ES2902298A1 - Aparato de confinamiento aereo portatil para la profilaxis de la transmision por inhalacion de agentes patogenos a traves de gotas respiratorias y bioaerosoles - Google Patents

Abstract

Aparato de confinamiento aéreo portátil para la profilaxis de la transmisión por inhalación de agentes patógenos a través de gotas respiratorias y bioaerosoles, que comprende un generador de flujo de aire que se acopla a un dispositivo de difusión del flujo de aire ajustable a la cabeza de un usuario, que comprende una pluralidad de conductos de canalización del flujo de aire generado, cada uno de ellos con una ranura de difusión del flujo de aire para generar una cortina de aire de bloqueo del paso de partículas alrededor de la cabeza del usuario y dirigida hacia el suelo.

Description

DESCRIPCIÓN

APARATO DE CONFINAMIENTO AÉREO PORTÁTIL PARA LA PROFILAXIS DE LA TRANSMISIÓN POR INHALACIÓN DE AGENTES PATÓGENOS A TRAVÉS DE

GOTAS RESPIRATORIAS Y BIOAEROSOLES

OBJETO DE LA INVENCIÓN

El nuevo dispositivo que se presenta tiene como objetivo ofrecer un inédito medio profiláctico, que se superpone a los actuales (basado en la mascarilla, la distancia social y el límite de aforo) para interrumpir de forma más eficaz la transmisión de un agente infeccioso cuya vía principal se realice con transporte aéreo, por contacto directo entre humanos por gotas respiratorias, o en ataque secundario por mediación de gotas pequeñas y núcleos de gota a través de bioaerosoles exhalados que se difunden de forma eficiente en recintos cerrados a partir del estornudo, la tos, el habla y el canto de personas infectadas. Para describir las ventajas del nuevo dispositivo de uso personal, es necesario hacer una somera revisión sobre los factores epidemiológicos que favorecen la propagación de un agente infeccioso en ese contexto aéreo, los mecanismos biofísicos y cinemáticos de esa transmisión aérea hasta donde la ciencia ha evidenciado o puesto en controversia, las limitaciones de las medidas actuales que tratan de evitarla, la estrategia de vacunación vs. tiempos de repuesta tolerables, los efectos secundarios socio económicos de una pandemia severa expuesta al confinamiento periódico, la incertidumbre de la globalización, el incierto ritmo de la recuperación económica, y algunas notas sobre virología.

Para ello se toma como mejor modelo de referencia la actual pandemia en curso, causada por el nuevo virus SARS-CoV-2 que produce la enfermedad de la COVID-19. En ese contexto se demuestra cómo el nuevo dispositivo, en una de sus posibles realizaciones aquí descrito, puede cambiar el enfoque de prevención y profilaxis con medios de respuesta inmediata para reducir, e incluso eliminar, de forma eficaz la transmisión del agente infeccioso en esta y futuras pandemias, cuya vía privilegiada de contagio se realice de forma aérea, especialmente por bioaerosoles, la vía más peligrosa para los humanos en colectividades cada vez más densas.

ANTECEDENTES DEL PROBLEMA A RESOLVER Y ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El 31 diciembre de 2019 la Comisión Municipal de Salud y Sanidad de Wuhan (provincia de Hubei, China) informó 27 casos de neumonía de etiología desconocida con una exposición común a todos ellos en un mercado de marisco, pescado y animales vivos. El 7 de enero de 2020, las autoridades chinas identificaron como agente causante del brote un nuevo tipo de virus de la familia Coronaviridae, género Betacoronavirus, cuya secuencia genética fue compartida el 12 de enero.

La nueva enfermedad COVID-19 causada por el virus del Síndrome Respiratorio Agudo Severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2), fue declarada pandemia por la Organización Mundial de la Salud (OMS) el 11 de marzo de 2020, después de la identificación de 118.000 casos en 114 países. A la hora de escribir esta documentación se han confirmado con prueba analítica más de 32 millones de casos de los cuales se han curado algo más de 22 millones de paciente y han fallecido 976.233 [1]. No obstante, a 6 meses del inicio de la pandemia la divergencia de su evolución por países es tan dispar como: la ausencia de casos de contagio local en China (epicentro) con 0 casos por cada 100 mil habitantes en los últimos 14 días, pero que continua sin levantar la restricción del cierre de fronteras desde el pasado 28 de marzo, salvo con visados concedidos y un riguroso protocolo sanitario de entrada; los 321 casos por cada 100 mil habitantes en España , 185 en Brasil , 181 en Francia , 171 en Estados Unidos , o los 35 en Italia , 27 en Alemania y los 5 en Japón y 3 en Corea del Sur (Fuente: Universidad Johns Hopkins, a fecha de 24 de septiembre de 2020). La amplia dispersión de los datos de contagios a gran escala en países con similares medidas de prevención hacen sospechar sobre la deriva genética de SARS-CoV-2 en aspectos sensibles a su capacidad de transmisión y adherencia. El radar estadístico es un detector de efectos anticipado que dirige la investigación de la causalidad y puede ayudar a rastrear cambios virales que conecten características clínicas con desviaciones epidemiológicas. En ese sentido, a pesar del bajo nivel de mutación en la proteína de espiga que permite conectar al virus con las células diana a través de su receptor (enzima convertidora de angiotensina 2, ACE-2), se han descritos mutaciones en SARS-CoV-2 que pueden mejorar su aptitud física para el contagio con un aumento de su adherencia celular, infectividad del virión y patogenia [3]; mutaciones similares se demostraron en los brotes del SARS-CoV de 2002-2003 con influencia en la transmisión entre humanos. En particular, para la mutación D614G especialmente estudiada y dominante en la presente circulación de biotipos del virus, se ha estimado que puede aumentar en un factor de 10 su capacidad de transmisión respecto de la cepa inicial, lo que tiene consecuencias para comprender la propagación de la pandemia en curso en distintas regiones y la fabricación de vacunas.

La COVID-19 tiene un origen zoonótico, desde una fuente animal, desconociéndose en estos momentos el reservorio natural y el posible transmisor del virus a los humanos. El origen ancestral conocido más cercano es un virus adaptado al murciélago de herradura que se aisló años antes en Yunnan, al sureste de China. Su evolución hasta SARS-CoV-2 en hospedadores intermedios es desconocido.

Distintos centros de estudio anticipan un duro golpe a la economía mundial con significativas holguras basadas en la incertidumbre de la evolución de la pandemia: según el Fondo Mundial Internacional (FMI) las medidas fiscales tomadas hasta la fecha rondan los USD 8 billones, con inyecciones de liquidez gigantescas por parte de los bancos centrales, estimando un retroceso del PIB mundial de un 5,5% en los tres primeros trimestres de 2020, con una pérdida de 590 millones de puestos de trabajo a tiempo completo, según la Organización Internacional del Trabajo (OIT), contracción de la actividad económica no vista desde la Gran Depresión en la década de 1930, y sustancialmente más intensa que durante la crisis financiera del 2007-08 (en el caso de EEUU y la UEM cerca del doble). Moody’s Analytics prevé que el PIB mundial caerá un 4,5% causando daños masivos a la economía y que su reapertura aumentará el riesgo de una intensificación de la COVID-19 y otra crisis que podría conducir a una depresión mundial.

El severo reajuste de la actividad económica está ocasionando la hibernación e incluso el cierre de sectores enteros, el desplome de las materias primas y un freno industrial global, con un incremento intenso del desempleo y restricciones a la movilidad de personas entre países. Las agencias federales de Estados Unidos y expertos de otros países están reportando un aumento en las tasas de problemas mentales motivado por la ansiedad, la pérdida del empleo, la muerte, el aislamiento y la incertidumbre que acompaña a la pandemia.

La crisis sanitaria desencadena una crisis económica cuya hibridación se retroalimenta. El aumento de los índices de pobreza se correlaciona con una menor capacidad para hacer frente a la transmisión comunitaria del virus: la precariedad laboral, las condiciones habitacionales y la menor adquisición y uso de medidas higiénicas y profilácticas no favorecen la prevención. El fenómeno se reproduce a cualquier escala entre países de distinta renta y entre barrios en las grandes ciudades.

El índice de mortalidad estimada de la enfermedad por la COVID-19 está segmentada por la edad afectando de forma gradualmente más intensa con los años del paciente (0,002% para menores de 10 años y 4,1% para mayores de 69 años, con una media poblacional del 0,8%.) [2], así como por otros factores de comorbilidad que puedan acompañarlo . El cuadro patológico severo de la COVID-19 se agrava de forma dramática en función de la posibilidad o no de acceder a una asistencia médica, por lo que el índice de mortalidad aumenta a partir del desbordamiento de la capacidad asistencial en un territorio. Este factor de morbilidad es una amenaza añadida.

El número básico de reproducción (R0) es dependiente del ambiente social, el grado de circulación del virus, y las medidas higiénicas y profilácticas aplicadas en cada momento, de ahí que la horquilla establecida se sitúa entre 1,5 y 6,5 a través de sendos estudios coincidentes de China e Italia [4] [5].

A pesar de los conocimientos establecidos en las últimas décadas sobre la transmisión de enfermedades respiratorias (tuberculosis, sarampión, gripe, SARS, gripe A-H1N1...), las recomendaciones de las instituciones de referencia para disminuir los contagios han ido cambiando desde el principio de la pandemia, en algunas ocasiones de forma contradictoria y dispar. Las medidas básicas de aplicación inmediata y universal que se recomiendan en estos momentos para mitigar la transmisión son: el uso de mascarilla, la distancia social, la prohibición de aglomeraciones no esenciales y la limitación de aforo tanto en eventos públicos como privados. Por otro lado, la medida proactiva de contención, mientras no se alcanza la transmisión comunitaria, es la intervención en brotes localizados con casos índice o eventos, y el seguimiento con rastreadores, con o sin ayuda de medios de trazabilidad tecnológica (Apps de contactos estrechos con Bluetooth), de los posibles contagios a personas que han tenido contacto suficiente con el caso índice o el evento. Las personas dentro de ese radio potencial de contagio son reconvenidas a realizar un confinamiento obligado en modo de cuarentena (14 días, o más recientemente 10 días en algunos países en una revisión de los tiempos de contagio) con la prescripción de realizar la prueba de laboratorio PCR (reacción en cadena de la polimerasa) para detectar el contagio.

La esperanza para controlar la pandemia se centra en la obtención de una o varias vacunas que muestren la suficiente seguridad y eficacia para ser administradas a la población de forma general en sucesivas campañas según criterios de riesgo y vulnerabilidad. A fecha de esta redacción la OMS estima que hay 30 proyectos de vacuna testando en ensayos clínicos, y 139 más que siguen estudiándose en los Laboratorios. Entre las más avanzadas destacan 6 candidatos a vacuna que están testando en la fase 3 de la investigación, a gran escala. La reglamentación sanitaria exige unos tiempos, escalas de prueba y resultados cuyo cumplimiento demora la autorización de la distribución de la vacuna a la población entre 5 y 10 años. El cumplimiento riguroso de las fases permite al Laboratorio acogerse a la jurisprudencia de exención de responsabilidad por los efectos secundarios y cualquier otra injuria que la administración de su medicamento pueda causar a la persona. Por ejemplo, en los tratados generales del derecho consuetudinario de los Estados Unidos (The American Retatement of Torts) las vacunas, que están tipificadas como “inevitablemente inseguras”, con un “riesgo conocido pero aparentemente razonable”, ofrecen a la comunidad más beneficios que perjuicios, lo que salva al Laboratorio de responsabilidad objetiva y permite la investigación de nuevos fármacos. En el caso de las vacunas contra el virus SARS-CoV-2, Estados Unidos ya cuenta con una ley que excluye las demandas por daños y perjuicios de los productos que ayudan a controlar una crisis de salud pública, concretamente en la Ley de preparación ante emergencias y disponibilidad de la población de 2005, o Ley PREP. Para el caso de otros países, como los europeos, con una legislación que incluye la posibilidad de utilizar un medicamento en situaciones de respuesta a amenazas, como la pandemia, que permite acortar los plazos regulados de la investigación de una vacuna a 12 o 18 meses frente a los 10 o 12 años convencionales, los Laboratorios, en compensación al alto riesgo económico al que están expuestos, exigen que cada país sea responsable de su distribución y uso en virtud de sus estrategias nacionales de vacunación asumiendo plenamente la responsabilidad de cualquier efecto secundario que pueda derivarse de su administración en las personas, para lo cual abonarán a los Laboratorios las posibles indemnizaciones a las que se tengan que enfrentar si hay efectos indeseados o inesperados por las vacunas de la COVID-19 tras su comercialización.

La estrategia vacunal, siendo teóricamente la mejor y la más definitiva para minimizar y contener brotes epidémicos, es una medida de respuesta tardía ante un brote pandémico iniciado por un virus salvaje, cuya implementación requiere de años, lustros o décadas de investigación, o llegar a ser infructuosa o parcial si el virus tiene un alto nivel de variabilidad y mutación (VIH, influenza A y B). La estrategia vacunal es ineficaz como respuesta inmediata frente al ritmo de daño sanitario, estragos económicos y devastación social que puede producir el nuevo patógeno emergente en poco tiempo si su aparición se acompaña de factores epidemiológicos específicos de alta transmisibilidad, adherencia, patogenia y letalidad.

El éxito de conseguir una vacuna es muy dependiente de la naturaleza y tipo de virus. De igual manera, su eficacia es incierta hasta que no se prueba a gran escala en la última fase, con alto riesgo económico. Las hay de incontestable excelencia cuya efectividad se acerca al 100% y que han salvado y siguen salvando millones de vidas: paperas, sarampión, rubeola, polio y viruela, esta última es el primer caso de erradicación de una enfermedad a través de la vacunación (1980); o por ejemplo contra el virus de la hepatitis B con una eficacia mayor del 90%. Otras son de eficacia variable por depender su fabricación de las cepas estacionales que se pronostican en cada campaña (entre el 40% y 60% para el virus de la influenza A y B, que previenen millones de enfermedades y asistencias hospitalarias así como miles de muertes al año). Y virus cuya vacuna no se ha logrado conseguir hasta la fecha a pesar de los fondos invertidos y su peligro potencial, por citar algunos: VIH (virus de la inmunodeficiencia humana) que mantiene su status de pandemia activa por la OMS, con decenas de miles de casos nuevos cada año con tratamiento crónico con antiretrovirales y que ha causado la muerte a más de 32 millones de personas (según cifras de la OMS); SARS-CoV, un coronavirus que al igual que su pariente SARS-CoV-2 se transmite fundamentalmente por contacto humano aunque con menor éficacia, causante de la epidemia del síndrome respiratorio agudo grave (SARS) de 2003 que afectó a 26 países con más de 8.000 casos y 916 muertes; el MERS-CoV, otro coronavirus detectado en 2012 en un primer caso en Arabia Saudita y luego en otros 27 países, que causa el síndrome respiratorio de Oriente Medio (MERS) con una alta tasa de mortalidad en humanos (30%) y que puede propagarse entre personas que tienen contacto estrecho; el virus respiratorio sincicial (VRS, otro coronavirus), es el microbio más común que causa infecciones en los pulmones y en las vías respiratorias en los bebés y en los niños pequeños. Otros virus mortales de los que no se dispone vacuna con peligro potencial: virus de la gripe aviar, virus de Zika, virus del Ébola, virus de la fiebre hemorrágica de Crimea-Congo, virus de Nipah, virus de la fiebre de Marburgo.

La eficacia de una vacuna en una población exige alcanzar la inmunidad de grupo, aquella que dificulta la transmisión del agente infeccioso a umbrales no epidémicos, y protege, incluso, a un no vacunado si la distribución de vacunados y no vacunados es aleatoria. Depende de múltiples características epidemiológicas del propio virus (biofísica del transporte, viabilidad en el transporte, vías de transmisión, carga vírica necesaria o DL50, etcétera) que se resumen y concretan en su número básico de reproducción (R0), que a su vez es influido tanto por factores epidemiológicos ambientales (humedad relativa, radiación solar, estilos de vida de la población, costumbres culturales, medidas higiénicas y profilacticas desplegadas, etcétera), como por factores epidemiológicos de los usuarios como respuesta a la vacuna (nivel de inmunidad alcanzada y el tiempo de duración de la memoria inmunitaria). En un escenario simple, se estima que la población que necesita estar vacunada para prevenir la propagación sostenida de la infección viene dado por 1 - (1/R0). Para un R0 = 2.5 en COVID (dentro de la franja entre 1.5 y 3.5 determinado por el equipo del Imperial College del Reino Unido) el nivel de vacunación necesario para alcanzar la inmunidad de grupo, suponiendo un ideal 100% de eficacia de la vacuna, es del 60%; con una eficacia del 70% el nivel de vacunación sube al 85% que sería suficiente asumiendo que un 15% de la población ya está naturalmente inmunizada. Suponiendo una eficacia en las primeras vacunas para SARS-CoV-2 del 35%-40% no se alcanzaría la inmunidad de grupo.

Los retos a los que se enfrenta la estrategia vacunal para su eficacia son fundamentalmente la persistencia de la memoria inmunitaria efectiva que desarrolla en la persona, sujeta a variables individuales y características poblacionales, y la deriva antigénica del virus que puede llegar a afectar hasta el límite de su utilidad para neutralizarlo. Conseguir dilucidar y afinar ambos fenómenos puede involucrar años de investigación y prueba.

La estrategia de un nuevo medicamento antiviral específico que prevenga (profilaxis) la infección por SARS-CoV-2 o la suprima en sus fases iniciales (antídoto) no se vislumbra a corto plazo. Algunos de los antivirales existentes solo han mostrado efectividad en las fases avanzadas de la enfermedad acortando, en el mejor de los casos, los tiempos de hospitalización y de las unidades de cuidados intensivos (UCI), o como terapia compasiva.

Finalmente, sobre la vacuna, el requisito de seguridad, cuya exigencia es más importante que su eficacia para liberar cualquier vacuna, deberá demostrar a gran escala qué proporción, si la hay, de los individuos vacunados pudieran mostrar una sensibilidad tóxica indeseada, una sobreactivación de la respuesta inmunitara (tormenta de citoquinas) al entrar la persona en contacto con el propio SARS-CoV-2 tras la vacunación. Esta indeseable respuesta se ha descrito para coronavirus (SARS-CoV, MERS y VRS) en modelos animales, pudiendo ocasionar un síndrome de insuficiencia respiratoria aguda (SDRA), una de las principales causas de mortalidad por COVID-19. El desencadenante es un proceso denominado “potenciación de la enfermedad dependiente de anticuerpos” (ADE, antibody-dependent enhancement). Esto supone un desafío importante en el diseño de vacunas contra los coronavirus, por lo que alcanzar los niveles de seguridad suficientes para la COVID-19 se mantiene en la incertidumbre [6] [7].

La globalización, que favorece la movilidad de las personas y el intercambio de bienes y servicios, es un factor de crecimiento económico en todos los países, contribuyendo a mejores índices de prosperidad e hibridación cultural, promoviendo los acuerdos y el entendimiento mutuo entre naciones; pero a la vez es un factor epidemiológico de primer orden a medida que se intensifica, en especial para enfermedades de transmisión privilegiada por el contacto entre personas y contagio secundario por vía aérea, con periodos de incubación suficiente para que se enmascare de forma asintomática o presintomática en los desplazamientos de personas. Algunos datos: la Organización Mundial del Turismo de las Naciones Unidas (OMT) estima que en 1950 hubieron 25 millones de desplazamientos por turismo y en 2018, 68 años después, esa cifra se ha incrementado hasta 1.400 millones de llegadas de turistas por año; en 2019, antes de la declaración de la pandemia por la COVID-19, la Organización Mundial del Comercio (OMC) aumentó en un 16% la frecuencia de los viajes por el turismo a más de 1.600 millones de desplazamientos. Air Transport Action Group (ATAG) ha cuantificado el total de pasajeros desplazados por cualquier motivo en 4.380 millones durante el año 2018, con una media de 120.000 vuelos diarios, más de 43 millones de vuelos en el año.

La impredecibilidad de cuándo y con qué características biofísicas de transporte aéreo (objeto de la presente invención) emergerá un nuevo agente infeccioso con capacidad de generar un brote pandémico desde una zoonosis o desde una mutación en el huésped humano, junto con la facilidad de propagación del microbio con la globalización y unos niveles crecientes de densificación de la población humana en megalópolis, hacen pensar que la estrategia vacunal de resultados inciertos y respuesta tardía no debería ser la medida principal alrededor de la cual se prefigura la salida de una pandemia en un mundo que necesita mantenerse globalizado, económicamente activo e intercomunicado. La interrupción efectiva de la transmisión del agente causal entre personas debería ser la respuesta temprana ante un brote epidémico, lo que, en la pandemia de la COVID-19 persiguen de forma incompleta la mascarilla de uso habitual, la distancia social, la limitación de aforos y el cierre de eventos no esenciales en recintos cerrados, y de forma completa el confinamiento estricto de personas convivientes, algo insostenible en el tiempo. Según la teoría del inóculo de la Dra. Ghandi [8], el uso de la mascarilla con bajas restricciones de interacción social pero con distancia de seguridad está produciendo un aumento de los contagios con dosis bajas de inóculo, alejadas de la DL50, y una consecuente disminución de los casos graves, con menor hospitalización y menor tasa de mortandad. La mascarilla y las restricciones sociales no interrumpen la transmisión de SARS-CoV-2 sino que la disminuye en mayor o menor proporción dependiendo del grado de cumplimiento de la relajación de las relaciones interpersonales y especialmente del modo de uso de las mascarillas.

El objeto de la presente invención es interrumpir el contagio de SARS-CoV-2 entre personas en contacto cercano y la transmisión secundaria a larga distancia. Para ello presupone la característica preferente de transmisión aérea del virus que las evidencias científicas empiezan a acumular. Anticipando esa constatación, el dispositivo que se presenta implementa una estrategia que aprovecha la fortaleza que utiliza SARS-CoV-2 para su eficaz transporte entre personas convirtiéndola en su debilidad. Por ello, esta introducción termina con una revisión de la vía de contagio que presumiblemente, y cada día más evidenciado, utiliza SARS-CoV-2 de forma preferente, y que es el fundamento de la creación de la presente invención, la “transmisión por el aire”.

A finales del siglo XIX el profesor Karl Flügge demostró en 1897 que las gotitas de saliva exhaladas de un enfermo eran vehículos de enfermedades contagiosas como la tuberculosis. Con el hallazgo de las ‘microgotas de Flügge’, Jan Mikulicz-Radecki inventó y fomentó ese mismo año el uso de las mascarillas quirúrgicas en los quirófanos. El interés por el contagio aéreo se ha mantenido desde entonces acrecentado por las epidemias de los últimos años (gripe, ébola, VIH, difteria, SARS, gripe aviar, gripe AH1N1 y zika).

El medio de transporte y la vía de entrada por la que un agente infeccioso logra saltar de un humano a otro determina una parte de la peligrosidad de la propagación de una enfermedad. En particular, las enfermedades respiratorias con transmisión a través de gotas de saliva, microgotas y bioaerosoles exhalados, son las más peligrosas para desencadenar una pandemia de rápida evolución (tuberculosis, sarampión, influenza), a diferencia de otras que requieren fluidos de personas infectadas o agua contaminada (VIH, hepatis B, cólera). La transmisión a través de la saliva en sus diversas formas de transporte aéreo permite tres rutas de contagio: directo entre personas por la inhalación de las gotas y gotitas respiratorias expulsadas a corta distancia por el portador; a contagios indirectos a través de las manos que tras entrar en contacto con gotas contaminadas depositadas en superficies (fómites) por un portador se toca la boca, la nariz o los ojos; y por transmisión secundaria por la inhalación a larga distancia de bioaerosoles que mantienen en suspensión microgotas y núcleos de gota infectivos de una persona contagiada. Que un virus logre explotar una, dos o las tres rutas de contagio depende de su resiliencia para mantenerse viable: resistencia a la desecación, la temperatura, a la inactivación por radiación UV, a la carga vírica suficiente de transporte (DL50), etcétera. Los virus más eficientes para la propagación de una enfermedad utilizan la transmisión secundaria a través de aerosoles, lo que se denomina transmisión por el aire, ampliando en al menos un orden de magnitud el alcance del contagio. Determinar si un virus de enfermedad respiratoria se transmite por el aire ha sido motivo de un gran número de investigaciones desde la epidemia de SARS de 2002-2003, dando un giro en 2017 con una publicación de la Universidad de Maryland (Washington D.C.) liderado por el Dr. Donlad Milton, que demuestra la viabilidad de virus de la influenza en aerosoles finos (partículas de menos de 5 pm de diámetro, micrómetros, y núcleos de gota), virus cultivables e infecciosos, recuperados de las exhalaciones debidas a la respiración y el habla de pacientes sin la participación de toses ni de estornudos, lo que indica la producción natural de partículas infectivas suficientemente pequeñas en los aerosoles como para permanecer suspendidas en el aire durante mucho tiempo y presentar un riesgo de infección por el aire [9]. Estos hallazgos sugieren que mantener las superficies limpias, el lavado persistente de las manos y evitar a las personas que tosen no brinda una protección completa contra la gripe. Está confirmado que los pulmones de los humanos producen aerosoles infecciosos en una amplia gama de tamaños de partículas, pero los patógenos predominan en partículas pequeñas menores a 5 pms que son inmediatamente respirables por individuos expuesto. Hasta la investigación de Maryland otros trabajos de 2008 y 2010 habían detectado ARN de influenza en partículas de aerosol de enfermos sin demostrar su viabilidad. La propagación del virus de la influenza es consistente con la inhalación de partículas infecciosas del aire.

Según las evidencias que se van acumulando de SARS-CoV-2, parece que la transmisión efectiva de la COVID-19 por el aire terminará por confirmarse, como en el caso del virus de la influenza, lo que ocasionará una revisión significativa de las medidas actuales de prevención, y una apertura a soluciones de ingeniería sanitaria (respuestas de implementación rápida para atajar la transmisión del virus) en la misma consideración que las microbiológicas (respuesta de largo plazo para atajar la pandemia). La presente invención se enmarca dentro del paradigma de ingeniería sanitaria para enfrentar una respuesta inmediata contra virus que privilegian la transmisión por el aire a través de aerosoles finos con partículas de menos de 5 pm.

Dada la relevancia de esa vehiculación para SARS-CoV-2 y su efecto en la presente invención, se comentan a continuación algunas de las investigaciones publicadas en 2020, realizadas con el objeto de dilucidar los mecanismos de propagación de la pandemia por la COVID-19, que anuncian su probable transmisión por el aire, y que a su vez se apoyan y continúan las investigaciones de los últimos años sobre la transmisión secundaria de influenza, SARS y MERS a través de los aerosoles finos de portadores al hablar, toser y estornudar, así como del tamaño de las partículas exhaladas directamente respirables, la distancia que alcanzan los aerosoles, los tiempos en suspensión con actividad infectiva, la rápida evaporación de las partículas de menos de 50 pm (ya descrita por Wells W.F. en 1934) en núcleos de gota y su contribución en los aerosoles respirables, y sobre la necesidad de involucrar los conocimientos cinemáticos para pronosticar la transmisión por el aire. Estos trabajos premonitorios se pueden ver en [10-14].

Revisión de la transmisión de SARS-CoV-2 por aerosoles

- KUMAR et al., 2020 [15]. Investiga el mecanismo de transporte y patrones de deposición del coronaviris MERS-CoV en una habitación de hospital con 6 camas. Demuestra que las tasas de flujo de aire de escape tiene efectos significativos en la distribución de partículas en el espacio ventilado y que la ubicación de un paciente infectado es crucial para determinar el alcance del riesgo de infección para otros ocupantes de la sala. Se recomienda proporcionar rejillas de inducción de aire cerca del paciente, preferiblemente por encima de la cama de cada paciente.

Las tres rutas de transmisión ampliamente conocidas del coronavirus SARS y los virus de la influenza son de contacto cercano, de largo alcance por bioaerosoles infectivos e indirecto por fómites. Hay evidencia suficiente para respaladar la asociación entre las estrategias de ventilación y la diseminación de patógenos nosocomiales en ambientes interiores. Por lo tanto es esencial revisar y actualizar los diseños de ventilación para contener posibles brotes causados por nuevos virus emergentes. El patrón general de distribución del flujo de aire basado en estrategias de ventilación puede tener un gran impacto en la distribución de partículas infecciosas dentro del espacio de un recinto.

- van DOREMALEN et al., 2020 [16]. SARS-CoV-2 permanece viable al menos 3 horas en aerosoles de partículas de menos de 5 pm, y es plausible la transmisión por aerosoles.

- LU J. et al., 2020 [17]. La única explicación plausible del contagio del SARS-CoV-2 de algunos comensales que cenaron el 24 de enero de 2020 en mesas separadas de un restaurante de Guangzhou (China) es por los aerosoles exhalados de uno de ellos como caso índice. Transporte a distancia facilitado por el flujo de aire de ventilación de la sala.

- SHELLY L.M et al., 2020 [18]. La explicación más plausible del contagio de la COVID-19 el 10 de marzo de 2020 de 32 casos confirmados y 20 probables de los 61 miembros del coro de Skagit Valley (Washington, EUA) es a través de los aerosoles exhalados de al menos un caso índice en el evento de reunión para cantar. El volumen de la voz está comprobado que exhala un mayor volumen de partículas aerosolizadas. A diferencia de las gotas respiratorias de mayor tamaño que caen en pocos segundos al suelo, mientras van sufriendo evaporación y reducción de tamaño a una distancia que no supera el metro y medio, las partículas aerosolizadas y los residuos de los núcleos de gotas se van distribuyendo y diluyendo de manera uniforme según un complejo comportamiento cinemático de difusión estocástico. Esta suspensión de carga viral con movimiento a distancia de la fuente es la que pudieron inhalar los participantes del evento y que con mayor probabilidad les causó el contagio.

- DHAND R. et al., 2020 [19]. La tos y los estornudos dispersan una gran cantidad de gotitas de diferentes tamaños en el ambiente y transmiten infecciones virales respiratorias por contacto físico directo o indirecto, por gotitas o inhalación de núcleos de gotitas de partículas finas. Las gotas más grandes se asientan rápidamente. Las gotitas respiratorias se evaporan para formar núcleos de gotitas más pequeños que transportan agentes infecciosos, permanecen suspendidos en el aire y los individuos susceptibles más alejados de la fuente podrían inhalarlos. Después de la inhalación, las gotas respiratorias más grandes se filtran por la nariz o se depositan en la orofaringe, mientras que los núcleos de las gotas más pequeñas son directamente respirables y transportados por la corriente de aire a los pulmones. La prevención de las infecciones virales respiratorias depende de si se transportan en gotitas respiratorias o como núcleos de gotitas finas (transmisión por aire o aerosol). . En los flujos de exhalación respiratoria, se espera que las gotas grandes entre 60 y 100 pm de tamaño se evaporen por completo antes de caer al suelo a 2 m formando núcleos de gotas. El tiempo que tardan las partículas en caer al suelo depende de su tamaño, por ejemplo, las partículas de 100 pm de diámetro tardan unos 10 segundos, mientras que las partículas de 10 pm de diámetro tardan 17 minutos en caer al suelo , y las partículas de 1 a 3 pm de diámetro podrían permanecer suspendidas casi indefinidamente. Algunas pruebas preliminares apoyan la transmisión aérea del virus SARS-CoV-2. Después de inhalar las partículas de virus en el aire, la nariz filtra eficazmente las partículas más grandes inhaladas. Sin embargo, la orofaringe no es un filtro tan eficaz como la nariz, y las partículas más pequeñas tienen una alta probabilidad de penetrar en el tracto respiratorio inferior. Las partículas de aerosol infectivo < 20 pm pueden desecarse para formar núcleos de gota. En el aliento exhalado, que tiene partículas más pequeñas que las de la tos y los estornudos, la PCR cuantitativa encontró un mayor número de copias de influenza en la fracción fina (<5 pm) en comparación con la fracción gruesa (> 5 pm). Esta observación sugiere que la dosis infecciosa de influenza vía aerosol puede ser menor que la de gotas grandes debido a la mayor probabilidad de que las partículas finas se depositen en el tracto respiratorio inferior. La humedad relativa del ambiente de un recinto puede alterar el diámetro aerodinámico de la partícula, el tiempo en aire y la viabilidad. Otros factores ambientales en interiores, además de la humedad relativa, que influyen en la transmisión viral incluyen la temperatura, la ventilación, el tamaño de la habitación, la frecuencia de los intercambios de aire, las turbulencias del aire, la duración de la exposición y el tipo de virus. Los núcleos de gotitas más pequeños quedan suspendidos en el aire de la habitación y las personas más alejadas de una persona infectada podrían inhalarlas.

- AZIMI P et al., 2020 [20]. En una cuarta revisión del brote de la COVID-19 en el crucero Diamon Process se analiza con modelos matemáticos las vías más probables de contagio. El 3 de febrero de 2020 el crucero es puesto en cuarentena en la frontera japonesa. A su conclusión, 700 pasajeros resultaron infectados de las 3711 personas a bordo. Los resultados del estudio demuestran que la inhalación de aerosoles probablemente fue el contribuyente dominante de la transmisión de COVID-19 entre los pasajeros. La transmisión a corta y larga distancia probablemente contribuyó de manera similar en la propagación, y la transmisión indirecta por fómites desempeñó un papel menor una vez que se declaró la cuarentena. Los resultados muestran que la transmisión a largo plazo y distancia de aerosoles que contienen SARS-CoV-2 fue probablemente el modo dominante de transmisión. Se recomiendan medidas de salud pública que tengan como objetivo el control de la inhalación de aerosoles finos infectivos.

- VUORINEN et al., 2020 [21]. Esta investigación es uno de los trabajos de revisión de la física de la transmisión por aerosoles infectivos más amplio hasta el momento que recoge las evidencias acumuladas en la literatura y aventura la transmisión por el aire de SARS-CoV-2. Se realiza un detallado estudio del transporte y dilución de aerosoles (partículas con un diámetro inferior a 20 pm) en entornos genéricos de larga estancia y en otros de estancia corta pero frecuente como un supermercado, que proporcionan hallazgos relevantes sobre la física de la dispersión de aerosoles y gotitas para la supuesta transmisión de SARS-CoV-2 por el aire durante la pandemia actual. Se destacan a continuación algunos de ellos, así como de informaciones de literatura revisada que tienen relación directa con la presente invención:

La evidencia previa para el SARS-CoV-1 indica que los aerosoles cargados de virus podrían transmitirse dentro de espacios ventilados. La Federación Europea de Asociaciones de Calefacción, Ventilación y Aire Acondicionado (REHVA) y la Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE) han considerado recientemente la posibilidad de propagación aérea del SARS-CoV-2 (REHVA, 2020, ASHRAE, 2020).

Se pone de relieve uno de los mecanismos de transmisión menos comprendidos del SARS-CoV-2: la transmisión por inhalación de aerosoles que contienen virus para disponer de un cuadro completo sobre la epidemiología del COVID-19. Se enfatiza en la importancia de la física del flujo de fluidos, la formación de gotitas exhaladas y sus procesos posteriores de secado y evaporación. Se explora la hipótesis emergente sobre la posibilidad de transmisión de SARS-CoV-2 por el aire. Los virus que causan enfermedades respiratorias en los seres humanos a menudo tienen múltiples modos de transmisión. Dichos virus pueden propagarse por transmisión de gotitas respiratorias mayores de 5 pm o finas, menores a 5 pm, de aerosol, por contacto directo como un apretón de manos o indirecto, por ejemplo a través de superficies contaminadas. Se ha demostrado que los coronavirus estacionales, los virus de la influenza (A y B) y los rinovirus se transmiten por gotitas respiratorias, tanto por contacto cercano como por aerosoles. La distribución del tamaño y cantidad de las gotas exhaladas varía al hablar, toser y estornudar. El tamaño de la gota es altamente dinámico y se reduce muy rápidamente con la evaporación tras ser exhalada. Las gotas exhaladas más grandes de lo que normalmente se piensa, por ejemplo de 100 pm, con componentes no volátiles (patógenos infeccioso, células epiteliales, etcétera) pueden convertirse en partículas de aerosol como núcleos de gotita debido al rápido secado antes de llegar al suelo. El flujo ambiental puede sostener esas gotitas y núcleos de gota durante mucho más tiempo en el aire. . El transporte dinámico de los núcleos de gota se comporta como aerosoles y dependen principalmente del movimiento del aire. Las gotas nunca tienen un tamaño constante porque se evaporan rápidamente, los tiempos de sedimentación disminuyen con el tamaño, y los tiempos de evaporación lo hacen de forma inversa. Por lo tanto, el tamaño de la gota es esencial para distinguir entre una gota en el aire, que puede suspenderse en el aire e inhalarse, y una gota balística que cae y que se encuentra con el suelo o las superficies en segundos. Asumiendo que el flujo ambiental está estancado, con una humedad relativa del 50% y en muestras con contenido no volátil, todas las gotas por debajo de 50 pm permanecerán en el aire durante al menos 3 minutos (en cambio esa partícula de 50 pm sin evaporación cae a los 22 segundos), lo que debilita la prevención basada en la distancia de seguridad..

Las partículas de aerosol en el aire exhalado por una persona infectada al respirar, hablar, estornudar y toser pueden transportar patógenos transportados por el aire que pueden causar enfermedades infecciosas si son inhalados por otras personas. El tamaño de estas partículas puede variar de 0,010 pm a 100 pm y mayores. Las gotículas se secan y forman partículas secas cuando se exhalan y se mezclan con el aire ambiente. La velocidad de secado depende de la humedad relativa ambiental, así como del diámetro de las partículas. Mientras que las gotas muy grandes siguen una trayectoria balística e impactan o caen sobre superficies dentro de un radio limitado de la fuente, las partículas con tamaño intermedio, por ejemplo de 10-100 pm, pueden viajar distancias más largas, especialmente después de secarse siguiendo la corriente de aire. Por ejemplo, se informa que los tiempos de secado para las gotas de 100 pm y 50 pm en el aire al 50% de humedad relativa son de 1,3 y 0,3 segundos, respectivamente.

Tras la evaporación completa, las partículas pueden ser lo suficientemente pequeñas como para permanecer en el aire en el flujo de aire de un recinto interior. Estas pequeñas partículas de aerosol podrían potencialmente transportar virus y también contribuir a la propagación de la epidemia, ya que muchas de ellas todavía son lo suficientemente grandes como para contener miles de patógenos virales.

El virus SARS-CoV-2 tiene un tamaño de 80 a 100 nm (nanómetros), siendo aproximadamente un factor de 10 a 20 más pequeño en diámetro que las gotitas comúnmente observadas al hablar (entre 0,8 y 2 pm). En un informe, se detectó ARN de SARS-CoV-2 a partir de partículas de aerosol mayor de 4 pm y entre 1 y 4 pm de muestras de aire recolectadas de dos habitaciones de hospitales para pacientes en Singapur. El SARS-CoV-2 está estrechamente relacionado con el SARS-CoV-1 para el que existen informes sobre una posible transmisión por aerosol.

En un estudio reciente sobre la eficacia de la máscara facial para reducir el riesgo de transmisión del SARS-CoV-2 a través de gotitas y aerosoles, se detectó el ARN viral en el 30% de las gotitas más grandes (> 5 pm) mientras que se detectó en el 40% de los aerosoles menores (< 5 pm). También se ha argumentado recientemente que los pequeños aerosoles (< 5 pm) exhalados en un habla normal, posiblemente sirva como un agente de transmisión importante y poco reconocido para el SARS-CoV-2. También es notable que se ha informado que la respiración bucal normal produce gotas en el aire en mayor cantidad que al toser, respirar por la nariz o hablar. Se ha informado que hablar durante cinco minutos puede generar el mismo número de núcleos de gotitas que una tos. Por ejemplo, un estudio reciente para SARS-CoV-2 informa de una intensidad muy alta de producción de números de partículas durante el habla. Se ha demostrado la viabilidad de las partículas virales en aerosol para el SARS-CoV-1 y el SARS-CoV-2 durante las tres horas de duración de un experimento y durante 16 horas en otro.

En el análisis se indica que las gotitas típicas de toser y hablar (diámetro < 20 pm) se transmiten por el aire de forma inmediata o mediante un secado rápido en condiciones de recintos interiores típicas (humedad relativa 50%). Este trabajo ilustra la importancia de evitar tiempos de residencia prolongados en lugares concurridos y el énfasis en el diseño de ventilación eficiente para eliminar y diluir aerosoles infectivos, evitando, en particular, los lugares interiores donde se habla mucho y en voz alta. La probabilidad de inhalar más de una partícula de aerosol aumenta rápidamente con el tiempo de residencia. En los lugares de trabajo, donde las personas permanecen casi estancadas durante horas al día (oficinas y escuelas), los riesgos de infectarse pueden ser mucho mayores que en los encuentros casuales y rápidos en lugares públicos. Las estelas de las personas infectadas se difunden en una región más amplia cuanto más rápido caminan, diluyendo la carga viral.

Para mayo de 2020, el consenso general comienza a ser que el virus SARS-CoV-2 se propaga, no solo por transmisión por contacto, sino también por inhalación de cantidades suficientemente grandes de partículas virales en el aire. Se propone que el concepto 'transmisión por inhalación' serviría mejor para comunicar cómo se pueden propagar las enfermedades infecciosas. Se puede concluir que una gran parte de las gotitas de origen respiratorio permanecen en el aire durante el tiempo suficiente para que puedan ser inhaladas. Esto es cierto incluso sin asumir un secado por gotitas, y es particularmente cierto cuando se tiene en cuenta el secado. En el transporte público y los bares abarrotados deben vigilarse las densidades del número de clientes y los aspectos de ventilación. Se enfatiza la importancia de la distancia física y el tiempo mínimo que se pasa en esos lugares interiores, donde se anticipa un alto nivel de producción de aerosoles debido a la respiración fuerte o al hablar en voz alta. Las corrientes de aire de ventilación de mezcla diluyen a su vez las concentraciones en la zona de respiración.

- LEDNICKY et al., 2020 [22]. Muy recientemente, a mediados de agosto, se publicó esta investigación que marca un punto de inflexión sobre la controversia de la probable transmisión de SARS-CoV-2 por aerosoles finos por el aire a larga distancia. De la misma forma que la investigación citada del Dr. Milton de 2017 [9] demostró la viabilidad de los virus de influenza encontrados en los aerosoles finos por la respiración natural de los pacientes sin concurrir toses, más allá de la mera detección de su ARN, la publicación de Lednicky amplía la evidencia iniciada por Doremalen [16] sobre la viabilidad de SARS-CoV-2 en aerosoles finos durante horas, apuntando hacia la definitiva confirmación de la transmisión secundaria de SARS-CoV-2 por el aire a larga distancia. Esto supone un desafío para una mejor comprensión de la epidemiología, patología y transmisión de la COVID-19. Hasta la fecha, ha habido un fuerte énfasis en el papel de las gotitas respiratorias y los fómites en la transmisión del SARS-CoV-2, sin embargo, el SARS-CoV-2 no parece ser inhalado exclusivamente como una gotita, y los datos epidemiológicos son compatible con la transmisión por aerosol del SARS-CoV-2. Esta investigación, a diferencia de estudios anteriores, ha demostrado que el virus en aerosoles puede ser viable, y esto sugiere que existe un riesgo de inhalación para adquirir COVID-19 en las cercanías no tan próximas de personas que emiten el virus a través de espiraciones que incluyen tos, estornudos y habla. El trabajo concluye que para la transmisión basada en aerosoles, las medidas como el distanciamiento físico de 1.8 metros no serían útiles en un entorno interior, proporcionaría una falsa sensación de seguridad y provocaría exposiciones y brotes.

Limitaciones de las mascarillas y otras medidas contra la propagación de la COVID-19

Entre las medidas legisladas para disminuir la propagación de la pandemia, la mascarilla, la distancia social, la limitación de aforos y la restricción o prohibición de ciertos eventos, destaca la mascarilla. La obligación de uso para la población se especifica para dos tipos: la mascarilla higiénica y la quirúrgica. Las homologadas, con varias capas de tejido de fibras entrelazadas y cierta actividad electrostática debida al material sintético, tienen caducidad (colmatación, hidratación); las higiénicas pueden ser reutilizables o no. Los datos de filtración están basados en la eficacia de filtración bacteriana (EFB), de tamaño muy superior a los virus, a los que no se refieren y tampoco para los aerosoles. Son: del 90%-95% para las higiénicas y del 95%-98% para las quirúrgicas. La respirabilidad se asegura con una presión diferencial inferior a 60 Pa/cm2 (pascales por centímetro cuadrado) en el caso de las higiénicas, y de 29,4 Pa/cm2 para las quirúrgicas. La respirabilidad impone un límite al grosor y al número de capas filtrantes. En ambos tipos de mascarilla se cubre la boca, la nariz y la barbilla, y se sujetan con un arnés de goma alrededor de la cabeza o con amarres a las orejas. Para la actividad sanitaria con paciente de la COVID-19 el nivel de exigencia es mucho mayor con mascarillas autofiltrantes, con un filtro de micropartículas que alcanza a los tamaños aerosolizados, por medio del cual pueden proteger “de afuera hacia adentro”, en el sentido de la inspiración, con un ajuste a la cara mejorado y en algunos modelos con una válvula de exhalación para reducir la humedad de la mascarilla y una mejor respirabilidad. Se clasifican por el tipo de filtro para un desempeño con partículas de un diámetro de 0,06 pm: FFP1, FFP2 y FFP3, con una eficacia de filtración mínima del 78%, 92% y 98% respectivamente, y un porcentaje de fuga de aire hacia el interior del 22%, 8% y 2% respectivamente. La FPP3 es la recomendada para enfrentarse con mayor seguridad a bioaerosoles de alta toxicidad vehiculados por el aire como el que corresponde a SARS-CoV-2.

Con estas características, el uso de la mascarilla higiénica y quirúrgica por la población tiene como función proteger a los otros, ya que hace de barrera para evitar la dispersión de las gotículas con carga vírica que se proyectan cuando la persona que la usa estornuda, tose o habla. Estas mascarillas no son un equipo de protección individual sino de colaboración en grupo, por lo que protege al medio del portador, no al sano del medio, por ello si todos las personas la llevan la población queda protegida de la transmisión de una enfermedad que se propaga a través de gotas respiratorias. Evitan la emisión de gotas respiratorias con posibles microorganismos “de adentro hacia afuera”, en el sentido de la espiración. La eficacia de las mascarillas prescritas dependen del comportamiento del grupo, no del que cumple con su uso que queda expuesto.

Siendo la medida principal de contención de la pandemia, la eficacia de la mascarilla disminuye en relación a la capacidad que muestra un patógeno para propagarse con éxito a través de los aerosoles finos directamente respirables (partículas y núcleos de gota menores a 5 pm), en los que predomina la fuerza de arrastre del aire, y que se exhalan con la respiración natural, el habla, la tos y el estornudo, lo que se denomina transmisión por el aire; y aumenta su eficacia en relación a la limitación del patógeno a transmitirse a través de gotas respiratorias (mayores de 20 pm) con un comportamiento balístico por aspersión, con predominio de la fuerza gravitacional a corta distancia, y que alcanzan la boca, la nariz o los ojos de una persona susceptible. Las mascarillas prescritas no crean estanqueidad en la cámara de respiración, produciéndose entre sus pliegues y el desajuste con la cara fugas de aire (aerosoles espirados) de forma continua hacia el exterior con las exhalaciones y el habla; así como de fugas de aire no filtrado (aerosoles inspirados) hacia el interior con las inhalaciones de la respiración por las mismas causas. Estas desviaciones del flujo de aire se producen con mayor intensidad dependiendo de factores fisiológicos individuales, el volumen del habla, y también, especialmente, por el modo de uso y ajuste de la mascarilla a la cara cubriendo la boca y la nariz, así como por el aumento del gradiente de presión que ofrezca la barrera a medida que se colmata o aumenta la humedad en sus fibras.

En los últimos años, y en especial desde la pandemia de influenza de 2009 con la sospecha de su transmisión a través de aerosoles, se han realizado diversas investigaciones para dilucidar el nivel de eficacia de las mascarillas prescritas para la prevención de enfermedades con transmisión por el aire [25], publicaciones que han seguido y recogido los trabajos de este año referidos a la profilaxis de la COVID-19. Las mascarillas prescritas (higiénicas y quirurgicas) tienen una mayor eficacia que las domésticas o de tela, y mucho menor que las autofiltrantes de uso por los sanitarios (FFP2 y FFP3). La mayor debilidad de las mascarillas prescritas reside en la variabilidad de su ajuste a la cara, lo que permite flujos de salida y entrada de los bioaerosoles, que sumado al incorrecto uso provoca un amplio rango de efectividad filtrante entre el 4% y el 90%. Los distintos trabajos en humanos y en modelos animales (transmisión aérea de SARS-CoV-2 en roedores con mascarilla quirúrgica) convergen en una eficiencia de protección de las mascarillas prescritas en torno al 40% [26]. Los modelos matemáticos indican que para epidemias respiratorias con un R0 entre 3 y 4, y una efectividad de la mascarilla quirúrgica del 58%, su adopción en el 80% y 90% de la población, respectivamente, deberían extinguir teóricamente la propagación con un R0 < 1 [27].

Dada la debilidad de las mascarillas prescritas contra la transmisión por el aire a través de aerosoles (todavía no admitida por la Organización Mundial de la Salud para SARS-CoV-2 pero, reclamada el 6 de julio con un documento firmado por 239 científicos de 32 países [24]) cada vez más países están aceptando las evidencias de esa vía de transmisión y modificando sus medidas de prevención situando aquellas que promueven la ventilación, la mezcla de aire forzado para la dilución de la carga vírica ambiental por aerosoles, y la renovación del aire con filtros HEPA, al mismo nivel que las medidas del uso de las mascarilla, la distancia social y la limitación de aforos, y de forma especialmente relevante en recintos cerrados de larga estancia y por delante de la contaminación por fómites. Los países asiáticos y alguno europeo fueron los primeros en superar las recomendaciones de la OMS que mantiene la vía principal de contagio de SARS-CoV-2 a través de la aspersión de gotas respiratorias a corta distancia. Por ejemplo, Japón recomienda no hablar en los trayectos en el metro y mantiene abiertas sus ventanillas , así como de la exigencia de sistemas de ventilación en bares, restaurantes y gimnasios, la apertura de ventanas y puertas en las escuelas, sistemas de renovación del aire en lugares de trabajo y en espacios de encuentros sociales interiores, la instalación de extractores de aire en las ventanas, y las actividades docentes preferentemente en patios al aire libre. Con el mismo énfasis en el uso de la mascarilla, Hong Kong, Corea del Sur y Taiwán se anticiparon con sistemas de ventilación para eliminar y diluir los bioaerosoles, demostrando los menores índices de propagación y menor gravedad de la enfermedad con dosis más bajas de inóculo. El cambio en la catalogación de la COVID-19 a enfermedad transmisible por el aire por parte de la OMS (tal como la tienen un pequeño número de enfermedades con alto número básico de reproducción como el sarampión, la tuberculosis o la varicela) supondrá un cambio radical en las recomendaciones destinadas a la profilaxis y a combatir la propagación de la pandemia, con una participación más decidida de nuevos métodos y dispositivos de ingeniería para la efectiva ventilación en los recintos cerrados con la renovación de aire o mediante su filtración. El 18 de septiembre de 2020, los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de EE.UU. (CDC) emitieron un comunicado reconociendo que la transmisión del SARS-CoV-2 puede ocurrir también por intermedio de los aerosoles, con el consiguiente efecto en las recomendaciones sobre la prevención. Tres días después lo retiró anunciando una actualización sobre el mismo, se supone para afianzarlo más, en tanto que para la comunidad científica es un hecho aceptado. Desde el 9 de julio la OMS ya anunció, de forma cautelosa, que el nuevo coronavirus era posible que se pudiera contagiar por el aire, en forma de aerosoles, a la espera de nuevos estudios. Estudios que recientemente lo han corroborado.

Por su propia naturaleza de barrera física, a medida que la mascarilla se va utilizando, reutilizando, o ampliando el tiempo de uso de forma indebida, aumenta la retención de humedad, de modo que la concentración de material atrapado en la capa exterior va incrementando su contaminación, lo que puede ser una fuente potencial de infección tanto por el agente patógeno que origina su utilidad como de otros oportunistas, especialmente bacterianos y fúngicos. Según concluye una investigación publicada en The Lancet, el coronavirus SARS-CoV-2 podría permanecer viable en una mascarilla quirúrgica hasta 7 días [23]. Otros estudios de la Universidad de Hong Kong ratifican la pervivencia del virus durante una semana en la capa externa de una mascarilla quirúrgica y de 4 en su capa interna. El reajuste de la mascarilla a la cara con los dedos de forma relativamente frecuente por parte del usuario puede ser una fuente potencial de autocontaminación. Dependiendo del modo de uso, la mascarilla puede convertirse en un medio insalubre.

El aislamiento en cuarentena de los casos positivos por análisis de PCR de presintomáticos y sintomáticos, descubiertos por pruebas aleatorias a la población, o de los casos sospechosos localizados por los rastreadores de un caso índice, es la mejor medida de interrupción de la propagación. El límite de efectividad de esa medida, por impracticable, se sitúa en la fase de transmisión comunitaria de la pandemia, en cuyo momento la medida se generaliza a un confinamiento estricto de la población en sus viviendas con la excepción de las personas con trabajos esenciales reforzando sus medidas de protección personal, con el consiguiente grave deterioro del tejido social y económico. La distancia social o de seguridad a metro y medio es otra de las medidas actuales de prevención recomendadas para la COVID-19. Para el caso de enfermedades de transmisión por el aire, a través de bioaerosoles, esta medida no ofrece seguridad. Por ejemplo, la posibilidad de que un caso con sarampión (una de las enfermedades más contagiosas con un R0 entre 12 y 18) contagie a todos los convivientes de la casa es más del 90% sin tener efecto cualquier distancia de seguridad. Para ese mismo caso, el contagio SARS-CoV-2 de algunos de los convivientes bajaría al 10%. Con la medida de limitación de aforos se reduce el nivel de transmisión pero causa perjuicios económicos en ciertos sectores que pueden ser severos en función del tiempo de aplicación. El confinamiento perimetral de zonas geográficas interrumpe el flujo de intercambios económicos, especialmente en los sectores relacionados con el turismo, restauración y comercios abocando al deterioro de estructuras económicas en función del tiempo de aplicación. Todas las medidas oficiales recomendadas o exigidas, tienen en común, exceptuando el uso de las mascarillas, la restricción en mayor o menor grado a la movilidad de las personas, afectando de forma directa a las relaciones sociales y a la economía. Si bien, la ventilación en los recintos cerrados, donde se producen la practica totalidad de los brotes, va cobrando importancia a medida que se incrementan las evidencias de la transmisión preferente de SARS-CoV-2 por el aire a través de los aerosoles finos de la respiración, el habla, la tos y el estornudo de los portadores con capacidad de contagio.

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La utilización de aire purificado mediante ventiladores portátiles se pueden encontrar en invenciones anteriores a la presente, encaminadas a hacer respirar un aire de mejor calidad al usuario del dispositivo, ya sea en actividades de ocio como escuchar música o buscando efectos sanitarios más específicos para asmáticos o de otras afecciones respiratorias, también cámaras de respiración cerradas con ventilación forzada y mascarillas con ventilación. Se pueden ver casos de difusores de aire que insuflan aire directamente a la boca y nariz (por ejemplo acoplados a altavoces portátiles para ajustar en las orejas), en dispositivos en forma de collar que insuflan aire hacia arriba, en viseras con orificios que insuflan aire hacia abajo, bolsas de aire que rodean al cuello con salidas de aire con dirección hacia la cara, mascarillas con ventilación, y dispositivos de ventilación personal con aire filtrado para trabajo con ordenadores y otras actividades. Pero hasta la fecha, no se ha descrito una invención, como la presente, con un diseño constructivo que tenga en cuenta las características biofísicas de la transmisión de enfermedades respiratorias con vía preferente por el aire, a través de gotas respiratorias, núcleos de gotas y aerosoles infectivos, y que con un diseño singular despliegue una barrera protectora con unos valores cinemáticos que aseguran una alta profilaxis. Se citan a continuación algunos ejemplos: altavoces con aire purificado dirigido a la boca y nariz: [D1], [D2], [D3]; altavoces con aire purificado dirigido a la cara con orificios en una visera: [D4]; bolsas alrededor del cuelo insuflando aire hacia la cara [D5]; dispositivo de aire purificado y filtrado hacia la cara trabajando con un ordenador [D6]; dispositivo personal de aire filtrado dirigido a boca y nariz con sujeción en una oreja [D7]; dispositivo con cámara de respiración cerrada con un casco [D8]; dispositivo de aire filtrado a través de un collar insuflando aire hacia arriba [D9]; mascarilla acoplada a unos altavoces portátiles a la que se insufla aire filtrado [D10].

[D1] - CN103949017A, Head-mounted portable air purifier, YUAN WEIXIONG, et al., 30/07/2014.

[D2] - CN203852759U, Air curtain breathing mask, XIAO HE et al., 01/10/2014.

[D3] - WO2020021231A1, A wearable air purifier, MATTEHW JENNINGS (GB) et al., 20/01/2020.

[D4] - KR101796969B1, Air injecting headphone, PARK, JOON KOOG, 13/11/2017.

[D5] - US9095803B2, Neck-worn air filtration device, SCOTT D. AGUSTINE et al, 4/08/2015. [D6] - US7892306B2, Multi-use personal ventilation/filtration system, JOSEPH KUMMER, 22/02/2011.

[D7] - US9833645B2, Personal Air Filter, FAITH JONES, 05/12/2017

[D8] - WO2011126887A3, Air filtration device, DAVID, L. AUSEN (US), 23/02/12.

[D9] - WO2015140776A1, Smart, personal air purification device, SARAH TULIN (IL) et al., 24/09/2015.

[D10] - WO2020071601A1, Smart mask, KIM MIYOUNG (KR) et al., 09/04/2020.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención despliega un nuevo paradigma para la prevención eficaz de las enfermedades por transmisión aérea preferente, aquellas que difunden al agente patógeno por medio de partículas o núcleos de gotas respiratorias, de micrométrico tamaño, transportados en aerosoles. A partir del significativo trabajo de agosto de 2020 que demuestra la viabilidad de SARS-CoV-2 en las partículas de los bioaerosoles muestreados de pacientes a larga distancia (Ledniky, [22]), la presente invención la asume como su vía principal de transmisión, suponiendo y anticipando la confirmación por parte de las instituciones sanitarias de su clasificación como enfermedad transmisible por el aire a medio plazo, explotando justamente esa característica biofísica de SARS-CoV-2 de manera creativa.

La inexorable emergencia de brotes pandémicos en el futuro, con índices de patogenia, mortalidad y vías de transmisión impredecibles, ocasionados por zoonosis fortuitas, y otras, por la deriva genética de los virus en el propio huésped humano; con tasas de propagación facilitados por la globalización y la creciente densificación y masificación de la población en grandes ciudades; considerando la respuesta tardía de la estrategia vacunal para alcanzar la inmunidad de grupo debido a los exigentes desafíos que supone para la comunidad científica determinar la seguridad y eficacia de las vacunas que se ensayen en corto espacio de tiempo; teniendo en cuenta la deriva antigénica de algunos virus mostrando resistencia a neutralizarse con las diversas técnicas de vacunación; la dificultad de saber por parte de los países en el momento de la floración de un brote, el radio epidémico afectado debido al desconocimiento inicial de las características de la nueva enfermedad, de los tiempos de incubación, y la concurrencia o no de casos asintomáticos y presintomáticos que hayan podido desplazarse de forma silente; y por la impredecibilidad de que el agente pandémico que emerge tenga capacidades para su transmisión por el aire (la vía más peligrosa) provocando enfermedades respiratorias de mayor o menor gravedad; todo ello reclama las ventajas de la presente invención que crea un nuevo paradigma profiláctico de uso personal, que mejora la respuesta temprana y que está específicamente diseñado para las actividades del trabajo y del ocio de las personas, aumentando la prevención de enfermedades transmisibles a través del aire, como la COVID-19, superpuesto a las medidas de carácter general que en los últimos años se han probado relativamente eficaces pero que no han sido suficientes para impedir los estragos de la pandemia en curso: destrucción de tejido económico a gran escala, restricciones a la movilidad entre países, y miedo a las interacciones sociales.

La presente invención explota de forma creativa la propia capacidad biofísica que utiliza SARS-CoV-2 para su exitosa propagación a través de los bioaerosoles de los portadores con capacidad de contagio a corta y larga distancia. Las investigaciones recientes están poniendo en duda que las gotículas respiratorias de comportamiento balístico, de mayor masa, tengan más contribución en la transmisión a corta distancia, a menos de 1.8 metros (6 pies), que las partículas aerosolizadas directamente respirables hasta su deposición o impactación en las vías respiratorias inferiores. Las partículas aerosolizadas tienen mayor facilidad para atravesar filtros no específicos de baja granularidad y de sortear las mascarillas prescritas por medio del flujo de aire que se cuela por los pliegues y la falta de sellado del ajuste con la cara, pero a la vez, esa misma habilidad de SARS-CoV-2 transportado en los aerosloes le hace extremadamente vulnerable a su barrido de la zona sensible al contagio, los órganos de respiración (boca y nariz) y los ojos, mediante las fuerzas de arrastre de una corriente de aire con baja presión dinámica pero sostenida en el tiempo en una dirección.

La barrera física que ofrece una cortina de aire, impulsada hacia el suelo por la presión estática en la boca de salida de uno o varios difusores lineales, a una velocidad inicial, con una vena de aire que diverge en función de varios parámetros del difusor, genera, según un modelo constructivo, un régimen turbulento de aspiración en la zona de mezcla con las capas de aire vecinas, que arrastra de forma eficiente los aerosoles con dirección hacia el suelo, y desvía las gotas respiratorias de la zona de peligro. Los elementos constructivos del difusor, la presión dinámica que se genera en la boca de salida y la variación de su velocidad axial a medida que el chorro de aire se va alejando y divergiendo en su difusión, determinan la eficiencia de la barrera para desviar, diluir y eliminar de la zona de peligro a los bioaerosoles. En ese mecanismo se fundamenta el nuevo paradigma de protección personal, tan efectivo como paradójicamente lo sea la exitosa vía de la transmisión por el aire del agente infeccioso. La dificultad de filtrar partículas y de impedir los flujos infectivos de aire a través de los pliegues y el desajuste de las mascarillas prescritas, debidos a los tamaños micrométricos, se convierte en ventaja al utilizar como fuerza dispersiva la energía cinética de las moléculas del aire impulsadas desde uno o varios difusores lineales a modo de barrera o muro de aire.

La eficacia de la barrera física por difusión de aire de la presente invención para impedir la llegada de aerosoles y gotas respiratorias a la zona de peligro (boca, nariz y ojos) contempla los tres escenarios de tamaños, fuerzas y cantidad de movimiento de las gotas respiratorias y los aerosoles esperables de las exhalaciones de un portador de la enfermedad, tanto por un contacto directo, con aspersión, como por un ataque secundario a larga distancia a través de aerosoles suspendidos y movidos con el aire, por difusión. Sin ser una clasificación con delimitación estricta sino más bien borrosa, pero la más consensuada por la comunidad científica, el nuevo dispositivo describe su funcionamiento con: a) partículas de más de 20 pm, en las que las fuerzas gravitacionales y de inercia predominan sobre las líneas de corriente del flujo de aire, con una formulación clásica de la segunda Ley de Newton, de comportamiento balístico; b) partículas menores a 5 pm y más de 1 pm, aerosoles, en las que las fuerzas de arrastre debidas a la fricción de la partícula con la viscosidad del aire prevalecen sobre las inerciales de masa, moviéndose las partículas dirigidas con las líneas de corriente del flujo de aire asimilable al régimen laminar. A estos tamaños de partícula y baja velocidad, con número de Reynolds < 1, se cumple la Ley de Stokes; c) partículas de menos de 1 pm, aerosoles finos: a estos tamaños, la cantidad de movimiento que se transfiere a la partícula por las colisiones de las moléculas del aire prevalecen sobre las fuerzas viscosas de arrastre, añadiendo a la fuerza de Stokes un componente de movimiento browniano estocástico que se puede describir con las ecuaciones de Langevin.

La presente invención ofrece numerosas ventajas frente al uso de las mascarillas para actividades en recintos interiores o en exteriores sin actividad deportiva (por ejemplo terrazas de bares, deambulación por las calles, etcétera):

a) Mayor efectividad para la prevención de contagio por vía aérea.

b) Conjuntiva de los ojos protegida de la aspersión de gotículas infecciosas.

c) Respirabilidad natural: sin ninguna barrera en la boca y nariz.

d) Ninguna molestia por tejidos pegados a la piel de la cara, sin afectaciones dérmicas.

e) Cara descubierta, sin impedimento para comer, beber y el lenguaje facial.

f) Sin focos de potencial insalubridad cercanos a la boca.

g) Sin peligro de autocontagio por el contacto de las manos a tejidos con carga vírica.

h) Con protección individual que no depende del uso de medidas por parte de otros.

i) Sin generación de residuos por tejidos sintéticos con efecto medioambiental.

j) Menor coste de protección individual.

k) Reconocimiento electrónico de lugares con peligro, aparentemente poco expuestos.

l) Almacenable y no sujeto a escasez previendo un stock personal de filtros HEPA.

m) De larga duración y reutilizable para brotes epidémicos o pandémicos futuros

n) Doble función: protección personal y purificación ambiental eliminando carga vírica.

La ventaja (c) es relevante. La mayor deficiencia de las mascarillas prescritas para mantener un mínimo estándar de protección aceptable ante agentes patógenos transmisibles por el aire (aerosoles), es su ajuste a la cara, dejando el menor número de aberturas por los pliegues y el relieve con la nariz. Ya sea por la incomodidad, por el descuido, o por falta de respirabilidad sicológica o no (colmatación y aumento de humedad en las capas), o por la laxitud de los arneses de goma en las orejas (quirúrgicas), o de las gomas que rodean la cabeza (higiénicas), el nivel de protección se puede desplomar e incluso extinguir, dando al usuario un falso nivel de seguridad y aumentando la posibilidad de autocontagio por la potencial acumulación de carga vírica en la capa externa e interna de la mascarilla con la frecuente manipulación de la mascarilla para resituarla. Las actividades que exigen un dilatado tiempo de uso de mascarilla (trabajo en recintos interiores, alumnos en colegios, cajeras en supermercados) supone para las personas un agobio que va en detrimento de su eficacia, y que se acepta por la imposición, el miedo al contagio y porque no existe ninguna otra opción de barrera física portátil. La presente invención ofrece una alternativa de barrera física más eficaz a los patógenos por vía aérea que las mascarillas prescritas, manteniendo la cara libre y despejada, sin agobios por la respirabilidad y con aire purificado con filtración.

La ventaja (h) hace independiente la protección del usuario de las actitudes de los otros, de forma contraria a las mascarillas prescritas cuya eficacia depende del cumplimiento de su uso por parte de los demás, por lo que el nuevo dispositivo se inscribe dentro de los sistemas de protección “de afuera hacia adentro”, como las mascarillas autofiltrantes FFP2 y FFP3.

La ventaja (i) va cobrando mayor importancia a medida que la pandemia de la COVID-19 (o cualquier otra en el futuro) se alarga en el tiempo, con el consumo masivo y continuo de mascarillas de corta duración (horas), sin reutilización o limitada. La contaminación medioambiental es un efecto secundario de la pandemia que la presente invención elimina.

La ventaja (j) es relevante en la presente invención ya que supone una disminución sustancial de los costes de protección individual para la población. Según los estándares de uso y los costes actuales de las mascarillas quirúrgicas, las necesidades de acopio durante un año rondarían los 300 € por persona, que es 1.7 veces más que el coste que se estima del dispositivo cuyo funcionamiento se mantiene durante años.

La ventaja (k) es una característica innovadora de la presente invención que ayuda a los usuarios a identificar espacios interiores que a pesar de no estar concurridos en ese momento, sí lo han estado recientemente o están deficiéntemente ventilados para las personas que hay en ese momento en el recinto. Para ello, el dispositivo utiliza un sensor de medición del gas de C 02 (dióxido de carbono), que es un buen marcador de las espiraciones acumuladas de las personas, para un rango entre 350 ppm (cota natural) y 3.000 ppm (indicio de aglomeración humana o mala ventilación), con una resolución de 50 ppm. Asumida la pervivencia de SARS-CoV-2 en los aerosoles durante al menos 3 ó 6 horas (según el experimento de referencia que se tome), y por ello la suspensión de sus partículas durante horas o incluso de flotación permanente, con una dilución de la carga vírica (que rebaja la dosis de los inóculos) dependiente de una compleja difusión a la que le afectan diversas variables (temperatura, humedad, corrientes, movimiento de personas, ventilación con recirculación), hace que, disponer de una medida de C02 que catalogue a un recinto (no expuesto a fumadores) en tres niveles de probabilidad de riesgo ante el enemigo infeccioso e invisible en el aire, puede ser una ayuda en la prevención personal. El nuevo dispositivo dispone de una función que puede hacer delegar el cambio de la potencia de ventilación (mayor nivel de barrera de protección) de forma automática en función del C02 medido. Por ejemplo, en una posible realización de la presente invención, se podrían establecer tres niveles de potencia de ventilación según la clasificación IDA (calidad del aire interior) de la norma UNE-EN 13779: velocidad baja de ventilación hasta 500 ppm en el ambiente (IDA 2); velocidad media hasta 800 ppm (IDA 3); y por encima a velocidad máxima.

La ventaja (n) es una ventaja colateral que en ciertos lugares puede tener beneficios cuantificables. Por la propia naturaleza de la presente invención, el aire que es impulsado por los difusores, según un modelo constructivo determinado, para crear la barrera de aire protectora de aire frente a las gotas respiratorias y los aerosoles infectivos, está previamente purificado con un filtro HEPA. Como se describe en las figuras de una de las posibles realizaciones, el flujo de caudal purificado para las tres potencias de ventilación son: 280 L/min (Litros / minuto), 400 L/min y 560 L/min. En situaciones en donde se ha de compartir con otras personas, durante horas, un recinto cerrado con una calidad de ventilación incierta, como es el caso de un viaje en tren de largo recorrido, o unas oficinas, la contribución de filtración y purificación del aire (eliminación de carga infectiva a umbrales de leve o nulo contagio) para el caso de que todos los pasajeros de un vagón o los trabajadores de un despacho llevarán como equipo de protección personal la presente invención, la tasa de purificación del aire podría llegar a alcanzar varias veces el volumen del recinto por hora. Esta ventaja de la presente invención extrae y elimina del ambiente potenciales aerosoles infectivos que es una de las medidas más recomendadas en las publicaciones más recientes sobre la prevención contra la C0VID-19.

Como se ha indicado en esta presentación, a mayor acumulación de evidencias de la transmisión de SARS-CoV-2 por el aire, mayor énfasis en la prevención con sistemas de ventilación, por el mismo principio de eficaz arrastre, dispersión y dilución que utiliza la presente invención. Por ejemplo, en un coche de tren de 20 m de largo, con un volumen de 210 m3 y 40 plazas ocupadas, el uso de la presente invención por parte de todos los pasajeros con un nivel medio de potencia de ventilación a 400 L/min, daría como resultado un caudal de filtración y purificación de aire a una tasa de 960 m3 /h (metros cúbicos por hora) a través de los dispositivos generadores. Esto añadiría a la barrera de protección personal una ventaja colaborativa entre los pasajeros, con una capacidad colectiva de purificación del aire del vagón, con filtros HEPA, a un ritmo de 4.6 veces por hora.

El dispositivo que se presenta en una de sus posibles realizaciones, está diseñado como equipo de protección individual con una eficacia superior a las mascarillas prescritas a la población general, y como una medida más que se superpone con el resto de medidas de protección. La presente invención no desacredita a las mascarillas ya que contribuyen a disminuir el número básico de reproducción (R0) de la COVID-19, aunque sí recomienda el uso de la presente invención en vez de las mismas para un número de situaciones diversas como son, por ejemplo: el trabajo en oficinas con larga estancia en salas compartidas, el trabajo atendiendo clientes en comercios, en recepciones de hoteles, en las oficinas de la Administración, en los restaurantes, los bares, las salas de cine y el teatro, en los desplazamientos en tren y en avión, en las reuniones familiares con no convivientes, en los colegios y en las universidades. En cambio, la presente invención no está diseñada ni recomendado su uso para el personal de atención sanitaria ni en ambientes hospitalarios, ni para los pacientes con enfermedad reconocida, que requieren otras medidas de contención más estrictas, como el confinamiento estricto.

La presente invención crea un nuevo paradigma para la profilaxis personal contra agentes patógenos, cuya vía de transmisión preferente es por el aire a través de partículas transportadas en los bioaerosoles por un contacto directo a corta distancia o por un ataque secundario a larga distancia y distante en el tiempo de la fuente. El objeto de la invención es: conseguir un confinamiento aéreo del usuario sin afectar a su movilidad ni a su desempeño habitual en actividades profesionales, de ocio, y de relaciones sociales; sin agobios por barreras físicas interpuestas en los órganos de respiración; que interrumpa la transmisión con mayor eficacia, a un coste menor, y que la protección dependa de su actitud y no de las medidas que otros tomen o no; que el confinamiento físico con pérdida de movilidad se transforme en confinamiento aéreo sin restricciones a la movilidad. El objeto de la presente invención es cortar la transmisión aérea de pandemias como la COVID-19, y su fundamento, la labilidad de los bioaerosoles frente a una barrera de aire con un volumen de control, caudal y presión dinámica determinados bajo un modelo constructivo de difusores, que impida que esos bioaerosoles alcancen la zona de peligro, boca y nariz, desviándolos, dispersándolos y diluyéndolos, y contribuir a eliminarlos del ambiente con su captura en los filtros HEPA aguas arriba de los ventiladores de aspiración e impulsión del aire.

Para finalizar esta primera descripción de la presente invención se debe indicar que:

1o) Mientras las partículas con tamaños y masas con fuerzas inerciales, al menos de 20 pe en adelante, y entre este corte y las mayores de 1 pe, más sensibles a las fuerzas de arrastre del aire, serán eficazmente removidas de la zona de peligro (boca y nariz) con el chorro de aire según el modelo constructivo presentado, en cambio, las partículas que constituyen el aerosol fino de menos de 1 pe, con un movimiento estocástico más debido a las colisiones de las moléculas del aire que por las fuerzas viscosas, cuya remoción de la zona de peligro también se anticipa en la presente invención en su práctica totalidad por la asimetría de las colisiones que produce la presión dinámica en una dirección, deberá corroborarse en ulteriores estudios de dinámica de fluidos computacional (CFD) a escala de alta resolución, previendo que aún en el caso de no ser removida la totalidad de esa fracción, el inóculo total debería estar muy por debajo del umbral de infección, al menos para el caso de SARS-CoV-2.

2o) La corroboración de la protección personal de la presente invención, con técnicas de CFD, frente a agentes patógenos transmitidos a través y por el aire, mejorando en órdenes de magnitud la eficacia de las mascarillas prescritas, sumada a sus ventajas de ergonomía, respirabilidad y coste medioambiental, y demostrando la posibilidad de un confinamiento aéreo con movilidad para los usuarios, desterrando el horizonte distópico de confinamientos estrictos sin movilidad, debería hacer recomendar la adopción de este nuevo paradigma de protección para la pandemia en curso y las venideras.

El aparato de la invención comprende un generador de flujo de aire que se acopla a un dispositivo de difusión del flujo de aire para insuflar aire, que se caracteriza por que el dispositivo de difusión de flujo aire está configurado para ajustarse y fijarse alrededor de la cabeza de un usuario a la altura de la frente y comprende:

- una pluralidad de conductos de canalización del flujo de aire generado, cada uno de los cuales está dotado de

- una ranura de difusión lineal del flujo aire para generar una cortina de aire de bloqueo del paso de partículas, alrededor de la cabeza del usuario y dirigida hacia el suelo.

En la realización preferente se prevé que cada uno de los conductos comprenda un plenum, o volumen de la cavidad por encima de la ranura de salida, mediante el que se realiza la homogeneización de las presiones del flujo de aire procedente del generador.

Además en la realización preferente, el dispositivo de difusión de aire comprende una corona abierta, en al menos uno de cuyos extremos se aplica el flujo de aire generado a la pluralidad de conductos, donde preferentemente se aplica, de forma simultánea en los dos extremos de la corona a la pluralidad de conductos, para facilitar el reparto del flujo de aire.

De acuerdo con lo anterior cada uno de los extremos de la corona está dotado de un distribuidor de aire mediante el que se realiza el reparto del flujo de aire generado a los diferentes conductos. Se prevé que los flujos de aire, en ambas entradas de los distribuidores, sean iguales, para homogeneizar la cortina de aire generada.

Además, en la realización preferente, la pluralidad de conductos, plenums y ranuras, están dispuestos en dos ramales: un ramal derecho y un ramal izquierdo. A su vez, dichos ramales derecho e izquierdo comprenden dos filas de conductos, plenums y ranuras: una que constituye un ramal externo y otra que constituye un ramal interno.

En una realización de la invención, los conductos, plenums y ranuras, de cada una de las filas de los ramales externos y de los ramales internos, están separados mediante paredes separadoras.

En una realización, cada una de las filas de los ramales externos e internos están dotadas de tres conductos, plenums y ranuras, con una longitud sustancialmente igual a un tercio de la longitud de la fila de cada ramal externo e interno, de forma que se permite mantener la misma presión dinámica en las ranuras de salida, y con una misma velocidad inicial efectiva, proporcionando una cortina de aire homogénea.

Las paredes separadoras de los ramales externos están, desfasadas en relación con las paredes separadoras de los ramales internos para evitar el solapado de flujos de aire.

De acuerdo con la configuración de los ramales descrita, la estructura de los distribuidores de aire, anteriormente comentados, comprende dos columnas con orificios: una columna exterior y una columna interior, cada uno de los cuales conecta con cada uno de los conductos de canalización del flujo hacia las ranuras de difusión, de forma que los orificios de la columna exterior conectan con los conductos de los ramales exteriores y los orificios de la columna interior conectan con los conductos de los ramales interiores. Por lo tanto, en el caso en el que los ramales externos e internos incluyan tres conductos, cada columna comprende tres orificios que conectan con los conductos del ramal correspondiente.

Se prevé que las ranuras estén configuradas para dirigir la cortina de aire en sentido divergente para proporcionar una mayor comodidad de movimientos al usuario y una mayor protección frente a las partículas. Además las paredes de las ranuras son convergentes, de forma que definen un estrechamiento que produce la aceleración del flujo de aire de salida, creando una cortina optimizada de aire.

En una realización, la boca de salida de las ranuras de aire es mayor de 3 mm, y sus paredes convergen formando un ángulo de inclinación respecto a la vertical de al menos 15°, con una altura mayor de 10 mm, para conseguir la optimización comentada.

Además, se prevé que la corona esté dotada de una elongación, en la parte frontal, mediante la que se separa, al menos 8 cm respecto de la frente del usuario, para evitar que la cortina de aire pueda incidir en la cara del usuario, proporcionando una mayor comodidad y una sensación de aire fresco. Para ello la elongación comprende una superficie de separación rígida y otra almohadillada apta para el contacto con la piel.

En una realización de la invención se ha previsto que la corona integre una visera vertical que al menos cubre la zona de los ojos del usuario, para proporcionar una mayor protección en la zona de los ojos.

En otra realización se ha previsto que la corona esté integrada en un dispositivo convencional de fijación a la cabeza de un usuario, como por ejemplo puede ser una gorra, sombrero o similar.

En relación con el generador de flujo de aire, se prevé que pueda ser un generador portátil o un generador externo, que genere un flujo de aire de presión, caudal y velocidad regulables.

El generador de flujo de aire está configurado para producir una velocidad del flujo de aire en las ranuras de salida de los difusores de al menos 0,7 m/s y como máximo 4 m/s.

El generador de flujo de aire comprende en su entrada de aire un filtro que está configurado para atrapar partículas de un tamaño a la escala de los virus, de manera que se genera una cortina de aire libre de dichas partículas.

La superficie del filtro comprende una resistencia de calentamiento, para generar ciclos de regeneración del filtro.

Además, el generador de flujo de aire comprende un sensor de C02, de medida del estado del aire ambiental, a partir del que regula la presión, caudal y velocidad de impulsión del flujo de aire.

En el caso en el que el generador de flujo de aire sea portátil, se prevé que esté configurado para sujetarse sobre el cuerpo del usuario, según un modo seleccionado entre bandolera, a modo de riñonera y mediante cintas de sujeción a la espalda.

Además, en una realización, se contempla la posibilidad de que el dispositivo generador de flujo de aire portátil esté integrado en el propio dispositivo de difusión del flujo de aire en su parte posterior.

En el caso en el que el generador de flujo sea una fuente de aire externo, se prevé que pueda ser una fuente fija, que se conecta al dispositivo de difusión del flujo de aire mediante un ducto.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Las gotas respiratorias y las partículas de aerosoles, cuando aparecen en los dibujos, están exageradas y sobrerrepresentadas para facilitar la compresión de la figura.

Figura 1.- Vista en planta del dispositivo corona de difusión de aire y el dispositivo generador portátil de aire impulsado con sus elementos de conexión y ductos de canalización.

Figura 2.- Vista en planta con el detalle de los elementos principales del dispositivo corona y el dispositivo generador.

Figuras 2a - 2c.- Vistas en planta y detalles de los elementos principales del dispositivo corona y el dispositivo generador.

Figuras 3a - 3d.- Vistas de alzado en 3D del dispositivo corona con sus conductos interiores y detalles de los distribuidores de entrada.

Figuras 4a - 4e.- Detalles de los plenums y las ranuras del dispositivo corona, el diseño de las bocas de salida y el volumen de control del chorro de difusión.

Figuras 5a - 5d.- Vistas de frente y posterior en 3D del dispositivo generador, y en planta con detalle de sus componentes principales.

Figura 6.- Vista de alzado en 3D del dispositivo generador con detalle del conector al ducto de canalización, y detalle de conexión a una fuente alternativa de aire.

Figura 7.- Detalle de las ranuras de difusión del dispositivo corona con ejemplo de valores cinemáticos y de potencia de ventilación del dispositivo generador.

Figura 8.- Detalle del sensor de C 02 del dispositivo generador y tabla con un ejemplo de tres niveles de potencia de impulsión de aire con relación a la calidad del aire (IDA).

Figura 9.- Vista inferior en 3D del dispositivo corona y el volumen de control de la difusión de aire con 3 caudales de aire.

Figuras 10a - 10c.- Diagramas de difusión y fuerzas implicadas en partículas con diámetro mayor de 20 pm con las líneas de corriente del flujo de aire del dispositivo corona, y cambios cinemáticos por la evaporación.

Figuras 11a -11c.- Diagramas de difusión y fuerzas implicadas en partículas de un aerosol con diámetro menor de 5 pm y mayor de 1 pm con las líneas de corriente del flujo de aire del dispositivo corona.

Figuras 12a - 12c.- Diagramas de difusión y fuerzas implicadas en partículas de menos de 1 pm de diámetro con comportamiento browniano en un aerosol fino en el flujo de aire del dispositivo corona.

Figura 13.- Diagrama de los valores cinemáticos del chorro de difusión del dispositivo corona con un ejemplo de baja potencia de ventilación y en función de la distancia.

Figura 14.- Diagrama de los valores cinemáticos del chorro de difusión del dispositivo corona con un ejemplo de media potencia de ventilación y en función de la distancia.

Figura 15.- Diagrama de los valores cinemáticos del chorro de difusión del dispositivo corona con un ejemplo de alta potencia de ventilación y en función de la distancia.

Figuras 16a - 16d.- Esquema de trayectorias de partículas según su tamaño, las fugas de aire de una mascarilla con la respiración y el habla, y la contaminación de sus capas.

Figura 17.- Vista de las fugas de aire de una mascarilla quirúrgica bien acoplada en las inhalaciones y exhalaciones de un usuario.

Figura 18.- Vista de las fugas de aire de una mascarilla quirúrgica mal acoplada en las inhalaciones y exhalaciones de un usuario.

Figuras 19a - 19c.- Vistas de alzado y perfil del dispositivo corona ajustado a la cabeza de un usuario y la barrera de difusión de aire que proyecta.

Figuras 20a - 20b.- Vistas de alzado en 3 D del dispositivo corona con diagrama de la zona de mezcla y arrastre en su volumen de control, la capa turbulenta y la barrera a la penetración de partículas.

Figura 21.- Vista de los flujos de mezcla y arrastre de aire entre un usuario del dispositivo y una persona portadora de una enfermedad contagiosa a través del aire.

Figura 22.- Vista de los flujos de mezcla y arrastre de aire entre dos usuarios del dispositivo y una de ellas portadora de una enfermedad contagiosa a través del aire.

Figura 23a - 23 b .- Vista de colgadura y transporte del dispositivo generador en modo bandolera, y vista de una posible integración de una visera corta de plástico transparente en la corona.

Figura 24.- Vista de colgadura y transporte del dispositivo generador en modo mochila, y purificación de aire con filtros HEPA por recirculación interna y toma exterior.

Figura 25.- Vista en planta de tres tallas del dispositivo corona.

Figura 26.- Ejemplo de uso del dispositivo por personas en una escena de transporte público.

Figura 27.- Ejemplo de uso del dispositivo de una dependienta de un comercio atendiendo a un cliente con una mascarilla mal ajustada.

Figura 28.- Ejemplo de uso del dispositivo por personas sentadas en un encuentro cultural con una de ellas portadora de una enfermedad contagiosa a través del aire.

Figura 29.- Ejemplo de uso del dispositivo de una persona que atiende a la caja en un supermercado con un cliente con una mascarilla bien ajustada.

Figuras 30a - 30b.- Ejemplos de uso del dispositivo por un grupo en un restaurante y en una cena familiar entre no convivientes.

Figura 31.- Ejemplo de uso del dispositivo por pasajeros de un vagón de tren de largo recorrido y la renovación de aire por la contribución colectiva de su purificación con filtros HEPA de los dispositivos de los usuarios.

Figura 32.- Ejemplo de uso del dispositivo por alumnos de un colegio o de la universidad.

A continuación se proporciona una lista de los distintos elementos representados en las figuras que integran la invención:

101 Dispositivo de corona aéreo

102 Corona de conductos y ranuras difusoras de aire

103 Superficie de separación de la corona

104 Almohadilla de contacto con la piel del usuario

105 Cintas para la abrochadura del dispositivo de confinamiento aéreo

106 Ducto de flujo de aire purificado con filtro HEPA

107 Conector de bifurcación de flujo de aire

108 Lengüeta de sujeción derecha del conector bifurcado

109 Lengüeta de sujeción izquierda del conector bifurcado

110 Conector principal del ducto

111 Tope derecho del conector principal

112 Tope izquierdo del conector principal

113 Conector secundario del ducto

114 Tope derecho del conector secundario

115 Tope izquierdo del conector secundario

120 Conductos de flujo de aire integrados en el dispositivo corona

125 Visera corta de plástico transparente acoplable al dispositivo corona

126 Botón de cierre a presión

151 Distancia de los distribuidores de flujo sin deformación elástica

152 Distancia de los distribuidores de flujo tras una histéresis elástica

171 Paredes convergentes de la boca del difusor

172 Boca de descarga de ranuras internas

173 Boca de descarga de ranuras externas

174 Ancho de ranura

Altura del biselado de la ranura

Ángulo del difusor

Dispositivo de confinamiento de talla 1

Dispositivo de confinamiento de talla 2

Dispositivo de confinamiento de talla 3

Dispositivo de ventilación

Carcasa del dispositivo ventilador

Anilla para cinta de sujeción

Lengüeta de sujeción derecha del dispositivo

Lengüeta de sujeción izquierda del dispositivo

Botón de arranque y parada del sistema

Botón de monitorización de C02 y graduador de la potencia de ventilación LED de estado encendido/apagado del sistema

LED multicolor del estado de la batería

LED bicolor rojo-verde para el nivel 1 de potencia de ventilación

LED bicolor rojo-verde para el nivel 2 de potencia de ventilación

LED bicolor rojo-verde para el nivel 3 de potencia de ventilación Conector Micro-USB

Cámara de aspiración de aire

Boca de toma de aire para el conector principal del ducto

Rejilla para la admisión de aire

Adaptador de toma de aire para el conector principal del ducto Turbomáquina de ventilador axial derecho

Estator

Motor de la turbomáquina

Elemento de sujeción

Álabe guía fijo al estator derecho

Eje del motor

Núcleo del rodete

Álabe helicoidal

Turbomáquina de ventilador axial izquierdo

Álabe guia fijo al estator izquierdo

Filtro HEPA - 99.5% partículas menor de 0,3 pm

Soporte del filtro HEPA

Tapa del soporte del filtro HEPA

Resistencia de calefacción del filtro HEPA

Ranura para el soporte del filtro HEPA

Cilindro de rejilla de circulación de aire para el sensor NDIR de C02 Emisor, diodo LED infrarrojo

Receptor, fototransistor para infrarrojos

Filtro óptico para gas C02

Placa de circuito impreso para el control y comunicación del sensor de C02, PCB Microcontrolador del PCB del sensor de C02

Pines de conexión del PCB del sensor de C02 (voltaje y serial UART) Batería recargable LiPo

Placa de circuito impreso: microcontrolador, UART, módulo de control de C02... Componentes electrónicos

0rificios de sujeción de la placa de circuito impreso

Cintas de hombro para la sujeción del dispositivo de ventilación

Correa e bandolera del dispositivo de ventilación

Ducto derecho del bifurcador de flujo

Distribuidor derecho de flujos de aire

Ranura del ducto derecho, en posición externa e inferior de la corona Ranura del ducto derecho, en posición externa y media de la corona Ranura del ducto derecho, en posición externa y superior de la corona Ranura del ducto derecho, en posición interna e inferior de la corona Ranura del ducto derecho, en posición interna y media de la corona Ranura del ducto derecho, en posición interna y superior de la corona Salida del distribuidor derecho hacia el conducto 331

Salida del distribuidor derecho hacia el conducto 332

Salida del distribuidor derecho hacia el conducto 333

Salida del distribuidor derecho hacia el conducto 334

Salida del distribuidor derecho hacia el conducto 335

Salida del distribuidor derecho hacia el conducto 336

Conducto de la ranura 311

Conducto de la ranura 312

Conductodelaranura313

Conducto de la ranura 314

Conducto de la ranura 315

Conducto de la ranura 316

Pared separadora del conducto 331

Pared separadora del conducto 332

Pared separadora del conducto 333

Pared separadora del conducto 334

Pared separadora del conducto 335

Pared separadora del conducto 336

Plenum de la ranura 311 en el propio conducto 331

Plenum de la ranura 312 al que aboca el conducto 332

Plenum de la ranura 313 al que aboca el conducto 333

Ramal derecho externo común a las ranuras 311,312 y 313 Ramal derecho interno común a las ranuras 314, 315 y 316 Ducto izquierdo del bifurcador de flujo

Distribuidor izquierdo de flujos de aire

Ranura del ducto izquierdo, en posición externa e inferior de la corona Ranura del ducto izquierdo, en posición externa y media de la corona Ranura del ducto izquierdo, en posición externa y superior de la corona Ranura del ducto izquierdo, en posición interna e inferior de la corona Ranura del ducto izquierdo, en posición interna y media de la corona Ranura del ducto izquierdo, en posición interna y superior de la corona Salida del distribuidor derecho hacia el conducto 431

Salida del distribuidor derecho hacia el conducto 432

Salida del distribuidor derecho hacia el conducto 433

Salida del distribuidor derecho hacia el conducto 434

Salida del distribuidor derecho hacia el conducto 435

Salida del distribuidor derecho hacia el conducto 436

Conducto de la ranura 411

Conducto de la ranura 412

Conducto de la ranura 413

Conducto de la ranura 414

Conducto de la ranura 415

Conducto de la ranura 416

Pared separadora del conducto 431

Pared separadora del conducto 432

Pared separadora del conducto 434

Pared separadora del conducto 435

Plenum de la ranura 413 en el propio conducto 433

Plenum de la ranura 414 en el propio conducto 434

Plenum de la ranura 415 al que aboca el conducto 435

Plenum de la ranura 416 al que aboca el conducto 436

Ramal izquierdo externo común a las ranuras 411, 412 y 413 Ramal izquierdo interno común a las ranuras 414, 415 y 416 Aspiración de aire del dispositivo de ventilación

Caudal de aire distribuido

Flujo de aire filtrado y purificado

Flujo regulado de aire filtrado y purificado

Chorro de aire de las ranuras internas

Chorro de aire de las ranuras externas

Recirculación de aire filtrado

Concentración inicial de la vena del chorro de aire

Líneas de corriente de dos difusores próximos con paredes convergentes Difusión de aire en forma de cortina

Sección de control

Aire interior al chorro de aire

Aire exterior al chorro de aire

Volumen de control

Cámara de respiración protegida

Mezcla y arrastre de aire interior con dirección al suelo

Mezcla y arrastre de aire exterior con dirección al suelo

Líneas de corriente en el estator

Líneas de corriente en el ducto principal

Desviación de la partícula balística de la zona de peligro

Dispersión no estocástica de las partículas brownianas del aerosol fino 525 Rechazo de partículas de un aerosol fino con dilución ambiental

553 Líneas de corriente

554 Dirección preferente de la presión dinámica en las colisiones de moléculas del aire 555 Movimiento de la partícula browniana con las colisiones de las moléculas del aire 561 Torbellinos y flujo turbulento

562 Corriente térmica ascendente

563 Turbulencias por el movimiento de persona

564 Dispersión de bioaerosol con el movimiento del aire

565 Superposición de líneas de corriente

566 Circulación ascendente de aire

571 Muro de cortina de aire purificado con filtro HEPA para gotículas, núcleos de gota y aerosoles

600 Núcleo de gotita menor de 1 pm de diámetro afecta a fuerzas estocásticas de Langevin 601 Gotita menor de 5 pm de diámetro con predominio de fuerzas viscosas de Stokes 602 Gota mayor de 20 pm de diámetro con predominio de fuerza ¡nercial de peso y momento 603 Inhalación nasal

604 Impactación de gotitas respiratorias en la conjuntiva y mucosas de los ojos

610 Evaporación de gota en condiciones de humedad relativa no saturada

620 Descarga de aire con partículas, gotículas y aerosoles con dirección al suelo

621 Aire filtrado a través del tejido de una mascarilla en la inhlación y la exhalación

622 Aire con aerosol arrastrado por la exhalación, el habla, etc.

623 Aire con aerosol arrastrado por la inhalación

650 Mascarilla quirúrgica

651 Tejido y capas de mascarilla

652 Doble capa de mascarilla

653 Pliegues de la mascarilla

654 Cámara de respiración de la mascarilla

655 Mascarilla mal ajustada

656 Deformación de la mascarilla por depresión en la cámara de respiración

660 Tejido de mascarilla con partículas infectivas atrapadas

661 Flujo de aire exhalado a través de la mascarilla

662 Flujo de aire inhalado a través de la mascarilla

701 Usuario del dispositivo

702 Usuario del dispositivo expulsando gotas, gotículas y aerosoles con carga infectiva 705 Persona portador contagioso de enfermedad por vía aérea sin protección

710 Persona con mascarilla quirúrgica liberando aerosoles con carga infectiva

711 Persona con mascarilla mal ajustada expulsando gotículas y aerosoles infectivos 720 Sistema de ventilación del recinto

910 Conducto de distribución de aire

911 Regulador de caudal

912 Ducto de flujo de aire de longitud adaptada

913 Adaptador de toma de aire distribuido para el conector principal del ducto

914 Lengüeta derecha del adaptador

915 Lengüeta izquierda del adaptador

940 Filtro HEPA del adaptador de toma de aire distribuido

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

A continuación se describen posibles realizaciones de un dispositivo de confinamiento aéreo portátil para la profilaxis de la transmisión por inhalación de agentes patógenos por gotas respiratorias y bioaerosoles, que ofrece varias ventajas sobre las mascarillas prescritas (quirúrgicas e higiénicas), así como de otros modelos de tela lavables con igual homologación.

El dispositivo de confinamiento aéreo portátil está compuesto por dos dispositivos complementarios, uno para la generación portátil de aire impulsado con al menos un ventilador, que se nombra como dispositivo generador; y otro para la formación de una cortina o barrera de aire por medio de unos difusores lineales que se sitúan en una estructura que se ajusta a la cabeza de un usuario a la altura de la frente, que se nombra como dispositivo corona.

El dispositivo generador, dentro de su carcasa ortoédrica comprende a su vez al menos una turbomáquina de ventilador axial con sus elementos mecánicos, eje, rodete, álabes y la carcasa del estator; al menos un motor eléctrico; una placa de circuito impreso o PCB (Printed Circuit Boards) con una pluralidad de componentes electrónicos (microcontrolador, chip de comunicación serie, circuito del sensor de C 02, pulsadores, diodos LED, etcétera), así cómo de espacio para una batería recargable LiPo (polímero de iones de litio) como fuente de fuerza electromotriz; una rejilla para la aspiración del aire exterior; una ranura y bahía para introducir y alojar el soporte que asienta el marco de un filtro HEPA (High Efficiency Particulate Air) intercambiable, aguas arriba del ventilador, capaz de atrapar partículas de un tamaño a la escala de los virus, mediante la combinación de los mecanismos de impacto, intercepción y difusión entre sus fibras; una resistencia eléctrica conectada a la batería, dispuesta como un serpentín en la superficie que ocupa el filtro HEPA, capaz de calentarlo durante el tiempo y temperatura de inactivación de los virus mediante un ciclo de regeneración del filtro que se puede invocar desde los pulsadores del dispositivo y a voluntad del usuario; un marco con una resistencia en forma de serpentín pegado al marco del filtro HEPA; un cilindro de rejilla metálica que sobresale de la carcasa del dispositivo generador que deja pasar el aire exterior y que aloja el sensor NDIR (Non Dispersive Infrared Detector) para la medición del gas de C02 del ambiente; un adaptador de toma de aire para el conector del ducto; y dos anillas que permiten el enganche de dos accesorios opcionales para colgarlo al usuario: una correa de tipo bandolera o unas cintas de hombros a modo de mochila. El aire impulsado por el dispositivo generador canaliza el flujo a través de un ducto principal que a su vez se bifurca en otros dos para repartirlo entre las dos entradas de aire del dispositivo corona, flujo que finalmente sale por los difusores de las ranuras a una presión dinámica determinada.

El dispositivo corona, diseñado con la forma de una corona abierta, como una diadema, diseñado para asentarse en la cabeza de un usuario a la altura de su frente, sujetándose a ella mediante unas cintas con sus amarres correspondientes en la parte posterior que la ajustan a la altura del cogote, comprende en su interior una pluralidad de conductos que canalizan un determinado caudal de aire, convenientemente separados con plenums, o volumen de las cavidades por encima de las ranuras de salida, que remansan los flujos para hacer homogénea la presión estática en sus paredes. Como boca de salida, cada plenum dispone de un difusor lineal o ranura, cuyas paredes son convergentes con el fin de obtener un estrechamiento inicial de la vena del chorro de aire, con un ancho de ranura calculado con el caudal aferente para producir una determinada velocidad del aire con una presión dinámica inicial en la cabeza de la difusión (ecuación de Bernoulli). El dispositivo corona tiene dos entradas de aire impulsado proveniente del dispositivo generador y canalizado hasta ellas por dos ductos que se han bifurcado del ducto principal. Las entradas están situadas en la parte posterior en cada uno de los finales de la corona, como en los cabos o extremos finales de una diadema, y comprende un receptáculo que distribuye el caudal en 6 orificios de salida, denominado distribuidor, distinguiéndose el distribuidor derecho y, en el otro extremo, el distribuidor izquierdo. Cada uno de los orificios del distribuidor canaliza el flujo de aire a cada uno de los plenums de los conductos que a su vez tienen su propia ranura de salida o difusor lineal. Así pues, cada distribuidor canaliza el flujo a sus 6 difusores lineales, por lo que en la presente realización el dispositivo corona tiene 12 ranuras o bocas de salida. Esta división en 2 flujos, por la bifurcación del ducto, y en 6, por el distribuidor de cada una de las dos entradas, resuelve 12 plenums de remanso con 12 difusores lineales, que permite al dispositivo mantener una misma presión dinámica en las bocas de salida, con una misma velocidad inicial efectiva.

Para conseguir una determinada velocidad en la boca de salida de los difusores intervienen diversos factores con efecto cinemático (caudal, presión y velocidad) que se consideran: a) en el modelo constructivo y de diseño del dispositivo corona; b) en las especificaciones electromecánicas de los componentes del dispositivo generador; c) en la longitud y material de los ductos, así como en sus conectores; y d) en la pérdida de carga por la purificación del aire con filtros HEPA. Con relación a los factores cinemáticos de una realización, el motor que hace girar al rodete del ventilador se determina para desarrollar tres niveles de potencia que se convierten en tres velocidades de giro y por consiguiente tres caudales precisos de salida en los difusores del dispositivo corona. Estas velocidades de giro pueden ser intercambiadas a voluntad mediante un pulsador en el dispositivo generador o dejarse a la decisión de un algoritmo de monitorización de C02 que se ejecuta en el microncontrolador del dispositivo. El algoritmo cambia la velocidad de giro del ventilador según la correlación con tres ambientes de riesgo, presuntamente, con una mayor exposición a los aerosoles expirados de personas que puedan haber ocupado ese recinto con anterioridad y no se hayan dispersado, usando como marcador de probabilidad de contagio las ppm (partes por millón) del gas de C02 en el aire.

Una vez el usuario se cuelga el dispositivo generador y se ajusta el dispositivo corona a su cabeza, tal y como se describe en la presente invención, y tras pulsar el botón de funcionamiento, el peligro de contagio a través del aire por contacto directo o por ataque secundario queda dramáticamente disminuido en las condiciones de su uso. La elongación de los canales de difusión en la corona mantiene una distancia entre la cortina de aire purificado y la cara del usuario que impide una percepción molesta de aire en movimiento pero sí una sensación fresca de aire limpio.

En la Figura 1, según una realización preferente, se muestra una vista en planta de un dispositivo corona de difusión de aire 101 y un dispositivo generador de aire impulsado 201, conectados mediante el ducto de aire purificado 106 que a su vez bifurca el flujo con el bifurcador 107 en el ducto derecho 300 y en el ducto izquierdo 400. Básicamente esos son los elementos principales del nuevo dispositivo para la profilaxis de la transmisión por inhalación de agentes patógenos por gotas respiratorias y bioaerosoles. Se puede ver la estructura con forma de corona abierta 102, así como una superficie que sirve de separación de la corona con la cabeza del usuario 103, una zona con tejido almohadillado y suave apto para el contacto con la piel humana 104 y los distribuidores de flujo derecho 301 e izquierdo 401. A los distribuidores 301 y 401 están amarradas las cintas 105 de la abrochadura del dispositivo a la cabeza del usuario. El bifurcador 107 se conecta firmemente al ducto 106 a través de su conector principal 110 mediante las lengüetas de sujeción derecha 108 e izquierda 109 del bifurcador 107, las cuales se enganchan con los topes derecho 111 e izquierdo 112 del conector 110. En el otro extremo del ducto 106, su conector secundario 113 se conecta firmemente con el adaptador de toma de aire 218 del dispositivo generador 201 mediante las lengüetas de sujeción derecha 204 e izquierda 205 del adaptador 218, las cuales se enganchan con los topes derecho 114 e izquierdo 115 del conector 113. En la misma figura se puede ver la carcasa ortoédrica del dispositivo generador 202 y los interfaces con el usuario: el botón de arranque y parada 207; el botón de activación de la monitorización de C02 con cambio automático de la potencia de ventilación (baja, media o alta) o su desactivación y, con el mismo botón mediante un procedimiento de tiempos de pulsación, graduador manual de la potencia de ventilación 208; el indicador LED (diodo de emisión de luz) señaliza al dispositivo en funcionanmiento 209, el LED con diodo multicolor del estado de la batería 210, y los indicadores del nivel de potencia en funcionamiento: a baja potencia con el LED bicolor 211, a media potencia con el LED bicolor 212 y a alta potencia con el LED bicolor 213.

La figura 2a muestra con mayor nivel de detalle los elementos del dispositivo corona en una vista en planta, y algunos componentes internos del dispositivo generador. Se pueden ver las 12 ranuras de difusión de la corona, 6 por el distribuidor derecho 301 y las otras 6 por el distribuidor izquierdo 401. El flujo que llega al distribuidor derecho 301 por el ducto 300 se reparte en 2 ramales lineales con 3 ranuras por ramal: el ramal externo 381 (Figura 2c) con sus ranuras en la posición inferior 311, en la posición media 312, y en la posición superior 313; y el ramal interno 382 (Figura 2c) con sus ranuras en la posición inferior 314, en la posición media 315, y en la posición superior 316. De forma simétrica, el flujo que llega al distribuidor derecho 401 por el ducto 400 se reparte en 2 ramales lineales con 3 ranuras por ramal: el ramal externo 481 (Figura 2c) con sus ranuras en la posición inferior 411, en la posición media 412, y en la posición superior 413; y el ramal interno 482 (Figura 2c) con sus ranuras en la posición inferior 414, en la posición media 415, y en la posición superior 416. Cada una de las 12 ranuras de la corona es un conducto independiente y se pueden apreciar sus paredes de terminación, así, la pared 341 es la terminación de la ranura 311, la pared 342 de la ranura 312, y la pared 343 es la terminación común a las ranuras 313 y 413; la pared 344 es la terminación de la ranura 314, la pared 345 de la ranura 315, y la pared 346 es la terminación común a las ranuras 316 y 416; la pared 441 es la terminación de la ranura 411, y la pared 442 de la ranura 412; la pared 444 es la terminación de las ranura 414, y la pared 445 de la ranura 415.

En el dispositivo generador de la Figura 2a, en esta realización, se pueden ver sus componentes principales dentro de su carcasa 202. Dos turbomáquinas de ventilación axial iguales para un trabajo en paralelo, la situada en la posición derecha 220 y en la izquierda 230. Se detalla el ventilador derecho: motor eléctrico 222, eje del motor 223, núcleo del rodete 226, álabes helicoidales 227, carcasa del estator 221, álabes guía 224 fijos al estator 221 que mejora la carga de presión con menor turbulencia y disminuye el ruido, y elemento de sujeción 223. Así mismo se puede ver el filtro HEPA 240 aguas arriba de los ventiladores 220 y 230, detrás de la cámara de aspiración de aire 215, con una capacidad de filtración de partículas de menos de 0,3 pe del 99.5%. Se pueden ver las líneas de corriente de la aspiración de aire 501 por el dispositivo generador.

En la Figura 2a se puede ver que el dispositivo corona, opcionalmente, se puede conectar a una fuente de aire externo 504, distinto al dispositivo generador portátil 201, mientras cumpla los valores cinemáticos adecuados para ese caso de caudal, presión y de aire filtrado 503 hacia el dispositivo corona. Esta es una buena opción para puestos de trabajo que se realizan con poca movilidad. Por ejemplo la asistencia a la caja de un supermercado con un ducto especial 912 de mayor longitud (Figura 6). El conector secundario 113 se conecta firmemente con el adaptador 913 de una toma de aire de un conducto de distribución de aire 910, mediante las lengüetas de sujeción derecha 914 e izquierda 915 del adaptador 913, las cuales se enganchan bloqueando los topes derecho 114 e izquierdo 115 del conector 113.

En la Figura 2b se puede ver el detalle de una de las ranuras, con el mismo ancho (a) de salida, y una longitud (li) que varía ligeramente entre las ranuras para no hacer coincidir las paredes de separación, como se puede observar en las paredes 341 y 344, o también en 343 y 346. Las ranuras son la parte visible y externa de los difusores lineales (Figuras 4c, 4d y 4e) y según el modelo constructivo de la presente realización generan una difusión de aire a modo de cortina 512 que se va divergiendo a medida que se distancia el chorro de aire de la boca de salida como se verá en siguientes figuras.

Volviendo a la Figura 2c, se puede observar que la forma natural de la estructura de la corona tiene una ligera deformación convergente 151 que facilita una mejor sujeción en la cabeza del usuario con la histéresis elástica que se mantiene al separar los distribuidores 301 y 401 al ajustarse en la cabeza.

En la Figura 3a y 3c se puede ver el detalle de los distribuidores derecho 301 e izquierdo 401, y su situación en el dispositivo corona 101 con las vistas de alzado en 3D de la Figura 3b y de planta de la Figura 3d. Los distribuidores son la abocadura de entrada del flujo de aire purificado 503 que les llega por el ducto derecho 300 y el ducto izquierdo 400 y en sus plenums lo distribuyen hacia los conductos de salida. El distribuidor derecho 301 comprende 6 orificios rectangulares organizados en dos columnas: la columna externa con las salidas 321,322 y 323 del ramal externo 381 (Figura 2c), que desembocan respectivamente en los conductos 331,332 y 333 que canalizan el flujo hacia las ranuras en posición inferior 311, en posición media 312 y en posición alta 313; y la columna interna con las salidas 324, 325 y 326 del ramal interno 382 (Figura 2c), que desembocan respectivamente en los conductos 334, 335 y 336 que canalizan el flujo hacia las ranuras en posición inferior 314, en posición media 315 y en posición alta 316. De forma simétrica, el distribuidor derecho 401 comprende 6 orificios rectangulares organizados en dos columnas: la columna externa con las salidas 421, 422 y 423 del ramal externo 481 (Figura 2c), que desembocan respectivamente en los conductos 431, 432 y 433 que canalizan el flujo hacia las ranuras en posición inferior 411, en posición media 412 y en posición alta 413; y la columna interna con las salidas 424, 425 y 426 del ramal interno 482 (Figura 2c), que desembocan respectivamente en los conductos 434, 435 y 436 que canalizan el flujo hacia las ranuras en posición inferior 414, en posición media 415 y en posición alta 416.

En la Figura 3b se pueden apreciar las paredes de separación 341,342 y 343 de los conductos independientes del ramal derecho externo 381 (Figura 2c), y las paredes de separación 344, 345 y 346 de los conductos independientes del ramal derecho interno 382 (Figura 2c).

En la Figura 4a se pueden ver los plenums 351, 352 y 353 de los conductos 331, 332 y 333 respectivamente, con las paredes 341 y 342 (no se ve la pared del conducto 333) sin forma curva para forzar una mayor homogeneidad de la presión estática en los plenums, lo que facilita una salida de aire lo más uniforme posible a través de los difusores lineales de las ranuras 311, 312 y 313. De forma similar y simétrica, en la Figura 4b se pueden ver los plenums 454, 455, 456 y 453 de los conductos 434, 435, 436 y 433 (este último en la Figura 3c) respectivamente, con las paredes 444 y 445 (no se ve la pared del conducto 436) sin forma curva para forzar una mayor homogeneidad de la presión estática en los plenums, lo que facilita una salida de aire lo más uniforme posible a través de los difusores lineales de las ranuras 414, 415, 416 y 413.

Los plenums se corresponden con el volumen de las cavidades por encima de las ranuras de salida, que, en las ranuras de posición media y superior 312, 313, 315, 316, 412, 413, 415 y 416 disponen un ensanchamiento que remansa el flujo proveniente de los conductos generando una mayor homogeneidad de la salida del aire por los difusores lineales.

En la Figura 4c en un corte transversal del dispositivo corona 101 se pueden apreciar las dimensiones del difusor de la ranura: el ancho (a) de la boca de salida 174, el ángulo de inclinación de las paredes convergentes del difusor 176 y su altura (h) 175. Dependiendo de esas dimensiones, el comportamiento cinemático del chorro y el volumen de control de la difusión del aire cambian. Por ejemplo, para un mismo caudal y presión estática en los plenums, la variación de la anchura de las bocas de descarga de las ranuras internas 172 y de las externas 173, en la Figura 4d, determina una velocidad inicial de salida distinta y su correspondiente conversión en presión dinámica (ecuación de continuidad y conservación de Bernoulli); la modificación del ángulo de las paredes convergentes 171 del difusor tiene efectos a corta distancia de la boca de salida en la forma concentrada de la vena de aire 510, lo que tiene interés por la cercanía de su progreso en la zona de peligro a proteger (boca y nariz del usuario) con la barrera de aire en forma de cortina 512.

En la figura 4e se puede apreciar una aproximación a la sección de control 513 y líneas de corriente 511 de la difusión de aire progresando desde las bocas de salida 172 y 173 de los difusores paralelos con paredes convergentes. La sección de control que va divergiendo y disminuyendo su velocidad de flujo (Vf) en función de la distancia (h) a las bocas de salida 172 y 173, delimita una zona de aire interior 515 y una zona de aire exterior 516 con las que se producen intercambios de masa y energía en sus capas límite de contacto, ocasionando una gradiente de velocidad del aire de función radial (Vr) que conserva mayor presión dinámica en el eje axial del avance, produciendo las zonas 521 y 522 de mezcla y arrastre en la dirección del flujo, tanto del aire interior 515 como del exterior 516 respectivamente.

En la Figura 5a, en una vista posterior del dispositivo generador portátil, se puede ver la rejilla para la admisión de aire 217 hacia los ventiladores, la ranura 244 de entrada del soporte 241 del filtro HEPA 240, que se encaja con su tapa 242, así como la resistencia de calefacción en serpentín 243 en el soporte 241, con sus bornes eléctricos de contacto

). En las Figuras 5b, 5d y 5c se pueden apreciar: las anillas para los accesorios de sujeción 203; el conector Micro-USB (Bus Universal en Serie) 214 para la recarga de la batería 281 y la comunicación de datos por el microcontrolador a través del chip UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) 283 de la placa de circuito impreso 282 y orificios de amarre 284 al la carcasa 202; la boca de salida 216 de aire impulsado con su adaptador 216 para conectar firmemente el conector 113 del ducto 106 con la ayuda de las lengüetas de fijación 205 y 206; y el cilindro de rejilla metálica 250 para la circulación de aire y en el que se aloja en su interior el sensor NDIR para la medición del gas de C02 en el ambiente.

En particular, en la Figura 5c se puede apreciar una representación de las líneas de corriente 551 en el interior de la carcasa compartida del estator 221 por las dos turbomáquinas de ventiladores que trabajan en paralelo, la derecha 220 y la izquierda 230, que con el aprovechamiento de sus respectivos álabes guía 224 y 234 fijos al estator 221 generan menores turbulencias con la consiguiente mejora en la carga de presión y la eliminación de ruidos. Se puede apreciar la ganancia de presión dinámica con el estrechamiento de las lineas de corriente 552 en el ducto 106, con el gradiente de velocidad axial del flujo de aire filtrado y purificado 503 debido a la fricción de su capa límite con las paredes del ducto. Los ventiladores aspiran el aire 501 hacia la cámara de aspiración 215 a través de la rejilla 217 y lo fuerzan a pasar por el filtro HEPA 240 aguas arriba.

La Figura 6 ilustra la opción de la presente invención para conectar el dispositivo corona de protección personal a una fuente de caudal de aire filtrado y purificado 502, distinta al dispositivo generador portátil 201, a través de un conducto 910 de distribución. Con un ducto de mayor longitud 912, el usuario dispone de un radio de movimientos determinado. Debido a la alteración de la longitud del ducto, el diámetro de su sección y su material de fabricación con su propio coeficiente de fricción, es requisito, para mantener el mismo desempeño del dispositivo corona con semejanza cinemática, calibrar el caudal y la presión de salida del aire filtrado y purificado 504 con un regulador de caudal 911, a las características y dimensiones del ducto 912. Tras esa calibración y un adaptador 913, equivalente a un adaptador 218, con las lengüetas de sujeción 204 y 205, que fijan los topes 114 y 115 del conector 113, se puede conectar firmemente el ducto 912 para obtener el mismo desempeño del dispositivo corona sin utilizar el dispositivo generador portátil 201. El extremo opuesto del ducto 912, de forma similar al ducto 6 del dispositivo generador, se une al conector de bifurcación 107 con su conector 110 con las lengüetas de sujeción 108 y 109 de aquel y los topes 111 y 112 de este, y el flujo de aire repartido y filtrado 503 continua hacía el dispositivo corona.

En la Figura 7 se establecen dimensiones y magnitudes físicas de una posible realización de la presente invención, que dan como resultado una aproximación del desempeño cinemático del dispositivo corona, y que sirve como ejemplo de la capacidad y versatilidad de funcionamiento de la invención para conseguir su objetivo de barrera eficaz contra las transmisión de agentes patógenos por vía aérea en distintos ambientes de peligro.

En una posible realización, tal como se ve en la Figura 7, la suma de las longitudes de las ranuras 311, 312 y 313 del ramal externo 381 (le1), y de las ranuras 314, 315 y 316 del ramal interno 382 (li1) del distribuidor derecho 301, junto con las longitudes de las ranuras 411,412 y 413 del ramal externo 481 (le2), y de las ranuras 414, 415 y 416 del ramal interno 482 (li2) del distribuidor derecho 401, suman 88 cm. Para un ancho común (a) de 3 mm en todas las ranuras, el área resultante es 26.4 cm2. Con una formulación básica de cinemática y de conversión electromecánica es sencillo inferir que para una velocidad de salida de flujo de aire en la boca de salida de los difusores de las ranuras a, por ejemplo, 3.5 m/s (metros/segundo), se requiere un caudal de salida de 560 L/min con un flujo másico de aire 1.12 102 Kg/s, tomando la densidad del aire a 20°C. La energía por unidad de tiempo para conseguir esa cantidad de movimiento, estableciendo una eficiencia del sistema electromecánico del 30% con 0.15 W (vatios), un factor de corrección de la energía cinética de 1.1 y un holgado factor 2 para las pérdidas teórico por las canalizaciones (106, 300, 400), la bifurcación (107), los distribuidores (301, 401), los plenums de remanso (351, 352, 353...), y las conexiones (113, 110), requiere una potencia desplegada en torno a 0.5 W, accesible con motores y ventiladores axiales eficientes de pequeño tamaño, con álabes helicoidales en el núcleo del rodete, e inaudibles por debajo del umbral de percepción del sonido. Los valores cinemáticos resultantes en este contexto son: 16.5 Pa de presión estática a la salida de los álabes, 9 Pa de presión estática en los plenums y 7.5 Pa para la presión dinámica en la boca de salida de los difusores a una velocidad del aire de 3.5 m/s, que es una velocidad que se sitúa en el nivel alto de desempeño para el dispositivo corona.

En la Figura 8 se puede ver el cilindro de rejilla metálica 250 que permite el paso de aire en su interior, y en el que se aloja el sensor del gas C 02 del ambiente. El sensor utiliza la técnica espectofotométrica mediante el diodo emisor de infrarrojos 251 y el fototransistor de infrarrojos 252 cubierto con un filtro óptico 253 que deja pasar únicamente la banda de frecuencias del espectro de excitación de la molécula de C 02. Las variaciones de potencial eléctrico en el terminal colector del fototransistor son traducidas por los componentes electrónicos de su circuito impreso 254 y mediante un algoritmo en su microcontrolador 255 estima las ppm de gas en el aire del ambiente, con una resolución de 50 ppm y un rango entre 350 y 3000 ppm. Es sensible a la temperatura y la presión, y en un amplio número de situaciones puede ser de ayuda para correlacionar niveles de C02 en recintos cerrados, sin fumadores, y el mayor o menor riesgo de exposición a los aerosoles no dispersos y contagiosos provenientes de las exhalaciones de personas, que con anterioridad lo hayan ocupado o en un recinto compartido con personas con mala ventilación. La grafica muestra la correlación entre la probabilidad de riesgo de contagio (R) con el nivel de C02 en el ambiente, cortando 3 niveles de riesgo, a menos de 500 ppm, hasta 800 ppm, y por encima. El uso del nivel de C02 como marcador se incorpora, opcionalmente, en el dispositivo generador portátil 201.

La Tabla 1 de la Figura 8 muestra un ejemplo de realización para el desempeño del dispositivo generador, basado en 3 niveles de riesgo ambiental para el contagio (I, II y III) utilizando la clasificación IDA de calidad del aire interior de la norma UNE-EN 13779 por la acumulación de C 02 de fuente humana, tipificados con un caudal Q (L/min) de aire purificado con filtros HEPA 503, una presión dinámica Pd (Pa), la velocidad efectiva en la boca de salida de los difusores (Ve, m/s), y con una potencia consumida (P, W). Esos niveles se pueden conmutar a voluntad por el usuario con el botón 208 con pulsaciones cortas que va cambiando de forma circular entre los niveles I, II y III, cuyo valor fijado se identifica con el diodo LED bicolor iluminado con el color verde que corresponda, 211, 212 y 213 respectivamente. O mediante una pulsación larga conmutar entre la función manual de cambio de nivel o delegar el cambio al algoritmo del sensor de CO2, cuyo nivel seleccionado de forma automática se identifica por los mismos diodos LED bicolor ahora iluminados con el color rojo para diferenciar la función manual de la automática.

La Figura 9 muestra una vista inferior en 3D de la corona de conductos 102 con una representación del volumen de control en forma de cortina 517 que diverge a medida que se aleja de la salida, en la que se pueden apreciar las ranuras interiores de descarga 172 y las ranuras exteriores 173, por las que sale el chorro de aire, previamente aspirado 501, a una velocidad inicial (Ve) en la boca de salida dependiendo del nivel de potencia seleccionado en el dispositivo generador 201, y que va disminuyendo en función de la distancia D a la boca de salida. En la presente realización se utilizan con los caudales filtrados Q1, Q2 y Q3 que son respectivamente de 280 L/min a 1.8 m/s, 400 L/min a 2.5 m/s, y 560 L/min a 3.5 m/s. Se pueden apreciar los distribuidores 301 y 401, sus ductos eferente 300 y 400, el bifurcador 107, y el conector 110 del ducto principal 106 que canaliza el aire filtrado 503, así como las cintas de abrochadura 105.

Las Figuras 10a, 10b y 10c, muestran el comportamiento de partículas o gotas respiratorias con tamaños superiores a un diámetro de 20 pm, con la suficiente masa como para que las fuerzas inerciales debidas al peso y al momento predominen sobre las fuerzas viscosas de rozamiento del aire, a las velocidades del contexto que se trata. En la Figura 10a se puede ver la proyección de los chorros de aire superpuestos que salen de la boca de descarga interna 172 y externa 173 de la corona de conductos 102, que corresponden a la ranura de difusión 416 y 413 respectivamente. La difusión forma una cortina de aire 512 con líneas de corriente que van divergiendo a medida que aumenta la distancia (h) a la boca de salida. La velocidad axial del flujo (Vf) decrece con la distancia (h) a la boca de salida. La difusión crea un gradiente de velocidad (Vx) entre las capas de flujo que se desaceleran por el intercambio de masa y energía en torbellinos 561 con el aire limítrofe 515 y 516, y la máxima velocidad en el eje de avance (Vf). Este gradiente de velocidad se aplana con la distancia a la boca de salida, y participa en la creación de zonas de mezcla y arrastre en los extremos del chorro, 521 con el aire interior y 522 con el aire exterior. A medida que el gradiente de velocidad va disminuyendo con la distancia, las zonas se van ensanchando y confundiendo, desapareciendo la función de cortina de aire.

En la Figura 10b se puede ver que la velocidad terminal (Vt = (d2/18)/pH2o - ^Paire), donde d es el diámetro de la partícula, y pH²o y ^Paire son las densidades del agua y el aire a una temperatura determinada) para una gota respiratoria con un diámetro de 50 pm, con la igualación de las fuerza de arrastre del aire (Fd) y de flotabilidad (Ff) de la partícula, con la fuerza de gravedad (Fg) debida al peso, con aire en calma, es de 0.075 m/s, con un tiempo de sedimentación de 27 segundos para una caída desde 2 metros de altura. Tiempo corto pero suficiente para un contagio directo. Con la partícula impulsada por el habla, con impulso horizontal, por ejemplo a 1 m/s, el tiempo de caída es algo mayor y no sobrepasa en ningún caso la distancia de seguridad establecida de 1.8 m. Pero, teniendo en cuenta la evaporación y desecación de las gotas respiratorias en núcleos de gota, el tiempo de permanencia en el aire puede ser mucho mayor. En la Figura 10b se puede ver cómo una gota de agua de 50 pm 602 en un ambiente con humedad relativa al 50%, se evapora 610 en 3 segundos hasta un diámetro menor a 0,5 pm 600. Los tiempos de sedimentación disminuyen con el tamaño, y los tiempos de evaporación lo hacen de forma inversa. Por lo tanto, el tamaño de la gota es esencial para distinguir entre una gota en el aire, que puede suspenderse en el aire e inhalarse, y una gota balística que cae y que se encuentra con el suelo o las superficies en segundos. Una gota de 50 pm permanecerá en el aire durante al menos 3 minutos, en cambio esa partícula de 50 pm sin evaporación cae a los 27 segundos desde 2 metros.

En los esquemas de la Figura 10c se puede ver una descomposición vectorial de fuerzas de una partícula mayor de 20 pm 602, avanzando en dirección horizontal (Fx) con velocidad (Vp), con desaceleración por la fuerza de rozamiento del aire (Fd) y cayendo por la fuerza gravitacional (Fg) debida a su masa. A esas fuerzas inerciales (Fi) de impulso y caída se añaden las fuerzas de arrastre (Fd) del flujo de aire descendente de la barrera, representado con las líneas de corriente 553. Con estas gotas respiratorias, su mayor o menor confinamiento y arrastre en las líneas de corriente del flujo de la barrera depende de su tamaño, con un balance a favor de las fuerzas inerciales (Fi) respecto de las fuerzas de arrastre (Fi > Fd). La nueva dirección y velocidad de la partícula depende de su tamaño. La fuerza de arrastre del flujo es mayor a menor distancia de las bocas de salida 172 y 173, con una mayor presión dinámica cerca de las zona de peligro de respiración del usuario, con velocidades iniciales de difusión de 1.8 m/s, 2.5 m/s y 3.5 m/s (Ve1, Ve2, Ve3) según el nivel de potencia de ventilación, y cuya velocidad de flujo (Vf) va disminuyendo en función de la distancia (h). Se puede calcular esta variación (Vf) con una ecuación en función de la velocidad inicial (Ve), el área de salida (A), la distancia (h) y una constante (C) para este tipo de difusores, indicada en la Figura 10c. El resultado de esa composición de fuerzas produce una dispersión que se sitúa entre el arrastre 522 de la partícula 602 hacia la zona de descarga 620 con dirección al suelo, o la desviación 523 con la impactación de la partícula fuera de la zona de peligro.

Como se ha visto en la Figura 10b, la evaporación de las gotas respiratorias en su avance es un fenómeno que afecta directamente a sus características cinemáticas. En la Figura 10c se puede apreciar el efecto de evaporación 610 que produce la presión dinámica del flujo de aire del dispositivo corona sobre una gota respiratoria, cuya rápida retracción de volumen ocasiona una disminución de su tamaño y masa hasta el punto de cambiar su comportamiento de partícula balística influido por fuerzas inerciales de movimiento a otro en el que predomina la fuerza de arrastre debida al rozamiento del aire (Fd > Fi) en un régimen laminar que responde a la Ley de Stokes (Fd = 6uF|Vd), a tamaños de partícula (d), velocidad (V) y coeficiente de viscosidad del aire (F|), con números de Reynolds < 1, quedando atrapada la partícula en las líneas de corriente del flujo 553 en la zona de mezcla y arrastre 522. La fracción de gotículas respiratorias que sufrirán este proceso al entrar en contacto con la barrera de aire del dispositivo corona es significativo y dependiente del tamaño inicial de la gota.

Las Figuras 11a, 11b y 11c, muestran el comportamiento de partículas o gotas respiratorias con tamaños menores a 5 pm y mayores de 1 pm, sin la masa suficiente para que las fuerzas inerciales (Fi), debidas al peso y al movimiento, predominen sobre las fuerzas viscosas de rozamiento del aire, y cuya velocidad y dirección están fuertemente influidos por el albur de las líneas de corriente de aire en el ambiente. Esta fracción de partículas es un constituyente importante de los bioaerosoles cuando el agente patógeno que se transmite a través de ellos tiene la resiliencia para mantenerse viable y contagioso. Al igual que en la Figura 10a, en la Figura 11a se puede ver la proyección de los chorros de aire superpuestos que salen de la boca de descarga interna 172 y externa 173 de la corona de conductos 102, que corresponden a la ranura de difusión 416 y 413 respectivamente. La difusión forma una cortina de aire 512 con líneas de corriente que van divergiendo a medida que aumenta la distancia (h) a la boca de salida. La velocidad axial del flujo (Vf) decrece con la distancia (h) a la boca de salida. La difusión crea un gradiente de velocidad (Vx) entre las capas de flujo que se desaceleran por el intercambio de masa y energía en torbellinos 561 con el aire limítrofe 515 y 516, y la máxima velocidad en el eje de avance (Vf). Este gradiente de velocidad se aplana con la distancia a la boca de salida, y participa en la creación de zonas de mezcla y arrastre en los extremos del chorro, 521 con el aire interior y 522 con el aire exterior. A medida que el gradiente de velocidad va disminuyendo con la distancia, las zonas se van ensanchando y confundiendo, desapareciendo la función de cortina de aire. El comportamiento de las gotas y partículas con tamaños menores a 20 pm y mayores de 5 pm, entre los descritos en las Figuras 10 y estas Figuras 11, son de transición y comparten ambos comportamientos de forma difusa.

En la Figura 11b se puede ver que la velocidad terminal (Vt) para una gotícula o partícula respiratoria con un diámetro de 5 pm es de 7.5 10"4 m/s, con un número de Reynolds « 1 en perfecto régimen laminar, con un tiempo de sedimentación de 67 minutos para una caída desde 2 metros de altura. Este es un tiempo de permanencia en el aire que, junto con otros factores que afectan a la cantidad del inóculo y su capacidad infectiva (dispersión y dilución), hace a un bioaerosol 564 sortear la distancia de seguridad de un portador contagioso.

Como se puede ver en la Figura 11c, la eficacia de la cortina de aire que se proyecta desde las bocas de descarga 172 y 173 para esta fracción de partículas 601, sometidas de forma principal a la fuerza arrastre (Fd) del aire y confinadas en las lineas de corriente 553, es notoria. La fuerza de empuje trasladada a la partícula por la fuerza de arrastre del aire (Fda = 6uF|Vd) supera a las fuerzas inerciales (Fi) debidas a su masa (Fda >> Fi), y por ello quedan suspendidas en el aire y movidas a velocidades (Va) de marea y convección en torno a 0,08 m/s con aire en calma, con una energía dinámica por unidad de masa (Eda) de Va2/2 J/Kg. Un bioaerosol que se va difundiendo y dispersando en el aire 564, con los valores indicados, al entrar en contacto con las capas externas de la barrera de aire del dispositivo corona 102, y tras un paso turbulento 561, termina superponiendo sus líneas de corriente 565 a las del flujo de la barrera 553, confinando a la partícula en líneas de corriente y arrastrándola en la zona de mezcla y arrastre 522 hacia la descarga con dirección al suelo. La energía dinámica por unidad de masa del flujo de la barrera (Edf = Vex2/2 J/kg) crece al cuadrado de la velocidad, por lo que a las velocidades iniciales de difusión (Ve!, Ve2 y Ve3), produce una presión dinámica con una fuerza de arrastre en el flujo (Fdf) que barre y dispersa las partículas de los bioaerosoles 564 de forma eficaz.

Las Figuras 12a, 12b y 12c, muestran el comportamiento de partículas y núcleos de gotas respiratorias con tamaño inferior a 1 pm, a partir del cual, a las fuerzas viscosas de Stokes, de carácter determinista, se añade un componente estocástico de impulsos sobre la partícula en cualquier dirección, debidos a las colisiones al azar de las moléculas del aire con transferencia de cantidad de movimiento, que le confieren, a esos tamaños, un comportamiento browniano. Estas partículas constituyen los bioaerosoles finos infecciosos 564 cuando el agente patógeno que se transmite a través de ellos tiene la resiliencia para mantenerse viable y contagioso en esas condiciones, siendo un transporte biofísico relevante de las enfermedades con vía de transmisión por el aire.

A tamaños decrecientes, el movimiento confinado de la partícula en las líneas de corriente se debilita, no siendo la fuerza de arrastre un buen predictor determinista de la dirección del movimiento. La ecuación de Langevin (FL) incorpora a la fuerza de Stokes (6uF|dV) el término estocástico de las colisiones (e(t)) para seguir de forma probabilística la dirección de avance. En la Figura 12b se puede ver el movimiento azaroso 555 de la partícula browniana 600 debido a las colisiones con las moléculas del aire, que recorrerá una distancia cuadrática media en una dimensión linealmente con el tiempo t, <x2> = 2Dt, según la ecuación de Einstein-Stokes para el coeficiente de difusión de una partícula esférica D = KbT/6ur|d, que relaciona la constante de Boltzman Kb, la temperatura T y el coeficiente de fricción de Stokes con la viscosidad del fluido F| y su diámetro d. Esta ecuación gobierna la difusión de los aerosoles finos de partículas brownianas con carga infectiva, siendo un transporte efectivo de la transmisión por el aire.

En la Figura 12c se representa el movimiento y la dirección preferente de las moléculas del aire 554 impulsadas por la presión dinámica Pd-i, Pd2 y Pd3 del flujo emitido por los difusores de las ranuras internas 172 y externas 173 de la corona de conductos 102, con velocidades en la boca de salida Ve!, Ve2 y Ve3, respectivamente. La mayor densidad de colisiones de las moléculas del aire con la partícula browniana 600 en una dirección, transfiere cantidad de movimiento con los impactos generando fuerzas de impulso a la partícula preferentemente en la dirección mayoritaria, con sentido hacia abajo con dispersión no estocástica 524, fuera de la zona de peligro. Los caminos que puede tomar una partícula de estas características pueden ser diversos como se ve en la Figura, pero mayoritariamente en el sentido de la presión dinámica.

En la Figura 12a se puede ver el comportamiento diverso de este tipo de partículas con tamaños menores a 1 pm de un aerosol fino 564, que progresando suspendido en el ambiente 516 entra en contacto con las capas de aire que emiten los difusores del dispositivo corona 102, y que son: mezcla y arrastre 522, dispersión no estocástica 524, y rechazo con dilución ambiental del aerosol 525.

La Figura 13 muestra una aproximación de cómo diverge la cortina de aire de la corona de conductos de difusión 102, con un nivel de caudal de salida Q1 de 280 L/min. Se toma como referencia un medio circundante en recinto interior con aire en calma a menos de 0,1 m/s de velocidad (Va), y una energía dinámica por unidad de masa (Va2/2) de 5 103 J/Kg (Joules/Kg) en el ambiente, representado como (Eda) en la última columna de la Tabla 2. La Tabla 2 indica los valores de progreso de la difusión en función de la distancia a la boca de salida del chorro, y los sitúa en una figura humana de 1.75 m de altura superponiéndola a los valores. Se puede apreciar el estrechamiento inicial de la vena de aire debida a los difusores con paredes convergentes y su rápida divergencia a 20 o 30 cm de distancia, con un ángulo de 20° que va progresando y que es el esperable para este tipo de difusores. Los valores cinemáticos en la boca de salida son los indicados en la Tabla 1 de la Figura 8 para este nivel I. Existe una fórmula que, en función de la velocidad inicial de insuflación y el área de descarga de un difusor de estas características, permite calcular la velocidad axial de la difusión en función de la distancia D a la boca de salida (columna V, m/s). Con ese valor se pueden calcular la energía dinámica por unidad de masa del flujo en ese punto (columna Edf, J/Kg) y su presión dinámica (columna Pd, Pa). La energía por unidad de masa crece al cuadrado de la velocidad, por lo tanto, el valor que mejor refleja el nivel de barrera que se alcanza con este caudal Q1 es el factor del cuadrado de la razón de la energía dinámica por unidad de masa entre el flujo en cada punto y el aire circundante, columna (Edf/Eda)2, que es: 65 veces mayor a 20 cm de distancia, fuera de la zona de peligro, de 16 veces a 40 cm, y cuádruple a 70 cm. Estos excedentes energéticos, convertidos en fuerzas, son capaces de desviar la dirección de gotas respiratorias y de dispersar y diluir de forma eficiente a los bioaerosoles. En la Figura se puede apreciar la superposición de las líneas de corriente 565 al converger las capas internas con la difusión. Esta convergencia de las capas internas de la difusión produce la cámara de protección 520 con forma de cono invertido, con una ligera sobrepresión cuya fuente proviene del aire purificado y filtrado de los difusores y que aumenta su aislamiento aéreo. Esta cámara protegida se corresponde con la defensa de las zonas de peligro (boca y nariz) y es el objeto de la presente invención. En la Figura se indica una zona de mezcla y arrastre 522 del aire circundante, con torbellinos de aspiración y flujos turbulentos por las depresiones locales de las capas en movimiento y el aire circundante en calma, no se representan.

La Figura 14 es similar a la Figura 13 con la salvedad que los datos cinemáticos de la Tabla 3 cambian para un flujo de salida Q2 del dispositivo corona 101 de 400 L/min. Se puede observar un aumento del ángulo de divergencia de la difusión con una mayor zona de mezcla y arrastre 522. La barrera de protección es mayor con este nivel de caudal como se puede apreciar en la columna del factor de energías dinámicas, que en este caso es 74 veces mayor para el flujo descendente en relación al aire circundante a 20 cm, 19 veces mayor a 40 cm, y 6 veces mayor a 70 cm. Se indica igualmente, la cámara de protección 520, objeto de la presente invención.

La Figura 15 también similar a las Figuras 13 y 14, muestra los valores cinemáticos en la Tabla 4 para un flujo de salida Q3 del dispositivo corona 101 de 560 L/min. Con un incremento del ángulo de divergencia y de la zona mezcla y arrastre 522. La barrera de protección aumenta considerablemente con este nivel de caudal como se puede apreciar en la columna del factor de energías dinámicas, que en este caso es 146 veces mayor para el flujo descendente en relación al aire circundante a 20 cm, 36 veces mayor a 40 cm, y 12 veces mayor a 70 cm. Se indica igualmente, la cámara de protección 520, objeto de la presente invención.

En la Figura 16a se puede ver el inconveniente principal que rinde la eficacia de la mascarillas prescritas 650 cuando prevalece la transmisión por partículas infecciosas transportadas en los aerosoles de la respiración natural y el habla de un portador contagioso. El deficiente ajuste del tejido 651 de la mascarilla, con independencia de su número de capas 652, ocasiona pliegues 653 que impiden el sellado de la cámara de respiración 654. El tejido de la mascarilla que cubre la zona de respiración genera cierta resistencia al paso del aire 621 en la espiración, en particular con el habla (y más con su mayor volumen), que potenciado con la colmatación y el aumento de humedad del tejido con tiempos indebidos de uso, produce un gradiente de presión en la cámara de respiración 654 por la retención del aire con torbellinos y flujo turbulento 561. Este gradiente de presión acelera parcelas de aire desde una zona de mayor presión a otra de más baja presión en los pliegues 653, sin resistencia a la salida del aire. En la gráfica de presión (P), proyectada con las cotas de pliegues, boca y capas de la mascarilla, se representa el gradiente de presión positivo en la cámara de respiración 654 respecto del exterior durante el habla y la espiración, así como la nula presión manométrica en los pliegues, lo que produce fugas de aire con el aerosol fino exhalado 622 que arrastra partículas de tamaño menor a 5 pm 600 y 601. La velocidad de salida del aire al hablar es en torno a 1 m/s: en la gráfica de velocidad de flujo (Vf) se puede ver una representación de la rápida desaceleración en la capa interna de la mascarilla y la velocidad del flujo que se mantiene escapando por los pliegues.

Por otra parte, la presión diferencial que el usuario tiene que forzar para hacer pasar el aire del exterior a través de la mascarilla en sus inhalaciones debe ser menor a 60 Pa/cm2 en las mascarillas homologadas para asegurar la respirabilidad 621, en las quirúrgicas es inferior a 24 Pa/cm2 y en las higiénicas puede llegar hasta ese límite de 60 Pa/cm2. En la Figura 16d se puede ver que, al revés que en la espiración 661, en la inhalación 662 el diferencial de presión crea una depresión 656 en la cámara de respiración que facilita la entrada de aire sin resistencia a través de los pliegues 653 con riesgo de transportar aerosoles infectivos 623. En ocasiones la depresión en la cámara de respiración llega a manifestarse con la deformación de la mascarilla 656.

En la Figura 16b se puede ver una representación de cómo una mascarilla 650 va acumulando partículas atrapadas potencialmente infecciosas 660 en su tejido 651 por las inhalaciones 662 en un ambiente contaminado o por las exhalaciones 661 de un portador contagioso de una enfermedad respiratoria. En las mascarillas de doble capa 652, la pervivencia del virus SARS-CoV-2 se ha demostrado de 7 días en la capa exterior y de 4 en la capa interna, lo que es una fuente posible de autocontagio.

La Figura 16c muestra un esquema del distinto comportamiento cinemático de las partículas dependiendo de su tamaño. No siendo una clasificación de corte estricto, hay consenso en la comunidad científica en situar a las partículas y gotas respiratorias de un tamaño mayor a 20 pm 602 con la suficiente masa para que, a las velocidades del aire de la respiración humana, las fuerzas gravitacionales y de inercia prevalezcan sobre las viscosas de rozamiento con el aire, y su comportamiento sea balístico o clásico, esto es, sean menos sensibles a las lineas de corriente 553 de un flujo. A las pequeñas gotas y núcleos de gota con un tamaño menor a 5 pm y mayor de 1 |jm 601, las fuerza de arrastre debida a la viscosidad del aire prevalece sobre las inerciales de masa siguiendo la Ley de Stokes, y por ello son una fracción significativa en los bioaerosoles que las transportan. En la biofísica de partículas el número de Reynolds (Re) relaciona la masa y la velocidad de una partícula en un fluido para caracterizar su comportamiento bajo un régimen laminar o turbulento. A los tamaños y velocidades de las partículas respiratorias de menos de 5 pm, con R e«1, el régimen es laminar y la fuerza de arrastre de las líneas de corriente del flujo determinan su movimiento. En el esquema se puede ver que una partícula con una diámetro mayor a 20 pm 602 con una velocidad (V) sobre una linea de corriente 553 se separará de la linea de corriente si esta cambia de dirección, y tenderá a mantener la dirección de su fuerza inercial de movimiento (Fi1) a una velocidad (v1), prevaleciendo sobre la fuerza de arrastre del flujo (Fd1). En el mismo esquema se puede ver una partícula con un diámetro de 5 pm 601 a una velocidad (V) que se mueve con la misma dirección de giro de la linea de corriente 553 sin desviarse a una velocidad (v2), prevaleciendo la fuerza de arrastre del flujo (Fd2) sobre la fuerza inercial de masa (Fi2). Se ve un detalle del confinamiento de esta partícula en las líneas de corriente. En la Tabla 5 se puede ver el número de Reynolds (Re) para distintos tamaños de partícula (d, pm) para una velocidad de 1 m/s, que es una velocidad en el contexto del habla humana. A partir de un tamaño de 5pm (Re=0.329) o menor, el régimen es claramente laminar. Con estos principios se explica cómo las partículas exhaladas de más de 20 pm 602 acaban impactadas de forma balística en la mascarilla 660 sin girar junto con el aire que se fuga por los pliegues 653 en dirección opuesta a la exhalación, y que sí lo hacen las partículas menores a 5 pm 601 que se mueven confinadas en las lineas de corriente sin desviarse debido a las significativas fuerzas de rozamiento del aire a esos tamaños.

El predominio de las fuerzas de arrastre en las partículas de un bioaerosol supone la mayor debilidad en la eficacia de las mascarillas prescritas para enfermedades que se transmiten por el aire, y en cambio, es el fundamento de la mayor eficacia de la presente invención que explota esa debilidad biofísica de arrastre del agente patógeno que utiliza esa vía de transmisión de forma preferente, que a su vez, es el mismo principio en la eficacia de una buena ventilación y corrientes de aire en interiores para dispersar, diluir y retirar los aerosoles infecciosos.

En la Figura 17 se pueden ver los lugares por donde se producen las fugas de aire no filtrado en los pliegues 653, y el desajuste con el relieve de la cara, de los bioaerosoles 622 con partículas potencialmente peligrosas para el contagio, en una mascarilla quirúrgica bien acoplada 650 según las especificaciones de buen uso; así como de las entradas de aire de aerosoles no filtrados 623 en una mascarilla bien acoplada 650, por los mismos motivos y lugares. La transmisión a corta y larga distancia entre portador contagioso y receptor vulnerable se efectúa, en esta Figura, a través del aire con partículas de aerosol de hasta 5 pm 601 y con el constituyente fino de partículas de un tamaño menor a 1 pm 600. La viabilidad del virus SARS-CoV-2 en aerosoles ha sido demostrada en condiciones de laboratorio [16] y recientemente en condiciones reales de exhalaciones de pacientes a larga distancia [22], lo que anticipa un presumible cambio en la clasificación de la enfermedad de la COVID-19 a transmisible por el aire, con las significativas consecuencias en la modificación de las recomendaciones de prevención y un mayor énfasis en los sistemas de ventilación en los recintos cerrados y en el uso de innovadores dispositivos de protección personal basados en la ventilación portátil como la presente invención.

En la Figura 18 se pueden ver los mismos lugares que en la Figura 17 por donde se producen las fugas de aire no filtrado en los pliegues 653 y el desajuste con el relieve de la cara, de bioaerosoles con partículas potencialmente peligrosas para el contagio, menores de 5 pm 601 y menores a 1 pm 600, en una mascarilla quirúrgica mal acoplada 655 según las especificaciones de buen uso, dejando la espiración nasal sin la barrera protectora para gotas mayores a 20 pm 602; así como de las entradas de aire de aerosoles no filtrados 623 en una mascarilla mal acoplada 655, dejando la inspiración nasal sin barrera. El mal uso de la mascarilla tiene un nivel de extensión en la población no despreciable, y teniendo cuenta de por sí su debilidad en la transmisión aérea, en el caso de su incorrecta colocación su protección queda prácticamente anulada. La inadecuada colocación se origina por tres motivos: el descuido, la laxitud de las gomas de sujeción y por la voluntaria relajación de la barrera para mejorar la respirabilidad por vía nasal. La nariz es un buen filtro para las partículas de relativo tamaño, pero débil para las partículas de menos de 5 pm 601 que impactan en la zona nasofaríngea, e inoperante para las partículas de menos de 1 pm 600 que son directamente respirables por inhalación nasal 603 hasta las vías aéreas inferiores, en los pulmones, en donde se pueden depositar o volver a espirarse en flujos de salida. El contagio por aspersión de gotículas en contacto directo a través de su impactación en la conjuntiva y las mucosas de los ojos 604, ha sido propuesto por el experto en respiración Wang Guangfa de la Universidad de Beijing, miembro del panel nacional de expertos en neumonía, como la causa más probable de su contagio asistiendo a pacientes en la Clínica Fever de Wuhan en enero de 2020 [28].

La presente invención elimina la principal desventaja para prevenir la transmisión de las mascarillas prescritas ilustrada en las Figuras 17 y 18, desplegando el nuevo paradigma de barrera energizada a través de una cortina de aire según el modelo constructivo expuesto en la presente realización.

La Figura 19a muestra la manera de colocación del dispositivo corona 101 en la cabeza de un usuario ajustado a su frente. Las Figuras 19b y 19c son vistas de alzado y perfil respectivamente del dispositivo corona 101 una vez acoplado en la cabeza del usuario. Se puede ver la corona de conductos y ranuras 102 que genera una difusión de aire en forma de cortina 512 alrededor de la cabeza del usuario, con un flujo de aire filtrado y purificado 502. Se muestran algunos elementos del dispositivo corona 101: el distribuidor izquierdo 401 al que le llega el flujo de aire a través del ducto izquierdo 400, bifurcado del ducto principal 106 por el bifurcador de flujo 107 que, a su vez, está firmemente conectado al conector principal 110 mediante el mecanismo de presa de las lengüetas de fijación 109 con los topes de sujeción 115.

En la Figura 20a se pueden ver las bocas de descarga de las ranuras externas 173 insuflando su chorro de aire 506, y las bocas de descarga de las ranuras internas 172 insuflando su chorro de aire 505. Los chorros de aire filtrado y purificado 512, concentrados en la salida mediante los difusores lineales de paredes convergente según el modelo constructivo de la presente invención, se difunden y se superponen rápidamente generando una barrera de aire a una velocidad (v2) y presión dinámica (Pd2) que van disminuyendo a medida que progresa y diverge la difusión. La difusión crea un volumen de control 517 que establece intercambios de masa y energía con el aire exterior circundante 516, al que pueden llegar gotas respiratorias de un tamaño mayor a 20 pm y bioaerosoles arrastrados con gotículas y núcleos de gota. Las capas de aire del volumen de control 517 en contacto con el aire exterior en calma o de baja velocidad (v1) a una mínima presión dinámica (Pd1) genera torbellinos y flujos turbulentos 561 creando una zona de mezcla y arrastre 522 en la cortina de difusión que produce una descarga de aire 620 con dirección hacia el suelo. Las gotas con mayor masa e inercia que entran en contacto o penetran en el volumen de control son desviadas de la zona de peligro, aumentando su velocidad de evaporación y su sensibilidad a la fuerza de arrastre del chorro. Los aerosoles son dispersados y diluidos hacia el exterior fuera de la zona de peligro de forma eficiente, depositándose unas partículas en materiales sintéticos circundantes por atracción electrostática, otras recirculando movidas por las líneas de corrientes del aire del ambiente, y otras aspiradas y atrapadas por el filtro HEPA del dispositivo generador.

En la Figura 20b se simboliza la barrera de aire energizada con presión dinámica como un muro de cortina de aire purificado con filtro HEPA para gotículas, núcleos de gota y aerosoles, con una fuerza arrastre (Fd2) mucho mayor que las fuerzas inerciales de las partículas (Fd1), que las desvía, y que a los aerosoles los dispersa y diluye.

En la Figura 21 se representa a un usuario del dispositivo corona 101 con la corona de conductos y ranuras de difusión 102 ajustada a su cabeza, que no es portador de enfermedad contagiosa por el aire 701, en contacto cercano con una persona portador contagioso de una enfermedad por vía aérea sin mascarilla 705. Se puede ver que la persona contagiosa expulsa gotas respiratorias de tamaño superior a 20 pm 602 en rápida caída que llegarán o no al suelo, antes de evaporarse y convertirse en núcleos de gota y reflotar, dependiendo del tamaño de la gota y la humedad relativa del ambiente. En sus exhalaciones se liberan bioaerosoles de partículas de menos de 5 pm 601 y bioaersoles finos con partículas de menos de 1 pm 602 que habitualmente están a una temperatura mayor que la del ambiente, por lo que la convección de la corriente térmica ascendente 562 tenderá a impulsarlos hacia arriba y mantener su flotación aumentando su alcance. La zona de respiración (boca y nariz) del usuario del dispositivo corona 101 está protegida con su barrera de aire, creando torbellinos de aspiración 561 en la zona de mezcla y arrastre 522 con el aire exterior 516, desviando, dispersando y diluyendo partículas y aerosoles en una descarga con dirección al suelo 620. Se puede también ver, la zona de mezcla y arrastre 521 del aire interior 515 que barre en la misma dirección y es una defensa adicional de la zona de peligro.

En la Figura 22 se representa a dos usuarios del dispositivo corona 101 con la corona de conductos y ranuras de difusión 102 ajustados a sus cabezas. Uno de ellos que no es portador de enfermedad contagiosa por el aire 701 se halla en contacto cercano con el otro que sí lo es 702. Se puede ver que la persona contagiosa expulsa gotas respiratorias de tamaño superior a 20 pm 602, así como la liberación de bioaerosoles de partículas de menos de 5 pm 601 y bioaersoles finos con partículas de menos de 1 pm 602, en sus exhalaciones. Todas esas emisiones quedan interceptadas por la barrera de aire del dispositivo corona 101, transfiriéndose cantidad de movimiento a las partículas y aerosoles con las colisiones de las moléculas del aire por la presión dinámica. El resultado es la desviación de las gotas con dirección de caída al suelo y la dispersión y dilución de los aerosoles hacia el suelo, depositándose una fracción de sus partículas en materiales sintéticos circundantes por atracción electrostática, otra pasando a recircular de forma ascendente 566 movidas por las líneas de corrientes del aire del ambiente, y otras aspiradas y atrapadas por el filtro HEPA del dispositivo generador de cualquiera de los dos usuarios.

El nivel de protección colectiva que dos o más usuarios del dispositivo corona 101 se ofrecen es doble ya que, por un lado, las gotas respiratorias y los aerosoles para alcanzar la zona de peligro de uno de ellos debe atravesar dos barreras de desviación, dispersión y dilución, y por otra, los dispositivos generadores de cada uno de ellos trabajan purificando el aire del ambiente eliminando los aerosoles infectivos con el filtro HEPA, renovándolo sin intercambios de masa con el exterior.

La Figura 23a es una representación del modo de transporte del dispositivo generador portátil 201 con su accesorio de correa bandolera 292. Se puede ver el muro de cortina de aire purificado 571 que se proyecta desde el dispositivo corona 101 alrededor del usuario, las zonas de mezcla y arrastre 522, la aspiración de aire del exterior 501 y la recirculación de aire interior ya filtrado 507. La fracción de aire recirculado alarga la vida del filtro HEPA. La fracción de aire del exterior filtrado por los tres niveles de funcionamiento con tasas de caudales Q1 a 280 L/min, Q2 a 400 L/min y Q3 a 560 L/min, contribuyen a retirar aerosoles infectivos de los recintos interiores compartidos, purificando el aire del ambiente con el filtro HEPA y renovándolo sin intercambios de masa con el exterior.

En la Figura 23b se muestra una posible realización la integración de una visera corta de plástico transparente 125 acoplable a la corona de conductos 102 mediante botones de cierre a presión 126 que permite montarlo y desmontarlo. Las ranuras de difusión lineal de la corona de conductos crean en la cámara de respiración 520 una presión positiva mediante su flujo de aire filtrado 503 que impide la entrada de aerosoles potencialmente infecciosos del exterior , y que se suma a la propia protección de la cortina de aire 512 del dispositivo 102..

La Figura 24a es una representación del modo de transporte del dispositivo generador portátil 201 con su accesorio de cintas de hombros 291, portándolo a modo de mochila. Se puede ver el muro de cortina de aire purificado 571 que se proyecta desde el dispositivo corona 101 alrededor del usuario, las zonas de mezcla y arrastre 522, la aspiración de aire del exterior 501 y la recirculación de aire interior ya filtrado 507, así como las cintas de abrochadura 105 que ajustan y sujetan el dispositivo corona 101. La fracción de aire recirculado alarga la vida del filtro HEPA. La fracción de aire del exterior filtrado por los tres niveles de funcionamiento con tasas de caudales Q1 a 280 L/min, Q2 a 400 L/min y Q3 a 560 L/min, contribuyen a retirar aerosoles infectivos de los recintos interiores compartidos, purificando el aire del ambiente con el filtro HEPA y renovándolo sin intercambios de masa con el exterior.

En la Figura 24b se muestra una posible realización en la que el dispositivo generador de aire filtrado 201 está integrado en el dispositivo corona 101 en la parte posterior, mediante unos conductos de flujo de aire 120 fijos a la estructura de la corona de conductos 102.

En la Figura 25 se pueden ver tres tallas del dispositivo corona, 191, 192 y 193, que requerirá una configuración de potencia distinta del dispositivo generador 201 para mantener el desempeño de cada uno de ellos con semejanza cinemática.

En la Figura 26 se representa una escena en un medio de transporte publico, autobús, metro urbano, u otro medio, como ejemplo de utilización colectiva en un recinto especialmente peligroso para el contagio en situaciones epidémicas o pandémicas de enfermedades con vía de transmisión aérea. El habitáculo dispone de un sistema de ventilación con rejillas 720 que generan movimiento de aire y turbulencias locales 561. Todos los pasajeros llevan la protección del dispositivo corona 101 y el dispositivo generador portátil 201 (solo se logra ver en uno de ellos). Unos lo llevan colgado con la correa bandolera 292 y otros con las cintas de hombros a la espalda 291. Se muestra el muro de cortina de aire purificado 571 en todos ellos. Se supone que es un ambiente contaminado con agentes patógenos viables por gotas respiratorias 602 que mayoritariamente estarán sedimentadas en el suelo y las superficies con peligro de contagio por fómites; y por partículas aerosolizadas de pequeño tamaño 601 y tamaño fino 600, suspendidas y movidas por el aire de los propios pasajeros, y que suponen la fracción más peligrosa para el contagio. En esta situación, la labor colectiva de los difusores de cada usuario dispersando y diluyendo los aerosoles hacia abajo, protegiendo las zonas de peligro (boca y nariz), junto con la aspiración hacia arriba de los dispositivos generadores de aire purificado, retirando carga infectiva del ambiente, ocasionan una mayor prevención y protección personal que las mascarillas prescritas, cuyo uso en estos recintos cerrados con una potencial concentración de bioaerosoles la hace más vulnerable.

En la Figura 27 se representa una escena típica en un comercio con una asistente de ventas 107 utilizando el dispositivo corona 101 cobrando en la caja a una clienta que es portador contagioso 711 de una enfermedad de transmisión aérea preferente, con una mascarilla mal ajustada 655, por lo que a través de los pliegues y las fosas nasales emite gotas respiratorias de comportamiento balístico 602 que se depositan en las superficies, sedimentan en el suelo o se evaporan antes y se convierten en núcleos de gota que se mueven con el aire; partículas aerosolizadas 601 y aerosol fino 600, que flotan en el aire movidas por las lineas de corriente del flujo del aire. La asistente, se desempeña de manera natural y de forma cómoda, protegida con el muro de la cortina de aire filtrado 571 y el dispositivo generador 201 que porta con la correa bandolera 292. La zona de mezcla y arrastre de la campana de difusión del dispositivo corona 101 desvía, dispersa y diluye cualquier partícula o aerosol que se aproxime a la zona de peligro, boca y nariz. Con la recirculación de aire 507 y la aspiración de aire externo 501 hacia el filtro HEPA del dispositivo generador 201, que va retirando carga infectiva del ambiente del recinto, se impulsa la barrera de protección personal.

En la Figura 28 se representa una escena con cuatro espectadores en un espectáculo público. El recinto interior está ventilado 720 y se generan turbulencias 561 locales. Los cuatro espectadores portan en sus cabezas un dispositivo corona que proyecta el muro de cortina de aire filtrado 571 de los dispositivos generador que llevan colgado en sus espaldas con las cintas de hombros 291. En el espectador del extremo se pueden apreciar las cintas de abrochadura 106 y el ducto izquierdo, y en la espectadora el ducto principal de aire 106. Uno de los cuatro es un portador contagiador 702 y el resto no 701. Se puede ver cómo el espectador portador desvía, dispersa y diluye sus gotas respiratorias 602 y aerosoles 600 y 601 exhalados hacia el suelo, en la zona de descarga 602 desde las zonas de mezcla y arrastre 521. Las partículas de los aerosoles que no son atrapados por fuerzas electrostáticas en superficies sintéticas, vuelven a recircular con el movimiento del aire 566 y las corrientes térmicas ascendentes 561. Los espectadores no portadores están protegidos con las zonas de mezcla y arrastre 522 de sus muros de cortinas de aire 571.

En la Figura 29 se representa una escena dentro de un supermercado en la zona de cajas, con una asistente de ventas 701 usando la corona de conductos 102. Se puede ver el distribuidor derecho de aire filtrado 301, las cintas de abrochadura del dispositivo a la cabeza 105, el ducto derecho 300 del bifiucador 107, y el ducto principal 106 conectado al dispositivo portátil 201 (que no se ve, en la espalda de la cajera). Igualmente se puede apreciar la opción de usar una fuente distribuida de aire 910, como alternativa al dispositivo generador portátil 201, mediante un ducto largo 912 que se conectaría al conector bifurcador 107, a través de un adaptador de toma de aire 913 compatible con el conector secundario 113 del ducto 912. El aire de salida se filtra con el filtro HEPA 940; y para mantener el mismo desempeño en el dispositivo corona de difusión 102, las magnitudes cinemáticas del flujo están adecuadas a la longitud y características del ducto 912 mediante un regulador de caudal 911. La barrera de la cortina de difusión 571 confiere un confinamiento aéreo a la asistente 701 que le aísla de las gotas respiratorias 602 de los clientes que son desviadas en la zona de mezcla y descarga 522 de la campana de difusión, así como de las gotículas y núcleos de gota suspendidas en los aerosoles 601 y en los aerosoles finos 600 que emiten los propios clientes con mascarilla 710, que se mueven por el recinto 564 con las turbulencias 561 de los sistemas de ventilación del local 720, con el movimiento de los clientes 563, y con las flechas térmicas ascendente 562 que los propios clientes crean con su temperatura corporal. En un tipo de trabajo de horas con asistencia a clientes en contacto estrecho, el dispositivo corona 101 con su estructura de difusión 102 además de desplegar una profilaxis más eficaz que las mascarillas prescritas contra agentes patógenos de transmisión preferente a través y por el aire, ofrece al usuario una ergonomía, bienestar y respirabilidad mejorada, eliminando los posibles focos de autocontagio y de la potencial insalubridad de barreras con materiales sujetos a renovación y cuidado. La utilización de una fuente externa de aire filtrado 910 en puestos de trabajo de poca movilidad, como el de la Figura, con ductos de longitud adecuada 912 y caudal de aire adaptado, puede ser una buena solución en entornos industriales y comerciales.

En la Figura 30a se representa una escena típica de una reunión familiar o de amigos no convivientes para cenar. Se puede ver cómo los participantes llevan el dispositivo corona 101 ajustado a sus cabezas, y el dispositivo generador portátil 201 con el modo de sujeción con cintas de hombros 291, así como las barreras de protección 571 por la cortina de difusión. Se puede ver que el dispositivo se utiliza con la cara descubierta lo que permite la deglución y la bebida sin ningún impedimento, con total naturalidad, sin por ello disminuir la eficacia de las barreras de confinamiento aéreo que les protegen y aíslan de agentes patógenos transmitidos a través y por el aire, además de la mejora en la comunicación personal y de lenguaje facial entre ellos. Esto último es especialmente importante para personas con disfunciones en el oído o sordera que les obliga a la necesidad del apoyo del lenguaje facial para su comunicación. Por otra parte, los dispositivos generadores portátiles 201, con la purificación del aire con filtros HEPA, a, por ejemplo, un caudal de nivel medio de 400 L/min, como el de la presente realización, supondría de forma colaborativa con los cuatro participantes, una renovación del aire por filtración a una tasa de 96 m3/h. Suponiendo que la sala de reunión es de 20 m2 y 2.3 m de altura, con un volumen de 46 m3, la potencial eliminación de agentes patógenos rendiría con una renovación del aire por filtración a una tasa de 2.1 por hora. Lo cual añade a la protección individual otra colaborativa de grupo.

En la Figura 30b se representa una escena de un grupo de personas compartiendo la mesa de un restaurante. Con los mismos ingredientes y descripción de la Figura 30a anterior, se pueden ver las ventajas del dispositivo corona 101 que llevan los participantes, con sus respectivos dispositivos generador portátil 201 sujetos con la opción de cintas de hombros 291, y la barrera de difusión protectora 571.

En la Figura 31 se representa una escena de pasajeros en un coche de tren de largo recorrido, todos ellos con la protección del dispositivo corona 101 que les confiere un confinamiento aéreo, y con el dispositivo portátil generador 201 con cintas de hombros 291 colocado de frente y no en la espalda para una cómoda estancia. En este caso, se resalta como característica añadida a la protección individual la protección colaborativa debido a la renovación y purificación del aire por filtración con filtros HEPA que realizan todos los dispositivos generadores 201, contribuyendo a la retirada de potenciales aerosoles infectivos del ambiente cerrado del coche. Por ejemplo, en un coche de tren de 20 m de largo, con un volumen de 210 m3 y 40 plazas ocupadas, el uso de la presente invención por parte de todos los pasajeros con un nivel medio de potencia de ventilación a 400 L/min, daría como resultado un caudal de filtración y purificación de aire a una tasa de 960 m3/h a través de los dispositivos generadores 201. Esto añadiría a la barrera de protección personal una ventaja colaborativa entre los pasajeros, con una capacidad colectiva de purificación del aire del vagón, con filtros HEPA, a un ritmo de 4.6 veces por hora.

En la Figura 32 se representa una escena con alumnos de un colegio o universidad. Con los mismo ingredientes y ventajas que en las escenas anteriores, el dispositivo corona 101 utilizado por todos los alumnos crearía una barrera de protección por el confinamiento aéreo que produce en la respiración y habla de los estudiantes. Se pueden apreciar las cintas de hombros 291 que sujetan al dispositivo generador portátil en la espalda (en este caso en todos) o en el pecho. La distancia de seguridad se mantiene por el confinamiento y aislamiento aéreo, que es la vía más difícil de asegurar, reduciéndose la vía de contagios a través de los fómites en las superficies, vía más fácil de prevenir por actos voluntarios.

Claims (25)

REIVINDICACIONES

1. - Aparato de confinamiento aéreo portátil para la profilaxis de la transmisión por inhalación de agentes patógenos a través de gotas respiratorias y bioaerosoles, que comprende un generador de flujo de aire que se acopla a un dispositivo de difusión del flujo de aire para insuflar aire, caracterizado por que el dispositivo de difusión de flujo aire está configurado para ajustarse y fijarse alrededor de la cabeza de un usuario a la altura de la frente y comprende:

- una pluralidad de conductos de canalización del flujo de aire generado, cada uno de los cuales está dotado de

- una ranura de difusión lineal del flujo aire para generar una cortina de aire de bloqueo del paso de partículas, alrededor de la cabeza del usuario y dirigida hacia el suelo.

2. - Aparato, según la reivindicación 1, donde cada uno de los conductos comprende un plenum de homogeneización de las presiones del flujo de aire procedente del generador, que desembocan en la ranura.

3. - Aparato, según la reivindicación 1, donde el dispositivo de difusión de aire comprende una corona abierta, en al menos uno de cuyos extremos se aplica el flujo de aire generado a la pluralidad de conductos.

4. - Aparato, según la reivindicación 3, donde el flujo de aire generado se aplica, simultáneamente, en los dos extremos de la corona a la pluralidad de conductos.

5. - Aparato, según la reivindicación 4, donde cada uno de los extremos de la corona comprenden un distribuidor de aire de reparto del flujo de aire generado a los diferentes conductos.

6. - Aparato, según la reivindicación 5, donde los flujos de aire en ambas entradas de los distribuidores son iguales.

7. - Aparato, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la pluralidad de conductos, plenums y ranuras, están dispuestos en dos ramales; un ramal derecho y un ramal izquierdo.

8. - Aparato, según la reivindicación 7, donde los ramales derecho e izquierdo comprenden dos filas de conductos, plenums y ranuras; una que constituye un ramal externo y otra que constituye un ramal interno.

9. - Aparato, según la reivindicación 8, donde los conductos, plenums y ranuras de cada una de las filas, de los ramales externos y de los ramales internos están separados mediante paredes separadoras.

10. - Aparato, según la reivindicación 9, donde cada una de las filas de los ramales externos e internos comprenden tres conductos, plenums y ranuras, con una longitud sustancialmente igual a un tercio de la longitud de la fila de cada ramal externo e interno para mantener una misma presión dinámica en las ranuras de salida, con una misma velocidad inicial efectiva

11. - Aparato, según las reivindicaciones 9 o 10, donde las paredes separadoras de los ramales externos están, desfasadas en relación con las paredes separadoras de los ramales internos para evitar el solapado de flujos de aire.

12. - Aparato, según las reivindicaciones 6 y 9, donde los distribuidores de aire comprenden dos columnas con orificios: una columna interna y una columna externa, de modo que los orificios de la columna externa conectan con los conductos de los ramales externos y los orificios de las columnas internas conectan con los conductos de los ramales internos.

13. - Aparato, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde las ranuras están configuradas para dirigir la cortina de aire en sentido divergente y sus paredes son convergentes definiendo un estrechamiento de aceleración del flujo de aire de salida.

14. - Aparato, según la reivindicación 13, donde las ranuras comprenden una boca de salida de aire mayor de 3 mm, y sus paredes convergen formando un ángulo de inclinación respecto a la vertical de al menos 15°, con una altura mayor de 10 mm.

15. - Aparato, según la reivindicación 3, donde la corona comprende una elongación de separación de al menos 8 cm respecto de la frente del usuario, mediante una superficie de separación rígida y otra almohadillada apta para el contacto con la piel.

16. - Aparato, según la reivindicación 3, donde la corona integra una visera vertical que al menos cubre la zona de los ojos del usuario.

17. - Aparato, según la reivindicación 3, donde la corona está integrada en un dispositivo convencional de fijación a la cabeza de un usuario.

18. - Aparato, según la reivindicación 1, donde el generador de flujo de aire está seleccionado entre un generador portátil y un generador externo, configurados para generar un flujo de aire de presión, caudal y velocidad regulables.

19. - Aparato, según la reivindicación 18, donde el generador de flujo de aire está configurado para producir una velocidad del flujo de aire en las ranuras de salida de los difusores de al menos 0,7 m/s y como máximo 4 m/s.

20. - Aparato, según la reivindicación 18, donde el generador de flujo de aire comprende una entrada de aire con un filtro, configurado para atrapar partículas de un tamaño a la escala de los virus, para proporcionar un flujo de aire libre de dichas partículas.

21. - Aparato, según la reivindicación 20, donde la superficie del filtro comprende una resistencia de calentamiento para generar ciclos de regeneración del filtro.

22. - Aparato, según la reivindicación 21, donde el generador de flujo de aire comprende un sensor de C 02, para medida del estado del aire ambiental, a partir de la que regula la presión, caudal y velocidad de impulsión del flujo de aire.

23. - Aparato, según la reivindicación 18, donde el dispositivo generador de flujo de aire portátil está configurado para sujetarse sobre el cuerpo del usuario, según un modo seleccionado entre bandolera, a modo de riñonera y mediante cintas de sujeción a la espalda.

24. - Aparato, según la reivindicación 18, donde el dispositivo generador de flujo de aire portátil está integrado en el propio dispositivo de difusión del flujo de aire en su parte posterior.

25. - Aparato, según la reivindicación 18, donde el generador de flujo de aire externo es una fuente fija conectada al dispositivo de difusión del flujo de aire.