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Una novedosa tecnología mejora la ventilación anti COVID 19 de las aulas gallegas

Un sistema desarrollado por investigadores gallegos permite mejorar a través de la web la ventilación de 30.000 aulas del sistema educativo regional indicando cuál es la aireación mínima necesaria. Combina dinámica de fluidos, factores atmosféricos y geometría para prevenir contagios por el virus de la COVID 19.

Ya sabemos que el virus de la COVID 19 se transmite por el aire por medio de los aerosoles que expelemos por la boca y que, por tanto, debemos ventilar los espacios interiores que compartimos. Pero, ¿los estamos ventilando bien?

Científicos de la Universidad de Santiago de Compostela (USC), en colaboración con la agencia meteorológica gallega (MeteoGalicia), han desarrollado un servicio que, con fundamento en la física de fluidos, nos indica los umbrales mínimos de ventilación según las condiciones meteorológicas en nuestra localización para optimizar el confort en las aulas sin renunciar a los máximos niveles de seguridad.

Está diseñado con tal nivel de usabilidad que su utilización está al alcance de los responsables de las 30.000 aulas del sistema educativo gallego (incluyendo todos sus tramos) a los que va destinado este sistema.

El desarrollo fue solicitado por la administración pública gallega a la USC y MeteoGalicia, con el propósito de crear un sistema que ayudase a todos los centros educativos y docentes a garantizar la ventilación segura óptima de las aulas.

Además, como valor añadido, durante su desarrollo se han generado resultados de investigación que han dado lugar a un artículo científico en preparación.

Superando las limitaciones de propuestas previas

Este sistema resuelve carencias de su antecedente, la guía en 5 pasos para evaluar la velocidad de ventilación de una estancia publicada en octubre de 2020 por la Harvard T.H. Chan School for Public Health.

Dichas carencias eran: no tener en cuenta las condiciones meteorológicas en cada ubicación, y sus altos requisitos de realización en términos de conocimientos, tiempo y recursos. Lo segundo la convertía en una guía difícil de llevar a la práctica, mientras lo primero significaba que había que repetir el procedimiento cada vez que las condiciones de viento (que afectan de forma drástica a la tasa de ventilación) cambiasen.

El nuevo sistema supera esas limitaciones y ofrece beneficios adicionales. Sus virtudes son cuatro e interconectadas:

En primer lugar, sus resultados toman en consideración la dirección y velocidad del viento en la ubicación del aula. Para ello se alimenta con los datos de previsión meteorológica servidos por MeteoGalicia con 24 horas de antelación. Esto lo convierte en un sistema aplicable en todo momento y lugar.

En segundo lugar, exige a los responsables de las aulas un mínimo de datos de entrada, todos ellos sencillos de conseguir, y les ofrece un resultado útil y muy sencillo de interpretar. Esto lo convierte en un sistema verdaderamente práctico, al alcance de cualquiera.

En tercer lugar, tiene exigencias de computación tan comedidas que los cálculos correspondientes a cada día se pueden realizar a primera hora, antes de que ningún aula los requiera. Esto lo convierte en un sistema computacionalmente viable.

Por último, y, pese a todo lo anterior, sus resultados son aplicables a gran parte de las 30.000 aulas objetivo, un conjunto muy diverso.

Las tres primeras virtudes se han conseguido mediante un compromiso con la precisión de los cálculos y están interconectadas a través de la estrategia de cálculo.

Los resultados son aproximados debido, por un lado, a la simplificación en los datos de entrada y, por otro, a la estrategia de cálculo que se emplea. A su vez, esta estrategia de cálculo está concebida de tal manera que, al mismo tiempo que se integra con la simplificación realizada en los datos de entrada, reduce drásticamente las necesidades de computación.

Una solución de practicidad elegante

La estrategia divide el cálculo en varios pasos en los que se desacoplan muchas de las variables interdependientes.

En particular, todos los cálculos de dinámica de fluidos pueden realizarse con anterioridad y no necesitan ser recalculados cada día. Esto, considerando que dichos cálculos involucran necesidades de computación masivas, simple y llanamente, es lo que convierte el sistema en viable.

Al mismo tiempo, esta estrategia de cálculo está integrada con la simplificación de los datos de entrada que debe ingresar el usuario. Propiedad que confiere al sistema su alta usabilidad.

En definitiva, los investigadores han desarrollado una solución práctica y elegante o, más exactamente, de una practicidad elegante.

Tengamos presente que los cálculos de precisión requerirían hacer una simulación de la dinámica de fluidos del acto de ventilación, con todos los factores relevantes, para cada una de las 30.000 aulas, considerando su geometría exacta (dimensiones, ubicación de puertas y ventanas…), la geometría precisa de su entorno (árboles, paredes, edificios…) e incorporando, además, las predicciones de dirección y velocidad del viento en la ubicación del aula para ese día, según la previsión de MeteoGalicia.


Vídeo mostrando una de las simulaciones de dinámica de fluidos realizada por los autores.
[Fuente: Alberto Otero [Universidade de Santiago de Compostela]. (2021, enero 5). “Evolución da concentración de CO2 nunha aula ventilada”. 

Como se ve, tal estrategia de precisión conduciría a un sistema computacionalmente inviable. Pero no solo eso: la toma de datos relativos a la geometría del aula y su entorno sería tan compleja que, además de inviable, el sistema sería absolutamente impráctico (léase, inusable por sus beneficiarios).

Alberto P. Muñuzuri, uno de los investigadores autores del sistema, comenta a Tendencias21: “Se intentó simplificar al máximo la toma de datos relevantes de cara a poder conseguir una herramienta que fuera usada. Si incrementas la información de entrada, el método se vuelve más preciso, pero, al mismo tiempo, dejas fuera a muchos usuarios que desisten”.

“El procedimiento de cálculo que hemos desplegado es aproximado y de mínimos. Siempre que se pueda ventilar más tiempo, así advertimos que debe hacerse. Y en caso de que exista algún motivo en contra de la ventilación (por ejemplo, circunstancias meteorológicas adversas, contaminación, ruido, etc.), este sistema ayuda a estimar los tiempos que, como mínimo, deberían estar abiertas las puertas y ventanas”, añade Jorge Mira, otro de sus autores.

Uso práctico: el servicio web

El sistema se ha materializado en este servicio web que, ab initio y una sola vez (como parte de la personalización que cada centro educativo tiene que hacer de la herramienta), se debe alimentar con los datos de número de alumnos de cada aula, una versión simplificada de la descripción geométrica de cada aula (superficie y altura aproximadas, y superficie total de apertura de ventanas) y la tipología del entorno de cada aula que define los obstáculos para el flujo de viento (a escoger de un rango de cuatro descripciones cualitativas). Por su parte, los datos de ubicación geográfica de cada centro educativo pertenecen a la base de datos de la Xunta y están ya precargados en el sistema.

Como resultado, el servicio web ofrece a primera hora de cada día los datos que definen cuatro esquemas de ventilación para cada aula: tiempo mínimo de apertura de ventanas durante la clase y número de aperturas a hacer durante cada clase de 50 minutos (a realizar en momentos equidistantes). Además, estas aperturas deben completarse con la ventilación durante todos los descansos entre clases a realizar, todas ellas, equidistantes en el tiempo.

Son cuatro esquemas según los cuales en cada aula tendrán lugar las ventilaciones en la franja de mañana o tarde, según sean de educación primaria o secundaria. Esto último está motivado porque, a mayor edad, mayor volumen de aire expelido por unidad de tiempo y, por tanto, mayores necesidades de ventilación.

El sistema fue sometido a validación experimental. Se contrastó que los resultados predichos por su estrategia de cálculo correlacionaban con las medidas de concentraciones de CO2 (una medida indirecta habitual) realizadas por una importante empresa certificadora.

Buena solución ómnibus

En resumen, el sistema implementa una estrategia computacionalmente viable que, a cambio de precisión, ofrece alta usabilidad y un resultado fiable para la mayor parte de su amplio universo de aplicación (las 30.000 aulas educativas existentes en Galicia).

En otras palabras, se trata de una buena propuesta de solución de tipo ómnibus: aquellas que no buscan el resultado exacto para unos pocos casos concretos, sino un resultado confiable para una gran cantidad de casos. El planteamiento más eficaz para mejorar la gestión de la pandemia en el ámbito educativo, entre otros, y que los investigadores esperan que cuaje como propuesta metodológica más allá de Galicia y más allá del ámbito educativo.

Jorge Mira añade: “Además, el propio sistema nos permite detectar al menos parte de las aulas a las que su metodología no aplica. Son las ‘aulas patológicas’ que, por configuración y entorno, tienen características de ventilación tan malas que deben ser reformadas o evitadas”.

Foto superior: Actividad escolar en el colegio Mestre Vide de Ourense. FDV

Referencias

El sistema referido, con el nombre de “Sistema de cálculo de tiempos de ventilación en espacios educativos en combinación con predicción meteorológica”, es resultado de la colaboración de la Consellería de Educación y Cultura de la Xunta de Galicia, la Universidad de Santiago de Compostela (USC) y la Unidad de Observación y Predicción Meteorológica (MeteoGalicia).

Sus autores son: Jorge Mira (Dpto. de Física Aplicada, USC), Vicente Pérez-Muñuzuri, Alberto Otero-Cacho y Alberto P. Muñuzuri (Instituto CRETUS, Grupo de Física no Lineal, USC).

 

En este link complementario damos una descripción en más profundidad de su uso y estrategia de cálculo.

Pablo Criado Boado

Pablo Criado Boado

Pablo Criado Boado es físico e informático y divulgador tecnológico.

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