Diseño y desarrollo de un sistema de medida de impermeabilidad de prendas: Torre de lluvia

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Beatriz Muñoz Salazar
hace 8 años
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1 Título Diseño y desarrollo de un sistema de medida de impermeabilidad de prendas: Torre de lluvia Ámbito del proyecto En el campo de la determinación de la impermeabilidad existen en el mercado sistemas que, de acuerdo a la normativa existente, permiten ensayar tanto tejidos como prendas. Dichos sistemas, sin embargo, no tienen en cuenta aspectos tan importantes como pueden ser la correcta ergonomía de las prendas durante el ensayo o el diagnóstico de un incorrecto sellado de las costuras. El sistema a desarrollar surge, por tanto, de la necesidad de cubrir todos los aspectos involucrados en la mejora de la impermeabilidad de prendas. Este proyecto ha sido realizado en colaboración con el Instituto de Electrónica Aplicada de la Universidad de Vigo y ha sido cofinanciado por la Xunta de Galicia bajo el proyecto de investigación PGIDIT04DPI086E. Introducción y objetivos La impermeabilidad, al igual que por ejemplo la transpirabilidad, la durabilidad, la resistencia mecánica o la resistencia térmica, es una característica muy importante para algunos tipos de prendas, como puede ser el caso de aquellas prendas destinadas a los cuerpos y fuerzas de seguridad. De hecho, diversos estudios muestran que la precisión en el cumplimiento de ciertas tareas asociadas a dicho tipo de usuarios depende en gran medida de parámetros tales como su temperatura corporal, parámetros que a su vez dependen de las propiedades de las prendas que visten. Por otro lado, dichos usuarios deben ser capaces de realizar sus tareas independientemente de las condiciones ambientales, lo que nuevamente impone unos altos requisitos a las prendas que usan. Como consecuencia de todo ello, el diseño y fabricación de prendas profesionales de altas prestaciones es una tarea ciertamente compleja. En el mercado existen sistemas que, de acuerdo con la normativa existente, permiten comprobar la impermeabilidad de tejidos. Cabe destacar, entre ellos, la denominada ducha de Bundesmann (Figura 1). Figura 1. Ducha de Bundesmann También existen, y en este caso ya con una mayor relación con los objetivos de este proyecto, sistemas que permiten comprobar la impermeabilidad no solo de tejidos sino de prendas completas. La principal limitación de dicho tipo de sistemas es que no tienen en cuenta (o no lo suficientemente) determinados aspectos que afectan en gran medida a la impermeabilidad de las prendas. Dichos aspectos son:

Dichos sistemas, sin embargo, no tienen en cuenta aspectos tan importantes como pueden ser la correcta ergonomía de las prendas durante el ensayo o el diagnóstico de un incorrecto sellado de las

2 Ergonomía: La localización y estructura de las uniones (costuras) y elementos de cierre (cremalleras, velcros, etc.) afecta al comportamiento de las prendas sometidas a condiciones lluviosas. Movimiento: Obviamente, la respuesta de las prendas si el usuario se mueve no es la misma que si no lo hace. Diagnóstico: Para propósitos de certificación es suficiente con determinar cuando una determinada prenda cumple con la normativa; es decir, cuando entra o no agua bajo unas determinadas condiciones normalizadas de lluvia. Sin embargo, desde el punto de vista del fabricante de las prendas (como es el caso de Partenon), si lo que se pretende es llevar a cabo una mejora continua de las mismas es indispensable detectar no solo si una prenda es o no impermeable, sino también poder determinar cuales son las causas de los posibles problemas de impermeabilidad. Como consecuencia de las limitaciones anteriormente expuestas, se decidió desarrollar un nuevo sistema, estableciéndose como finalidad del mismo el cumplimiento de dos objetivos: 1. Medida y diagnóstico de impermeabilidad de prendas nuevas bajo condiciones severas de lluvia: El sistema debe permitir tanto la localización de la fuente de cualquier hipotética entrada de agua como la determinación de los caminos por los que se propaga el agua una vez ha entrado al interior de las prendas. 2. Medida de la impermeabilidad de prendas usadas: Permitirá conocer el comportamiento de las prendas a lo largo de todo su ciclo de vida. El cumplimiento de dicho objetivo implica desarrollar sistemas de envejecimiento acelerado que emulen el deterioro que sufre una prenda a lo largo de su vida Descripción de la solución adoptada Como primer paso para la elaboración de las especificaciones del sistema se analizó la normativa existente relacionada con ensayos de agua sobre productos textiles, resultando de dicho análisis que existen dos normas muy interesantes para la determinación de la impermeabilidad de prendas y que, de hecho, han sido utilizadas como base para la determinación de las especificaciones básicas del sistema implementado. Dichas normas son: UNE-EN 14360: Ropa de protección contra la lluvia. Método de ensayo para las prendas listas para llevar. Impacto desde arriba con gotas de alta energía. Describe un método de emulación de lluvia vertical, como es el caso de aquella producida en un chaparrón. UNE-EN 468: Ropas de protección. Protección contra líquidos químicos. Método de ensayo: determinación de la resistencia a la penetración por pulverizaciones (ensayo de pulverización) Describe un método de emulación de lluvia horizontal, como es el caso de aquella producida cuando existe una combinación de lluvia y viento. Este segundo método es también de gran utilidad en la determinación de la impermeabilidad de prendas de moto. Tal y como se indica en la introducción, también existen diversos sistemas comerciales. Así, el primer sistema que emuló artificialmente una lluvia estandarizada fue el denominado ensayo de la ducha de Bundesmann (Figura 1). La principal limitación de dicho ensayo es que está limitado a la determinación de impermeabilidad de tejidos y no de prendas completas.

Diagnóstico: Para propósitos de certificación es suficiente con determinar cuando una determinada prenda cumple con la normativa; es decir, cuando entra o no agua bajo unas determinadas condiciones

3 Sistemas que si permiten dicho tipo de ensayos son las más recientes torres de lluvia del instituto suizo de investigación EMPA y la empresa Gore-Tex. De hecho, la torre de lluvia de EMPA fue la base del desarrollo de la normativa EN Sin embargo, y desde el punto de vista de un fabricante de prendas como Partenon, ambos sistemas tienen como principal limitación que están más orientados a servir como control de calidad del producto final que a ser un mecanismo eficaz de determinación de las fuentes de hipotéticas entradas de agua. Con objeto de superar dicha limitación, se diseño e implementó un nuevo sistema, cuyo diagrama de bloques se muestra en la Figura 2. Figura 2. Diagrama de bloques del sistema Tal y como se puede apreciar en dicha figura, el sistema consta de los siguientes subsistemas: 1. Emulador de condiciones de lluvia (Figura 3 y Figura 4): Permite emular las condiciones de lluvia existentes en una situación real de mal tiempo. Dichas condiciones hubieron de ser caracterizadas con exactitud con objeto de conseguir tanto similitud con las condiciones reales de lluvia como repetibilidad de las condiciones de un ensayo a otro. Figura 3. Emulador de condiciones de lluvia

Sin embargo, y desde el punto de vista de un fabricante de prendas como Partenon, ambos sistemas tienen como principal limitación que están más orientados a servir como control de calidad del

4 Figura 4. Emulador de condiciones de lluvia 2. Portador de prenda (Figura 5 y Figura 6): Diseñado de tal forma que lleve las prendas bajo ensayo en las mismas condiciones que lo haría el portador real. Además, lleva embebidos en su superficie los sensores de detección de agua y en su interior alberga el equipamiento necesario tanto para la adquisición y acondicionamiento de datos como para la transmisión inalámbrica de los mismos. Figura 5. Portador de prenda Para una mayor versatilidad, se ha preparado de tal modo que, sin comprometer en ningún caso la estanqueidad del conjunto, permita tanto una fácil reposición de los sensores como un rápido acceso al equipamiento electrónico del interior. Por último indicar que, gracias al uso de conectores eléctricos estancos en las articulaciones, el proceso de vestido/desvestido de las prendas se realiza con gran facilidad.

Además, lleva embebidos en su superficie los sensores de detección de agua y en su interior alberga el equipamiento necesario tanto para la adquisición y acondicionamiento de datos como para la

5 Figura 6. Portador de prenda 3. Sistema de medida y control (Figura 7). Incluye, a su vez, los siguientes bloques funcionales: Medida de impermeabilidad. Bloque funcional formado por tres conjuntos de sensores: uno que permite la detección de gotas de agua en más de 90 zonas, otro de medida de humedad relativa y un tercero formado por sensores de temperatura. También incluye los correspondientes circuitos de adquisición y acondicionamiento de datos. Debido a que es de vital importancia para un correcto diagnóstico de los problemas de impermeabilidad, este bloque es uno de los que en más se ha trabajado y que más se ha desarrollado con respecto a lo existente en sistemas actuales. Visión: Consiste en cuatro videocámaras y el correspondiente hardware de registro de imágenes asociado. Al igual que el anterior, este bloque funcional, no existente en otros sistemas, es fundamental para el diagnóstico de las causas de los problemas de impermeabilidad. Sistema de control: Tienen como principal función coordinar la ejecución del ensayo. Incluye el necesario conjunto de sensores y actuadores de control (interruptores de flujo, sensores de proximidad inductivos, electroválvulas, contactores, etc.). También incluye elementos que aseguren la seguridad del ensayo. Sistema de registro de ensayo e interfaz. Tiene como funciones tanto establecer los parámetros y condiciones de ensayo como almacenar y mostrar los resultados del mismo. Sistema de comunicaciones: Está a cargo de las comunicaciones entre todos los elementos que forman el sistema de medida y control.

temperatura. También incluye los correspondientes circuitos de adquisición y acondicionamiento de datos.

6 Hydraulic Circuit Human Machine Interface/ Test Registry RS-232 PLC with RS-232 Flow Switches Electrovalves Motors Vertical rain Start motor + Proximity Sensors Ethernet 100 BaseTX SWITCH 100 BaseTX Manikin Rotation Motor PNP PNP Ethernet 100 BaseTX Ethernet 100 BaseTX Wireless Access Point Vision System Wireless Access Point FrameGrabber Data Acquisition and Conditioning Water presence and humidity sensors Figura 7. Sistema de medida y control

Sensors Ethernet 100 BaseTX SWITCH 100 BaseTX Manikin Rotation Motor PNP PNP Ethernet 100 BaseTX Ethernet 100 BaseTX Wireless Access Point Vision

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