Manta térmica para el desierto de Atacama · 4 pruebas · 2026-10-26

Objetivo: una manta para equipos de comunicación que no se vea como una anomalía caliente o fría ante una cámara térmica de dron (LWIR, 8–14 µm), en Atacama (sol cerca de 1000 W/m² o más, UV alto, mucha diferencia entre el día y la noche). Idea central: la manta debe comportarse como el suelo (calentarse con el sol y enfriarse de noche como él) y el calor del equipo no debe llegar a su superficie.

Estado: v3 (2026-10-26): ajustada con la simulación del día y la noche en Calama. La simulación está en ~/mantas_termicas/simulacion/ (informe INFORME_SIMULACION_2026-10-26.md, repositorio aparte). Cambió P1 (emisividad alta, no intermedia), P2 (5–10 W, no 20 W; ventilación y aluminio sobre la espuma), P3 (invierno y verano; brazos con faldón enterrado) y P4 (el calefactor pasa a ser necesario). Faltan dos datos antes de correr: la ficha técnica de la radio real (temperatura máxima de operación) y la cámara térmica que se usará. Las cifras que no vienen de un paper, de una norma o de la simulación (marcadas «propuesto», «cifra propuesta» o «estimación mía») son mías; Juan las confirma o cambia. Ninguna prueba se ha corrido. Los cambios respecto de la v1 y la v2 están en la sección 4.

Aviso sobre la simulación: es un modelo simple de calor (suelo de arena en 1D, manta de tres nodos), hecho para elegir valores de partida, no para predecir. No está validado con medidas del sitio; ver los límites en la sección 3.

0 · Lo que aprendimos y dónde entra

1 · Equipo común a las 4 pruebas

• Cámara térmica radiométrica LWIR, 320×240 o mejor, ideal 640×512; ruido (NETD) ≤ 60 mK. Su exactitud absoluta suele ser ±2 °C o ±2 %, así que se compara siempre dentro de la misma imagen (manta contra suelo vecino), no contra un número.
• Termocuplas tipo K (12) con registrador de datos (datalogger), multímetro, fuente o baterías de 12 V.
• Cinta aislante negra de emisividad conocida (ε ≈ 0,95) y lámina de aluminio arrugada para compensar la temperatura reflejada.
• Balanza, huincha, cámara RGB, cuaderno con hora de cada lectura.
• Para el campo: estación meteorológica con anemómetro (temperatura, humedad, viento cada 10 minutos: la simulación muestra que el viento de la noche decide cuánto se separa la manta del suelo) y piranómetro (mide sol y, apuntado hacia abajo, la reflexión del color). Sin piranómetro, anotar nubosidad y comparar el color con una tarjeta gris en fotos.
• Sensores de suelo en el punto S0: termocuplas a 1, 5, 20 y 40 cm de profundidad, cada 10 minutos. Con ellas se mide la difusividad del suelo del sitio (la amplitud diaria baja a ~20 % a 20 cm si la difusividad es 4,6×10⁻⁷ m²/s) y se calibra el modelo.
• Regla de validez de cada prueba: el control (equipo desnudo o muestra sin tratar) tiene que mostrar la anomalía que se quiere eliminar. Si no la muestra, la prueba no discrimina y se repite con más potencia o más diferencia de temperatura. (Lección del napkin: correr cada control a mano una vez antes de sellar.)
• Equipo falso: caja de aluminio o ABS de unos 25×20×10 cm con resistencia de 12 V, termocupla adentro y una segunda en la pared. Potencia: 3 W promedio (R ≈ 48 Ω) como caso base y 5 W (R ≈ 29 Ω) y 10 W (R ≈ 14 Ω) como estrés. 20 W ya no se usa: según la simulación el equipo aislado supera los 58 °C en cualquier configuración.

2 · Las 4 pruebas

P1 · Superficies: emisividad, color y envejecimiento (banco, 1 tarde + 7 días)

Pregunta: ¿qué acabado exterior tiene una emisividad alta (≥ 0,9) y estable y un color de reflexión parecido al del suelo, y cuál se degrada? Y, aparte: ¿qué acabado sirve como barrera radiante interior (ε ≤ 0,2, estable)? La simulación mostró que una piel exterior de baja emisividad refleja el cielo frío y se ve más fría que el suelo, así que lo que se busca ya no es una emisividad intermedia. Muestras (cuadrados de 15×15 cm sobre la misma base, 3 repeticiones cada uno): 1. Cinta negra de referencia (ε ≈ 0,95). 2. Lona HDPE sin tratar. 3. Lona HDPE con pintura color arena (varios tonos; piel exterior). 4. Lona HDPE con resina acrílica + cobre en hojuelas al 10, 20 y 30 % en peso (rango mío de partida, a ajustar). Barrera interior. 5. Lo mismo con nanocobre propio (mismas proporciones). Barrera interior. 6. Lo mismo con hojuelas de aluminio (pigmento). Barrera interior. 7. Lámina de aluminio (referencia de baja emisividad, ε ≈ 0,05–0,1). Barrera interior. 8. Caucho (la hoja que tienes). Piel exterior. 9. Variante «con barniz protector claro» de la mejor muestra de cobre y de aluminio (el barniz protege de la oxidación pero sube ε: hay que medir cuánto). 10. Muestra del suelo del sitio (arena seca de 1 cm en una bandeja) como referencia de color. Equipo: placa de aluminio calentada a 60 ± 2 °C (con tu manta eléctrica o una resistencia y termostato), termocupla de contacto, cámara térmica; piranómetro o tarjeta gris para el color. Procedimiento: pegar cada muestra a la placa con buen contacto; esperar 15 min a régimen estable; medir con termocupla la temperatura de la muestra; en la cámara ajustar ε hasta que la lectura iguale la de la termocupla (ε equivalente), compensando la temperatura reflejada con la lámina arrugada. Lugar cerrado, sin corrientes ni sol. Color: al sol de mediodía, medir con el piranómetro apuntado hacia abajo sobre cada muestra y sobre el suelo del sitio; la reflexión da la absorción solar (α = 1 − reflexión). Después, envejecer 7 días: la mitad de las muestras a la intemperie con sol y la otra mitad en ambiente húmedo (bolsa con agua tibia); repetir la medición. Mide: ε equivalente y α antes y después, y fotos RGB. Criterio (v3): - Piel exterior (muestras 1, 2, 3, 8 y las variantes): pasan a la P2 hasta 3 muestras con ε equivalente ≥ 0,9, que cambien ≤ 0,05 de ε tras el envejecimiento (cifra propuesta: sobre 0,9 hay poco margen) y cuya α quede a ±0,1 de la del suelo del sitio (la simulación da α ≈ 0,6 a 0,7 según el faldón). - Barrera interior (muestras 4 a 7 y 9): pasan hasta 2 muestras con ε ≤ 0,2 (≤ 0,3 si llevan barniz) que cambien ≤ 0,10 de ε tras el envejecimiento. Se descarta cualquier cobre sin protección si la oxidación sube ε más de 0,10. Control: cinta negra (debe dar ≈ 0,95); si la cinta da otro valor, hay error de montaje. Riesgo: las nanopartículas se respiran. Mascarilla con filtro adecuado, guantes y lugar ventilado al mezclar y aplicar. Duración: 1 tarde + 7 días de espera.

P2 · Apilado de capas con carga térmica (aluminio, aislantes, aire, disipador)

Pregunta: ¿qué combinación de capas mantiene la superficie exterior cerca de la temperatura del aire con un equipo de 5 a 10 W adentro, sin sobrecalentar la caja? Montaje: 6 cajas falsas lado a lado, en la sombra (para aislar el calor del equipo; el efecto del sol se prueba en la P3), mismo suelo, mismo viento. Todas con la piel exterior de la P1 y espuma de 10 mm (la simulación no mostró ganancia con más espesor). | Caja | Configuración | |—|—| | A | Control: caja desnuda | | B | Piel + cámara de aire de 25 mm cerrada (borde sellado) + espuma de caucho 10 mm | | C | B con la cámara ventilada por los lados (aberturas con malla) | | D | C + lámina de aluminio pegada a la cara superior de la espuma, brillante hacia la cámara de aire | | E | D con espuma de LDPE 10 mm en vez de caucho | | F | D + disipador: placa de aluminio o cobre bajo la caja conectada a una estaca enterrada de 40 cm | Medición: a régimen estable (≈ 3 h) y a las 6 h: temperatura exterior de cada manta con la cámara desde arriba, temperatura de la pared de la caja y del aire, potencia constante. Dos potencias, una después de otra: 5 W y 10 W (un día cada una, o la misma tarde con 3 h de espera entre ambas). Mide: diferencia de temperatura exterior menos aire (ΔT_ext) y temperatura de la pared de la caja (ver que no se sobrecaliente). Criterio (v3): gana la configuración que baje ΔT_ext al menos 70 % respecto del control A (vara habitual de Juan) sin que la pared de la caja pase del límite de temperatura máxima de la ficha técnica de la radio menos 10 °C (mientras no se tenga la ficha, usar 50 °C de forma provisoria). Se informa B contra C (valor de ventilar), C contra D (valor del aluminio sobre la espuma), D contra E (caucho contra LDPE) y D contra F (valor del disipador). Control: A debe mostrar una anomalía clara. Estimación mía (sin simular): con 10 W, una caja desnuda de ~0,19 m² debería quedar unos 4 °C sobre el aire en la sombra; si A no llega a ΔT_ext ≥ 3 °C con 10 W, el montaje no discrimina y hay que revisar el contacto de la termocupla de pared o bajar el viento. Repetición: 2 veces, rotando las posiciones de las cajas para descartar un lugar con más viento. Duración: 1 día.

P3 · Ciclo de 24 h en el desierto (sol, UV, polvo) contra el suelo

Pregunta: ¿la manta completa, con las ideas de la naturaleza y con el faldón enterrado, se parece al suelo durante todo el día y la noche? Lugar: terreno plano cerca de Calama o San Pedro de Atacama (≈ 2.300–2.400 m), mismo suelo, 7 puntos separados ≥ 5 m, orientados igual. Permisos del lugar y reglas de la DGAC si se usa dron. Estaciones: correrla en invierno (julio, noche con aire ≤ −3 °C) y en verano (diciembre). La simulación muestra que la helada es el caso más duro para la batería, y que el verano da el suelo más caliente (58–76 °C al sol) y la mayor diferencia de noche entre piel y suelo. | Punto | Configuración | |—|—| | S0 | Suelo vecino (referencia de comparación) con los sensores a 1, 5, 20 y 40 cm y la estación con anemómetro | | M0 | Control: equipo falso de 3 W desnudo | | M1 | Manta base: la mejor combinación de la P2 (cámara ventilada, aluminio sobre la espuma, 10 mm), la piel de la P1 y capa de inercia: bolsillos de LDPE con arena local de ~3 cm (pesa unos 48 kg/m², ~24 kg para media manta). Sin faldón | | M2 | M1 con la cámara de aire cerrada (mide el valor de ventilar a pleno sol, sobre todo en verano) | | M3 | M1 + faldón de 10 cm (aluminio o malla de cobre de 10 cm, enterrada 10 cm, con contacto firme con la arena) | | M4 | M1 + delantal de 30 cm con bolsillos de arena de 1,5 a 3 cm apoyados sobre el suelo | | M5 | M1 + delantal de 50 cm con bolsillos de arena apoyados sobre el suelo + estacas metálicas de 1 cm × 20 cm cada 20 cm | Los puntos M1 a M5 llevan la forma irregular de roca, con bordes quebrados, no un rectángulo. Ronda 2 (con la mejor de M3–M5, si la ronda 1 deja dudas): M6 semienterrada (hoyo de 20 cm con tierra encima, antena y ventana libres; idea de la madriguera); M7 con solapas de ventilación (ventanas térmicas), cerradas de día y abiertas de noche; M8 sin arena (mide el valor de la inercia). Conductancia real del faldón (sirve para calibrar el modelo): en M3, M4 y M5, antes de la noche, calentar la piel con una resistencia de 5 W pegada bajo la capa de arena, esperar régimen estable en la sombra y calcular G ≈ P / (T_piel − T_suelo a 10 cm), descontando lo que sale al aire con el mismo montaje con el faldón levantado. La simulación necesita 2 a 4 W/K para llevar la diferencia de noche bajo 2 °C; mi estimación a mano (no simulada), revisada en el plan de fabricación (docs/PROYECTO_ESPEJO/MANTA_ATACAMA_FABRICACION_V0_2026-10-26.md, 1.4), es de 1,5–2,2 W/K con delantal de 30 cm y 2,2–2,8 W/K con 50 cm, si el casco es de aluminio de 1,5 mm (3,1–4,4 W/K con 3 mm). La primera cifra de 1–1,5 W/K usaba una fórmula de régimen estable que no sirve para un delantal ancho en un ciclo diario. Alimentación: 3 W continuos son unos 6 Ah por equipo en 24 h a 12 V. Usar baterías de 20 Ah para tener margen (más si M0 a 5–10 W se usa como estrés), o un generador. Lecturas: cada 3 h durante 24 h (06, 09, 12, 15, 18, 21, 00, 03 h) más una a la hora del «cruce» (cuando suelo y aire igualan temperatura), con la cámara cenital en pértiga o escalera de 3–4 m. Temperatura de aire, viento y suelo a 1 y 5 cm en cada lectura (los sensores de S0 los registran solos cada 10 min). Foto RGB de cada punto. Mide: ΔT = temperatura aparente de la manta menos la del suelo vecino, en la misma imagen y con la misma ε configurada; además, la temperatura mínima del equipo (batería) en la noche y el viento de las lecturas nocturnas. Criterio (v3): pasa la configuración que tenga |ΔT| ≤ el mayor entre 2 °C y 2 veces la variación natural del suelo (σ_suelo) en al menos 6 de las 8 lecturas, incluidas al menos 2 de las 3 nocturnas (21, 00 y 03 h), y nunca más de 5 °C. σ_suelo es la desviación estándar de la temperatura aparente de 10 parches de suelo y piedras vecinos (mismo ε), medida en cada lectura junto al punto S0. Se repite 2 días y debe pasar los dos, en cada estación. Si ninguna pasa, se reporta cuál y en qué hora falla (se espera que sea la noche calma, por la inercia del suelo). Lo que dice la simulación para comparar: sin faldón, la diferencia de noche queda en 4–8 °C; con 2 a 4 W/K, en 0,8 a 1,5 °C. Si M3–M5 quedan cerca de M1, el faldón real conduce menos de lo estimado y hay que ensanchar el delantal. Pasada con dron (opcional, P3b): repetir a las 12, 21 y 05 h desde 30 m y 100 m, con la cámara de un dron radiométrico. Con una cámara de 640×512 y unos 46° de campo, a 100 m cada píxel cubre unos 13 cm (cálculo mío con datos típicos), así que una radio de 40 cm cabe en unos 3 píxeles. Eso baja mucho lo que se ve desde lejos, y por eso conviene medirlo. Prueba ciega de detección (P3b, v2): con las imágenes de la pasada con dron, mostrar a 3 personas 20 imágenes (10 con la manta de la mejor configuración y 10 sin ella, mezcladas, sin decirles cuáles) y pedirles que marquen dónde ven el equipo. Criterio: detección ≤ 30 % (el complemento de la vara de 70 %). Mide lo que importa de verdad: que una persona la encuentre. Control: M0 debe aparecer como anomalía en alguna hora. Si el equipo desnudo no se distingue del suelo en ninguna, el ensayo no sirve. (En la simulación, la caja desnuda se ve 7–9 °C distinta del suelo.) Riesgos: insolación, deshidratación, noche fría (el invierno baja de −5 °C), trabajo en altura. Dos personas, agua, abrigo y ropa de sol. Duración: 1 día en terreno + 1 de preparación, por estación.

P4 · Calefacción oculta y compatibilidad con la radio

Pregunta A: ¿se puede calentar la batería por dentro sin que se vea por fuera? B: ¿el calefactor o los metales de la manta dañan la radio? Por qué ahora es necesario: según la simulación, una helada intensa de Calama (aire cerca de −9,5 °C) deja al equipo de 3 W en 0,4 a 2,5 °C, en el borde de los 0 °C que pide la carga de litio. Sin calefactor o masa térmica, esa noche la batería no carga. Antes de armar (decisión de diseño): las mantas eléctricas de red (220 V) tienen resistencias para ese voltaje. Medir su resistencia con el multímetro y calcular P = V²/R. Ejemplo: una manta de 60 W a 220 V tiene R ≈ 807 Ω y a 12 V entrega sólo ≈ 0,2 W, inservible. Hay dos caminos: (1) enrollar un calefactor de 12 V con alambre resistivo (R ≈ 7–10 Ω para 15–20 W) o (2) alimentarla de la red con un inversor (consumo alto, sólo para ensayo). Para trabajar con red de 220 V hace falta protección diferencial. P4a · Firma con calefacción - Caja falsa con batería de litio (o la batería real de la radio) y calefactor de 12 V ≈ 15 W bajo el aislante, con termostato a 10 °C. Potencia de la radio: 3 W. - Dos configuraciones: la manta base con calefactor apagado y con calefactor encendido. - Noche de helada en terreno (aire ≤ −5 °C; en Calama la más intensa del año cae hacia el 17 de julio) o cámara de frío. Medir temperatura de la batería, de la superficie exterior (cámara) y consumo en Wh. - Criterio (v3, igual que v2): batería sobre 0 °C toda la noche si la radio la carga en ese período (límite recomendado para cargar litio; si sólo se descarga, se puede bajar a −10 °C), diferencia de superficie exterior entre encendido y apagado ≤ 2 °C, y el calefactor consume ≤ 30 % de la capacidad de la batería por noche (cifra propuesta; si no, calentar cuesta más de lo que protege). P4b · Radio 1. Ruido del receptor: medir el piso de ruido (RSSI en dBm) con el calefactor y el termostato apagados y encendidos; 3 repeticiones. El termostato y los reguladores PWM pueden meter ruido. 2. Pérdida de señal por material: emisor a 10 m, receptor del equipo; interponer hoja de aluminio, malla de cobre, lona HDPE y la ventana propuesta; 3 repeticiones cada una. Incluir el faldón metálico si queda cerca de la antena. 3. Ventana de antena: medir la señal con la manta cerrada y con la ventana sin metal abierta. - Criterio (v2): el piso de ruido sube ≤ 2 dB con el calefactor encendido y la ventana de antena pierde ≤ 2 dB respecto de sin manta, en las 3 repeticiones. 3 dB equivale a perder cerca de 30 % del alcance, y por debajo de 2 dB no se distingue del ruido de la medición. Control: señal sin manta ni calefactor (línea base). Duración: 1 día de banco + 1 noche.

3 · Orden y decisiones para Juan

Orden recomendado: P1 → P2 → P3 → P4. La P1 y la P2 se hacen en cualquier lugar; la P3 decide si la manta sirve en el desierto; la P4 puede ir en paralelo con la P2. Antes de correr faltan: (1) la ficha técnica de la radio real (temperatura máxima de operación; afina el criterio de la P2, y su potencia real decide si 3 W es el caso base correcto), (2) qué cámara térmica se usará (su exactitud absoluta decide cuánto confiar en los números), (3) si se hace la pasada con dron y la prueba ciega (P3b), (4) cuándo se corre la P3 (invierno y verano) y en qué terreno de Calama o San Pedro. Límites: las fichas y papers que sustentan esto se leyeron por resumen o en parte (Fonseca 2019 y Mattar 2018 sólo por resumen; el clima de Calama es de aire: no hay temperatura de suelo medida allí). El suelo, la manta y la conductancia del faldón vienen de un modelo no validado: la difusividad es de un suelo del Altiplano a 4.800 m, el cielo es de Paranal, y el viento de la noche se supuso entre calma y moderado. La conductancia real de un faldón es una estimación mía a mano y es lo primero que mide la P3. Los márgenes marcados «propuesto» o «cifra propuesta» y las proporciones de cobre (10/20/30 %) son míos, sin respaldo de un paper.

4 · Cambios

De la v2 a la v3 (2026-10-26, con la simulación en Calama)

Sin cambio de la v2: P2 (reducción ≥ 70 % contra el control y pared ≤ ficha − 10 °C), P3 (criterio de 2 °C o 2σ en 6 de 8 lecturas, 2 de 3 nocturnas, 2 días), P3b (detección ≤ 30 %), P4a (batería, ≤ 2 °C y ≤ 30 % de la batería) y P4b (≤ 2 dB).

De la v1 a la v2 (2026-10-26, con Juan)

Sin cambio de la v1: P1 (descarte del cobre que sube ε más de 0,10) y P2 (reducción ≥ 70 % contra el control).