La física del transporte de la humedad: capilaridad y MMT

Que un género de punto aleje el sudor y se seque no es magia, sino hidrostática y física de superficies. El movimiento de la humedad líquida en una estructura fibrosa se compone de dos fenómenos distintos: primero la mojabilidad (wetting), es decir, la tendencia del líquido a extenderse sobre la superficie de la fibra; después el transporte capilar (wicking o efecto mecha), es decir, la succión espontánea del líquido hacia los huecos entre fibras. El poliéster en sí es hidrófobo; el rendimiento procede menos de la química de la fibra que de la geometría de sección, la arquitectura del hilo y el acabado. Este artículo aborda esos mecanismos en el lenguaje de los métodos de ensayo normalizados, con magnitudes de ingeniería.

01Mojabilidad: ángulo de contacto y ecuación de Young

Cuando una gota de agua cae sobre una superficie, el ángulo de contacto (theta) que forma es la medida de la mojabilidad. Según la ecuación de Young, ese ángulo nace del equilibrio entre las tensiones interfaciales sólido-vapor, sólido-líquido y líquido-vapor. Si theta < 90 grados la superficie es hidrófila y el líquido se extiende; si theta > 90 grados es hidrófoba y la gota forma perlas (efecto perlado). En el poliéster crudo el ángulo de contacto del agua se sitúa típicamente en la banda de 70-90 grados, lo que explica que, sin una intervención adicional, el género de punto tienda a «repeler» el sudor. Para que el transporte capilar sea posible, cos(theta) debe ser positivo, es decir, el ángulo de contacto debe quedar por debajo de 90 grados.

02Ascenso capilar: la ecuación de Washburn

Los huecos entre fibras se comportan como tubos capilares finos. En un tubo capilar la distancia de penetración L viene dada por la ecuación de Lucas-Washburn: L = raíz cuadrada[(gamma * r * t * cos(theta)) / (2 * eta)]. Aquí gamma es la tensión superficial del líquido, r el radio capilar/de poro efectivo, theta el ángulo de contacto, eta la viscosidad dinámica del líquido y t el tiempo. La ecuación se deriva de la presión capilar de Young-Laplace (Pc = 2*gamma*cos(theta)/r) y del flujo de Hagen-Poiseuille; corresponde al caso horizontal, en el que se desprecia la gravedad.

Esta ecuación dice tres cosas al diseño. Primera: la distancia de penetración crece con la raíz cuadrada del tiempo (L proporcional a raíz-t), de modo que el wicking es muy rápido al principio y luego se frena progresivamente. Segunda: un radio de poro r pequeño significa mayor presión capilar (Pc proporcional a 1/r) pero flujo más lento (L proporcional a raíz-r); ese dilema explica por qué afinar el microfilamento aumenta la fuerza de succión y a la vez exige un punto de equilibrio. Tercera: como cos(theta) es un factor multiplicador, todo acabado hidrófilo que baje el ángulo de contacto por debajo de 90 grados incide directamente sobre el wicking. En el wicking vertical se le opone la gravedad; por eso el líquido no asciende indefinidamente, sino que existe una altura de equilibrio en la que la presión capilar iguala a la presión hidrostática.

03Medición del wicking vertical: ensayos de tira

El ascenso capilar se puede medir directamente. En los ensayos clásicos de tira (strip test) se sumerge en un depósito de agua el extremo inferior de una tira de género de punto colgada verticalmente y, transcurridos tiempos determinados, se lee la altura (mm) que el agua ha trepado. DIN 53924 es un método de «altura de ascenso» de corta duración (del orden de minutos) para géneros de punto con wicking relativamente rápido; BS 3424 (Method 21), en cambio, es un ensayo de resistencia que se extiende hasta 24 horas para tejidos recubiertos o técnicos con wicking muy lento. Su equivalente moderno es AATCC 197: en una probeta alineada verticalmente se sigue el ascenso capilar frente al tiempo; es la geometría más próxima al escenario real de la prenda que cuelga junto a la piel que suda. Para la difusión horizontal se emplea AATCC 198 (el tiempo que tarda el líquido depositado en el centro en alcanzar 100 mm de diámetro); los resultados de ambos métodos no se comparan entre sí, porque las geometrías son distintas.

04MMT: el mapa de la gestión de la humedad en un solo paso

El ensayo de tira dice con qué rapidez transporta, pero no muestra la diferencia direccional entre las dos caras de un mismo género de punto. AATCC 195 (Moisture Management Tester, MMT) mide justamente eso: la probeta se coloca entre anillos de sensores concéntricos en la cara superior y en la inferior, se deposita en el centro el líquido de ensayo (normalmente una solución salina similar al sudor sintético) y se registra en el tiempo la resistencia/conductividad eléctrica de ambas caras. La curva resultante se resuelve en seis índices: tiempo de humectación (WT, s, por separado para cara superior/inferior), velocidad de absorción (AR, %/s), radio máximo de humectación (MWR, mm), velocidad de difusión (SS, mm/s), capacidad de transporte unidireccional (acumulada) R y el índice que los combina, la capacidad general de gestión de la humedad OMMC (índice entre 0 y 1).

OMMC: resumen en una sola cifra a partir de ARB, R y SSB

El OMMC es el resumen en una sola cifra de la capacidad de un género de punto para gestionar la humedad y se calcula a partir de tres componentes: velocidad de absorción de la cara inferior (ARB), capacidad de transporte unidireccional (R) y velocidad máxima de difusión de la cara inferior (SSB). La lógica es clara: un buen género de punto deportivo empuja el líquido desde el lado de la piel (superior) hacia el lado exterior (inferior), lo extiende allí sobre una superficie amplia y lo prepara para una evaporación rápida. Cada índice se traduce de su valor a una calificación de 1 a 5 (1 = deficiente, 5 = excelente). El índice unidireccional R es la diferencia entre las integrales en el tiempo del contenido de agua de la cara superior y de la inferior; un R positivo y elevado significa un flujo neto de líquido lejos de la piel.

05Push-pull: transporte direccional en doble capa

El índice unidireccional R del MMT describe también un objetivo de diseño: el movimiento unidireccional del líquido lejos de la piel. La construcción que lo consigue con mayor claridad es la doble capa push-pull. La cara interior, la que mira a la piel, se elige deliberadamente hidrófoba (p. ej. polipropileno o poliéster de microfilamento sin tratar), y la exterior, hidrófila. El gradiente de mojabilidad resultante funciona como una bomba unidireccional para el líquido: la capa interior hidrófoba no retiene el sudor y, con sus poros pequeños, lo «empuja» hacia la capa exterior; la capa exterior, de alta absorción, «tira» del líquido, lo extiende sobre una superficie amplia y agranda el área de evaporación. Así, el objeto de la ingeniería pasa a ser la diferencia de energía superficial entre las dos capas, y no la química de la fibra; la piel queda seca y la evaporación ocurre en el exterior.

06Velocidad de secado: cerrar la mitad húmeda

El transporte es solo la mitad; el confort se completa cuando el líquido se evapora. Los métodos de velocidad de secado miden magnitudes físicas distintas y no deben confundirse. AATCC 201 (placa calefactada) seca la probeta sobre una placa a 37 °C que imita la temperatura de la piel, con una corriente de aire sobre la cara superior, y deduce la velocidad de secado (habitualmente mm/hora o g/m2/hora) de la variación de temperatura superficial; es el escenario más próximo al uso. AATCC 199 sigue la probeta totalmente saturada a 37 °C en un analizador gravimétrico de humedad y obtiene el tiempo de secado a partir de la pérdida de peso. AATCC 200, sin calentamiento externo y con aire aspirado a través del material, estima el tiempo de secado completo (dryout) a partir de la temperatura superficial. En resumen, 201 y 200 se basan en la temperatura y 199 en el peso; al comparar hay que indicar siempre qué método se ha empleado.

07Acabado hidrófilo frente a hidrofilia duradera

Hay dos vías para hacer positivo el factor cos(theta). La primera es el acabado químico: aplicar a la superficie del poliéster un polímero hidrófilo (p. ej. derivados de poliéter/PEG) baja el ángulo de contacto y mejora con rapidez tanto la velocidad de absorción como el wicking. Pero los acabados simples se eliminan con el lavado; típicamente el rendimiento cae de forma notable tras 30-50 lavados. Las soluciones más duraderas emplean poliéteres de anclaje multipunto, con un extremo unido covalentemente al poliéster y el otro permanentemente hidrófilo, agentes de acoplamiento de silano o redes poliméricas entrecruzadas; bien formuladas, buena parte del wicking se conserva a 30 lavados. La segunda vía es estructural: una sección acanalada (p. ej. el filamento estriado tipo Coolmax que el sector conoce) o el afinado del microfilamento ajusta el radio capilar r y la superficie mediante la geometría; ese efecto no cambia con el lavado, porque depende de la forma y no de la química. El rendimiento más robusto suele combinar la geometría estructural con un acabado duradero.

08La lista de comprobación del diseñador

• Midan primero el ángulo de contacto: si no baja de 90 grados, el género de punto repele el sudor y la intervención hidrófila es obligatoria (ecuación de Young).
• No olviden la desaceleración en raíz-t del wicking: los primeros segundos son los más críticos; el confort real se esconde en la velocidad de absorción inicial.
• Si quieren una sola cifra del MMT, pidan el OMMC; pero R (unidireccional) es la prueba real de un diseño push-pull.
• No comparen los resultados de wicking vertical (AATCC 197) y horizontal (AATCC 198); las geometrías son distintas.
• Al declarar el secado, indiquen el método: AATCC 201/200 (temperatura) y AATCC 199 (peso) no son la misma cifra.
• No digan «gestiona la humedad» sin abordar la durabilidad al lavado: el acabado se elimina en 30-50 lavados, la sección estructural no.