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Foto de Edward Jenner en Pexels
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Una enfermedad respiratoria infecciosa pandémica mundial, la enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19), amenaza la vida y la salud humanas. Desde el brote de COVID-19, las gotitas de fluido expulsadas del tracto respiratorio han atraído mucha atención porque la dispersión del virus infeccioso en las gotitas generadas al hablar, toser y estornudar es una de las vías importantes de transmisión del virus.
Las personas sanas pueden infectarse por la inhalación de gotitas de virus en el aire incluso con una breve exposición. Por lo tanto, es fundamental comprender la transmisión de las gotas en diferentes condiciones de flujo típicas de la vida real para modelar y controlar las epidemias.
Los investigadores describen la dispersión de las gotitas generadas por la tos de las personas al subir y bajar las escaleras. En AIP Advances, de AIP Publishing, Hongping Wang y su equipo muestran modelos que conducen a la caída de gotas respiratorias desde un maniquí dentro de un túnel de agua, inclinado en diferentes ángulos para imitar a una persona que sube y baja las escaleras.
"Se observan dos patrones diferentes de dispersión de las gotas debido a los distintos flujos de estelas", afirma Wang. "Estos resultados sugieren que debemos toser con la cabeza hacia el suelo para garantizar que la mayoría de las gotas entren en la región de la estela".
El grupo imprimió en 3D maniquíes con resina blanca, cada uno con un ángulo de inclinación diferente, que representa la inclinación que hacemos naturalmente al subir las escaleras y la inclinación hacia atrás cuando bajamos.
Tras colocar cada maniquí en el túnel de agua, introdujeron en él microesferas de vidrio huecas. Al ser iluminadas por láseres, las microesferas de vidrio permitían visualizar el movimiento del flujo detrás de los maniquíes. Este campo de flujo, a menudo llamado estela, se estudió mediante velocimetría de imágenes de partículas.
En las simulaciones por ordenador, las partículas situadas por debajo de la cabeza y en movimiento hacia el suelo quedaban atrapadas en la estela de cada maniquí y se desplazaban hacia abajo. Al parecer, las partículas situadas por encima de la cabeza podían desplazarse a distancias relativamente lejanas en sentido horizontal, como si fueran emitidas desde la parte superior de la cabeza.
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| La mecánica de fluidos experimental muestra los diferentes patrones de dispersión de gotas de una persona que sube o baja las escaleras correspondientes al flujo de la estela. CRÉDITO: Hongping Wang |
Para los maniquíes cuya inclinación reflejaba ir hacia arriba, las partículas se concentraban por debajo del hombro y se desplazaban hacia abajo con una corta distancia de recorrido. Para simular la bajada, las partículas que se dispersaban por encima de la cabeza de la persona eran transportadas durante una larga distancia.
"El mayor reto es cómo utilizar las partículas en el agua para simular las gotas en el aire", dijo Wang. "Lo más sorprendente fue que las partículas más altas que la cabeza pueden recorrer una distancia mucho mayor que las partículas más bajas que la cabeza debido a la inducción del flujo de estela".
Wang quiere estudiar los efectos tridimensionales de personas reales que tosen mientras caminan en condiciones experimentales.
A partir de los resultados de este estudio, los investigadores ofrecieron las siguientes recomendaciones.
- Teniendo en cuenta el entorno y el escenario, se sugiere una mayor distancia social para las personas que bajan las escaleras o descienden por las escaleras mecánicas.
- Una postura adecuada y educada al toser es esencial para evitar la transmisión por el aire. La Organización Mundial de la Salud sugiere cubrirse la boca y la nariz con un codo doblado o un pañuelo de papel al toser o estornudar. También es fundamental que una persona en una escalera mecánica tosa o estornude con la cabeza hacia el suelo para que las gotas dispersas (que se escapan del bloqueo del codo o del pañuelo) sean arrastradas por la región de la estela hacia el suelo. Esto puede reducir la probabilidad de que las gotas sean inhaladas por una persona que venga detrás.
- A diferencia de la dispersión de las gotas en el campo de flujo constante, las fluctuaciones del flujo de aire inestable pueden dar lugar a la agrupación de las gotas. Una alta concentración de gotas ralentiza la dispersión de las gotas hacia un nivel de concentración local seguro y, en consecuencia, aumenta la distancia de dispersión de las gotas con problemas de seguridad. Este efecto no trivial debe tenerse en cuenta al evaluar la dispersión de las gotas en casos reales.
Fuentes, créditos y referencias:
Hongping Wang, Zhaobin Li, Yi Liu,Lixing Zhu, and Zhideng Zhou; Experimental study of the dispersion of cough-generated droplets from a person going up or down stairs. AIP Advances 12, 015002 (2022); DOI: 10.1063/5.0073880