Prenda de ventilación y refrigeración líquida

Una prenda de enfriamiento líquido ( LCG ) es una prenda ajustada que se utiliza para eliminar el calor corporal del usuario. Se utiliza comúnmente en entornos donde el enfriamiento por evaporación a partir del sudor y el enfriamiento 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 ventilación y refrigeración líquida ( LCVG ) tiene conductos de ventilación adicionales resistentes al aplastamiento , que extraen el aire húmedo de las extremidades del usuario, manteniéndolo seco. En un traje completamente cerrado donde el aire exhalado puede ingresar al traje, el aire exhalado es húmedo y puede provocar una sensación incómoda 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 el enfriamiento al aire libre es difícil o imposible de lograr, como en la lucha contra incendios , el trabajo en fábricas de acero y, cada vez más, por cirujanos durante procedimientos largos o extenuantes.

Una prenda de refrigeración líquida suele estar formada por dos partes:

• La prenda y los tubos colectores de calor
• un intercambiador de calor para eliminar el calor del fluido circulante

La prenda suele ser de un tejido ceñido que no se estira o de un tejido elástico ajustado, con tubos flexibles cosidos sobre el tejido. Se puede utilizar una sola capa de tejido, con los tubos ya sea en el interior en contacto directo con la piel del usuario, o en el exterior separados por el tejido. Si se utilizan dos capas de tejido, se pueden formar canales cosidos que encierren los tubos entre las dos capas de tejido. Cuando se necesita resistencia al fuego, la prenda puede estar fabricada con materiales como nomex .

El tubo suele tener unos pocos milímetros de diámetro y puede estar hecho de cualquier cantidad de plásticos flexibles, como cloruro de polivinilo (PVC) o silicona . Los tubos de diámetro más pequeño permiten un mayor grado de flexibilidad de la prenda, pero a costa de una menor capacidad de absorción de calor y una mayor presión necesaria para impulsar el líquido a través del tubo.

Cuando se necesita enfriar una gran superficie o el ambiente externo también calienta los tubos, un solo tubo largo puede no ser suficiente porque el líquido se satura de calor y no puede enfriarse más. Hacer que el líquido sea mucho más frío no es una opción, ya que genera una sensación de frío incómoda en el lugar donde el líquido ingresa 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 puede ser un traje que cubra todo el cuerpo, los brazos y las piernas. Cuando el requerimiento de eliminación de calor es bajo, los tubos pueden estar espaciados a varios centímetros de distancia a lo largo de la superficie de la prenda. Cuando hay una gran cantidad de calor para eliminar, los tubos pueden estar dispuestos en una rejilla densa sin espacios entre ellos.

En el caso de las aplicaciones portátiles en tierra, el intercambiador de calor para enfriar el líquido puede ser de tecnología muy sencilla, y estar compuesto simplemente por un recipiente para contener el hielo y una bomba eléctrica para hacer circular el agua desde el recipiente a través de los tubos. El agua de retorno se enfría con el hielo derretido y se bombea nuevamente a través de los tubos. El flujo se regula variando la velocidad de la bomba o utilizando una válvula de flujo ajustable. El almacenamiento de hielo se puede lograr utilizando una riñonera, una mochila o una bolsa de lona, ​​según el tiempo que necesite el sistema de enfriamiento para funcionar entre la recarga del depósito de hielo.

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

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

Los astronautas suelen llevar una prenda de ventilación y refrigeración líquida para mantener una temperatura corporal agradable durante la actividad extravehicular (EVA). El LCVG logra esta tarea haciendo circular agua fría a través de una red de tubos flexibles en contacto directo con la piel del astronauta. El agua absorbe el calor del cuerpo, lo que da como resultado una temperatura central más baja. Luego, el agua regresa al sistema de soporte vital primario (PLSS), donde se enfría en un intercambiador de calor antes de recircularla.

En un traje espacial independiente, el calor se transfiere finalmente a una fina capa de hielo (formada por una fuente de agua de alimentación 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 está formado por placas de níquel sinterizado con poros microscópicos cuyo tamaño permite que el agua se congele en la placa sin dañarla. Cuando es necesario eliminar el calor, el hielo de los poros se derrite y el agua pasa a través de ellos para formar una fina lámina que se sublima. Cuando no es necesario eliminar el calor, esta agua se vuelve a congelar, sellando la placa. La velocidad de sublimación del hielo es directamente proporcional a la cantidad de calor que se necesita eliminar, por lo que el sistema se autorregula y no necesita piezas 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 dentro de la órbita lunar en el programa Apollo ), el calor se transporta de regreso a una nave espacial anfitriona a través de una conexión umbilical , donde finalmente se irradia o sublima a través del propio sistema de control térmico de la nave espacial.

Debido a que el entorno espacial es esencialmente un vacío , el calor no se puede perder a través de la convección térmica y solo se puede disipar directamente a través de la radiación térmica , un proceso mucho más lento. Por lo tanto, aunque el entorno del espacio puede ser extremadamente frío, la acumulación excesiva de calor es inevitable. Sin un LCVG, no habría medios para expulsar este calor, y afectaría no solo el rendimiento de EVA, sino también la salud del ocupante del traje. El LCVG utilizado con el traje Apollo/Skylab A7L podría eliminar el calor a una velocidad 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 revestimiento de tricot de nailon . ^[5] Los tubos están hechos de cloruro de polivinilo .

Las prendas de protección personal, aunque inicialmente se desarrollaron para la exploración espacial, se han adaptado para una variedad de aplicaciones en la Tierra. Estas prendas, vitales para regular la temperatura en entornos donde la refrigeración tradicional resulta ineficaz, se han utilizado en el ámbito militar, deportivo y en diversos campos médicos.

Los LCVG, diseñados originalmente para astronautas y pilotos, se adaptaron posteriormente para aplicaciones militares, incluidos pilotos de helicópteros y trabajadores de rescate en minas. En la década de 1980, su uso se amplió para incluir entornos recreativos e industriales. ^[6]

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

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

Los LCVG se han utilizado en entornos industriales para ayudar a los trabajadores que usan ropa protectora pesada o trabajan en entornos calurosos. Esto incluye aplicaciones en la limpieza de materiales peligrosos , operaciones de plantas de energía y minería . ^[9]

Los LCVG se han representado a menudo en películas de ciencia ficción y aventuras. Estas representaciones varían desde representaciones realistas hasta adaptaciones imaginativas en condiciones ambientales extremas.

Un ejemplo es la franquicia Dune ^{, donde los personajes usan trajes conocidos como "stillsuits" que se parecen mucho a la función de los LCVG, [ cita requerida ]} diseñados para sobrevivir en el duro clima desértico del planeta ficticio Arrakis. De manera similar, en The Martian , se muestra a los astronautas usando trajes avanzados equipados con sistemas de soporte vital. ^{[ aclaración necesaria ]}

Otras películas que han presentado tecnologías similares incluyen Prometeo e Interstellar , donde los personajes se visten con trajes avanzados para la exploración extraterrestre.

Estas representaciones no sólo han llamado la atención sobre la tecnología, sino que también han inspirado innovaciones y diseños en aplicaciones del mundo real. ^{[ cita requerida ]}

• 
  Apollo/Skylab A7L con LCVG
• 
  Antiguo LCVG de Orlan
• 
  LCVG Orlan actual

• Ropa con aire acondicionado

• Lista de componentes de la unidad electromagnética – NASA Quest