A principios de abril de 2021, el número de personas infectadas durante la pandemia de COVID-19 había aumentado a más de 130 millones de personas, de las cuales más de 2,8 millones murieron. El virus SARS-CoV-2 responsable de COVID-19 se transmite particularmente por gotitas o aerosoles emitidos cuando una persona infectada habla. estornuda o tose. Así es como los virus y otros patógenos se propagan por el medio ambiente y transmiten enfermedades infecciosas cuando son inhalados por otra persona.

La capacidad de estas partículas para permanecer suspendidas en el aire y esparcirse en el medio ambiente depende en gran medida del tamaño y la naturaleza del flujo de aire generado por la expiración del aire. Al igual que con otras enfermedades infecciosas transmitidas por el aire como la tuberculosis, gripe común o sarampión, El papel que juega la dinámica de fluidos es clave para predecir el riesgo de infección al inhalar estas partículas en suspensión.

En un evento de tos que dura 0,4 segundos y tiene una velocidad máxima de aire exhalado de 4,8 m / s, el flujo primero genera una corriente turbulenta de aire que es más caliente y más húmedo que el del ambiente. Una vez finalizada la caducidad, la corriente se convierte en una bocanada de aire que asciende por la flotación y su falta de peso mientras se disipa.

Las partículas transportadas por este flujo forman nubes, cuyas trayectorias dependen de su tamaño. La dinámica de las partículas más grandes se rige por la gravedad y describe parábolas con un límite horizontal claro. A pesar de su limitada capacidad para permanecer en suspensión y el alcance horizontal limitado, la carga viral puede ser alta porque son grandes (diámetros superiores a 50 micrones).

A diferencia de, las partículas más pequeñas (con diámetros inferiores a 50 micrones) son transportadas por la acción del flujo de aire. Estos aerosoles son capaces de permanecer en suspensión durante más tiempo y se extienden por un área mayor. Las partículas más grandes permanecen en el aire durante unos segundos, mientras que las más pequeñas pueden permanecer suspendidas hasta unos minutos. Aunque su carga viral es menor, Estos aerosoles pueden atravesar las máscaras faciales y moverse de una habitación a otra. por ejemplo, a través de sistemas de ventilación. El porcentaje de retención de las mascarillas disminuye cuando las partículas son más pequeñas.

El comportamiento de la nube de partículas depende del tamaño de las partículas y puede complicarse por los efectos de la evaporación, lo que reduce gradualmente el diámetro de las gotas.

Con el apoyo del Consorcio de Servicios Universitarios de Cataluña, el grupo de investigación del Departamento de Ingeniería Mecánica de la URV, dirigido por Alexandre Fabregat y Jordi Pallarés, en conjunto con investigadores de la Universidad del Estado de Utah y la Universidad de Illinois, ha utilizado simulaciones numéricas de alto rendimiento para estudiar con un detalle sin precedentes el proceso de dispersión de aerosoles generado por una tos o un estornudo. El nivel de detalle era tan alto que necesitaban una potencia de cálculo considerable y numerosos procesadores de una supercomputadora trabajando al mismo tiempo.

Los resultados indican que la columna de aire producida por la expiración transporta partículas de menos de 32 micrones por encima de la altura de emisión, lo que genera una nube que tiene una gran capacidad para permanecer en suspensión y ser dispersada por corrientes de aire a una distancia significativa. Las partículas más grandes tienen un alcance limitado que no cambia por el efecto de la evaporación durante el desplazamiento al suelo. Asumiendo las cargas virales habituales para enfermedades infecciosas, Los resultados se utilizaron para trazar un mapa de la concentración de partículas virales alrededor de la persona infectada después de toser o estornudar.

Esta investigación ha sido publicada como dos artículos científicos en la revista Física de fluidos con los títulos "Simulación numérica directa del flujo turbulento generado durante un evento espiratorio violento" y "Simulación numérica directa de la dispersión turbulenta de nubes de aerosol evaporativo producidas por un evento espiratorio intenso". Ambos artículos aparecieron en la portada debido a su impacto científico.