24 noviembre, 2020

¿Qué tan seguros son los espacios ventilados?

Israel Sánchez // reforma.com

Habiendo asimilado, no sin cierta dificultad, que el coronavirus no sólo se transmite por las gotículas de saliva, sino también por los aerosoles emitidos por las personas, la sociedad parece encontrar algo de tranquilidad en los espacios ventilados.

En una visita al mercado, por ejemplo, se advierte una suerte de seguridad gracias a que las amplias dimensiones del lugar permiten la circulación de aire y, con ello, la sustracción de las pequeñas partículas que acarrean el SARS-CoV-2; lo mismo que en el supermercado, con el aire acondicionado removiendo constantemente el ambiente.

Incluso en el transporte público, aún cuando la estrecha convivencia no deja de ser un riesgo inevitable para quienes no tienen alternativa alguna de movilidad, las corrientes que ingresan por las ventanas abiertas ofrecen un respiro ante la sensación de infección inminente.

Pero, ¿acaso esto es realmente así?

Los resultados de un intenso estudio realizado por ingenieros de la UNAM han permitido dilucidar que la mera circulación de aire que proveen algunos sistemas de ventilación no representa necesariamente una forma de evitar la concentración de partículas con potencial infeccioso.

Se trata de un trabajo encabezado por Rubén Ávila Rodríguez, coordinador de la Unidad de Modelación de Flujos Ambientales, Biológicos e Industriales (Umofabi), en el que se analiza científicamente la dispersión y precipitación de gotas de saliva y aerosoles en el transporte y espacios públicos.

Así, recurriendo a la mecánica de fluidos, ecuaciones, algoritmos y supercómputo, simulan las trayectorias que las partículas siguen al ser expulsadas al hablar, toser o estornudar. Y, en colaboración con expertos de la Dirección General de Cómputo y de Tecnologías de Información y Comunicación (DGTIC), recrean con animación en 3D los ambientes de los lugares donde se generan tales partículas.

En entrevista con REFORMA, algunos de los responsables de este estudio presentan los resultados de tres escenarios analizados: el Metro, una tienda de conveniencia y un mercado público. Todo esto siguiendo como eje una interrogante: En materia de prevención del Covid-19, ¿qué es mejor: ventilación o extracción?
“Las partículas empiezan a recircular por todo el minisúper. Suben por encima de los estantes, e incluso llega un momento en que empiezan a bajar y empiezan a recircular ahí”

En el primer caso, tomando como base un convoy de la Línea 8 equipado con tres extractores a lo largo del vagón, la dispersión de las partículas es observada al simular el campo de vientos que se genera precisamente a través de los extractores, explica el ingeniero y estudiante de maestría Víctor Hugo Huitrón Rodríguez.

 “Como se puede observar, el movimiento de los extractores hace que el flujo del aire entre por ventanas, por las puertas y se dirige finalmente hacia los extractores”, apunta, previo a presentar un escenario en donde las ventanas del vagón y las puertas de un costado se encuentran abiertas.

En tal caso, si bien las corrientes de aire se dirigen principalmente hacia los extractores o a las paredes, logran generar pequeños remolinos que causan dispersión de partículas en una parte del vagón. Fenómeno exacerbado cuando solamente están abiertas las ventanas.

“(Ahí) las velocidades (de aire) que entran hacia el interior a través de las ventanas son muy rápidas, con lo cual esto genera muchos remolinos a lo largo del vagón, y provoca que las partículas se dispersen en gran medida, haciendo que éstas se depositen ya sea en los tubos, en los asientos, e incluso que estén un mayor tiempo suspendidas en el aire.

“Como una posible solución a esto sería modificar la velocidad con la que los extractores están, valga la redundancia, extrayendo el aire, para evitar estas corrientes rápidas que ingresan en las ventanas”, propone el joven.

Por otro lado, al contrastar con un vagón equipado con siete ventiladores -como los de la Línea 3-, cada uno con una velocidad de corriente de 1.3 m/s, tiene lugar una problemática dispersión a través de corrientes que fluyen desde el interior hacia el exterior, es decir, hacia el andén.

“En este caso, vemos cómo las partículas de aerosol empiezan a distribuirse en función de las corrientes de aire que se están generando debido a la presencia de ventiladores”, relata el también ingeniero y estudiante de maestría Óscar Iván Rocha López.

“Podemos ver cómo estas corrientes dirigen las partículas en dirección hacia la salida de este vagón, y podemos ver que la presencia de estos ventiladores promueven la dispersión de estas partículas de saliva”, continúa. “A su vez, podemos observar que hay acumulación de ellas en los pasamanos y así también en los (espacios) que están cercanos a los asientos”.

La conclusión a la que los ingenieros llegan es clara: para evitar la dispersión de partículas, los sistemas de extracción son más eficientes que los de ventilación, cuyas simulaciones incluso mostraron que el material particulado se puede adherir a superficies y a los usuarios mismos.

“Vemos que el uso de ventiladores, en este caso en la Línea 3, en lugar de favorecer, de ayudar a contener la dispersión, hace que ésta sea aún mayor. Y promueve la adhesión de estas partículas de tipo aerosol, que tienen una cierta carga vírica.

“Es necesario ver una serie de normas, en este caso del transporte público y en otros lugares confinados, para que en lugar de utilizar ventilación, puede ser aire acondicionado en algunos otros sectores, se utilice extracción”, enfatiza Rocha López.

El giro es otro, pero la pregunta es la misma: ¿Ventilación o extracción?

En un primer escenario, con un sistema de extracción que jala el aire hacia el fondo de una tienda de conveniencia, el ingeniero y estudiante de maestría Antonio Gutiérrez Santillán identifica una zona de altas velocidades y una de bajas, marcadas en rojo y azul, respectivamente.

En la primera, las partículas emitidas por las personas son extraídas rápidamente hacia arriba, en dirección a los extractores.

“En cambio, hay zonas de bajas velocidades en donde está circulando el aire. Entonces, ¿qué es lo que pasa cuando (las personas que están ahí) emiten partículas? Pues éstas se quedan ahí estancadas un largo periodo de tiempo, por lo que hemos denominado zonas de alto riesgo a estas áreas”, indica Gutiérrez Santillán.

En un segundo escenario, con ventilación en lugar de extracción, el aire ya no fluye hacia arriba de forma rápida, sino que se dirige turbulentamente hacia el acceso de entrada y salida de la tienda.

“Esto también podría considerarse riesgoso. Si una persona va a entrar al local, obviamente le van a impactar todas esas partículas”, remarca el joven, señalando en la simulación que lo que antes era una combinación de zonas de altas y bajas velocidades, ahora luce completamente azul, es decir, el recinto se ha vuelto mayoritariamente zona de alto riesgo.

“Las partículas empiezan a recircular por todo el minisúper”, añade. “Suben por encima de los estantes, e incluso llega un momento en que empiezan a bajar y empiezan a recircular ahí. Entonces sí hay una gran diferencia entre incorporar ventilación y extracción”.

Los resultados de este estudio podrían servir como base para generar nuevas normas dentro de locales comerciales, confía el equipo.

Cuestionados sobre si este modelo, utilizado desde hace varias décadas para analizar, por ejemplo, la dispersión del material radiactivo tras un accidente nuclear o de la ceniza volcánica luego de una erupción, podría aplicarse a espacios más amplios, como naves industriales o hangares, los ingenieros expandieron la mirada.

El primer espacio semiconfinado de gran tamaño que han sometido a análisis es uno que también resulta indispensable para la población mexicana: los mercados públicos.

Si bien el trabajo aquí aún es preliminar, pues no han añadido a la simulación lo relativo a la emisión de partículas, conocen ya la dinámica de los campos de viento dentro de este tipo de espacio, habitualmente equipado con un sistema de extracción en la parte superior.

“Lo que vemos aquí es que el viento ingresa por las puertas de los costados y va subiendo a diferentes velocidades”, comenta el ingeniero Daniel Bautista.

“El extractor colocado desde la parte de arriba va jalando el aire, y éste se va moviendo desde la entrada hacia arriba; así va circulando y cambia, es totalmente diferente de una parte a otra”.

Lo que hasta ahora han podido proyectar, comparte, es que la velocidad de las corrientes es más alta alrededor de las entradas del mercado y menor al centro de los pasillos.

“Una vez conociendo el campo de viento dentro del interior ya sabemos cómo se va a distribuir y cómo va a afectar después de que se ingresen (al modelo) las partículas de saliva, cómo se van a mover en ese campo de viento.

“(Con esto podemos) ver qué implicaciones tendríamos, qué podríamos nosotros mejorar, implementar para que en un dado caso el nivel de contagio sea mucho menor o pudiéramos tal vez prevenirlo, evitarlo”, sostiene Bautista.

Buscan hacer mancuerna

Con este arduo trabajo listo, el coordinador de la Umofabi, Rubén Ávila, lanza ahora un llamado a trabajar en conjunto con el sector salud, con los médicos, epidemiólogos, virólogos y hasta los aerobiólogos para que, por un lado, ellos hagan uso de este modelo único en el mundo -como lo califica el propio Ávila-, y los ingenieros, a su vez, incorporen cuestiones como la carga viral que puede transportar una gota de saliva y cuál es el tiempo que permanece activo el virus.

“Podemos nosotros incorporar todos esos datos y, en función de la trayectoria que sigan esas gotas de saliva, determinar los niveles y la probabilidad de contagio”, expresa Ávila, profesor en la División de Ingeniería Mecánica e Industrial de la Facultad de Ingeniería y experto en mecánica de fluidos.

“Si se reconoce que el área médica pueda hacer uso de estos modelos, entonces se podrán generar nuevas normas para que las personas no estén en alto riesgo al entrar a un supermercado, al entrar a una sala de cine, por ejemplo. Ese es un llamado a la OMS, al sector salud incluso de aquí de nuestro País para que tomen consciencia de que este tipo de metodologías científicas pueden ser usadas por el sector salud”.

¿Quedaría alguna duda sobre la importancia de los cubrebocas a la luz de esta nueva evidencia que ustedes proveen?

Con el propósito de evitar la transmisión, el cubrebocas definitivamente sí es (efectivo), y ha sido recomendado por la OMS.

Sí es una prenda que debería de usarse, sobre todo cuando uno tiene acceso o va a acudir a escenarios donde hay personas que no sabemos (si están enfermas), los asintomáticos, personas que probablemente estén con cierto padecimiento y que tienen necesidad de salir.

El cubrebocas (es útil) en los dos lados: para las personas que están enfermas y para las sanas que tienen que salir y activar la economía. Definitivamente sí es recomendable su uso.

¿Qué otras medidas preventivas recomendarían implementar en lo que se instrumentan cambios en los sistemas de ventilación?

Lo más recomendable es tener los espacios confinados abiertos, incluso en las casas habitación. Si alguna concentración de este virus entró a las casas habitación, lo más recomendable es tenerlas abiertas y ventiladas.

En el caso del Metro y los sistemas de transporte, es muy recomendable que exista una ventilación adecuada. Que desde el inicio de la jornada las ventanas estén abiertas, y los sistemas de extracción estén operando eficientemente.

Lo siguiente en su investigación, adelanta Ávila, será escudriñar mediante Inteligencia Artificial la relación -probada en distintos artículos científicos- entre la contaminación ambiental y el alza en los contagios. El seguimiento a aquellas partículas que, de acuerdo con su modelo y sus recomendaciones, serían liberadas de los espacios confinados hacia el medioambiente.

Labor para la que resultarán indispensables los conocimientos de, refrenda Ávila, epidemiólogos y aerobiólogos, entre otro tipo de expertos, como los químicos de la atmósfera.

Finalmente, también está en marcha un proyecto para que el Departamento de Visualización y Realidad Virtual de la DGTIC, quienes han sido los encargados de transformar a imágenes el gran compendio de datos generado por los ingenieros y las supercomputadoras, lleven este modelo al terreno de la Realidad Aumentada.

De esta manera, explica la matemática María del Carmen Ramos, jefa de dicho Departamento, las personas podrían visualizar desde una aplicación móvil la simulación precalculada de la trayectoria de partículas de saliva y aerosoles en determinados espacios públicos.

Lo cual se sumaría a las animaciones tridimensionales realistas en las cuales trabajan actualmente para que la gente pueda entender este fenómeno de forma sencilla y el mensaje de prevención sea más directo.

Redirigen sus estudios ante pandemia

Antes de analizar cómo se mueve el viento dentro de un espacio de gran concurrencia como un mercado público, el ingeniero Daniel Bautista tenía sus esfuerzos puestos en la simulación de incendios y la dispersión del humo en túneles de minas subterráneas.

De la misma forma en que su colega Víctor Hugo Huitrón Rodríguez, previo a estudiar la concentración de partículas al interior de un vagón del Metro, simulaba la trayectoria del humo por un hipotético incendio en la estación Copilco para mejorar los protocolos de evacuación y ventilación.

Y, por su parte, Óscar Iván Rocha López hacía simulaciones de dirigibles para poder estudiar sus estabilidades.

Investigaciones que, en un primer vistazo, parecieran diametralmente opuestas a la atención de la actual pandemia de Covid-19, pero que, no obstante, ahora ofrecen claves para reducir o erradicar el riesgo de contagio a través del diseño y adecuación de espacios que suelen concentrar grandes cantidades de personas.

“Ha sido una gran experiencia porque estamos aportando soluciones para lo que es esta nueva normalidad, ya que se busca que las personas salgan en un entorno seguro”, comenta Huitrón Rodríguez.

“Es muy gratificante saber que estamos apoyando, que estamos compartiendo nuestros conocimientos. Y realmente es a lo que deberíamos dedicarnos como ingenieros, a aportar soluciones, verdaderas soluciones”, confía, por su cuenta, Antonio Gutiérrez Santillán, quien trabajaba con simulaciones de agua.

Coincidentes todos en lo arduo y retador que ha sido redirigir sus estudios a causa de la contingencia sanitaria, tal adecuación se suma a la de otros investigadores de la UNAM, como el equipo del Laboratorio de Instrumentación Espacial (LINX) del Instituto de Ciencias Nucleares, quienes pasaron de construir los nanorrobots que enviarán a la Luna a diseñar un respirador artificial.

Un esfuerzo con el que dan cuenta que la ciencia, particularmente el trabajo de los laboratorios y aulas universitarias, no está desvinculado de la realidad sino que, de hecho, surge de ella.

“En mi caso, yo como asiduo usuario del Metro, en específico de la Línea 3, me traslado de polo a polo, pues vivo en la zona limítrofe del Estado de México y viajo hasta Ciudad Universitaria, fue como un llamado fuerte éste de trabajar con el Metro, porque esa preocupación que tengo para mi persona, también la tienen otros tantos cientos de miles de personas que se trasladan diariamente”, confía Rocha López.

“La Universidad es para el pueblo, y nosotros tenemos ese sentido de servir y poder dar algunas indicaciones y ayudar con respecto a estas situaciones de contingencia, estas dificultades que está sufriendo el pueblo mexicano, y poder aportar un poco de lo que la Universidad nos ha dado a nosotros”, concluye.

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