Investigadores de la URV desarrollan un modelo matemático que describe la dispersión de aerosoles en espacios interiores

Un equipo investigador del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Rovira i Virgili (URV) ha desarrollado un modelo matemático para determinar el tiempo que tarda una nube de aerosoles a dispersarse en un espacio cerrado, en función de su posición inicial.

Les simulaciones numéricas se han hecho en la Barcelona Supercomputing Center, dados los elevados recursos computacionales que requieren este tipo de estudios. Los resultados de la investigación suponen un salto cualitativo con respecto a los métodos usados para simular el comportamiento de aerosoles en espacios interiores. En el estudio, los investigadores han analizado cómo se comporta una nube de partículas en suspensión en una habitación cúbica de nueve metros cuadrados.

La tos y los estornudos son síntomas comunes de muchas enfermedades respiratorias. Cuando se producen, generan nubes de partículas minúsculas que pueden transportar patógenos de las personas infectadas y convertirse en un importante vector de transmisión.

El grupo de investigación Experimentos, Computación y Modelización en Mecánica de Fluidos y Turbulencia (ECOMMFIT) de la URV hace años que estudia la dispersión de los aerosoles a través de la tos y los estornudos -también denominados episodios respiratorios violentos - en espacios cerrados.

En esta nueva investigación han observado cómo se comporta una nube de partículas en suspensión en una habitación cúbica de nueve metros cuadrados. El investigador del Departamento de Ingeniería Mecánica, Alexandre Fabregat, ha explicado que la dispersión de las nubes de aerosoles consta de dos etapas diferenciadas.

Primero, detalla, el proceso está dominado por una corriente en jet, generada por la rápida expulsión del aire a causa del episodio respiratorio violento.

Según el experto, aproximadamente dos segundos más tarde, se produce la dispersión de los aerosoles, conducida por las corrientes de aire propias de cada localización. Estas corrientes pueden ser causadas por fenómenos naturales, por la acción de aparatos de ventilación artificial o bien por las diferencias de temperatura entre una masa de aire y las paredes de un espacio interior.

Para conocer detalladamente el movimiento de fluidos, los investigadores utilizan modelos computacionales para resolver las ecuaciones de Navier-Stokes, combinadas con modelos de dispersión de partículas.

Esta aproximación se diferencia de estudios previos en el hecho que el movimiento del fluido - el aire de dentro de la habitación-, se resuelve con todo su detalle y permite determinar con mucha precisión a qué ritmo los aerosoles se dispersan dentro de un espacio cerrado, en función de la localización de la emisión.

El equipo investigador tuvo acceso a los equipamientos de la Barcelona Supercomputing Center durante casi un mes para llevar a cabo los cálculos pertinentes. «Ahora, podemos conocer la velocidad, la temperatura y la presión del aire en cualquier punto de la habitación en un momento determinado», ha afirmado Fabregat, también coautor de la investigación y miembro del grupo de investigación ECOMMFIT.

Resultados de los cálculos

Según los investigadores, los cálculos determinaron que el tiempo que tarda una nube de aerosoles a disiparse completamente, ocupando todo el volumen de la sala, varía en función de su proximidad a los vértices y a las paredes de la estancia. En el caso de estudio, si la nube está en el centro de la habitación tarda hasta cinco minutos a esparcirse; si se encuentra tocando las paredes, en tarde tres. «En este caso particular, eso pasa por las diferencias de temperatura entre las paredes y la masa de aire; cuando este toca las paredes se enfría, su densidad aumenta y genera corrientes de aire», ha completado.

La metodología desarrollada por el grupo de investigación ECOMMFIT es «útil» a la hora de entender la dispersión de aerosoles en espacios cerrados de forma «precisa, sin simplificar las condiciones». Así, este conocimiento puede ayudar a diseñar salas, equipamientos y sistemas de ventilación que minimicen la transmisión de patógenos por vía aérea en entornos especialmente sensibles, como escuelas, hospitales, residencias o laboratorios.

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