Los estudios de flujo de aire revelan estrategias para reducir la transmisión de COVID-19 en interiores

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Simulación de contraflujo peatonal (partículas rojas y rosadas) confinado dentro de un pasillo (límite azul), en condiciones de débil distanciamiento social. Crédito: Kelby Kramer y Gerald J. Wang

Los científicos que estudian la aerodinámica de las enfermedades infecciosas comparten pasos para frenar la transmisión durante las actividades en interiores.

Usar una máscara. Manténgase a seis pies de distancia. Evite las grandes reuniones. Mientras el mundo espera una vacuna segura y eficaz, controlar la COVID-19 La pandemia depende del cumplimiento generalizado de estas pautas de salud pública. Pero a medida que el clima más frío obliga a las personas a pasar más tiempo en interiores, bloquear la transmisión de enfermedades se volverá más desafiante que nunca.

En la 73ª Reunión Anual de la División de Dinámica de Fluidos de la Sociedad Estadounidense de Física, los investigadores presentaron una serie de estudios que investigan la aerodinámica de las enfermedades infecciosas. Sus resultados sugieren estrategias para reducir el riesgo basadas en una comprensión rigurosa de cómo las partículas infecciosas se mezclan con el aire en espacios confinados.

La investigación al principio de la pandemia se centró en el papel que desempeñaban las gotas grandes de caída rápida producidas al toser y estornudar. Sin embargo, los sucesos documentados de superpropagadores insinuaron que la transmisión por el aire de partículas diminutas de las actividades cotidianas también puede ser una ruta peligrosa de infección. Cincuenta y tres de los 61 cantantes del estado de Washington, por ejemplo, se infectaron después de un ensayo de coro de dos horas y media en marzo. De 67 pasajeros que pasaron dos horas en un autobús con una persona infectada con COVID-19 en la provincia de Zhejiang, China, 24 dieron positivo después.

William Ristenpart, un ingeniero químico de la Universidad de California en Davis, descubrió que cuando las personas hablan o cantan en voz alta, producen cantidades dramáticamente mayores de partículas del tamaño de una micra en comparación con cuando usan una voz normal. Descubrieron que las partículas producidas durante los gritos superan con creces la cantidad producida durante la tos. En conejillos de indias, observaron que la influenza se puede propagar a través de partículas de polvo contaminadas. Si lo mismo es cierto para el SARS-CoV-2, dijeron los investigadores, entonces los objetos que liberan polvo contaminado, como tejidos, pueden representar un riesgo.

Abhishek Kumar, Jean Hertzberg y otros investigadores de la Universidad de Colorado, Boulder, se centraron en cómo el virus podría propagarse durante la interpretación musical. Discutieron los resultados de experimentos diseñados para medir la emisión de aerosoles de los instrumentistas.

“Todo el mundo estaba muy preocupado por las flautas desde el principio, pero resulta que las flautas no generan tanto”, dijo Hertzberg. Por otro lado, instrumentos como clarinetes y oboes, que tienen superficies vibratorias húmedas, tienden a producir abundantes aerosoles. La buena noticia es que se pueden controlar. “Cuando se coloca una máscara quirúrgica sobre la campana de un clarinete o trompeta, se reduce la cantidad de aerosoles a los niveles en un tono de voz normal”.

Los ingenieros dirigidos por Ruichen He en la Universidad de Minnesota investigaron una estrategia similar de reducción de riesgos en su estudio del campo de flujo y los aerosoles generados por varios instrumentos. Aunque el nivel de aerosoles producidos variaba según el músico y el instrumento, rara vez viajaban a más de un pie de distancia. Basándose en sus hallazgos, los investigadores diseñaron un modelo de asientos sensible a la pandemia para orquestas en vivo y describieron dónde colocar los filtros y los miembros de la audiencia para reducir el riesgo.

Si bien muchos empleados que anteriormente trabajaban en la oficina continúan trabajando desde casa, los empleadores están explorando formas de reabrir sus lugares de trabajo de manera segura manteniendo una distancia social suficiente entre las personas. Utilizando simulaciones bidimensionales que modelaron a las personas como partículas, Kelby Kramer y Gerald Wang de la Universidad Carnegie Mellon identificaron condiciones que ayudarían a evitar el hacinamiento y los atascos en espacios reducidos como pasillos.

Viajar hacia y desde edificios de oficinas en automóviles de pasajeros también presenta un riesgo de infección. Kenny Breuer y sus colaboradores de la Universidad de Brown realizaron simulaciones numéricas de cómo se mueve el aire a través de las cabinas de los vehículos de pasajeros para identificar estrategias que puedan reducir el riesgo de infección. Si el aire entra y sale de una habitación en puntos alejados de los pasajeros, puede reducir el riesgo de transmisión. En un automóvil de pasajeros, dijeron, eso significa abrir estratégicamente algunas ventanas y cerrar otras.

CON Los matemáticos Martin Bazant y John Bush propusieron una nueva guía de seguridad basada en modelos existentes de transmisión de enfermedades transmitidas por el aire para identificar los niveles máximos de exposición en una variedad de ambientes interiores. Su pauta depende de una métrica llamada “tiempo de exposición acumulativo”, que se determina multiplicando el número de personas en una habitación por la duración de la exposición. El máximo depende del tamaño y la tasa de ventilación de la habitación, la cara que cubre su ocupante, la infecciosidad de las partículas en aerosol y otros factores. Para facilitar la implementación fácil de la directriz, los investigadores trabajaron con el ingeniero químico Kasim Khan para diseñar una aplicación y una hoja de cálculo en línea que las personas pueden usar para medir el riesgo de transmisión en una variedad de entornos.

Como escribieron Bazant y Bush en un artículo de próxima publicación sobre el trabajo, mantenerse a una distancia de seis pies “ofrece poca protección contra las gotas de aerosol portadoras de patógenos lo suficientemente pequeñas como para mezclarse continuamente en un espacio interior”. Una mejor comprensión, basada en la dinámica del flujo, de cómo las partículas infectadas se mueven a través de una habitación puede, en última instancia, generar estrategias más inteligentes para reducir la transmisión.

Resúmenes destacados

Canto, polvo y transmisión de enfermedades transmitidas por el aire

La transmisión de la influenza en el modelo de conejillo de indias es insensible a la velocidad del flujo de aire de ventilación: evidencia del papel de los fomites en aerosol

Aerosoles en el rendimiento

Evaluación del riesgo de transmisión de enfermedades transmitidas por el aire durante las jugadas con instrumentos de viento

La física del flujo de los distanciadores sociales: descubriendo patrones en los flujos peatonales de la era pandémica mediante simulaciones basadas en partículas

Flujos de aire dentro de los automóviles de pasajeros e implicaciones para la transmisión de enfermedades transmitidas por el aire

Una guía para limitar la transmisión aérea de interiores de COVID-19

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