Una prenda de refrigeración líquida ( LCG ) es una prenda ajustada que se utiliza para eliminar el calor corporal del usuario en entornos donde el enfriamiento por evaporación de la sudoración y el enfriamiento por convección al aire libre no funciona, o el usuario tiene un problema biológico que dificulta el auto. -regulación de la temperatura corporal.
Una prenda de ventilación y refrigeración líquida ( LCVG ) tiene conductos de ventilación adicionales resistentes al aplastamiento , que extraen aire húmedo de las extremidades del usuario y lo mantienen seco. En un traje completamente envolvente donde el aire exhalado puede entrar en el traje, el aire exhalado es húmedo y puede provocar una incómoda sensación de humedad o humedad.
Si bien esta tecnología se asocia más comúnmente con trajes espaciales , también se usa en una amplia gama de aplicaciones terrestres donde el enfriamiento al aire libre es difícil o imposible de lograr, como la extinción de incendios , el trabajo en una acería y cada vez más por cirujanos. durante procedimientos largos o extenuantes.
Tecnología
Normalmente, una prenda de refrigeración líquida consta de dos partes:
- la prenda y el tubo de recolección de calor
- un intercambiador de calor para eliminar el calor del fluido en circulación
Prendas y tubos
La prenda es típicamente una tela ajustada que no se estira o una tela elástica ajustada, con un tubo flexible cosido sobre la tela. Puede usarse una sola capa de tejido, con el tubo en el interior directamente en contacto con la piel del usuario o en el exterior separado por el tejido. Si se utilizan dos capas de tela, se pueden formar canales cosidos que encierren el tubo entre las dos capas de tela. Cuando se necesite resistencia a las llamas, la prenda se puede construir con materiales como nomex .
El tubo tiene típicamente unos pocos milímetros de diámetro y puede estar hecho de cualquier número de plásticos flexibles, como cloruro de polivinilo (PVC) o silicona . Los tubos de menor diámetro 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 empujar el líquido a través del tubo.
Cuando es necesario enfriar un área grande o el ambiente externo también calienta el tubo, 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 provoca un frío incómodo donde el líquido ingresa a los tubos. En cambio, se utilizan múltiples tubos paralelos para aumentar el volumen de líquido disponible para absorber 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 de cuerpo entero que cubra los brazos y las piernas. Cuando el requisito de eliminación de calor es bajo, los tubos pueden estar separados varios centímetros a lo largo de la superficie de la prenda. Donde hay una gran cantidad de calor para eliminar, el tubo se puede colocar en una rejilla densa sin espacios entre los tubos.
Intercambiador de calor
Para aplicaciones terrestres portátiles, el intercambiador de calor para enfriar el líquido puede ser de muy baja tecnología, y consiste simplemente en un recipiente para contener hielo y una bomba eléctrica para hacer circular el agua desde el recipiente a través de la tubería. El agua de retorno se enfría con el hielo derretido y se bombea nuevamente a través de los tubos. La regulación del flujo se realiza variando la velocidad de la bomba o usando una válvula de flujo ajustable. El almacenamiento de hielo se puede lograr usando una riñonera, una mochila o una bolsa de lona, dependiendo del tiempo necesario para que el sistema de enfriamiento funcione entre el llenado del almacenamiento de hielo.
En situaciones en las que el usuario debe permanecer en su lugar dentro de un vehículo, se pueden usar 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 umbilical de soporte vital, también se puede suministrar líquido refrigerante a través del umbilical.
Aplicaciones espaciales
Los astronautas suelen usar una prenda de ventilación y refrigeración líquida para mantener una temperatura corporal central cómoda 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 extrae el calor del cuerpo, lo que resulta en 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 recircular.
En un traje espacial independiente, el calor se transfiere finalmente a una fina capa de hielo (formada por una fuente de agua de alimentación separada). Debido a la presión extremadamente baja en el espacio, el hielo calentado se sublima directamente en vapor de agua, que luego se ventila fuera 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. Entonces, cuando es necesario eliminar el calor, el hielo de los poros se derrite y el agua pasa a través de ellos para formar una capa delgada que se sublima (como el hielo seco). Cuando no hay necesidad de eliminar el 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 debe eliminarse, por lo que el sistema se autorregula y no necesita partes móviles. Durante el EVA en la Luna, tuvo una temperatura de salida del gas de 44 ° F (7 ° C), [1] Como ejemplo, durante el primer EVA del comandante del Apolo 12 (de 3 horas, 44 minutos), 4,75 libras (2,15 kg). ) de agua de alimentación se sublimaron 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 que se usan en el programa Gemini o dentro de la órbita lunar en el programa Apolo ), el calor se lleva de regreso a una nave espacial anfitriona a través de una conexión umbilical , donde finalmente se irradia o sublima a través de la propia nave espacial. sistema de control térmico.
Debido a que el entorno espacial es esencialmente un vacío , el calor no se puede perder a través de la convección de calor 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 ningún medio por el cual expulsar este calor, y afectaría no solo el rendimiento del 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 586 vatios . [4]
El LCVG que se usa 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 .
Galería
Orlan LCVG actual
Ver también
- Ropa con aire acondicionado
Referencias
- ^ Carson, Maurice A. "Informe de rendimiento del sistema de soporte vital portátil Apollo". Segunda Conferencia sobre Sistemas Portátiles de Vida. 1971, página 54
- ^ Carson, Maurice A. "Informe de rendimiento del sistema de soporte vital portátil Apollo". Segunda Conferencia sobre Sistemas Portátiles de Vida. 1971, página 60
- ^ Thomas, Kenneth S. y Harold J. McMann. Trajes espaciales de EE. UU., Página 120 y siguientes . Springer Science & Business Media, 2011.
- ^ Carson, Maurice A .; Rouen, Michael N .; Lutz, Charles C .; McBarron, James W. II. Resultados biomédicos de Apolo - Sección VI - Capítulo 6 - Unidad de movilidad extravehicular . Centro espacial Lyndon B. Johnson. Archivado desde el original el 21 de marzo de 2007 . Consultado el 7 de enero de 2007 .
- ^ Freudenrich, Craig C. "Cómo funcionan los trajes espaciales" . Cómo funcionan las cosas . Consultado el 18 de enero de 2007 .
enlaces externos
- Lista de componentes de EMU - NASA Quest