Aplicación innovadora de una película que atrapa la humedad para reducir el estrés térmico en los trajes de protección personal

La nueva película compuesta reduce el índice de calor o la "temperatura del aire percibida" en aproximadamente un 40%

29.03.2022 - Singapur

Un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) ha desarrollado un novedoso material super-higroscópico que mejora la evaporación del sudor dentro de un traje de protección personal, para crear un efecto refrigerante que mejore el confort térmico de los usuarios, como los trabajadores sanitarios y otros funcionarios de primera línea. Esta invención se ha validado mediante pruebas de laboratorio realizadas en colaboración con investigadores de la HTX (Agencia de Ciencia y Tecnología del Equipo Nacional) de Singapur.

La nueva película desecante, que es biocompatible y no tóxica, tiene una rápida tasa de absorción, una gran capacidad de absorción y excelentes propiedades mecánicas. Esto significa que el material es muy robusto y duradero para aplicaciones prácticas como los trajes de protección que llevan los trabajadores sanitarios. Además, es asequible, ligero, fácil de fabricar y reutilizable.

"A una temperatura ambiente de unos 35grados C, un trabajador sanitario que se pone un traje de protección durante una hora suele experimentar un índice de calor de unos 64 grados C. Esto provoca malestar y una tensión térmica prolongada que puede provocar un golpe de calor e incluso la muerte. Nuestra novedosa película compuesta que atrapa la humedad consigue un efecto refrescante dentro del traje de protección a través de la refrigeración por evaporación, aumentando la evaporación del sudor de la piel", explicó el jefe del equipo de investigación, el profesor adjunto Tan Swee Ching, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de los Materiales de la Facultad de Diseño e Ingeniería de la NUS.

Colocar un trozo de la novedosa película compuesta en un traje de protección -por ejemplo, en la parte trasera del traje- podría reducir el índice de calor en un 40% aproximadamente, lo que disminuiría notablemente la probabilidad de sufrir un golpe de calor".

Esta invención se publicó en la prestigiosa revista científica Small el 20 de febrero de 2022.

Este avance en la investigación demuestra el resultado positivo de aprovechar los puntos fuertes complementarios de la NUS y la HTX para crear beneficios tangibles para el equipo local[1] y la comunidad en general. Al combinar los conocimientos científicos del equipo de la NUS sobre materiales avanzados de hidrogel y el profundo conocimiento de HTX de las necesidades del Home Team y sus capacidades de ingeniería, el equipo de investigación conjunto pudo personalizar y optimizar el novedoso material que atrapa la humedad para aplicaciones prácticas que mejoren el rendimiento y la productividad de los oficiales de primera línea.

Refrescarse aumentando la evaporación del sudor

Los trajes de protección médica tienen excelentes propiedades antibacterianas e impermeables. Sin embargo, este alto nivel de protección impide la salida del vapor de agua producido por el sudor evaporado e impide la pérdida de calor del cuerpo. Por ello, los usuarios, como el personal sanitario, que deben ponerse los trajes de protección durante muchas horas, especialmente en entornos tropicales, suelen sufrir golpes de calor en el trabajo.

Las soluciones de gestión térmica, como las prendas de refrigeración por aire con ventiladores eléctricos o la ingestión de lodos de hielo, son poco prácticas debido a limitaciones como el volumen, el peso elevado y la eficacia limitada. Aunque los tejidos y revestimientos avanzados son soluciones prometedoras, son difíciles de fabricar y los costes de producción son elevados.

El equipo de la NUS ideó una estrategia práctica para superar los problemas actuales aprovechando el principio de la refrigeración por evaporación. Su solución consiste en utilizar una película compuesta súper higroscópica para controlar el nivel de humedad en el microambiente del traje de protección. Cuando la película compuesta que atrapa la humedad absorbe el vapor de agua dentro del traje de protección, el nivel de humedad desciende. Esto, a su vez, acelera la evaporación del sudor de la piel. Como resultado, se disipa más calor del cuerpo humano a través de la sudoración, lo que proporciona confort térmico a usuarios como los trabajadores sanitarios.

Para examinar la eficacia de su solución, el equipo de la NUS realizó pruebas en colaboración con investigadores de HTX, utilizando un maniquí "Newton" de 20 zonas dentro de una cámara climática. Se trata de un hito experimental importante para evaluar la viabilidad de la aplicación de la película compuesta a escala de la ropa de cuerpo entero.

Con la película compuesta, la humedad relativa (HR) en condiciones de sudoración moderada se redujo en aproximadamente un 40%: del 91% al 48,2% tras una hora de sudoración y al 53,2% tras dos horas de sudoración. El equipo también descubrió que, en la primera hora de sudoración, el índice de calor o la "temperatura del aire percibida" se redujo significativamente de 64,6 grados C a 40 grados C a una temperatura del aire de 35 grados C. A este nivel, aunque los usuarios siguen sintiendo calor, la probabilidad de sufrir un golpe de calor, calambres y agotamiento por calor se reduce notablemente.

"Estos experimentos demuestran que nuestra película que atrapa la humedad reduce eficazmente la HR en el interior del traje de protección, reduciendo así el índice de calor de forma significativa y mejorando el confort térmico de los usuarios", explicó el profesor Tan.

En otro experimento de laboratorio, el equipo de investigación también demostró que la temperatura corporal (o la temperatura de la piel) podía reducirse significativamente en 1,5 grados C mediante el enfriamiento por evaporación. Esto demuestra además que la película compuesta puede ayudar a los usuarios -como los trabajadores sanitarios, los soldados o los bomberos- a aliviar el estrés térmico, especialmente durante las actividades extenuantes.

La regeneración de la película compuesta del equipo de la NUS también es más eficiente desde el punto de vista energético, ya que requiere una temperatura más baja para liberar la humedad atrapada. A 50 grados C, la película compuesta libera el 80% de su contenido de agua al cabo de 10 minutos y alcanza el 95% al cabo de 40 minutos. La mayoría de los materiales higroscópicos se regeneran a una temperatura superior a los 100 grados C, con una duración de más de una hora.

"A partir de los resultados de los diversos estudios realizados en este proyecto, esperamos que la película que atrapa la humedad pueda incorporarse al equipo de protección personal (EPP) y/o a la ropa de protección personal (PPC) de los agentes del equipo de tierra, para aumentar el confort térmico y mejorar el rendimiento de los agentes de primera línea", dijo Ying Meng Fai, Director del Centro de Experiencia en Factores Humanos y Simulación de HTX.

Perfeccionamiento y comercialización

Animado por los resultados de su último estudio, el equipo de la NUS trabaja ahora en la mejora de su material higroscópico para que pueda absorber más y más rápido. El equipo también tiene previsto aplicar su estrategia de refrigeración a otros tipos de prendas de protección, como las de los bomberos.

Además, el profesor Tan y su equipo están buscando oportunidades para comercializar esta tecnología.

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