Mejora del rendimiento de contención de aerosoles de una campana de presión negativa con un diseño de tapa aerodinámica: validación multimétodo utilizando CFD, partículas de PAO y pruebas microbiológicas
Autores: Ko, Seungcheol; Sung, Kisub; Oh, Min Jae; Kim, Yoonjic; Kim, Min Ji; Lee, Jung Woo; Park, Yoo Seok; Kim, Yong Hyun; Hong, Ju Young; Lee, Joon Sang
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Mejora del rendimiento de contención de aerosoles de una campana de presión negativa con un diseño de tapa aerodinámica: validación multimétodo utilizando CFD, partículas de PAO y pruebas microbiológicas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Bioingeniería
Palabras clave
Proveedores de atención médica
Procedimientos generadores de aerosoles
Sistemas de contención de aerosoles
Dinámica de fluidos computacional
Estructura de tapa aerodinámica
Rendimiento de contención
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 50
Citaciones: Sin citaciones
Los proveedores de atención médica que realizan procedimientos generadores de aerosoles (AGP) enfrentan riesgos significativos de infección, lo que subraya la necesidad crítica de sistemas efectivos de contención de aerosoles. En este estudio, desarrollamos y validamos una cámara de presión negativa mejorada con una estructura de tapa aerodinámica innovadora diseñada para optimizar la contención de aerosoles. Inicialmente, se realizaron simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) para evaluar múltiples ideas de mejora estructural, incluyendo cortinas de aire, succión bidireccional y estructuras de tapa aerodinámicas. Entre éstas, la tapa aerodinámica fue seleccionada debido a su rendimiento de contención superior predicho, factibilidad práctica y rentabilidad. Los análisis de CFD emplearon condiciones límite transitorias realistas, modelado preciso de turbulencia utilizando el modelo k- de transporte de esfuerzo de corte (SST) y dinámicas detalladas de evaporación de gotas bajo condiciones de humedad realistas. Se fabricó un prototipo a escala real que incorporaba la tapa aerodinámica seleccionada y se evaluó utilizando pruebas de fuga de partículas de polialfaolefina (PAO) físicas y validación biológica de aerosoles con aerosolización. Para las pruebas de fuga física, la apertura de la cámara se dividió en nueve secciones, y la dispersión de aerosoles se probó en tres direcciones distintas: dirigida al techo, hacia el agujero de succión y en dirección opuesta al agujero de succión. Estas pruebas demostraron un flujo de aire significativamente estabilizado y reducciones sustanciales en la fuga de aerosoles, manteniendo consistentemente niveles de contención por debajo del umbral crítico del 0.3%, especialmente bajo condiciones transitorias de tos. Los experimentos de aerosoles biológicos, realizados en un entorno simulado de departamento de emergencias, implicaron la aerosolización continua de bacterias durante una hora. Los resultados confirmaron la efectividad de la estructura de tapa aerodinámica al lograr al menos una reducción de un millón (10) en la fuga de bacterias aerosolizadas en comparación con las condiciones de control. Estos hallazgos resaltan la importancia y efectividad de las metodologías avanzadas de modelado CFD para predecir con precisión la dispersión de aerosoles y mejorar las estrategias de contención. Aunque se requieren más estudios para evaluar la durabilidad estructural, la facilidad operativa a largo plazo y la efectividad contra microorganismos patógenos, la estructura de tapa aerodinámica presenta una solución prometedora y práctica clínicamente para el control de infecciones durante procedimientos médicos generadores de aerosoles.
Descripción
Los proveedores de atención médica que realizan procedimientos generadores de aerosoles (AGP) enfrentan riesgos significativos de infección, lo que subraya la necesidad crítica de sistemas efectivos de contención de aerosoles. En este estudio, desarrollamos y validamos una cámara de presión negativa mejorada con una estructura de tapa aerodinámica innovadora diseñada para optimizar la contención de aerosoles. Inicialmente, se realizaron simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) para evaluar múltiples ideas de mejora estructural, incluyendo cortinas de aire, succión bidireccional y estructuras de tapa aerodinámicas. Entre éstas, la tapa aerodinámica fue seleccionada debido a su rendimiento de contención superior predicho, factibilidad práctica y rentabilidad. Los análisis de CFD emplearon condiciones límite transitorias realistas, modelado preciso de turbulencia utilizando el modelo k- de transporte de esfuerzo de corte (SST) y dinámicas detalladas de evaporación de gotas bajo condiciones de humedad realistas. Se fabricó un prototipo a escala real que incorporaba la tapa aerodinámica seleccionada y se evaluó utilizando pruebas de fuga de partículas de polialfaolefina (PAO) físicas y validación biológica de aerosoles con aerosolización. Para las pruebas de fuga física, la apertura de la cámara se dividió en nueve secciones, y la dispersión de aerosoles se probó en tres direcciones distintas: dirigida al techo, hacia el agujero de succión y en dirección opuesta al agujero de succión. Estas pruebas demostraron un flujo de aire significativamente estabilizado y reducciones sustanciales en la fuga de aerosoles, manteniendo consistentemente niveles de contención por debajo del umbral crítico del 0.3%, especialmente bajo condiciones transitorias de tos. Los experimentos de aerosoles biológicos, realizados en un entorno simulado de departamento de emergencias, implicaron la aerosolización continua de bacterias durante una hora. Los resultados confirmaron la efectividad de la estructura de tapa aerodinámica al lograr al menos una reducción de un millón (10) en la fuga de bacterias aerosolizadas en comparación con las condiciones de control. Estos hallazgos resaltan la importancia y efectividad de las metodologías avanzadas de modelado CFD para predecir con precisión la dispersión de aerosoles y mejorar las estrategias de contención. Aunque se requieren más estudios para evaluar la durabilidad estructural, la facilidad operativa a largo plazo y la efectividad contra microorganismos patógenos, la estructura de tapa aerodinámica presenta una solución prometedora y práctica clínicamente para el control de infecciones durante procedimientos médicos generadores de aerosoles.