Dos grupos de investigadores de Sandia National Laboratories han publicado artículos sobre las gotas de líquido rociadas al toser o estornudar y qué tan lejos pueden viajar en diferentes condiciones.

Ambos equipos utilizaron las décadas de experiencia de Sandia con simulaciones por computadora avanzadas que estudian cómo se mueven los líquidos y gases para su misión de administración de arsenales nucleares.

Sus hallazgos refuerzan la importancia de usar máscaras, mantener el distanciamiento social, evitar espacios interiores mal ventilados y lavarse las manos con frecuencia, especialmente con la aparición de nuevos variantes más transmisibles de SARS-CoV-2, el virus que causa COVID-19.

Un estudio utilizó herramientas de simulación por computadora de alto rendimiento desarrolladas por Sandia para modelar la tos con y sin brisa y con y sin barreras protectoras. Este trabajo fue publicado recientemente en la revista científica Atomización y aerosoles .

Stefan Domino, el científico informático principal del artículo, dijo que su equipo descubrió que si bien las barreras protectoras, como particiones de plexiglás en las tiendas de comestibles, ofrecen protección contra gotas más grandes, partículas muy pequeñas pueden persistir en el aire durante un tiempo prolongado y viajar una cierta distancia dependiendo de las condiciones ambientales.

Una investigación independiente de modelado por computadora en Sandia analizó lo que sucede con las gotas de aerosol más pequeñas en diferentes condiciones, incluso cuando una persona se cubre la cara. Ese estudio mostró que las máscaras faciales y los escudos evitan que incluso las pequeñas gotas de la tos se dispersen a grandes distancias. dijo el investigador Cliff Ho, quién está liderando ese esfuerzo. Este trabajo fue publicado en la revista Modelado matemático aplicado el 24 de febrero.

La simulación de tos muestra partículas persistentes.

En simulaciones realizadas por el equipo de Domino's a través de las computadoras de alto rendimiento de Sandia, gotas más grandes de una tos sin viento cruzado y sin cubrirse la cara cayeron como máximo aproximadamente tres metros, o aproximadamente a nueve pies de distancia. También encontraron que los "núcleos de gotitas secos, "o aerosoles, sobrante después de que el líquido se evapora de una gota que viajó aproximadamente la misma distancia pero se quedó en el aire durante los dos minutos que modelaron.

Agregue una partición de plexiglás a la mezcla, y sus simulaciones por computadora mostraron que las gotas más grandes se adhieren a la barrera, que mitiga el riesgo de transmisión directa, pero los núcleos de gotitas más pequeños persisten en el aire, Dijo Domino.

Cuando agregaron una brisa de 10 metros por segundo desde la parte posterior a la simulación sin una barrera, las gotas más grandes viajaron hasta 11 1/2 pies y los núcleos de las gotas viajaron más lejos.

Este estudio no cuestiona el estándar de distanciamiento social de 6 pies recomendado por los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades diseñado para evitar el contacto directo de la mayoría de las gotas más grandes. En una tos típica de una persona infectada, aproximadamente el 35% de las gotas pueden tener el virus presente, pero todavía se están desarrollando modelos de cuánto SARS-CoV-2 y sus variantes se necesitan para infectar a otra persona, Dijo Domino.

"Un artículo de revisión reciente sobre la transmisión del SARS-CoV-2 que apareció en el Annals of Internal Medicine sugiere que la transmisión respiratoria es la ruta dominante de transmisión. Como tal, Creemos que establecer una herramienta de simulación y modelado creíble para modelar el transporte de gotitas que contienen patógenos que emanan de la tos y cómo persisten en los espacios públicos que todos habitamos representa una pieza crítica de la ciencia requerida, ", dijo. Particiones, mascarillas distanciamiento social, quedarse en casa cuando no se siente bien y vacunarse siguen siendo importantes para ayudar a reducir la transmisión, especialmente con las nuevas variantes más transmisibles.

Domino también realizó modelos por computadora de espacios abiertos al aire libre y descubrió que las personas de pie expuestas a la tos de alguien en una posición de rodillas tenían un riesgo relativamente bajo de exposición en comparación con las personas que estaban sentadas. Esto se debió a la forma en que las gotas y los aerosoles interactúan con las complejas brisas que se mueven alrededor de las personas. Este trabajo fue publicado en el International Journal of Computational Fluid Dynamics el 1 de abril. Las simulaciones de Domino's utilizaron más de cuatro millones de horas de tiempo de procesamiento por computadora y se ejecutaron en muchos procesadores de computadora al mismo tiempo.

Las simulaciones apoyan el distanciamiento social, mascaras

Ho usó un modelo informático de dinámica de fluidos disponible comercialmente para simular varios eventos que expulsan fluido húmedo, como toser, estornudos hablando e incluso respirando, comprender cómo afectan el transporte y la transmisión de patógenos transportados por el aire. Supuso que los patógenos virales se aerosolizaron en gotitas diminutas y que la distribución y concentración de patógenos podrían estar representadas por la concentración del vapor exhalado simulado.

"Introduje concentraciones espaciales y temporales en el modelado para desarrollar riesgos cuantificados de exposición basados ​​en la distancia de separación, duración de la exposición y condiciones ambientales, como cubiertas para el flujo de aire y la cara, ", dijo Ho." Entonces podría determinar la probabilidad de infección en función de las concentraciones de aerosol espaciales y temporales, la carga viral, tasa de infectividad, viabilidad viral, probabilidad de depósito pulmonar y tasa de inhalación ".

El modelo también confirmó que el uso de una mascarilla o un protector facial redujo significativamente el viaje hacia adelante del vapor exhalado y el riesgo de exposición en aproximadamente diez veces. Sin embargo, las concentraciones de vapor cerca de la cara persistieron más tiempo que sin las cubiertas faciales.

En general, el modelo mostró que el distanciamiento social redujo significativamente el riesgo de exposición a aerosoles al menos diez veces y permitió tiempo para la dilución y dispersión de la columna viral exhalada. Otros modelos cuantificaron el grado en que estar en contra del viento o en contra del viento de la fuente de la tos redujo los riesgos de exposición, y el grado de estar directamente a favor del viento de la tos aumentó los riesgos de exposición.

Los riesgos de exposición disminuyeron al aumentar la distancia, pero el mayor aumento en el beneficio fue de tres pies. Los modelos de Ho también cuantificaron el grado en que el uso de una máscara reduce los riesgos de exposición a varias distancias.

En breve, el modelado por computadora confirmó la importancia del distanciamiento social y el uso de máscaras. Además, mantenerse en contra del viento y aumentar la ventilación de aire fresco en lugares como tiendas de comestibles, los restaurantes y las escuelas pueden ayudar a reducir el riesgo de exposición.

Ho también realizó modelos informáticos de los autobuses escolares y descubrió que abrir las ventanas de los autobuses escolares aumentaba la ventilación y reducía los riesgos de exposición. Específicamente, para lograr una ventilación suficiente, Deben abrirse al menos dos juegos de ventanas, uno cerca de la parte delantera del autobús y otro cerca de la parte trasera del autobús.

Simulaciones de ayudas para el trabajo de administración de arsenales de Sandia

Los investigadores de Sandia pudieron aplicar muchas de las mismas herramientas computacionales utilizadas en su misión de administración de arsenales nucleares para simular gotas de tos y estornudos. así como los recursos informáticos avanzados de alto rendimiento de Sandia. Para la misión de disuasión nuclear, estas herramientas estudian cosas como cómo los chorros turbulentos, las plumas y los fuegos propulsores reaccionan en diferentes condiciones.

"Podemos implementar la capacidad de nuestra herramienta de simulación en otras aplicaciones, "Dijo Domino." Si miras la física de una tos o un estornudo, incluye atributos de esta física que normalmente estudiamos en Sandia. Podemos simular la trayectoria de las gotas y cómo interactúan en el medio ambiente ".

Esas condiciones ambientales pueden incluir variables, como la temperatura, humedad, trayectoria de lanzamiento, y fuerza y ​​dirección del viento cruzado. También pueden incluir barreras naturales y artificiales.

Junto con los estudios realizados por otros sobre el aerosol para la tos, Las capacidades de simulación por computadora de Sandia agregan el valor de ver cómo reaccionan las gotas de la tos a diferentes condiciones. Las herramientas de simulación de Sandia combinan la masa, impulso y energía de las gotas para capturar la física de evaporación detallada que respalda la capacidad de distinguir entre las gotas que se depositan y las que persisten en el medio ambiente.