Análisis CFD de circulación forzada de aire para disminuir la transmisión del virus SARS-COV 2 vía aérea en un salón de clases

Abstract

La enfermedad respiratoria COVID-19 se propaga a través de la saliva al toser y estornudar o incluso se exhalan en forma de microgotas de patógenos microbianos, contaminando el aire de un espacio cerrado y amenazando la salud humana. Por lo tanto, en esta tesis se ha estudiado la influencia de un sistema de ventilación, usando seis ductos para la entrada de aire y seis ductos para la salida del mismo, en un salón de clases de la Facultad de Ingeniería Mecánica de la UNI. Para el desarrollo del estudio se han usado diversas herramientas computacionales, tales como el software Inventor para diseño mecánico, el software Gmsh para la discretización del volumen de control, y el paquete Openfoam, aplicando un método euleriano-lagrangiano, lo que conduce a una comprensión más profunda de los mecanismos de transmisión de las gotitas de saliva portadoras de la enfermedad y también un seguimiento de su trayectoria. Una contribución importante de este trabajo es determinar la distancia social entre los individuos para evitar la contaminación, al inhalar o tocar sus cuerpos. La distancia de seguridad debe aumentarse a unos 2.8 m durante un estornudo. Así mismo, el flujo de aire de retorno superior y suministro inferior, pudo controlar la propagación de las gotitas de diámetros menores a 10um el cual fueron transportadas hacia los ductos de salida a partir de los 1.5 segundos de iniciado el estornudo. Las gotas de 10 a 1500um de diámetro son rápidamente asentadas en el piso.

The respiratory disease COVID-19 spread through saliva in coughs and sneezes or are even exhaled in the form of microbial pathogen micro-droplets, which pollute the indoor air and threaten to human health. As a consequence, in this thesis the influence of a system of ventilation is studied, using six supply inlets and six return outlets of air, applied in a classroom of the Faculty of Mechanical Engineering in the National University of Engineering. In regard to the development, diverse computational tools were implemented, such as the software Inventor for the mechanic design, GMSH for the discretization of the control volume and the package OpenFOAM applying a Eulerian-Lagrangian method, this leading to a deeper understanding of the saliva-disease-carrier droplet transmission mechanisms and also of their trajectory tracking. One important contribution of this work is to determine the “social distance” between individuals to avoid contamination, by inhaling or touching their bodies. The safe distance must be increased to around 2.8 m during a sneeze. Indeed, bottom-supply upper-return air-flow organization can control the spread of micro-droplets with diameters less than 10 um, which were transported toward the return outlets air 1.5 s after the sneeze started. Micro-droplets from 10 to 1500 um in diameter are quickly settled on the floor.