Metodología

Una vez que se establecieron los proyectos, sus objetivos específicos y los lineamientos solicitados por la empresa, se estructuró el proyecto general y los objetivos particulares que derivaron en cuatro proyectos. Cada uno de ellos tenía sus objetivos específicos. Estos seguían las etapas fundamentales del proceso de diseño: análisis, síntesis y ejecución.

Se utilizó una tabla de Gantt para planear las actividades a realizar, responsables y resultados esperados de cada una de ellas. Asimismo, se establecieron fechas de revisión de avances, a través de reuniones virtuales periódicas de todos los participantes.

En la fase inicial de análisis, se recopiló y examinó la información disponible en línea sobre el Covid-19 (SARS-CoV-2). Se priorizaron fuentes científicas y acreditadas como la Organización Mundial de la Salud, la Organización Panamericana de la Salud, la Universidad Johns Hopkins y la Universidad de Hong Kong. El objetivo principal fue definir las características de la enfermedad, sus síntomas y mecanismos de transmisión. Adicionalmente, se consultaron fuentes sobre las medidas recomendadas para prevenir el contagio en espacios concurridos, con especial atención al transporte público en otros países. También, se investigaron tecnologías de desinfección eficaces para neutralizar el virus y la viabilidad de integrarlas en las propuestas de solución.

La etapa de síntesis (creativa) consistió en el desarrollo de propuestas de solución bajo los principios del diseño sostenible. Se priorizó la creación de alternativas con un bajo impacto ambiental y que garantizaran efectividad a largo plazo. Estas soluciones fueron evaluadas por la empresa, que seleccionó aquellas consideradas viables para su implementación en las unidades de transporte. Se realizaron simulaciones en modelos digitales para evaluar la efectividad de las propuestas, que posteriormente se presentaron a los directivos de la empresa como soluciones conceptuales. Quedó a su discreción su incorporación en el diseño final de las carrocerías.

Como se mencionó en párrafos anteriores, la primera etapa consistió en recabar y analizar la información disponible, entonces, sobre el virus SARS-Cov-2, que era el causante original del problema a resolver.

¿Qué es el COVID-19?

Para abordar el problema planteado por la empresa, primeramente, fue necesario conocer qué es el COVID-19 (SARS-CoV-2), sus principales síntomas, forma de transmisión y las medidas preventivas, conocidas hasta ese momento, para evitar contagios.

La Organización Mundial de la Salud (OMS), desde el 2019, se enfocó en monitorear de manera permanente este brote. Publicaba en su sitio web información de utilidad para la población mundial, por lo que fue una de las más importantes fuentes consultadas.

En ella, explica que el COVID-19 es una variación de virus, la cual pertenece a la vasta familia de coronavirus. Este tipo de virus provoca infecciones respiratorias tanto a humanos como a diversos animales; estas afecciones van desde resfriados comunes hasta casos graves como el síndrome respiratorio de Oriente Medio (MERS) o el síndrome respiratorio agudo severo (SRAS) (OMS, 2019).

Los síntomas presentados por esta variación de coronavirus pueden ser desde ligeros a fuertes. Entre los principales están el dolor de cabeza, dolor de garganta, conjuntivitis, congestión nasal, pérdida del gusto, pérdida del olfato, diarrea, cambios de color en manos y pies.

Estadísticamente, la mayor parte de personas que adquieren el COVID-19 se recuperan sin requerir atención hospitalaria; un 80% de ellas lo hacen. Las personas que presentan un cuadro más severo suelen deber esta realidad a factores de morbilidad como diabetes, cáncer, afecciones pulmonares o cardíacas, hipertensión arterial y, en general, enfermedades crónico-degenerativas, muchas de ellas propias del paso del paso del tiempo. Por ello, la edad avanzada, de manera natural, representa un factor de riesgo.

La principal vía de propagación es de persona a persona, cuando el portador del COVID-19. al toser, estornudar o simplemente hablar, despide gotículas por la boca o nariz. Estas se mantienen suspendidas en el aire y son inhaladas por personas sanas por vía nasal, oral o a través de los ojos. Diversos estudios han demostrado que las gotículas despedidas al toser, estornudar o hablar permanecen suspendidas en el aire con el virus activo hasta por tres horas.

Las gotículas, por la atracción gravitatoria, caen a diversas superficies y objetos como mesas, mostradores, pasamanos, tubos de sujeción en el transporte público, manijas, pomos de puertas, asas de carros de supermercado y similares, tanto en ambientes públicos como en espacios privados. Estas superficies y objetos se contaminan por el virus; al ser tocados o manipulados por personas sanas, estas corren el riesgo de contagiarse del virus, sobre todo al llevar sus manos a su boca. Por otra parte, el tiempo en que el virus se mantiene activo varía según la superficie o temperatura en que está alojado. Vive 72 horas en plásticos y acero inoxidable, menos de 24 horas en cartón y menos de 4 horas en cobre (OMS, 2019).

El Transporte Público y el COVID-19

Si bien se debatió durante los primeros meses del brote sobre lo que es recomendable y su efectividad para evitar los contagios de COVID-19, sí se consensuó sobre una serie de recomendaciones generales a seguir. Sin embargo, para efecto del trabajo encomendado, la investigación se concentró en aquellas relacionadas directamente con el transporte público.

La Universidad de Guadalajara, a través de la Sala de Situación en Salud por COVID-19 del Centro Universitario de Ciencias de la Salud (CUCS), trabajó de manera permanente en el seguimiento regional de la pandemia en cuestión. Esto se hizo con el fin de evaluar, prevenir y asumir anticipadamente posibles riesgos, para tomar decisiones y diseñar estrategias en beneficio de la comunidad.

Sobre el transporte público, que es un tema de particular interés en este proyecto, en el comunicado de prensa emitido el 21 de junio de 2020 (Ríos, 2020) se señaló que estos medios de transportes son considerados como de alto riesgo para el contagio de COVID-19. Esto es derivado del gran número de personas en tránsito que ocupa espacios confinados con ventilación limitada, además de estar en contacto físico con diversas superficies y objetos de uso común, como medios de pago, asideras, pasamanos y asientos. A esto, hay que sumar la dificultad para identificar a usuarios potencialmente portadores del COVID-19, independientemente de su derecho a hacer uso del servicio de transporte.

Durante 2020 y 2021, diversas organizaciones sanitarias realizaron estudios sobre la transmisión del COVID-19 en el transporte público. Uno de estos estudios, liderado por Zheng et al. (2020), examinó la transmisión espacial del virus a través del transporte público y privado en China. Encontró una correlación significativa entre el aumento de contagios y el uso de transporte terrestre y aéreo desde Wuhan, especialmente en trenes y autobuses, debido a la ventilación limitada en espacios cerrados.

En otro estudio, Shen et al. (2020) analizaron dos autobuses en China. En el autobús 1, sin pasajeros infectados, no hubo contagios; sin embargo, en el autobús 2, donde un pasajero estaba infectado, se reportaron contagios en 24 de los 67 pasajeros (35.3%). La proximidad a ventanas o puertas abiertas pareció reducir la transmisión del virus, salvo en un caso aislado. Investigaciones posteriores, como la de Cuiyun et al. (2021), señalaron que la ventilación insuficiente contribuye a la transmisión viral en el transporte urbano. Yang et al. (2020) coincidieron, al afirmar que los virus respiratorios, donde se incluye el SARS-CoV-2, se transmiten mediante gotículas y aerosoles generados al hablar, toser o cantar en espacios cerrados.

Durante la pandemia, la OMS, así como muchas otras instituciones, organizaciones y empresas del área médica, realizaron una gran cantidad de estudios, tanto para conocer su estructura como sus mecanismos de propagación. Esto se hizo con la finalidad de contener y contrarrestar sus efectos.

El gobierno de los Estados Unidos de América, a través del Centro de Control y Prevención de Enfermedades (CDC), con base en los reportes científicos publicados por la OMS (2020) y los resultados publicados por distintas instituciones, elaboró una serie de recomendaciones para prevenir los contagios de COVID-19 en el interior de las unidades de transporte público.

Al momento en que es escrito este artículo, las fuentes de información con las cuales se elaboran tales recomendaciones ya no están disponibles. Sin embargo, el CDC (2020), al ser una agencia del gobierno federal de los Estados Unidos de América, goza de seriedad y reconocimiento sobre sus publicaciones. Las recomendaciones mencionadas incluyen una serie de acciones combinadas. Se destacan las siguientes:

En cuanto a las intervenciones de ingeniería en el propio vehículo de transporte:

• Modificar, en la medida de lo posible, la disposición de los elementos en el habitáculo del conductor.
• Alejar las terminales de pago, como lectores de tarjeta prepago o tragamonedas, del operador de transporte, para distanciar físicamente a los pasajeros del conductor.
• Colocar barreras físicas entre los operadores y los pasajeros, como cortinas, mamparas o barreras plásticas impermeables.
• Implementar un sentido de circulación único en el interior de las unidades de transporte.
• Fomentar que los usuarios mantengan una distancia de 1.5 metros entre ellos.
• Utilizar guías visuales y señalización en pisos, puertas de entrada y paneles laterales para recordar a los usuarios la distancia recomendada.
• Colocar dispensadores de desinfectante de manos en ubicaciones estratégicas para usuarios y operarios.
• Asegurar una buena circulación de aire natural y constante renovación en el interior de la unidad de transporte.
• Realizar una limpieza y desinfección constante de superficies y objetos de uso común.
• Limitar la cantidad de usuarios en el interior de las unidades de transporte.
• Considerar el uso de puertas distintas para entrada y salida en los autobuses.
• Respecto a las intervenciones en los espacios comunes para operarios o usuarios del transporte público:
• Restringir o limitar la afluencia a áreas de descanso de uso común, como salas de descanso, estacionamientos y áreas de entrada/salida.
• Utilizar guías visuales y señalización en pisos, muros y accesos en las paradas de autobús. Recordar a los usuarios la importancia de mantener una distancia de 1.5 metros.

Con base en la información sobre el diseño y la ingeniería de las unidades de transporte público, proporcionada por la empresa carrocera, así como la disponible en línea sobre los riesgos de contagio y recomendaciones para evitarlo, fue que el grupo de investigadores, con el apoyo de estudiantes de la licenciatura en Diseño Industrial de nivel avanzado, y bajo el esquema de voluntariado y prestación de servicio social, trabajó en el desarrollo de posibles soluciones. Se lo hizo a través de la disciplina de diseño industrial y en congruencia con los requerimientos de la empresa. Entre los requerimientos de la empresa, se necesitaba que fuera mínima la intervención física en la estructura general de las unidades y que, a su vez, se posibilitara su implementación en aquellas unidades de transporte público activas.

Al cabo de algunos meses, se obtuvieron las siguientes propuestas. Ambas tienen un objetivo general, que es el de disminuir el riesgo de contagio en el interior de las unidades de transporte público. Cabe mencionar que cada propuesta se enfoca en un tipo de beneficiario; la primera se centra en el operador y la segunda en el usuario. Por ello, cada proyecto presenta particularidades en la solución al problema específico.

Resultados y Discusión

Proyecto A. Aislar aeróbicamente al operador, respecto a los usuarios de las unidades de transporte público

Los operadores de las unidades de transporte urbano representan uno de los sectores laborales más expuestos a este foco de contagio por los usuarios. Esto se debe a que no se media, en el servicio, algún filtro sanitario. Es necesario el replanteamiento del equipamiento, aditamentos, objetos, sistemas y espacio interior en su conjunto. Este debe poder ser implementado en las unidades de transporte público, con el fin de coadyuvar a evitar contagios por agentes patógenos entre usuarios u operador.

Dicho replanteamiento puede partir desde la manera de uso, la función que cumple, la lectura que se le da por parte del usuario, la dinámica que provoca, la naturaleza de sus componentes, entre otros. Ante esta problemática, se busca identificar oportunidades para realizar adaptaciones en las unidades de transporte, con el fin de reducir el riesgo de contagios para el operador de la unidad de transporte público.

Objetivo General

Aislar aeróbicamente al operador respecto a los usuarios de las unidades de transporte público, ante la llamada ‘nueva normalidad’ presentada por la contingencia sanitaria que inicia su escala global en el año 2020.

Objetivos Particulares

Evitar que el operador de la unidad de transporte público comparta el mismo aire inhalado y exhalado por los usuarios.

Coadyuvar a salvaguardar la salud de operadores de unidades de transporte en cuanto a contagios por agentes patógenos durante su jornada laboral.

Disminuir estrés extra a operarios del transporte público, derivado del potencial riesgo de contagio por agentes patógenos durante su jornada laboral.

En el momento en que se lleva a cabo este proyecto, se considera la realización diaria de evaluaciones de sintomatología Covid-19 a cada operador antes de iniciar su jornada laboral. De esta manera, no representan un vector de contagio hacia usuarios de los servicios de transporte público.

Luz UVC como Desinfectante

La IUVA (Asociación Internacional Ultravioleta, por sus siglas en inglés: International Ultraviolet Association), de manera genérica, adopta la postura de que la luz tiene el comportamiento dual de onda-partícula (Sholtes et al., 2020). En ese comportamiento, como onda, la luz se irradia por medio de oscilaciones; además, como partícula, es llamada fotón y es entendida como una masa que transporta energía lumínica. La luz, en el espectro electromagnético de radiación UV, se encuentra en el rango de entre 100 y 400 nm; está subdividida en rangos dentro de este espectro: de 100 a 200 nm, de 200 a 280 nm, de 280 a 315 nm y 315 a 400 nm.

El espectro entre 200 a 225 nm se utiliza para la desinfección en superficies y aire. Sin embargo, debido al temor de que la exposición a este espectro cause daño en la piel o córnea del ser humano, su uso y empleo se ha dado en ausencia del ser humano y otras especies.

La IUVA menciona que la luz UV-C, de manera natural, es irradiada por el sol y varía en diferentes puntos de la superficie terrestre (Sholtes et al., 2020). De manera artificial, se genera por medio de lámparas de descarga y LEDs (diodos emisores de luz). Estos últimos son los de mayor uso, por su alta eficiencia en potencia lumínica y bajo consumo de energía eléctrica.

El UV-C y el UV-B tienen un efecto directo de desinfección, cuando la luz es absorbida por el material genético (lo que limita su replicación) o por otros componentes celulares o virales como proteínas. Así, se limita su transmisión.

Cuando el DNA y/o el RNA de los microorganismos absorbe fotones de UV-B y UV-C, se inhibe la capacidad de replicación de los microorganismos. Esto hace que estos microorganismos ya no sean infecciosos (Harm, 1980)

La luz UV-C lejana es la que se encuentra en el rango de 200 a 225 nanómetros (nm). Este rango ha mostrado un gran potencial para aplicaciones de desinfección, al poder inactivar bacterias, virus (incluido el SARS-CoV-2, responsable de Covid-19) y otros patógenos, sin dañar el tejido humano. Esto se debe a que no penetra en las capas superficiales de la piel ni en la capa externa del ojo. A diferencia de la luz UV-C Convencional, que se encuentra en el rango de 254 nm, también es efectiva para aplicaciones de desinfección, pero esta última es, potencialmente, perjudicial para la piel y los ojos (Simons et al., 2020).

La luz ultravioleta UV-C lejana puede ser utilizada para desinfectar superficies y aire en lugares con presencia de personas, como lo son hospitales, transporte público, oficinas, entre otros. La efectividad germicida de la luz UV-C depende de dos factores. Uno de ellos es la longitud de onda; en el caso de la UV-C lejana, esta está en el rango de 222 nm. El otro factor es el tiempo de exposición.

Las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina (The National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine), en el año 2020 señala que la luz UV-C destruye los virus más rápidamente que la luz UV-A y UV-B. Estas últimas son las que llegan a la superficie terrestre en un día soleado. Señalan que, en estudios realizados con luz UV-B, esta destruyó el SARS-CoV-2 en menos de 20 minutos. (National Academies of Sciences, Engineering and Medicine, 2020)

La empresa Signify, líder en innovación en iluminación, anunció en junio de 2020 la eficacia de la luz UV-C para inactivar el SARS-CoV-2, en colaboración con el Laboratorio Nacional de Enfermedades Infecciosas Emergentes (NEIDL), de la Universidad de Boston. En pruebas de laboratorio, el equipo liderado por el Dr. Anthony Griffiths, de la Facultad de Medicina de dicha universidad, aplicó distintas dosis de radiación UV-C sobre material inoculado con el virus. Con una dosis de 5 mJ/cm², lograron reducir el virus en un 99% en seis segundos; con una dosis de 22 mJ/cm², alcanzaron una inactivación del 99.9999% en 25 segundos (Signify, 2020). Eric Rondolat, director ejecutivo de Signify, expresó el compromiso de la empresa para incrementar la producción de esta tecnología, para buscar satisfacer la creciente demanda de desinfección en distintos entornos.

A raíz de estos hallazgos, otros estudios evaluaron la luz UV-C lejana para inactivar el SARS-CoV-2. El Centro de Investigación Radiológica del Centro Médico de la Universidad de Columbia, en Nueva York, demostró que una dosis de 2 mJ/cm² de luz UV-C de 222 nm inactiva eficazmente los virus en el aire, lo que logra una reducción del 90% en ocho minutos, 95% en 11 minutos, 99% en 16 minutos y 99.9% en 25 minutos. Por ende, es segura para su uso en interiores (Buonanno et al., 2020).

De forma similar, el Departamento de Enfermedades Infecciosas de la Universidad de Hiroshima obtuvo una reducción del virus de entre 88.5% y 99.7% al irradiar luz UV-C a 222 nm, con dosis de 1 y 3 mJ/cm² durante 10 y 30 segundos. Esto confirma la eficacia de esta tecnología en experimentos in vitro (Kitagawa et al., 2021).

Aún cuando se afirma que la luz ultravioleta lejana no es dañina para el tejido humano, persiste cierta desconfianza para utilizarla en entornos habitados. Sin embargo, su efectividad para desactivar los virus y bacterias en el aire y superficies en poco tiempo de exposición representa un gran avance en el campo, no solo para combatir el SARS-CoV-2, sino también el virus de la influenza y hasta la gripe común.

Propuesta

Armar una persiana de PVC semirrígido de 2mm de espesor, enrollable dentro de una carcasa de polietileno, en la que se encuentran dos lámparas de luz UV-C y un pequeño motor a pasos. Este es accionado por el operador.

Las lámparas están colocadas de tal forma que la persiana se desinfecte en ambos lados al enrollarse o desplegarse, sin tener contacto directo con la luz UV-C o con persona alguna. Esta carcasa es de fácil instalación en el techo del autobús, permite aislar al conductor de los usuarios, sin afectar actividades o visibilidad. La persiana tiene un corte semi curvo en la parte inferior, para ajustarse con la forma del tablero; .

Componentes y Materiales

Se propone, para la persiana, una lámina flexible de PVC, de 2 mm de espesor, ya que es un material ligero; además, por su bajo costo, es de fácil reemplazo. Para la carcasa, se sugiere el polietileno de alta densidad, debido a su resistencia a la luz UV y facilidad de transformación por moldeo por inyección. El motor a pasos, modelo Nema 23, con un par de 1.2 Nm, controlado por un circuito integrado o, en su defecto, por un controlador tipo Arduino.

Consideraciones Adicionales

En esta fase conceptual, sujeta a revisión y factibilidad técnica, se considera que:

Es viable instalar barreras físicas entre el operador y los usuarios, sin comprometer la estructura de la unidad.

La barrera debe ser flexible, para evitar lesiones en caso de contacto brusco.

La barrera física ayuda a reducir el estrés del operario ante el riesgo de contagio.

Una o más barreras pueden formar un sistema para disminuir los riesgos de contagio de Covid-19.

El uso adecuado del cubrebocas debe ser obligatorio en el transporte público.

Se puede automatizar la desinfección constante de superficies.

La propuesta debe aplicarse tanto en unidades nuevas como en las que ya están en circulación.

Es posible reubicar la entrada de usuarios y los dispositivos de pago o lectores de tarjetas.

Se sugiere usar dispositivos de pago sin contacto para evitar el uso de efectivo.

La luz UVC elimina virus, incluido el Covid-19, pero debe usarse con seguridad, por lo que se debe evitar la exposición directa por sus efectos nocivos en la piel.

Estas recomendaciones ofrecen una base inicial para soluciones prácticas y seguras en el transporte público frente a los desafíos de la pandemia.

Si bien en el planteamiento utilizado como punto de partida para el proyecto se utilizó el término aislar para buscar una solución viable, la cual pudiera ser implementada en las unidades de transporte en circulación, también estuvo presente el requisito relevante de no requerir una intervención profunda a la estructura de las unidades de transporte. Ante esto, después de analizar diversas opciones, se opta por situar barreras físicas entre operarios y pasajeros, para contener las microgotas que puedan ser expulsadas por la boca o la nariz al hablar, toser, estornudar o exhalar. De manera adicional, se plantea la destrucción de virus y la eliminación de agentes patógenos en la barrera física mediante el uso de luz UV-C.

Proyecto B. Propiciar la circulación de aire natural en el interior de las unidades de transporte público, ante la llamada ‘nueva normalidad’ presentada por la contingencia sanitaria 2020.

La emergencia sanitaria global por Covid-19 en 2020 provocó, en México, una disminución del 80% en las ventas de autobuses para transporte público y foráneo, debido al impacto social y económico a nivel mundial. Los gobiernos y autoridades sanitarias establecieron nuevas normas de convivencia en espacios públicos, lo que incluye el transporte, con factores de control complejos. La respuesta de la población ante estas medidas fue diversa: hubo quienes seguían estrictamente las recomendaciones, hasta quienes las ignoraban o rechazaban abiertamente.

La respiración es un proceso fisiológico esencial que permite al cuerpo obtener oxígeno (O2) y expulsar dióxido de carbono (CO2), resultado de la combustión celular. En condiciones normales, los adultos e infantes respiran entre doce y veinte veces por minuto; varía también según la profundidad de la respiración. Al inhalar, se toma oxígeno; al exhalar, se libera dióxido de carbono. En un vehículo, este proceso genera emisiones que afectan la calidad del aire, en función de la cantidad de personas, el espacio disponible, la duración del viaje, la temperatura, la humedad y otros factores.

El consumo de aire de un ser humano es aproximadamente de cinco a seis litros por minuto. En proporción al consumo mínimo –cinco litros-, es de 300 a 360 litros en una hora, por persona. La cantidad de viajeros sentados, o la cantidad de butacas, en las unidades de transporte público que circulan en el AMG varía de 29 a 53 personas. De esa manera, el consumo de aire en una hora es de 8,700 a 19,080 litros; este número solo hace referencia a los viajeros sentados. Es decir, no hace cuenta de los hasta ocho viajeros de pie que existen por metro cuadrado.

La necesidad de renovación de aire en el interior de las unidades de transporte público se intensifica con la presencia de la contingencia sanitaria del Covid-19. Es entonces que mejorar la calidad del aire en el interior de la unidad de transporte público se traduce en un ambiente de viaje más saludable.

Objetivo General

Propiciar la circulación de aire natural en el interior de las unidades de transporte público, ante la llamada ‘nueva normalidad’ presentada por la contingencia sanitaria que inicia su escala global en el año 2020.

Objetivos Específicos

• Agilizar la circulación de aire natural en el interior de las unidades de transporte público.
• Reducir la concentración de agentes patógenos suspendidos en el aire en el interior de las unidades de transporte público.
• Coadyuvar a salvaguardar la salud de operadores y usuarios en el interior de las unidades de transporte público.
• Reducir el estrés a usuarios del transporte público derivado del potencial riesgo de contagio por agentes patógenos en el interior de las unidades de transporte.

Ventilación Natural Inducida en la Arquitectura

El enfriamiento de aire por sistemas de inducción térmica se basa en la diferencia de densidad entre el aire caliente y el aire frío. El aire caliente, al ser más ligero, asciende, mientras que el aire frío desciende. Este principio se aplica en espacios habitables, mediante la colocación de entradas de aire en la parte inferior y salidas en la parte superior. Esto genera un efecto chimenea (Pereira, 2019). Para lograr este efecto, es necesaria una diferencia de temperatura mínima de 1.7 °C. Además, cuanto mayor sea la distancia entre las aberturas, mayor será la circulación de aire (2030 Palette, 2020).

El efecto Venturi se refiere a la aspiración generada por el movimiento de un fluido en un conducto cerrado. Cuando el fluido pasa de un conducto de mayor sección a uno de menor sección, su velocidad aumenta y la presión disminuye, lo que crea una succión que permite mezclar el fluido del segundo conducto, cuando se intersectan de manera perpendicular. La disminución de presión en la sección más estrecha puede generar presión negativa suficiente para producir un efecto de aspiración (2030 Palette, 2020).

El sombrero de Venturi aprovecha el principio del efecto Venturi: el aire caliente que sale por el conducto principal es succionado por el aire frío que ingresa por la parte inferior del sombrero. Este efecto es especialmente eficiente en zonas ventosas, ya que su efectividad es proporcional a la velocidad del viento.

Renovaciones de Aire por Hora. Concepto y Explicación de la Fórmula

Cambios de Aire por Hora (CAH) es la medida del volumen de aire que entra a un espacio, dividido entre el volumen de dicho espacio. Expresa cuántas veces en una hora, el aire en un espacio determinado es reemplazado por el aire entrante (Stamper & Koral, 1979).

Los CAH se obtienen de la siguiente manera:

Calcular la tasa de renovación de aire a partir de las medidas del balómetro dividiendo el flujo de aire exterior que entra a la habitación (medido fuera) por el volumen de la habitación (largo x ancho x alto).

CAH = [Flujo de aire Exterior que entra (m³ / minuto) x 60 (minutos / hora)] / Volumen del aula (m³). (Allen, Spengler & Jones, 2020, p. 12).

Para aplicarlo al estudio de este caso, al obtener los datos en segundos, se multiplica por 3,600, que son los segundos por hora. Esto da como resultado la siguiente fórmula:

[(volumen de aire entrante en m³/s) X (3600 s/h)] / [Volumen total del Unidad en m³]

La tasa de renovación de aire por hora es un término de ingeniería mecánica y no es un método exclusivo para los sistemas de aire acondicionado. Sin embargo, es muy utilizada en el campo, ya que los sistemas de calefacción y ventilación de aire acondicionado (HVAC, por sus siglas en inglés: Heating, Ventilating and Air Conditioning) pueden controlar y, por lo tanto, medir el volumen de flujo de aire entrante. Para obtener estos datos, se realizaron simulaciones que utilizaron la aplicación de mecánica de fluidos computacional Solidworks CFD. Se calculó el promedio de volumen de cada entrada y salida de aire en la unidad, a una velocidad de 5 km/h.

Flujo de Aire Necesario para Disminuir las Probabilidades de Contagio

Por la naturaleza relativamente desconocida del virus SARS CoV-2, al ser recientemente descubierto y todavía investigado, al momento de este trabajo, existen diferentes opiniones respecto al volumen de aire específico para obtener un espacio seguro. Sin embargo, todos concuerdan en que es necesario un flujo mayor a 3 lt/seg por persona (Lee & Tsang, 2020).

La norma ABNT 15570 de Brasil (ABNT, 2009) específica que, para el transporte de pasajeros, se precisa una tasa de renovación de al menos 20 veces el volumen de aire interno útil en la unidad de transporte. Salvo esta normativa, no se localizó alguna otra recomendación explícita sobre el flujo de circulación de aire requerido en el transporte público.

Investigaciones sobre un contexto responsable de uso de cubrebocas sugieren que en las unidades de transporte público no existe un riesgo tan alto de contagio, debido a una baja o nula interacción social. Esto es cierto, sobre todo, en unidades no saturadas de usuarios o sin aglomeraciones y una ventilación adecuada. (Fiter, 2020)

Por lo anterior, obtener los cambios necesarios de renovación de aire por hora es importante para lograr una depuración total del aire en el interior de la unidad de transporte, independientemente de la finalidad del espacio, como lo es un gimnasio u oficina (Arnabat, 2020).

La OMS (2019), explica que un flujo de 10 lt/seg por persona es lo ideal para evitar el esparcimiento de aerosoles contaminantes en un contexto de oficina. Muchas guías coinciden con los datos de la OMS, al recomendar 10 lt/seg por persona, para evitar los contagios en referencia al Covid-19 en específico (ASHRE, 2022).

Recopilación de los Datos e Interpretación

La forma en que se obtuvieron los datos de flujo de aire hacia el interior de la unidad de transporte fue midiendo cada una de las entradas y salidas en las ventanas. Para ello, se realizó una sumatoria de las entradas para calcular los CAH. El resultado en la unidad sin modificaciones fue de aproximadamente 24 cambios de aire por hora.

Otro artículo que cita la investigación antes mencionada, indica que abrir las ventanas tan solo seis pulgadas más contribuye a un aumento significativo en la calidad del aire (Allen, 2020).

Para saber cuánto flujo de aire es necesario, primero se calculan los cambios de aire por hora. Esto es el número de veces que el volumen total de un espacio es completamente reemplazado en una hora.

Paso 1. Calcular el Volumen de la Habitación. Aquí se consideran las dimensiones tomadas de unidades de transporte público en circulación durante la contingencia sanitaria, con dimensiones de 9.67m x 2.43m x 2.08m. Esto arroja un volumen total de 48.87 m³.

Paso 2. Multiplicar el Volumen Total del Espacio por la Cantidad de Veces que se quiere Renovar. Así, se obtiene la cantidad de volumen total de aire que se requiere hacer circular. Se han encontrado diferentes recomendaciones, por lo que se decide considerar una tasa de 50 ciclos de aire por hora.

(48.87m³) x (50 CAH) = 2,443.5 m³/h.

Paso 3. Convertir Flujo de Metros Cúbicos/hora a metros cúbicos/segundo. Se divide el flujo total/hora entre 3,600, que es la cantidad de segundos en una hora, para obtener el flujo mínimo necesario de metros/segundo.

(2,443.5 m³/h) / (3,600 s) = 0.67875 m³/s para obtener 50 CAH

Una vez que se ha despejado la fórmula anterior, se obtiene la cantidad de renovaciones de aire.

Resultados de las Simulaciones

1. Unidad sin Modificar.

Con el dato del flujo total de aire hacia el interior, en este caso se hizo una prueba en un modelo esquemático del volumen, con las dimensiones reales de la unidad. Se indicó la ubicación de entradas y salidas de aire; la primera prueba se realizó con la unidad sin modificar; es decir, se midió el caudal volumétrico de aire que ingresa solo por las ventilas ya existentes. Las entradas laterales, superior, la salida posterior y los extractores aparecen como inválidos, porque las modificaciones propuestas se encuentran cerradas -sin salidas y entradas, además de las ventanas-. Así, se precisa saber en la siguiente simulación cómo reacciona el aire con las propuestas. Una vez terminada la medición, el programa arrojó los siguientes datos.

La tabla de simulación de flujo de aire muestra columnas con diferentes mediciones y datos:

Nombre. refiere el punto o sección de la simulación donde se toman los datos. Ej. "Entrada derecha", "Salida trasera", entre otros.

Valor Actual. muestra el resultado de la medición en ese punto o sección, expresado en unidades como metros cúbicos por segundo (m³/s), para caudales volumétricos, y pascales (Pa), para la presión.

Progreso. indica si el criterio de simulación se logró y el número de iteraciones realizadas para ello. En esta columna, “Logrado” indica que los resultados en la simulación se consiguieron. Por su parte, el Número de Iteraciones (IT) se refiere a la cantidad de ciclos de cálculo en la simulación para llegar al resultado. Por ejemplo “IT = 81” significa que se realizaron 81 ciclos de cálculo.

Criterio. muestra la referencia para validar los resultados.

Valor Promedio. refiere el valor promedio calculado en ese punto o sección (columna “Nombre”) durante la simulación.

Las unidades de medida utilizadas son: m³/s (metros cúbicos por segundo), que refiere el caudal volumétrico del aire o la cantidad de volumen de aire que pasa por una sección en un segundo. Pa (pascales), refiere la presión total media en un punto. Mide la fuerza ejercida por el aire por unidad de área.

Los puntos de medición o sección de la simulación se enlistan en la columna Nombre. En el modelo de autobús que se analizó, cuenta con 18 ventillas, donde se incluye la del habitáculo del conductor. Estas son numeradas del 6 al 23 y son los puntos de medición, cuya función es tanto de entrada como de salida de aire. La entrada derecha y entrada izquierda corresponden a las aperturas propuestas en los laterales de la carrocería; asimismo, la salida trasera inferior, con los extractores de aire y su correspondiente efecto venturi, está en la parte posterior superior.

El cálculo se obtiene al dividir el flujo de aire por segundo entre el volumen total del espacio, de la siguiente manera:

[(0.3281 m³/s) * (3600 s/h)] / [48.87 m³] = 24.16 Cambios de aire / hora (sin modificaciones).

2. Simulación con Modificaciones, Sin Extractores

En los resultados de las modificaciones que se proponen para la unidad de transporte, hay una entrada de aire en la parte frontal superior y dos a los costados, en la parte inferior (Figura 4). Tiene salidas de aire en la parte posterior: una en la parte central superior y tres en la parte baja (Figura 5). Estos últimos se mantuvieron cerrados para efecto de esta prueba, donde se analizó el comportamiento del caudal de aire en estas condiciones. Los resultados de esta prueba se muestran en la tabla 3.

Los resultados obtenidos con las modificaciones fueron los siguientes: [(0.72022 m3/seg.) * (3,600 seg. /h)] / [48.87 m3] = 53.05 CAH Cambios de aire por hora. Considerado solo el dato de flujo de aire de entrada (0.72022 m3/seg, equivalente a 720.22 lt/seg), resulta en un flujo total de 12.0 lt/seg por persona, en una unidad con 60 personas (720.22 lt/seg / 60 personas), lo que supera la meta de 10 lt/seg por persona que recomienda la OMS (2019)

Estos resultados fueron positivos, ya que superan la tasa de renovación de aire requerida indicada en la investigación. Sin embargo, después de realizar un análisis de la circulación de aire en el interior, se notó una cantidad considerable de aire que retorna desde la parte de atrás de la unidad y lo recircula hacia el frente. Esto no es lo ideal, por tratarse de un aire no renovado y potencialmente contaminado, lo que podría causar contagios (ver Figura 7). Por lo tanto, se propone una alternativa que utiliza extractores de aire en las zonas donde se presenta este fenómeno. Los resultados en la simulación indicaron que esto, además de mejorar el problema de la recirculación, presenta un aumento del flujo total de aire de entrada.

3. Simulación con Modificaciones y Extractores

Para esta simulación (ver Figuras 8, 9 y 10), se liberaron, además, los extractores propuestos de la parte posterior baja de la unidad de transporte. De esta propuesta, se obtuvieron los siguientes resultados:

[(1.31614 m3/seg) * (3,600 seg/h)] / [48.87 m3] = 96 Cambios de aire por hora (con modificaciones).

Los resultados obtenidos con las modificaciones fueron los siguientes: [(1.31614 m3/seg.) * (3,600 seg. /h)] / [48.87 m3] = 96 CAH Cambios de aire por hora. Si se considera solo el dato de flujo de aire de entrada (1.31614 m3/seg, equivalente a 1,316.14 lt/seg), resulta en un flujo total de 21.93 lt/seg por persona, en una unidad con 60 personas (720.22 lt/seg / 60 personas). Esto supera la meta de 10 lt/seg por persona que recomienda la OMS (2019).

Se debe señalar que, con la activación de los extractores posteriores, si bien aumenta el caudal de aire de salida, también aumenta considerablemente el de entrada de aire nuevo (Figuras 9 y 10).

Propuesta

Los resultados obtenidos en este análisis coinciden con lo afirmado en investigaciones realizadas por la universidad de Hong Kong, a través del departamento de Ingeniería Mecánica, que señala un flujo mayor de 3 lt/seg/persona (Department of Mechanical Engineering of the University of Hong Kong et. al., 2020). Por la naturaleza del contexto en que se está trabajando, debe tomarse en cuenta que la exactitud de los resultados arrojados por las simulaciones podría variar, al compararse en situación real, donde no existe una velocidad constante. Es por ello que se toma la decisión de considerar una velocidad más baja que el promedio en una ruta normal, que es 5 km/h. Así, con las modificaciones, se logra un incremento de flujo de aire de entrada de casi el doble. Cabe mencionar que, si una unidad promedia una velocidad más alta en su ruta, lo cual es muy probable, se tendría un resultado aún mayor de CAH.

Es importante recalcar que estas simulaciones se realizaron en un modelo volumétrico esquematizado con las dimensiones reales de la unidad de transporte analizada. Así, los datos arrojados son aproximaciones que fueron de utilidad para observar el comportamiento del caudal de aire de entrada y salida; asimismo, representan una aproximación a los valores y cambios en el caudal por las modificaciones propuestas. Para obtener datos reales, se debe trabajar con base en un modelo tridimensional, que contenga todos los elementos estructurales. Es decir, debe analizarse una unidad con escalones, asientos, salpicaderas, y demás elementos interiores que puedan modificar el comportamiento del flujo de aire. Esta tarea corresponde al departamento de ingeniería de la empresa, ya que el alcance del proyecto consistió en las propuestas conceptuales.

Recomendaciones Complementarias:

• Exigir el uso de cubrebocas y su correcto empleo. Paradójicamente, los usuarios a proteger, de igual manera, son la fuente de infección.
• Las renovaciones de aire en el interior de la unidad de transporte deben ser de, al menos, 25 cada hora.
• No debe recircular el mismo aire en el interior de la unidad.
• Para coadyuvar a un ambiente sano, limitar el número de usuarios en el interior de las unidades de transporte.
• La intervención física a la unidad de transporte público no debe interferir con la disposición de los elementos que componen el habitáculo del conductor.