Simulación del día y la noche · manta para Atacama · 2026-10-26

Modelo de calor (manta_1d.py, se corre con correr_simulacion.py, ~25 s): suelo de arena seca en 1D con sol de pvlib (San Pedro de Atacama, 2.400 m, 21-dic, cielo despejado), aire de 8 a 28 °C y viento moderado; manta con 3 nodos (piel, cara superior de la espuma ventilada, equipo). Es para ELEGIR valores de partida, no una predicción: sin bordes, polvo ni viento variable, y sin validar con medidas. Verificación del suelo simulado: mín 6,7 °C, máx 65,8 °C, sol máx 1.281 W/m2 (el sol del modelo es algo alto; en terreno se miden hasta ~1.200). Corregido el mismo día (ver la última sección): esas cifras y las de abajo usan el cielo de la v0, que estaba demasiado tibio. Con el cielo medido en Atacama el suelo simulado baja a mín 3,4 °C / máx 60,9 °C y los valores de partida no cambian.

Resultados (sol de verano, equipo de 3 W promedio)

1. El sol y el cielo mandan; los vatios del equipo casi no se ven en la piel. El ΔT aparente máximo manta−suelo va de 4,3 °C con 0 W a 3,8 °C con 20 W.
2. Emisividad: el modelo prefiere ALTA (0,95), no intermedia. Con 3 cm de arena, mejor RMS por ε: 0,50 → 7,3 °C · 0,65 → 5,2 · 0,80 → 4,0 · 0,90 → 3,3 · 0,95 → 2,8. Una piel de baja ε refleja el cielo frío y se ve más fría que el suelo (ε 0,93). Esto contradice el criterio de P1 de la v2 (0,5–0,8).
3. Color: α ≈ 0,6 (más claro que el suelo, α 0,7) con ε 0,95.
4. Inercia térmica: sin arena el máx es 8,3 °C; con 3 cm baja a 4,2 °C; 5 cm empeora de día (7,3 °C). OJO: 3 cm de arena pesan ~48 kg/m2 (~24 kg para 0,5 m2).
5. Lo que falla es la noche: a las 21, 00 y 03 h la manta se ve ~3,9 °C más fría que el suelo (de día queda a ±0,5 °C). Ningún diseño probado llega a 2 °C.
6. Espuma: 10–20 mm bastan. No cambia la firma de la piel (ΔT igual de 0 a 60 mm) y calienta más al equipo (41 → 49 °C de 0 a 60 mm con 3 W).
7. Ventilar la cámara de aire es lo que más baja la temperatura del equipo. Con 0 W y cámara cerrada el equipo llega a 50 °C (20 mm de espuma) sólo por el sol; con ventilación 5 W/m2K baja a 36 °C.
8. Aluminio: pegado a la cara superior de la espuma, mirando la cámara, baja ~4 °C al equipo (60,5 → 56,4). Dentro, junto al equipo, no aporta.
9. Potencia continua máxima bajo 50 °C (ventilación 5): 0 mm de espuma 8 W · 20 mm 4 W · 40–60 mm 3 W. Con 20 W el equipo pasa de 58 °C en cualquier configuración (hasta 150 °C).
10. Camino al suelo de 0,3 W/K: −8 °C al equipo. Más masa del equipo (6 kJ/K): −5 °C. Área de la piel (0,2–1,0 m2): casi no cambia la firma.

Valores de partida

Lo que cambia en las pruebas

• P1: criterio de ε (0,5–0,8) → ε ≥ 0,9; los recubrimientos de cobre de baja ε no ayudan a la piel (siguen sirviendo como barrera radiante interior).
• P2/P3: equipo falso de 3–5 W, no 20 W; espuma 10–20 mm; incluir un brazo con ventilación cerrada contra abierta.
• P3: el criterio de ≤ 2 °C no se alcanza en el modelo; depende de la variación natural del suelo, que se mide en terreno.

Corrección: el cielo de Atacama (aviso de Juan: «el suelo en Atacama de noche es muy frío»)

Qué estaba mal. La v0 usaba el cielo de Swinbank (latitudes medias): sólo 17 K bajo el aire. En Atacama el cielo despejado y seco está mucho más frío, y de noche el suelo pierde más calor hacia él.

Literatura hallada (S1N web + lectura directa): - Kausch et al. 2020, A&A (arXiv 2010.01978), Paranal 2.600 m y Armazones 3.060 m: cielo despejado, T_cielo = T_aire − 45,75 + 6,52 ln(PWV) + 0,00025 θ^2,5 (PWV en mm, θ = ángulo desde el cenit). Al cenit el cielo queda 25–50 K bajo el aire (≈ 40 K con PWV de 2,5 mm). Esta es la fuente de la corrección. - McKay et al. 2003, Astrobiology 3(2), Yungay (costa, ~1.000 m), 4 años: aire máx 37,9 °C y mín −5,7 °C; mínimos medios mensuales de −1 a −5 °C en invierno y de 5 a 8 °C en verano. Es temperatura de AIRE (y de la cara inferior de una piedra), no de la superficie del suelo. - Pfeiffer, Amundson y Jordan 2021, PANGAEA 929564: temperatura del suelo a 1, 5, 10 … 80 cm cada 30 min en Yungay, 2015–2017 (zip de 1,9 MB, licencia CC-BY-NC). Es el dato que sirve para calibrar el suelo; no se bajó. - Fonseca et al. 2019, QJRMS: el modelo WRF sobreestima la temperatura de superficie de día hasta 11 °C; de noche las medidas en tierra y las de satélite coinciden, de día el satélite (MODIS) se equivoca hasta 17 °C. (Sólo se leyó el resumen.) - Mattar et al. 2018, IJDE (ATAFIC 2014): temperatura radiométrica 8–14 µm medida en terreno; diferencia con el satélite < 2 K de día y de noche. (Sólo se leyó el resumen.) - No hallé una serie publicada de temperatura de superficie del suelo desnudo a la altura de San Pedro (2.400 m). El suelo nocturno del modelo sigue sin validar.

Qué cambia en el modelo (comparar_cielo.py, mismo diseño de partida, piel ε 0,95 α 0,6):

El suelo baja unos 3 K, pero la manta baja casi lo mismo, así que los valores de partida no cambian (se repitió la simulación completa con el cielo nuevo: α 0,6, ε 0,95, 3 cm de arena, cámara ventilada, 10–20 mm de espuma, 3 W).

Lo que sí pesa: el viento de la noche (sensibilidad_noche.py, sensibilidad_noche.txt; coeficiente de convección h_c, conductividad de la arena k y vapor de agua PWV): - El mínimo del suelo queda entre −3 y 4 °C en verano y entre −14 y −7 °C en invierno, es decir 4–11 K bajo el mínimo del aire. - Con noche calma (h_c 4 contra 10 W/m²K) la manta se ve MÁS fría que el suelo: diferencia máxima de noche con 3 cm de arena de 2,3 a 8,5 °C en verano y de 1,7 a 5,9 °C en invierno; sin arena, de 6,7 a 18,2 °C en verano y de 3,5 a 11,1 °C en invierno. El vapor de agua casi no cambia la diferencia. - La arena ayuda en todos los casos, pero el signo del problema no cambia: de noche la piel fina se enfría más que el suelo.

Qué falta en el modelo: un puente de calor entre la piel y el suelo (faldón enterrado), que es lo que contrarrestaría la noche calma. No está modelado.

Qué cambia en las pruebas: en P3, medir en el testigo de suelo (S0) la temperatura a 1 y 5 cm, la del aire y el viento (anemómetro) cada 10 minutos, para calibrar el suelo nocturno del sitio; el criterio de 2 °C se fija con ese dato, no con el modelo.

Referencia local: Calama (aviso de Juan: «el suelo de Yungay no sirve; la ciudad de referencia es Calama»)

Datos de Calama, aeródromo El Loa, 2.321 m (a ~40 km de San Pedro): - Normales 1981-2010 (Infoclimat): julio máx 20,7 / mín −1,2 °C; diciembre máx 24,9 / mín 4,6 °C; récord de frío −9,6 °C (jul 2009); récord de calor 31,2 °C. Es temperatura de AIRE. - Dirección Meteorológica de Chile (heladas, 1981-2025): 75 días de helada al año, la primera hacia el 1 de mayo, la última hacia el 30 de octubre, la más intensa hacia el 17 de julio. - No hallé temperatura de suelo medida en Calama ni abierta ni publicada; el suelo sigue siendo del modelo. Lo que cuenta Juan (en invierno unos 40 °C al sol y bajo cero de noche) calza con el modelo: suelo de 36 a 46 °C de máximo y −7 a −12 °C de mínimo en un invierno típico. Los 40 °C son de superficie al sol, no de aire (el récord de aire es 31,2 °C).

Modelo (calama.py, calama.txt): el sitio pasó a Calama (lat −22,50, lon −68,89, 2.321 m) y el aire se ajustó a esas máximas y mínimas. Diseño de partida: piel ε 0,95 α 0,6, 20 mm de espuma, cámara de 25 mm ventilada, 3 W. Rangos según viento de la noche (h_c 4 a 10) y arena (k 0,15 a 0,30):

Sin arena la diferencia de noche sube a 4–18 °C. La simulación completa (correr_simulacion.py) repetida en Calama da los mismos valores de partida: ε 0,95, α 0,6, 3 cm de arena, cámara ventilada, 10–20 mm de espuma, 3 W.

Lo que cambia: 1. Una noche de helada intensa deja al equipo de 3 W en 0,4–2,5 °C. Rozan el 0 °C los criterios de batería (cargar sobre 0 °C): el calentador de 12 V o la masa térmica dejan de ser opcionales. 2. El suelo del invierno típico baja de −7 °C, así que P3 conviene correrla en invierno y en verano; el criterio de 2 °C depende del viento de esa noche, que se mide con anemómetro. 3. El suelo máximo de verano llega a 58–76 °C: la piel debe aguantar eso (UV y temperatura).

Suelo medido en el Altiplano: la difusividad era la mitad (aviso de Juan: estudios geotérmicos de San Pedro)

Qué hallé. Estudios geotérmicos de San Pedro y El Tatio (Aravena 2015, Sánchez-Alfaro 2015, Cerro Pabellón, Apacheta) hablan de reservorios profundos, no del suelo de los primeros 60 cm; los de baja entalpía son tesis sin esos datos. El dato útil estaba en un observatorio: - Sakamoto e Ishizaki 2004, ALMA Memo 480 (Pampa La Bola, Chajnantor, 4.800 m; termocuplas cada 20 cm hasta 100 cm, más de 2 años): oscilación diurna de superficie ~30 °C pico a pico (aire ~20 °C); amplitud diurna a 20 cm de 6 °C, a 40 cm de 1,5 °C, a 60 cm de 0,4 °C; desfase de 7 h a 20 cm. Difusividad aparente mediana 4,6×10⁻⁷ m²/s (rango 2×10⁻⁷ en otoño-primavera a 10×10⁻⁷ en verano lluvioso); en Llano de Chajnantor, 2,4×10⁻⁷ (invierno). Suelo removido y rellenado, con algo de humedad; punto de congelación −0,2 °C. - Mi v0 usaba k = 0,30 W/mK, es decir difusividad 2,3×10⁻⁷: la amplitud diurna a 20 cm salía 8 % de la de superficie y lo medido es ~20 %. Con k ≈ 0,6 la difusividad es 4,7×10⁻⁷ y calza. - Límite: es suelo del Altiplano a 4.800 m, rellenado y a veces húmedo. La arena seca de Calama puede estar entre ambos valores; sigue sin haber una medida en el sitio. - Artículos de San Pedro (casas de adobe, MDPI) y de Cerro Pabellón (temperatura de suelo, JVGR 2019) existen pero su texto está cerrado (403 / 405).

Efecto en la manta (calama_k.py, calama_k.txt; piel con 3 cm de arena, h_c 7 a 10): un suelo con más inercia se queda más tibio de noche y la piel se separa más de él.

El mínimo del suelo sube 1 a 2 °C; el equipo de 3 W en la helada intensa sigue en 0,7 a 1,8 °C.

Conclusión: con la difusividad medida, la piel con 3 cm de arena queda a 4–8 °C del suelo de noche y el criterio de 2 °C no se alcanza sola. Hace falta más masa térmica bajo la piel o un puente de calor piel–suelo (faldón enterrado), que todavía no está modelado. El valor de k del sitio se calibra en P3 con sensores a 20 y 40 cm en el testigo de suelo.

Faldón enterrado y más masa térmica (pedido de Juan: ver si la brecha de noche baja de 2 °C)

Qué se modeló (manta_1d.py: parámetro G_sg; faldon.py, faldon.txt; faldon_g.py, faldon_g.txt). El faldón es una conductancia G_sg (W/K) entre la piel y el suelo a 10 cm. Se barrió G_sg de 0 a 8 W/K, arena de 0 a 8 cm bajo la piel y color α de 0,5 a 0,7, con la difusividad medida (k 0,30 y 0,60) y viento de noche h_c 7 y 10, en verano, invierno y helada intensa de Calama. Criterio de P3: diferencia ≤ 2 °C en 6 de las 8 lecturas y en 2 de las 3 de noche.

Resultado: sí, baja de 2 °C, si el faldón conduce lo bastante. - Con G_sg = 2 W/K (condiciones suaves) o 4 W/K (noche calma y suelo de más inercia) y 3 cm de arena, la diferencia máxima de noche cae a 0,8–1,5 °C y el criterio se cumple en las 8 lecturas, en los tres escenarios. Sin faldón, la misma manta queda en 4–8 °C. - El faldón necesario es aproximadamente lo que conduce el propio suelo hacia abajo: k/z × área = 0,6 / 0,1 × 0,5 ≈ 3 W/K. Por eso la piel funciona como «un trozo de suelo». Por la misma razón el color óptimo sube a α = 0,7, el del suelo, en vez de 0,6. - Más masa no ayuda: 5 cm de arena empeora a 3–6 °C. Con el faldón basta con 3 cm, o 1,5 cm si el faldón conduce 4 W/K (se ahorran ~24 kg/m²). Ojo: la arena está agrupada con la piel en un solo nodo, así que el modelo no sabe repartir el calor dentro de una capa gruesa; el 5 cm peor puede ser en parte un efecto del modelo. - Equipo: casi no cambia (helada intensa con 3 W: mínimo 2,0–2,5 °C).

Cuánto conduce un faldón real (estimación a mano, NO simulada): una tira de 10 a 30 cm de ancho enterrada o apoyada alrededor de 2 m de perímetro conduce ~1 a 1,5 W/K hacia una arena de k 0,6 (factor de forma de una tira, π·L / ln(4L/ancho)). Una lámina de aluminio de 0,1 mm no limita; el límite es el contacto con la arena. Con 1 W/K el criterio se cumple solo en condiciones suaves (viento de noche moderado, k 0,30) con 3 cm de arena; en noche calma con suelo de más inercia hacen falta 2–4 W/K, es decir un delantal más ancho (50 cm o más, con bolsillos de arena apoyados en el suelo) o estacas metálicas (cada una de 1 cm × 20 cm aporta ~0,15 W/K).

Qué cambia en las pruebas: - P3, brazo M4: especificar el faldón (ancho del delantal, bolsillos de arena sobre el suelo, estacas) y medir su conductancia real con la piel y el suelo a 10 cm en la noche; probar 3 anchos (10, 30 y 50 cm). - Color: α igual al del suelo del sitio, medido con el testigo S0, no 0,6. - Valores de partida actualizados: piel ε 0,95, α del suelo (~0,7), 3 cm de arena (1,5 cm si el faldón es ancho), faldón de 50 cm con bolsillos de arena, cámara ventilada, 10–20 mm de espuma.

Nota (plan de fabricación, 2026-10-26): la conductancia de un delantal ancho en un ciclo diario se estima mejor como área × k / δ (δ ≈ 11 cm de penetración diaria) en serie con la conducción lateral del casco de aluminio: 2,2–2,8 W/K con delantal de 50 cm y casco de 1,5 mm; 3,1–4,4 W/K con casco de 3 mm. Reemplaza la cifra de 1–1,5 W/K de arriba, que usaba una fórmula de régimen estable. Detalle en S1N/docs/PROYECTO_ESPEJO/MANTA_ATACAMA_FABRICACION_V0_2026-10-26.md (rama de la manta).