Peluquería y el virus

Cómo las herramientas de gestión del flujo de aire reducen la propagación de COVID-19 en espacios cerrados.

Se acepta que la propagación del virus SARS-CoV-2 es principalmente de persona a persona, a través de las gotitas y aerosoles generados por una persona que tose, estornuda o incluso habla.

Escrito por Krishnendu Sinha

A medida que se desarrolla la pandemia de COVID-19 en India, la atención se ha centrado en desbloquear y abrir la economía. Ha comenzado a instalarse una dura realidad en la que hasta que no se desarrollen vacunas o nuevas terapias, tendremos que aprender a vivir con la pandemia. Además de los cambios en el comportamiento social, como el distanciamiento físico y el uso de máscaras, la modernización de los lugares de trabajo y los espacios comunes, como las tiendas del vecindario, los edificios de oficinas y las aulas, desempeñarán un papel importante en la reducción del riesgo de transmisión y propagación del coronavirus.

Se acepta que la propagación del virus SARS-CoV-2 es principalmente de persona a persona, a través de las gotitas y aerosoles generados por una persona que tose, estornuda o incluso habla. Una gota, generalmente de un tamaño inferior a un milímetro o más grande, cae rápidamente al suelo después de ser emitida debido a la gravedad. Las partículas de aerosol son mucho más pequeñas (tan pequeñas como una milésima de milímetro) y pueden permanecer suspendidas en el aire, potencialmente transportando partículas de virus infecciosos con ellas, y las personas pueden inhalarlas. Por lo tanto, comprender el flujo de aire y la ventilación, especialmente en espacios cerrados donde los aerosoles tienden a persistir, es un aspecto clave para controlar la propagación de la infección.



La pregunta ahora es: ¿Cómo se reduce el riesgo de contraer COVID-19 en espacios cerrados, como una tienda de barrio o una peluquería? Una peluquería tiene algunos desafíos únicos. Los clientes en la tienda permanecen sentados en un lugar durante el corte de pelo, generalmente de 10 a 15 minutos. ¿Qué influye en el riesgo de infección durante este tiempo? Ciertamente, la etiqueta de la máscara seguida por el peluquero y los otros clientes es importante, al igual que el distanciamiento físico entre los clientes. Igualmente importante es la pregunta: ¿Existe una ventilación adecuada para dispersar las gotas y aerosoles en el aire? Quizás, el propio barbero tiene muchas de las mismas preguntas en mente. Después de todo, pasa mucho más tiempo que los clientes en ese espacio cerrado.

Consideramos la peluquería en el campus de IIT-Bombay, frecuentada por profesores y estudiantes (la mayoría de los cuales continúan su educación en línea, desde casa, en este momento). La peluquería del campus tiene un diseño que quizás sea similar al que se encontraría en la mayoría de los entornos urbanos del país. La tienda generalmente comprende una habitación cerrada (en algunos casos con aire acondicionado, este es el caso de la tienda del campus) y generalmente no está bien ventilada. Tiene más de un puñado de personas en un momento dado. Hay clientes que entran y salen, y mantener el distanciamiento social es un desafío. En tal escenario, ¿se puede utilizar la gestión del flujo de aire para mejorar la ventilación y reducir el riesgo de transmisión aérea?

En términos técnicos, el estudio del flujo de aire se denomina mecánica de fluidos y es importante en muchos campos, desde la ingeniería aeroespacial y mecánica hasta la astrofísica y el medio ambiente. La mecánica de fluidos nos enseña cómo fluye el aire en los pasajes y alrededor de los obstáculos. Las ecuaciones matemáticas de la mecánica de fluidos son bien conocidas, pero resolverlas es muy difícil. Se requieren simulaciones por computadora altamente sofisticadas para predecir el flujo de aire, y esto constituye un campo de estudio llamado dinámica de fluidos computacional. CFD puede decirnos cómo se mueve el aire en la peluquería y cómo las gotas infecciosas son transportadas por los flujos. También puede calcular cómo los ventiladores, las ventanas, el aire acondicionado y una serie de otros factores pueden alterar el flujo de aire.

El CFD ya se ha utilizado ampliamente para estudiar el flujo de aire en espacios cerrados como compartimentos ferroviarios, espacios de oficinas y centros comerciales. Varios estudios informados se preocupan por la mejora del confort humano y la reducción del uso de energía, por ejemplo, mediante un mejor diseño de los sistemas de aire acondicionado. En estos tiempos, dominados como nuestras vidas están por COVID-19, los estudios de CFD se han centrado en el efecto de las máscaras (que muestran cómo las máscaras reducen el número de gotas emitidas y la distancia que viajan) y de los flujos de aire y la transmisión de aerosoles en súper mercados. Un informe de un grupo en Hong Kong ha demostrado cómo las gotitas infecciosas de una sola fuente pueden extenderse a todo el compartimento de un ferrocarril de alta velocidad.

Específicamente, en el contexto de la peluquería, CFD se puede utilizar para diseñar soluciones de modernización para minimizar la propagación de infecciones transmitidas por el aire. Medidas simples como instalar extractores de aire o incluso un simple ventilador de pedestal y abrir la puerta trasera (afortunadamente, tenemos uno en la peluquería del IITB) pueden marcar una gran diferencia. La idea es dispersar rápidamente las gotas de una fuente potencial dentro de la habitación hacia el exterior para minimizar el riesgo para el peluquero y otros clientes. Los cálculos simples ya pueden decirnos el tamaño y la potencia que requieren los extractores de aire. Por ejemplo, asumiendo un tamaño típico para una peluquería de 10 pies por 15 pies por 10 pies, si deseamos reemplazar el aire en la habitación cada minuto, se necesitarán ventiladores que puedan succionar 1500 pies cúbicos de aire por minuto, o 1500 cfm como se indica en las especificaciones del ventilador de extracción. Para hacerlo dos veces más rápido, podemos instalar dos de estos ventiladores o un solo extractor de 3000 cfm.

Si bien los cálculos simples son un buen punto de partida, se necesitan CFD detallados para un análisis riguroso. Los extractores de aire pueden aumentar la circulación natural del aire en la habitación o pueden obstruirla. Por lo tanto, conocer los patrones de flujo precisos creados por el ventilador de extracción se vuelve crítico. Por ejemplo, puede haber flujos de aire secundarios, a veces conocidos como zonas muertas, donde las bolsas de aire pueden permanecer atrapadas durante mucho tiempo. Naturalmente, esto no expulsa el aire de la habitación y una persona sentada en una zona muerta es más propensa a respirar aerosoles persistentes. La colocación de ventiladores y rejillas de ventilación para evitar tales zonas muertas en la peluquería es fundamental para la gestión del flujo de aire. Necesitamos modelos CFD para identificar zonas muertas en una habitación y también para dar una estimación de cuánto tiempo permanece el aire en tales bolsas. Con CFD, podemos organizar ventiladores y rejillas de ventilación en un modelo de computadora de la habitación para llegar a la mejor solución posible.

También se pueden calcular escenarios en los que el flujo de aire cambia cuando un cliente entra o sale por la puerta, o cuando hay una corriente repentina de aire caliente del exterior. CFD también puede predecir cómo cambian las cosas con el clima o las ubicaciones geográficas. Sin embargo, las ecuaciones de la mecánica de fluidos no ceden tan fácilmente incluso a las computadoras modernas, ya que los problemas comienzan a volverse cada vez más complejos. Por ejemplo, responder a una pregunta simple como ¿qué pasa con los millones de postizos en el suelo? puede estirar los límites de las supercomputadoras. Saber eso realmente ayudará, ya que nadie quiere que empiecen a flotar.

Las soluciones de modernización diseñadas con CFD se pueden extender a otros espacios cerrados como las tiendas de comestibles de la esquina, los pequeños restaurantes y las clínicas médicas. Cada uno puede tener su propia forma de gestionar el flujo de aire para reducir la infección. CFD puede ayudar a desarrollar soluciones de modernización adaptadas a sus respectivas necesidades. Para configuraciones más grandes como salas de conferencias, teatros y centros comerciales, tenemos que tratar con muchas más personas y múltiples ubicaciones de entrada y salida. El tamaño del problema es mayor, pero la ciencia es la misma. Necesitaremos ventiladores y rejillas de ventilación más grandes y, y CFD puede decirnos dónde es más efectivo colocarlos. Las soluciones inteligentes, con datos en tiempo real, posiblemente se pueden sintonizar con la cantidad de personas presentes en un momento dado. Potencialmente, esto puede ser más eficiente en términos de uso e instalación de energía.

Un grupo de investigadores indios llamado Investigación de Mecánica de Fluidos para COVID-19 (FMRC) se ha unido para abordar los problemas de flujo de fluidos que plantea la reapertura de la economía. Este grupo involucra a investigadores de diferentes IIT (IIT-Bombay, IIT-Madras, IIT-Roorkee) y de la industria, y tiene como objetivo utilizar herramientas de modelado avanzadas para sugerir soluciones de modernización que ayudarán a reducir el riesgo de transmisión de infecciones. De particular interés para este grupo son las cuestiones relativas a los flujos de fluidos en salas cerradas, transporte público y, por supuesto, aulas.

El escritor es profesor de Ingeniería Aeroespacial, IIT Bombay