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Los sistemas de ventilación en muchos edificios de oficinas modernos, que están diseñados para mantener temperaturas agradables y aumentar la eficiencia energética, pueden aumentar el riesgo de exposición al coronavirus, particularmente durante el próximo invierno, según una investigación publicada en Journal of Fluid Mechanics.
Un equipo de la Universidad de Cambridge ha descubierto que los sistemas de 'ventilación mixta' ampliamente utilizados, que están diseñados para mantener las condiciones uniformes en todas las partes de la habitación, dispersan los contaminantes en el aire de manera uniforme por todo el espacio. Estos contaminantes pueden incluir gotitas y aerosoles, que potencialmente contienen virus.
La investigación ha destacado la importancia de una buena ventilación y el uso de mascarillas para mantener la concentración de contaminantes en un nivel mínimo y, por lo tanto, mitigar el riesgo de transmisión del SARS-CoV-2, el virus que causa el COVID-19.
La evidencia indica cada vez más que el virus se transmite principalmente a través de gotitas más grandes y aerosoles más pequeños, que se expulsan cuando tosemos, estornudamos, reímos, hablamos o respiramos. Además, los datos disponibles hasta ahora indican que la transmisión en interiores es mucho más común que la transmisión en exteriores, lo que probablemente se deba a mayores tiempos de exposición y menores tasas de dispersión de gotitas y aerosoles.
"A medida que se acerca el invierno en el hemisferio norte y las personas comienzan a pasar más tiempo adentro, comprender el papel de la ventilación es fundamental para estimar el riesgo de contraer el virus y ayudar a disminuir su propagación", dice el profesor Paul Linden, del Departamento de Matemáticas Aplicadas y Teóricas de Cambridge, que dirige la investigación.
"Si bien el control directo de las gotas y los aerosoles en los espacios interiores es difícil, exhalamos dióxido de carbono que se puede medir fácilmente y utilizar como indicador del riesgo de infección. Los pequeños aerosoles respiratorios que contienen el virus se transportan junto con el dióxido de carbono producido por la respiración, y son transportados por la habitación por los flujos de ventilación. Una ventilación insuficiente puede conducir a una alta concentración de dióxido de carbono, lo que a su vez podría aumentar el riesgo de exposición al virus".
El equipo demostró que el flujo de aire en las habitaciones es complejo y depende de la ubicación de los conductos de ventilación, ventanas y puertas, y de los flujos convectivos generados por el calor emitido por las personas y los equipos de un edificio. Otras variables, como personas en movimiento o hablando, puertas que se abren o cierran, o cambios en las condiciones exteriores de los edificios con ventilación natural, afectan estos flujos y, en consecuencia, influyen en el riesgo de exposición al virus.
La ventilación, ya sea impulsada por el viento o el calor generado dentro del edificio o por sistemas mecánicos, funciona en uno de dos modos principales. La ventilación mixta es la más común, donde se colocan ventilaciones para mantener el aire en un espacio bien mezclado para que la temperatura y las concentraciones de contaminantes se mantengan uniformes en todo el espacio.
El segundo modo, ventilación por desplazamiento, tiene ventilaciones ubicadas en la parte inferior y superior de una habitación, creando una zona inferior más fría y una zona superior más cálida, y el aire caliente se extrae a través de la parte superior de la habitación. Como nuestro aliento exhalado también es cálido, la mayor parte se acumula en la zona superior. Siempre que la interfaz entre las zonas sea lo suficientemente alta, el aire contaminado puede ser extraído por el sistema de ventilación en lugar de ser inhalado por otra persona. El estudio sugiere que cuando se diseña correctamente, la ventilación por desplazamiento podría reducir el riesgo de mezcla y contaminación cruzada de la respiración, mitigando así el riesgo de exposición.
Dado que el cambio climático se ha acelerado desde mediados del siglo pasado, los edificios se han construido teniendo en cuenta la eficiencia energética. Junto con mejores estándares de construcción, esto ha llevado a edificios más herméticos y más cómodos para los ocupantes. Sin embargo, en los últimos años, la reducción de los niveles de contaminación del aire interior se ha convertido en la principal preocupación de los diseñadores de sistemas de ventilación.
"Estas dos preocupaciones están relacionadas, pero son diferentes, y existe una tensión entre ellas, que se ha puesto de relieve durante la pandemia", dice el Dr. Rajesh Bhagat, también de DAMTP. "Maximizar la ventilación y, al mismo tiempo, mantener las temperaturas a un nivel agradable sin un consumo excesivo de energía es un equilibrio difícil de lograr".
A la luz de esto, los investigadores de Cambridge tomaron parte de su trabajo anterior sobre ventilación para mejorar la eficiencia y lo reinterpretaron para determinar la calidad del aire, a fin de determinar los efectos de la ventilación en la distribución de contaminantes en el aire en un espacio.
"Para modelar cómo se propaga el coronavirus o virus similares en el interior, es necesario saber a dónde va la respiración de las personas cuando exhalan y cómo cambia eso según la ventilación", explica Linden. "Con estos datos, podemos estimar el riesgo de contraer el virus en interiores".
Los investigadores exploraron diferentes modos de exhalación: respiración nasal, hablar y reír, cada uno con y sin mascarilla. Al visualizar el calor asociado con la respiración exhalada, pudieron ver cómo se mueve a través del espacio en cada caso. Si la persona se movía por la habitación, la distribución del aire exhalado era marcadamente diferente, ya que se capturaba a su paso.
"Puedes ver el cambio en la temperatura y la densidad cuando alguien exhala aire caliente; refracta la luz y puedes medirla", dice Bhagat. "Cuando están sentados, los humanos emiten calor, y dado que el aire caliente sube, cuando exhalas, la respiración se eleva y se acumula cerca del techo".
Sus resultados muestran que los flujos de las habitaciones son turbulentos y pueden cambiar drásticamente según el movimiento de los ocupantes, el tipo de ventilación, la apertura y cierre de puertas y, para los espacios con ventilación natural, los cambios en las condiciones exteriores. Los investigadores comprobaron que las mascarillas son efectivas para reducir la propagación del aire exhalado y, por lo tanto, las gotas.
"Una cosa que pudimos ver claramente es que una de las formas en que funcionan las mascarillas es deteniendo el impulso de la respiración", dijo Linden. "Si bien casi todas tendrán una cierta cantidad de fugas a través de la parte superior y los lados, no importa mucho, porque disminuir el impulso de cualquier contaminante exhalado reduce la posibilidad de cualquier intercambio directo de aerosoles y gotitas a medida que queda la respiración en el penacho térmico del cuerpo y se eleva hacia el techo. Además, las mascarillas detienen las gotas más grandes, y una mascarilla de tres capas reduce la cantidad de esos contaminantes que recirculan a través de la habitación por ventilación".
Los investigadores comprobaron que reír, en particular, crea una gran perturbación, lo que sugiere que si una persona infectada sin mascarilla se ríe en el interior, aumentaría enormemente el riesgo de transmisión.
"Mantener las ventanas abiertas y usar mascarilla parece ser el mejor consejo", asegura Linden. "Claramente eso es un problema menor en los meses de verano, pero es motivo de preocupación en los meses de invierno".
El equipo está trabajando ahora con el Departamento de Transporte para analizar los impactos de la ventilación en el transporte de aerosoles en trenes y con el Departamento de Educación para evaluar los riesgos en las escuelas el próximo invierno.