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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.3.2016.tde-20072016-145211
Document
Author
Full name
Rogério Vilain
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2015
Supervisor
Committee
Tribess, Arlindo (President)
Albuquerque Neto, Cyro
Ferreira, Maurício Silva
Leite, Brenda Chaves Coelho
Souza, Henor Artur de
Title in Portuguese
Análise experimental e numérica da concentração e dinâmica de partículas em sala cirúrgica e quarto de isolamento hospitalar.
Keywords in Portuguese
Contaminação
Controle de partículas aéreas
Hospitais
Modelo de Wells-Riley
Qualidade do ar
Sistemas de ventilação
Abstract in Portuguese
A presente pesquisa tem como objetivo avaliar a eficiência de diferentes sistemas de ventilação no controle da transmissão aérea de agentes infecciosos em sala cirúrgica e em quarto de isolamento hospitalar. Para isso, foram desenvolvidos estudos experimentais e numéricos a partir de dados gerados em um hospital brasileiro de referência no tratamento de doenças respiratórias. Em uma sala cirúrgica, comparou-se o sistema de climatização existente (sistema de ventilação unidirecional) com um sistema split, adaptado na sala especialmente para este estudo. Em um quarto de isolamento compararam-se diferentes arranjos com ventilação natural (porta e janelas) e/ou mecânica (ventilador axial e unidade de descontaminação - filtro e exaustor). Em ambos os ambientes foram medidos parâmetros ambientais (velocidade do ar, temperatura do ar e intensidade de turbulência) e se realizou um estudo da concentração de partículas, mediante o uso de um gerador de partículas monodisperso. A partir dos dados gerados por meio desses procedimentos experimentais, para a sala cirúrgica, obteve-se o fator de proteção e, para o quarto de isolamento, a probabilidade de infecção utilizando o equacionamento proposto por Wells e Riley, bem como a taxa de decaimento de partículas. Os resultados experimentais subsidiaram a realização de um estudo numérico, que consistiu na avaliação dos campos de velocidade, temperatura e intensidade de turbulência do ar para os diferentes tipos de ventilação estudados e no estudo da dinâmica de partículas nos dois ambientes. Embora o sistema unidirecional seja, teoricamente, mais eficiente no controle das partículas, a metodologia de análise adotada evidenciou ineficiência do sistema na remoção de partículas devido a problemas na instalação e operação. Quanto ao sistema split, o presente estudo, como outros assemelhados, evidenciou a inadequação de seu uso em salas cirúrgicas. No quarto de isolamento a ventilação natural mostrou-se o método mais eficiente para a remoção de partículas e, consequentemente, o que mais reduz o risco de contaminação cruzada, conforme o equacionamento original de Wells-Riley. Para a sala cirúrgica foram obtidos valores experimentais do fator de proteção variando entre 0,10 e 0,52 e de -0,9 a +2,5 na análise numérica. Para o quarto de isolamento foram obtidos experimentalmente riscos de infecção entre 0,25 e 2,65%. Finalizando, este trabalho visa contribuir na proposição de uma metodologia experimental e numérica para a avaliação da dinâmica das partículas e, consequentemente, do risco de infecção por via aérea em ambientes hospitalares.
Title in English
Numerical and experimental analysis of particle concentration and dynamics in an operating room and isolation room.
Keywords in English
Air particle control
Air quality
Hospital airborne infection
Ventilation systems
Wells-Riley model
Abstract in English
This research aims to evaluate the efficiency of different ventilation systems to control airborne transmission of infectious agents in a hospital operating room and isolation room. Experimental and numerical studies were carried out based on data generated in a Brazilian reference hospital for the treatment of respiratory diseases. In an operating room, an existing unidirectional air conditioning system (i. e., laminar air flow - LAF) was compared to a split system, adapted in the room especially for this study. In a respiratory isolation room, comparisons were drawn between different arrangements with natural ventilation (door and window) and/or mechanical ventilation (axial fan and decontamination unit - filter plus exhaust fan). In both rooms, environmental parameters (air speed, air temperature and turbulence intensity) were measured, and a study of particle concentration was developed employing a monodisperse aerosol generator. The data generated by these experimental procedures were used to calculate the protection factor for the operating room and the probability of infection for the isolation room, using the equation proposed by Wells and Riley, as well as the rate of particle decay. The experimental results were then used in a numerical study, which included evaluation of the fields of air velocity, temperature and turbulence intensity for different types of ventilation under study, as well as the analysis of particle dynamics in both environments. Although the unidirectional system is theoretically more effective for particle control, the methodology of analysis adopted revealed an inefficiency of this system in removing particles, due to installation and operation problems. Concerning the split system, this research - similarly to analogous studies - emphasizes the inadequacy of its use in operating rooms. In the isolation room, natural ventilation proved the most effective method for removing particles and, consequently, the one which reduces the most the risk of cross-contamination, according to the original Wells-Riley modeling. In the operating room were obtained experimental data for the protection factor ranging from 0.10 to 0.52 and from -0.9 to +2.5 in the numerical analysis. In the isolation room were obtained probabilities of infection between 0.25 and 2.65%. Finally, this work aims to contribute in proposing an experimental and numerical methodology for assessing the dynamics of particles and hence risk of airborne infection in hospital settings.
 
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RogerioVilain15.pdf (8.89 Mbytes)
Publishing Date
2016-07-21
 
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