per queste qualità termiche

e per la leggerezza è un materiale di elezione per l’industria aerospaziale: famoso il suo utilizzo nelle

sonde spaziali americane che hanno raggiunto Marte.

Questo materiale ha cominciato a essere testato anche

avuto un ruolo di primo piano. Grazie alla collaborazione tra l’ESA (Ente Spaziale Europeo), un

laboratorio di ricerca italiano (Grado Zero Espace) e disegnata da Corpo Nove è stata prodotta una

giacca leggerissima, con uno strato isolante di questo materiale di soli 3 mm, in grado di garantire

un’ottima difesa dal freddo anche a -50 °C, come è stato testato anche nel corso di una spedizione

antartica. Si tratta in ogni caso di un materiale ancora molto costoso20. Inoltre nell’ambito tessile va

tenuto presente la possibilità di rilascio di polveri sub-micrometriche (irritanti) che rendono necessario

la realizzazione di bonding o coating del materiale.

I materiali termoregolanti a cambiamento di fase novativa: raffreddare o riscaldare, a seconda delle

ento di Fase (Change Phase Materials, CPM) ha raggiunto uno

La filosofia di questi materiali è completamente in

condizioni. Né troppo caldo, né troppo freddo, semplicemente perfetto! Così potrebbe essere definito il

comfort garantito da questi materiali.

La tecnologia dei Materiali a Cambiam

sviluppo applicativo nel settore tessile tale da offrire attualmente una vasta gamma di prodotti finiti al

consumatore finale.

Questa tecnologia, sviluppata inizialmente per la NASA per garantire agli astronauti una protezione

maggiore contro le gelide o cuocenti temperature presenti nello spazio, oscillanti tra -200°C e +200°C,

a seconda della esposizione solare, oggi trova applicazioni nella produzione di numerosi prodotti:

dall’abbigliamento alla biancheria intima, dai calzini alle calzature, dai copriletto ai sacchi a pelo ma

anche in prodotti un po’ meno consueti come i giubbotti antiproiettile, tessuti per i sedili delle

automobili, ecc.

I CPM si basano sull’utilizzo di microcapsule dalle dimensioni microscopiche: circa 1.000 di esse

stanno su una punta di spillo, con una densità in microcapsule di 3·106 /cm². In queste microcapsule

sono incorporati dei materiali che hanno la capacità di cambiare il loro strato di aggregazione entro un

determinato campo di temperature: da solido a liquido e viceversa.

Figura 16- Outlast® Thermocules™ in fibra acrilica: in questo caso le microcaps le vengono integrate nelle fibre che verranno

34

usuccessivamente filate per farne calzini, biancheria intima o maglieria. Tutti questi prodotti sono a contatto con la pelle e ne assicurano il benessere termico.

Oggi si conoscono circa 500 materiali a cambiamenti di

fase naturali e sintetici che si distinguono per la

temperatura alla quale avviene il cambiamento di fase e

per la loro capacità di immagazzinare o cedere calore. Per le applicazioni nel settore tessile-

abbigliamento, i materiali con i risultati più idonei sono delle paraffine, selezionate in modo da

manifestare il cambiamento di fase a varie temperature adattandosi così alle diverse temperature

naturali delle parti del corpo: a 34-36,5°C per la zona della testa (ad esempio per il rivestimento di

caschi per motociclisti), 27-30°C per le varie zone del tronco (da utilizzare per giacche, pantaloni, tute),

a 25-27°C per le mani e i piedi (per guanti, calze e calzature).

Le modalità tecniche per inserire le microcapsule nei prodotti tessili sono essenzialmente di tre tipi:

inglobamento all’interno delle fibre,

rivestimento dei tessuti con lamine o rivestimenti contenuti le microcapsule,

spalmatura o schiumatura dei tessuti con polimeri caricati con microcapsule.

Questa ultima modalità offre il vantaggio di poter inglobare nel tessile il maggior quantitativo di CPM

consentendo di caricare sul tessuto fino a 100-150

g/m2 di microcapsule. Figura 17 - Outlasprodotti tessili: in questo c

t® Thermocules™ come rivestimento su aso possono essere rivestiti diversi

materiali. Per molti prodotti (ad esempio abbigliamento o copriletto) vengono rivestiti cosiddetti non-tessuti (nonwovens.) Per giacche, ad esempio, si usano fodere rivestite ma anche strati intermedi tra tessuto esterno e fodera consentendo ai produttori di scegliere liberamente sia il design che il tipo del tessuto esterno del capo.

20 Nel 2005 un cubo di aerogel con i lati di 2×2×2 cm costava 75 dollari USA. Tuttavia una produzione industriale su larga scala potrebbe ridurne il costo industriale di un fattore pari a 1000, con ulteriori ottimizzazioni si potrebbero raggiungere costi per unità di volume prossimi a quelli dei componenti ceramici evoluti.

La funzionalità di questi nuovi materiali è caratterizzata essenzialmente da un fenomeno di

termoregolazione attiva che si integra con l’isolamento termico passivo già offerto dai tessuti tradizio-

nali. Questi materiali reagiscono interattivamente con i due principali ambienti climatici su cui si

affacciano: l’ambiente esterno soggetto ai

fenomeni climatici naturali o artificiali e il

microclima presente tra l’indumento e la pelle

umana soggetto alla produzione di calore e alle

variazioni conseguenti di temperatura generate

dall’attività umana21.

35

Figura 18 – Le microcapsule sono in grado di cedere calore o di assorbirlo a seconda che avvenga la fusione o la\solidificazione della paraffina contenuta.

In sostanza, oltre che regolare il flusso di calore

che si instaura tra i due ambienti sopraindicati, a

seguito di differenze di temperatura, questi

materiali hanno la capacità di assorbire o cedere calore ad una temperatura pressoché costante quando

avviene il cambiamento di fase, e tale capacità è tanto più elevata quanto più materiale e presente sul

tessuto. In pratica mentre con i tessuti tradizionali il microclima interno può subire oscillazioni anche di

diversi gradi centigradi a seguito dell’attività della persona o della rigidità del clima esterno, con i

nuovi tessuti l’oscillazione viene smorzata, almeno per un certo periodo di tempo, da uno a pochi gradi

centigradi.

Nella sostanza, con i CPM possiamo tenerci più caldi fino a 3,25 volte più a lungo dei materiali

tradizionali, senza sacrificare la traspirabilità, con una notevole diminuzione di spessore e peso

degli indumenti, rispetto ai tradizionali isolanti tessili. Non a caso l’abbigliamento sportivo, in

particolare quello per sci, alpinismo, sports nautici ecc., dai giacconi alle tute, agli stivali, ai

guanti, ai berretti (e persino la biancheria intima) si è rapidamente “impadronito” della novità.

21 Una persona a riposo produce circa 100 W di calore che passa a circa 500 W sotto sforzo.

36

I materiali per la protezione dagli agenti ambientali I materiali dello strato più esterno dell’abbigliamento devono in genere assolvere ad una:

Funzione coibente, integrando e completando lo scudo termico

Funzione di protezione verso gli agenti atmosferici, pioggia, vento, UV

Funzione traspirante, in grado di consentire la fuoriuscita dell’umidità prodotta con la

sudorazione

Sulla prima funzione non c’è molto da aggiungere, rispetto alle precedenti considerazioni. Possiamo

tuttavia sottolineare che un modo molto semplice per accentuare le caratteristiche coibenti di un capo

d’abbigliamento consiste nel “frenare” la radiazione infrarossa emessa, prima che sia dispersa

nell’ambiente. Questo risultato può essere raggiunto interponendo all’interno del capo d’abbigliamento

un sottile strato metallizzato con proprietà riflettenti: in questo modo le proprietà isolanti del vestiario

risultano molto più efficienti. Con questa tecnica il peso dell’abbigliamento per regioni artiche può

essere ridotto anche della metà.

Passando alle altre due funzioni è chiaro che la funzione di protezione, tipica dello strato esterno, non

può andare a scapito della traspirabilità: entrambe queste esigenze vanno contemporaneamente

garantite.

Il materiale che ha aperto la strada ai tessili ad alta tecnologia (high tech textiles) e che è ormai entrato

nella storia dei tessili evoluti assolve esattamente a queste due esigenze: si tratta del Gore-Tex,

inventato dagli americani Wilbert L. Gore (1912-1986) e da suo figlio Robert W. Gore. Il nome del

materiale deriva proprio dal loro cognome e letteralmente significa appunto "tessuto Gore".

L’invenzione risale ormai al 1969, l’anno del primo sbarco dell’uomo sulla Luna. Il Gore-Tex è un

materiale microporoso, ottenuto sottoponendo a trazione il politetrafluoroetilene (PTFE), meglio

conosciuto come Teflon. Il Gore-Tex è inattaccabile dagli acidi e dagli agenti chimici e inalterabile alle

forti escursioni termiche. La caratteristica saliente della membrana del Gore-Tex è quella di presentare

un numero elevatissimo di micropori (1,4 miliardi per ogni cm2), micropori 20 mila volte più piccoli

della più minuscola goccia d'acqua liquida ma contemporaneamente 700 volte più grandi di una singola

molecola di acqua: tutto ciò si traduce in una perfetta impermeabilità all’acqua liquida22 e in una

contemporanea traspirabilità al vapore acqueo che può passare liberamente attraverso la membrana.

22 Ciò comporta che i tessuti laminati con con Gore-Tex, a seconda della loro resistenza meccanica, possono opporsi a pressioni che vanno da 40 a 80 m di colonna d'acqua, pari a 4 e 8 atmosfere.

Figura 19 – Lamina di Gore-Tex al microscopio elettronico: è ben visibile l’effetto causato dalla iniziale trazione in fase di produzione della membrana microporosa.

37

stesse.

Va precisato che il Gore-Tex è una membrana estremamente sottile, troppo delicata per poter essere

usata da sola. Viene quindi tradizionalmente accoppiato con un materiale esterno, oltre che con una

fodera interna. L'abbinamento di tessuti non idonei rappresenta un grave pericolo per la garanzia di

traspirabilità del Gore-Tex. Non si deve inoltre

dimenticare che i fori creati per le cuciture nel tessuto

risultano inevitabilmente un punto critico nei confronti

dell'impermeabilità, in quanto ovviamente i fori

prodotti dall'ago sono un sicuro passaggio per l'acqua: a

questo problema si può ovviare termosaldando le

cuciture

Figura 20 – meccanismo di funzionamento del Gore-Tex.

La manutenzione dei manufatti in Gore-Tex non riveste particolari problemi e non è dissimile a quella

dei capi d’abbigliamento delicati.