| AUTOR | FECHA DE CREACION | VERSIÓN | NÚMERO DEL DOCUMENTO |
|---|---|---|---|
| Dr. Gerard McGranaghan | 14 de octubre de 2014 | V1.1 | CC11 - 00041 |
Introducción
Este documento es una breve encuesta de la información relacionada con el calentamiento por infrarrojos de humanos y animales, normalmente denominado calentamiento de confort. Explica la lógica científica detrás del uso de radiación infrarroja de onda media y larga cuando se usa para calentar cómodamente.
La radiación infrarroja se utiliza como calefacción de confort para el calentamiento de humanos y animales. Los humanos y los animales están expuestos al infrarrojo casi todos los días a través del sol, y han desarrollado mecanismos especiales dentro de su piel para maximizar el beneficio de esta fuente. Debe tenerse en cuenta el conocimiento de estos mecanismos y características al seleccionar el tipo de calentador para calefacción de confort. A pesar de la alta intensidad y el poderoso efecto de calentamiento de los calentadores de onda corta, este documento explica las desventajas y los problemas de salud que puede causar el uso de calentadores de "onda corta".
Antecedentes
El infrarrojo es radiación electromagnética no ionizante dentro de las longitudes de onda de 780nm a 1mm. Dentro de esta banda ancha, a menudo se subdivide en tres regiones, IR-A, IR-B e IR-C clasificadas de la siguiente manera
- IR-A: 700nm – 1400nm (0.7μm – 1.4μm)
- IR-B: 1400nm – 3000nm (1.4μm – 3μm)
- IR-C: 3000nm – 1mm (3μm – 1000μm)
La radiación infrarroja provoca un efecto de calentamiento cuando golpea una superficie, en el caso de un calentamiento confortable, normalmente es la piel. Sin embargo, no toda la radiación infrarroja se convierte en calor. Toda la radiación infrarroja puede ser
- Absorbido
- transmitido
- Reflejado
La cantidad de cada uno depende de la superficie y las características del material. El IR que se refleja no se convertirá en calor, mientras que el IR que se absorbe se convierte en calor directamente. El IR que se transmite puede convertirse en parte en calor dependiendo del grosor del objetivo y de la cantidad de radiación que puede atravesar. Las longitudes de onda más cortas suelen ser más transmisivas y, por lo tanto, penetrantes, mientras que la energía infrarroja de onda media y larga generalmente penetra menos convirtiendo la mayor parte de su energía en calor en la micro región de la superficie.
Absorción
Con respecto al cuerpo humano, la absorción depende en gran medida de las características de la piel. La piel absorbe principalmente debido a su contenido de agua 80% más o menos, por lo tanto, tiene un espectro de absorción como el agua (Robinson 2014). Visto en la Figura 1 a continuación, de las tres bandas biológicamente significativas, IR-A e IR-B tienen menor absorción en comparación con IR-C. Esto significa que la piel humana absorbe mejor los IR-C e IR-B que se producen a longitudes de onda más largas. Esto se tradujo en un calentamiento más eficiente de los humanos a través de estas bandas de onda larga y media. Por supuesto, usar un calentador que suministre IR-A aún calentará la piel, pero será menos eficiente ya que la piel no absorbe tan bien.
Reflexividad
La piel también puede reflejar la radiación IR y, de nuevo, esto depende en gran medida de la longitud de onda. Visto en la Figura 2, la piel tiene una alta reflectancia en las bandas IR-A biológicamente significativas y esto disminuye y se nivela en las bandas IR-B e IR-C.
Esto significa que de toda la radiación infrarroja que golpea la piel, se reflejará una gran proporción de IR-A (radiación de onda corta) y, por lo tanto, no causará calentamiento.
Por lo tanto, el infrarrojo en las longitudes de onda más largas ayuda favorablemente con una alta absorción y baja reflectancia, que son dos propiedades esenciales requeridas para el calentamiento efectivo de un objetivo. Por el contrario, el infrarrojo en las longitudes de onda más cortas no se absorbe bien y se refleja en la superficie de la piel.
Transmisión
Finalmente, la piel también puede transmitir radiación y nuevamente es una función de la longitud de onda. De hecho, para IR cercano (~ 1.2 μm, es decir, cerca del final de IR-A), aproximadamente 65% de IR puede alcanzar la dermis (Schroeder et al. 2008). Más allá de 2 μm la piel es opaca. De hecho, a pesar del hecho de que la piel se calentará con IR-A que supera la alta reflectividad de la piel, el IR cercano es potencialmente más peligroso que el IR medio y lejano porque puede penetrar en el área dérmica de la piel y causar mayor lesión
Por lo tanto, el IR-C biológicamente significativo tiene una alta absorción, baja reflectividad y baja transmisividad, todo lo cual es beneficioso para calentar la piel, que finalmente transmite el calor al interior del cuerpo por difusión al tejido interno más frío. También es la banda de onda intrínsecamente más segura, por lo que el IR de confort generalmente apunta a las longitudes de onda más largas (cómodamente en las regiones IR-B e IR-C)
Salud
Además del peligro directo de contacto con el propio emisor caliente, la radiación infrarroja de onda corta de alta intensidad puede causar quemaduras térmicas si la piel recibe demasiada exposición durante demasiado tiempo o si la unidad del calentador está demasiado cerca del objetivo. Estos efectos de envejecimiento son conocidos por los brazos y las caras de los sopladores de vidrio de Bakers (Cho et al 2009). El daño ocular puede ocurrir durante un largo período de tiempo, por lo que se recomiendan gafas o límites de tiempo (Voke 1999). Near IR es responsable del fotoenvejecimiento de la piel (Schroeder et al. 2008), donde la exposición a IR-A induce efectos biológicos similares a la luz UV (Schroeder et al 2009). Por lo tanto, si es posible, IR-B e IR-C deben usarse como alternativas que no tengan estos efectos nocivos.
Dadas las razones anteriores sobre las limitaciones naturales del cuerpo humano hacia IR-A, es más beneficioso y menos dañino concentrarse en las bandas de onda IR-B e IR-C de rango medio en longitudes de onda entre micrones 3-10. La salida espectral de los calentadores de cerámica está, por lo tanto, muy bien posicionada para tales tareas (ver Figura 4 a continuación)
Resumen
La radiación infrarroja se absorbe, transmite o refleja según las características de la superficie. En el caso de humanos o animales, esta superficie es la piel. La piel que cubre el cuerpo humano ha desarrollado características de absorción, transmisión y reflejo probablemente como resultado de la exposición al sol. Las características de defensa natural han evolucionado, como la absorción favorable de IR de onda larga y la alta reflectividad de IR de onda corta. Además, estudios recientes encuentran que el IR de onda corta (IR-A) es dañino para la piel y produce un envejecimiento prematuro. Los infrarrojos en las bandas IR-B e IR-C no tienen tales efectos dañinos y deben ser favorecidos.
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Referencias
Peter Schroeder, Judith Haendeler, Jean Krutmann, El papel de la radiación infrarroja cercana en el fotoenvejecimiento de la piel, Gerontología experimental, Volumen 43, Número 7, Julio 2008, Páginas 629-632, ISSN 0531- 5565,
Correspondencia personal. Profesor Anthony Robinson, Departamento de Ingeniería Mecánica y de Manufactura, Trinity College, Dublín 2.
Soyun Cho, Mi Hee Shin, Yeon Kyung Kim, Jo-Eun Seo, Young Mee Lee, Chi-Hyun Park y Jin Ho Chung, Efectos de la radiación infrarroja y el calor sobre el envejecimiento de la piel humana in vivo, actas del simposio de Journal of Investigative Dermatology (2009) 14, 15-19;
Schroeder P, Calles C, Krutmann J. Prevención de los efectos perjudiciales mediados por la radiación infrarroja A en la piel humana. Cartas de terapia de la piel. 2009 Jun; 14 (5): 4-5.
Dra. Janet Voke, Efectos de la radiación en el ojo, Parte 1 - Efectos de la radiación infrarroja en el tejido ocular, Optometry Today, mayo de 1999
