Aerosoles en la pista

Al exhalar y hablar, se expulsan gotas y aerosoles de diferentes tamaños. Las gotas más grandes (rojas) caen hacia abajo. Las gotas más pequeñas (amarillas, verdes, azules) inicialmente suben hacia arriba, ya que el calor corporal genera una corriente de flotación. Diferentes tipos de mascarillas protectoras previenen la propagación en diferentes grados. La imagen muestra las simulaciones en comparación: una mascarilla filtrante de partículas (FFP2/N95), una mascarilla médica (de operación), una visera facial y sin protección en absoluto. © Fraunhofer ITWM

Escenario de simulación avión – ¿cómo se distribuyen los aerosoles en el interior? © Fraunhofer ITWM / Escenario de simulación avión - ¿cómo se dispersan los aerosoles en la cabina? © Fraunhofer ITWM

Vista desde arriba de los pasillos de un supermercado. Los caminos (trayectorias) de los clientes simulados están representados por líneas de colores, y los agrupamientos de trayectorias similares se muestran en el mismo color. La trayectoria representativa creada mediante inteligencia artificial, que facilita el cálculo, se muestra en negro para cada grupo. © Fraunhofer Austria / Vista aérea de los pasillos en un supermercado. Los caminos (trayectorias) de los clientes simulados se muestran como líneas de colores, con agrupamientos de trayectorias similares en el mismo color. La trayectoria representativa creada por inteligencia artificial, que facilita la simulación, se muestra en negro para el grupo respectivo. © Fraunhofer Austria

Un escenario de simulación: ¿Cómo se distribuyen los aerosoles en un avión? © Fraunhofer IBP / A simulation scenario: How do aerosols spread inside an aircraft? © Fraunhofer IBP

¿Cómo se propagan los aerosoles infecciosos en supermercados, aviones y otros espacios cerrados donde se reúnen muchas personas? Esto lo investigan investigadoras e investigadores de 15 institutos y centros del Fraunhofer en el proyecto «AVATOR».

Mantener la distancia y usar mascarillas siguen siendo recomendables. Mientras que el riesgo de contagio en exteriores es bastante bajo, los aerosoles infecciosos pueden acumularse fácilmente en espacios cerrados y provocar contagios. ¿Cómo se propagan estos aerosoles y cuál es el riesgo de contagio en aviones, supermercados, aulas y otros lugares?

Cadena de simulaciones en lugar de simulaciones individuales

Esto lo investigan investigadoras e investigadores de un total de 15 institutos y centros del Fraunhofer bajo la dirección del Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP en el proyecto AVATOR, abreviatura de «Anti-Virus-Aerosol: Testing, Operation, Reduction». «Simulamos y analizamos cómo se propagan los virus en espacios cerrados y de qué manera se puede limpiar eficazmente el aire del ambiente», dice el Prof. Dr. Gunnar Grün, subdirector del Fraunhofer IBP y director general del proyecto. Lo especial: los científicos no trabajan con un solo método de simulación, sino que crean simulaciones en los institutos participantes mediante diferentes procedimientos y niveles de detalle a lo largo de períodos prolongados. Esto comienza en el campo cercano inmediato a una persona infectada —es decir, cerca de la boca— y llega hasta el campo lejano, es decir, grandes espacios. ¿Cuántos virus entran en el aire en función del tipo de mascarilla? ¿Cómo se comporta el flujo de aire cerca de una persona y en qué medida se distribuyen los virus exhalados con el tiempo en todo el espacio? «Creamos simulaciones de diferentes escalas que podemos combinar en una cadena de simulaciones según la pregunta de investigación», concreta Grün.

Por ejemplo, el Fraunhofer ITWM en la simulación cercana se dedica principalmente a la cuestión de cómo cambia la concentración de aerosoles en el entorno cercano de una persona infectada cuando lleva diferentes mascarillas. Los datos de validación experimental del campo de flujo fueron obtenidos por equipos de expertos mediante técnicas de corte láser y medición de Schlieren en el EMI del Fraunhofer. La parte del Fraunhofer IBP, por su parte, se centra en la simulación a gran escala en espacios prolongados, como cabinas de avión o salas de producción. Para validar las simulaciones, los equipos de investigación las comparan con datos de medición en la cabina de avión propia del IBP, donde se pueden estudiar de manera óptima los flujos de aire en el espacio. «En nuestras simulaciones en el Fraunhofer IBP consideramos toda la jornada. Por lo tanto, la simulación no puede ser tan precisa como la de otros institutos, que la limitan a unos minutos. Pero aquí radica la gran ventaja de la cadena de simulaciones: se complementan de manera útil. Como los transiciones entre las simulaciones pueden vincularse, se puede ampliar la imagen obtenida de manera provechosa», explica Grün.

Simulación basada en agentes que considera el movimiento

La situación se vuelve aún más compleja cuando las personas no solo permanecen inmóviles en los espacios, sino que se desplazan por ellos. Los investigadores del Fraunhofer también han tenido en cuenta esto en sus cálculos, utilizando una herramienta de agentes desarrollada por el Fraunhofer Singapur. ¿Quién camina por dónde? ¿A quién encuentra la persona en su camino? El Fraunhofer IGD y el Fraunhofer EMI, por su parte, proporcionan las simulaciones de los flujos de aire en los espacios.

¿Qué turbulencias en el aire se generan por el movimiento? Para simular todas las interacciones, simplemente no hay suficiente capacidad de cálculo. Por eso, el Fraunhofer Austria selecciona situaciones representativas mediante métodos de aprendizaje automático, que luego se transmiten a la simulación de flujo. Gracias a este uso dirigido de inteligencia artificial, la simulación de flujo basada en agentes se vuelve manejable. Ya se ha calculado, por ejemplo, cómo se distribuyen los aerosoles en un supermercado donde se mueven diferentes personas. Por supuesto, el modelo también puede aplicarse a aviones, aulas y otros espacios.

De las simulaciones se puede deducir cómo se distribuyen los aerosoles en espacios concretos. ¿Cuántos virus inhala, por ejemplo, una persona en un avión si un infectado se sienta unas filas más adelante? A partir de dos modelos de riesgo, evaluados conjuntamente por el Fraunhofer IFF y el Fraunhofer ITEM, se puede valorar el riesgo de infección y estimar el impacto de diferentes medidas de protección. «Al vincular los distintos modelos, podemos ver claramente que solo con llevar mascarillas FFP2 en una cabina de avión se reduce la exposición en más del 95 por ciento y, por tanto, también el riesgo de infección», ejemplifica Grün uno de los resultados. El riesgo exacto, por supuesto, depende de varios factores: la distancia exacta a la persona infectada, la cantidad de virus infeccioso y la duración de la estancia en el interior. A partir de los datos de la evaluación de riesgos, los participantes del proyecto deducen medidas higiénicas útiles y verifican su eficacia. Las tecnologías de limpieza del aire y la validación de su efectividad también son foco de desarrollo en el proyecto AVATOR.