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Articulo de referencia

Prenda de refrigeración y ventilación líquida

Un hombre que lleva una prenda de refrigeración y ventilación líquida para la Unidad de Movilidad Extravehicular (EMU) del Transbordador Espacial / Estación Espacial Internacion...

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Un hombre que lleva una prenda de refrigeración y ventilación líquida para la Unidad de Movilidad Extravehicular (EMU) del Transbordador Espacial / Estación Espacial Internacional .

Una prenda de refrigeración líquida ( LCG , por sus siglas en inglés) es una prenda ajustada que se utiliza para eliminar el calor corporal del usuario. Se usa comúnmente en entornos donde la refrigeración por evaporación mediante la transpiración y la refrigeración por convección al aire libre no funcionan o son insuficientes, o cuando el usuario tiene un problema biológico que dificulta la autorregulación de la temperatura corporal.

Una prenda de refrigeración y ventilación líquida ( LCVG ) cuenta con conductos de ventilación adicionales resistentes al aplastamiento , que extraen el aire húmedo de las extremidades del usuario, manteniéndolo seco. En un traje que cierra completamente el traje, donde el aire exhalado puede entrar, este aire es húmedo y puede provocar una incómoda sensación de humedad.

Si bien esta tecnología se asocia más comúnmente con los trajes espaciales , también se utiliza en una amplia gama de aplicaciones terrestres donde la refrigeración al aire libre es difícil o imposible de lograr, como la extinción de incendios , el trabajo en acerías y, cada vez más, por cirujanos durante procedimientos largos o extenuantes.

Tecnología

Una prenda de refrigeración líquida suele constar de dos partes:

  • la prenda y los tubos de recolección de calor
  • un intercambiador de calor para la eliminación de calor del fluido circulante

Prendas de vestir y tubos

La prenda suele ser de un tejido ajustado que no se estira o de un tejido elástico ceñido, con tubos flexibles cosidos al tejido. Se puede usar una sola capa de tejido, con los tubos en el interior, en contacto directo con la piel del usuario, o en el exterior, separados por el tejido. Si se usan dos capas de tejido, se pueden formar canales cosidos que alojen los tubos entre las dos capas. Cuando se requiere resistencia al fuego, la prenda puede estar confeccionada con materiales como el Nomex .

Los tubos suelen tener unos pocos milímetros de diámetro y pueden estar fabricados con diversos plásticos flexibles, como cloruro de polivinilo (PVC) o silicona . Los tubos de menor diámetro permiten una mayor flexibilidad de la prenda, pero a costa de una menor capacidad de absorción de calor y una mayor presión necesaria para que el líquido circule a través de ellos.

Cuando se necesita enfriar una superficie extensa o el ambiente externo también calienta las tuberías, un solo tubo largo puede no ser suficiente, ya que el líquido se satura de calor y no puede enfriarse más. Enfriar el líquido considerablemente no es una opción, puesto que esto genera una sensación de frío incómodo en el punto de entrada a los tubos. En su lugar, se utilizan varios tubos paralelos para aumentar el volumen de líquido disponible para absorber el calor.

La cobertura de la piel y la densidad de los tubos pueden variar según la aplicación. La prenda puede ser simplemente una camisa de manga corta o un traje completo que cubra brazos y piernas. Cuando la necesidad de disipar calor es baja, los tubos pueden colocarse a varios centímetros de distancia sobre la superficie de la prenda. Cuando se requiere disipar una gran cantidad de calor, los tubos pueden disponerse en una cuadrícula densa sin espacios entre ellos.

Intercambiador de calor

Para aplicaciones portátiles terrestres, el intercambiador de calor para enfriar el líquido puede ser muy sencillo, consistiendo simplemente en un recipiente para el hielo y una bomba eléctrica que hace circular el agua desde el recipiente a través de los tubos. El agua de retorno se enfría con el hielo derretido y se bombea de nuevo a través de los tubos. La regulación del caudal se realiza variando la velocidad de la bomba o mediante una válvula de caudal ajustable. El almacenamiento de hielo puede realizarse en una riñonera, una mochila o una bolsa de lona, ​​según el tiempo que necesite el sistema de refrigeración para funcionar entre recargas.

En situaciones en las que el usuario debe permanecer dentro de un vehículo, se pueden utilizar intercambiadores de calor pesados ​​pero de funcionamiento prolongado, como un sistema de refrigeración para enfriar el líquido.

Cuando el movimiento del usuario se ve parcialmente obstaculizado por el uso de un catéter umbilical de soporte vital, también se puede suministrar líquido refrigerante a través de dicho catéter.

Aplicaciones espaciales

Los astronautas suelen usar un traje de refrigeración y ventilación líquida para mantener una temperatura corporal confortable durante las actividades extravehiculares (EVA). Este traje logra esto haciendo circular agua fría a través de una red de tubos flexibles en contacto directo con la piel del astronauta. El agua extrae el calor del cuerpo, lo que resulta en una temperatura corporal más baja. Posteriormente, el agua regresa al sistema principal de soporte vital (PLSS), donde se enfría en un intercambiador de calor antes de ser recirculada.

En un traje espacial independiente, el calor se transfiere finalmente a una fina capa de hielo (formada por una fuente de agua independiente). Debido a la presión extremadamente baja en el espacio, el hielo calentado se sublima directamente en vapor de agua, que luego se expulsa del traje.

El sublimador de hielo consta de placas de níquel sinterizado con poros microscópicos cuyo tamaño permite que el agua se congele en la placa sin dañarla. Cuando se necesita eliminar calor, el hielo en los poros se derrite y el agua pasa a través de ellos para formar una lámina delgada que se sublima. Cuando no hay necesidad de eliminar calor, esta agua se vuelve a congelar, sellando la placa. La tasa de sublimación del hielo es directamente proporcional a la cantidad de calor que se necesita eliminar, por lo que el sistema es autorregulado y no necesita partes móviles. Durante la EVA en la Luna, este sistema tenía una temperatura de gas de salida de 44 °F (7 °C) [ 1 ] . Como ejemplo, durante la primera EVA del comandante del Apolo 12 (de 3 horas y 44 minutos), se sublimaron 4,75 lb (2,15 kg) de agua de alimentación, y esto disipó 894,4 BTU/h (262,1 W) . [ 2 ] Los poros eventualmente se obstruyen debido a la contaminación y las placas necesitan ser reemplazadas. [ 3 ]      

En un traje espacial dependiente (como los utilizados en el programa Gemini o en órbita lunar durante el programa Apolo ), el calor se transporta de vuelta a la nave espacial anfitriona a través de una conexión umbilical , donde finalmente se irradia o se sublima mediante el propio sistema de control térmico de la nave.

Debido a que el entorno espacial es esencialmente un vacío , el calor no se puede perder por convección y solo se puede disipar directamente mediante radiación térmica , un proceso mucho más lento. Por lo tanto, aunque el entorno espacial puede ser extremadamente frío, la acumulación excesiva de calor es inevitable. Sin un LCVG, no habría forma de expulsar este calor, y afectaría no solo el rendimiento de la EVA, sino también la salud del ocupante del traje. El LCVG utilizado con el traje A7L del Apolo/Skylab podía eliminar el calor a una tasa de aproximadamente 2000 BTU/h (590 W) [ 4 ].  

El LCVG utilizado con la Unidad de Movilidad Extravehicular de la NASA está construido principalmente de spandex , con un forro de tricot de nailon . [ 5 ] Los tubos están hechos de cloruro de polivinilo .

Otras aplicaciones

Aunque inicialmente se desarrollaron para la exploración espacial, las prendas de protección contra la radiación ultravioleta (LCVG) se han adaptado para diversas aplicaciones en la Tierra. Estas prendas, fundamentales para la regulación de la temperatura en entornos donde la refrigeración tradicional resulta ineficaz, se han utilizado en el ámbito militar, deportivo y en diversos campos médicos.

Diseñados originalmente para astronautas y pilotos, los LCVG se adaptaron posteriormente para aplicaciones militares, incluyendo pilotos de helicópteros y rescatistas mineros. En la década de 1980, su uso se extendió a entornos recreativos e industriales. [ 6 ]

En el ámbito médico, las prendas de compresión de baja temperatura (LCVG) se han utilizado para afecciones como la displasia ectodérmica hipohidrótica , en la que los pacientes no pueden sudar ni regular su temperatura corporal. Estas prendas también han sido eficaces en el tratamiento de la esclerosis múltiple , la neuropatía periférica , la epidermólisis bullosa , la espina bífida y la parálisis cerebral , al proporcionar un enfriamiento controlado al cuerpo. [ 7 ]

Los dispositivos de enfriamiento de baja frecuencia (LCVG) se han utilizado en la terapia deportiva. Estos dispositivos, que aplican presión y frío a las zonas lesionadas, han resultado beneficiosos tanto para atletas humanos como para animales como perros y caballos. Los sistemas de enfriamiento también se utilizan para mejorar el rendimiento y reducir el riesgo de conmociones cerebrales en los atletas. [ 8 ]

Las gafas de protección de bajo consumo (LCVG) se han empleado en entornos industriales para ayudar a los trabajadores que usan ropa protectora pesada o trabajan en ambientes calurosos. Esto incluye aplicaciones en la limpieza de materiales peligrosos , operaciones de centrales eléctricas y minería . [ 9 ]

Referencias

  1. ↑ Carson, Maurice A. «Informe de rendimiento del sistema portátil de soporte vital Apollo». Segunda Conferencia sobre Sistemas Portátiles de Soporte Vital. 1971, página 54.
  2. ↑ Carson, Maurice A. "Informe de rendimiento del sistema portátil de soporte vital Apollo". Segunda Conferencia sobre Sistemas Portátiles de Soporte Vital. 1971, página 60.
  3. ↑ Thomas, Kenneth S., y Harold J. McMann. Trajes espaciales estadounidenses, página 120 y siguientes . Springer Science & Business Media, 2011.
  4. ↑ Carson, Maurice A.; Rouen, Michael N.; Lutz, Charles C.; McBarron, James W. II. Resultados biomédicos del Apolo – Sección VI – Capítulo 6 – Unidad de movilidad extravehicular . Centro Espacial Lyndon B. Johnson. Archivado del original el 21 de marzo de 2007. Consultado el 7 de enero de 2007 .
  5. ↑ Freudenrich, Craig C. (14 de diciembre de 2000). "Cómo funcionan los trajes espaciales" . Cómo funcionan las cosas . Recuperado el 18 de enero de 2007 .
  6. ↑ "Las prendas refrigerantes encuentran nuevos usos médicos, deportivos e industriales" . Proyecto derivado de la NASA .
  7. ↑ "Las prendas refrigerantes encuentran nuevos usos médicos, deportivos e industriales" . Proyecto derivado de la NASA .
  8. ↑ "Las prendas refrigerantes encuentran nuevos usos médicos, deportivos e industriales" . Proyecto derivado de la NASA .
  9. ↑ "Las prendas refrigerantes encuentran nuevos usos médicos, deportivos e industriales" . Proyecto derivado de la NASA .
  • Lista de componentes de la EMU – NASA Quest