Toko tukang cukur dan virus

Bagaimana alat manajemen aliran udara mengurangi penyebaran COVID-19 di ruang tertutup.

Dapat diterima bahwa penyebaran virus SARS-CoV-2 terutama dari orang ke orang, melalui tetesan dan aerosol yang dihasilkan oleh seseorang yang batuk, bersin, atau bahkan berbicara.

Ditulis oleh Krishnendu Sinha

Ketika pandemi COVID-19 menyebar di India, fokusnya adalah membuka kunci dan membuka ekonomi. Kenyataan pahit mulai terjadi bahwa sampai vaksin atau terapi baru dikembangkan, kita harus belajar hidup dengan pandemi. Terlepas dari perubahan perilaku sosial seperti jarak fisik dan penggunaan masker, perkuatan tempat kerja dan ruang komunal, seperti toko lingkungan, gedung perkantoran, dan ruang kelas, akan memainkan peran penting dalam mengurangi risiko penularan dan penyebaran virus corona .

Dapat diterima bahwa penyebaran virus SARS-CoV-2 terutama dari orang ke orang, melalui tetesan dan aerosol yang dihasilkan oleh seseorang yang batuk, bersin, atau bahkan berbicara. Sebuah tetesan, biasanya berukuran sub-milimeter atau lebih besar, dengan cepat jatuh ke tanah setelah dipancarkan karena gravitasi. Partikel aerosol jauh lebih kecil (sekecil seperseribu milimeter) dan dapat tetap melayang di udara, berpotensi membawa partikel virus menular, dan dapat dihirup oleh manusia. Oleh karena itu, memahami aliran udara dan ventilasi, terutama di ruang tertutup di mana aerosol cenderung bertahan, merupakan aspek kunci dalam mengendalikan penyebaran infeksi.

Pertanyaannya sekarang adalah: Bagaimana cara mengurangi risiko tertular COVID-19 di ruang tertutup, seperti toko tetangga atau tempat pangkas rambut? Sebuah toko tukang cukur memiliki beberapa tantangan unik. Pelanggan di toko tetap duduk di satu tempat selama potong rambut, biasanya 10-15 menit. Apa yang mempengaruhi risiko infeksi selama ini? Tentu saja, etika bermasker yang diikuti oleh tukang cukur dan pelanggan lainnya itu penting, begitu juga dengan physical distancing antar pelanggan. Sama pentingnya adalah pertanyaannya: Apakah ada ventilasi yang memadai untuk menyebarkan tetesan dan aerosol di udara? Mungkin, tukang cukur itu sendiri memiliki banyak pertanyaan yang sama di benaknya. Lagi pula, dia menghabiskan lebih banyak waktu daripada pelanggan di ruang tertutup itu.

Kami menganggap barber shop di kampus IIT-Bombay, sering dikunjungi oleh dosen dan mahasiswa (kebanyakan mereka melanjutkan pendidikan online, dari rumah, saat ini). Toko tukang cukur kampus memiliki tata letak yang mungkin mirip dengan apa yang akan ditemui di sebagian besar pengaturan perkotaan di negara ini. Toko biasanya terdiri dari ruangan tertutup (dalam beberapa kasus ber-AC - ini adalah kasus untuk toko kampus) dan biasanya tidak berventilasi baik. Ini memiliki lebih dari segelintir orang pada waktu tertentu. Ada pelanggan yang masuk dan keluar, dan menjaga jarak sosial itu menantang. Dalam skenario seperti itu, dapatkah mengatur aliran udara digunakan untuk meningkatkan ventilasi dan mengurangi risiko penularan melalui udara?

Dalam istilah teknis, studi tentang aliran udara disebut mekanika fluida dan penting dalam banyak bidang mulai dari kedirgantaraan dan teknik mesin hingga astrofisika dan lingkungan. Mekanika fluida mengajarkan kita bagaimana udara mengalir di lorong-lorong dan di sekitar rintangan. Persamaan matematis mekanika fluida sudah dikenal luas, tetapi menyelesaikannya sangat sulit. Simulasi komputer yang sangat canggih diperlukan untuk memprediksi aliran udara, dan ini merupakan bidang studi yang disebut dinamika fluida komputasi. CFD dapat memberi tahu kita bagaimana udara bergerak di sekitar tempat pangkas rambut dan bagaimana tetesan infeksi terbawa oleh arus. Itu juga dapat menghitung bagaimana aliran udara dapat diubah oleh kipas, jendela, AC, dan sejumlah faktor lainnya.

CFD telah digunakan secara luas untuk mempelajari aliran udara di ruang tertutup seperti kompartemen kereta api, ruang kantor dan pusat perbelanjaan. Beberapa studi yang dilaporkan berkaitan dengan peningkatan kenyamanan manusia dan pengurangan penggunaan daya, misalnya, dengan desain sistem pendingin udara yang lebih baik. Saat ini, kehidupan kita didominasi oleh COVID-19, studi CFD berfokus pada efek masker (menunjukkan bagaimana masker mengurangi jumlah tetesan yang dipancarkan dan jarak yang mereka tempuh) dan aliran udara dan transmisi aerosol di super pasar. Sebuah laporan dari sebuah kelompok di Hong Kong telah menunjukkan bagaimana tetesan menular dari satu sumber dapat menyebar ke seluruh kompartemen kereta api berkecepatan tinggi.

Secara khusus, dalam konteks barber shop, CFD dapat digunakan untuk merancang solusi retrofit untuk meminimalkan penyebaran infeksi yang ditularkan melalui udara. Tindakan sederhana seperti memasang kipas angin atau bahkan kipas sederhana dan membuka pintu belakang (untungnya, kami memilikinya di barber shop IITB) dapat membuat perbedaan besar. Idenya adalah dengan cepat menyebarkan tetesan dari sumber potensial di dalam ruangan ke luar untuk meminimalkan risiko bagi tukang cukur dan pelanggan lainnya. Perhitungan sederhana sudah dapat memberi tahu kita ukuran dan daya yang dibutuhkan oleh exhaust fan. Misalnya, dengan asumsi ukuran tipikal untuk toko tukang cukur 10 kaki kali 15 kaki kali 10 kaki, jika kita ingin mengganti udara di ruangan setiap menit, itu akan membutuhkan kipas yang dapat menyedot 1500 kaki kubik udara per menit, atau 1500 cfm seperti yang diberikan dalam spesifikasi exhaust fan. Untuk melakukannya dua kali lebih cepat, kita dapat memasang dua kipas seperti itu, atau satu kipas buang 3000 cfm.

Sementara perhitungan sederhana adalah titik awal yang baik, seseorang membutuhkan CFD terperinci untuk analisis yang ketat. Exhaust fan dapat meningkatkan sirkulasi udara alami di dalam ruangan atau dapat menghalanginya. Oleh karena itu, mengetahui pola aliran yang tepat yang diciptakan oleh exhaust fan menjadi penting. Misalnya, mungkin ada aliran udara sekunder, kadang-kadang dikenal sebagai zona mati, di mana kantong-kantong udara dapat tetap terperangkap untuk waktu yang lama. Secara alami, ini tidak mengeluarkan udara dari ruangan dan seseorang yang duduk di zona mati seperti itu lebih rentan untuk menghirup aerosol yang persisten. Penempatan kipas dan ventilasi untuk menghindari zona mati seperti itu di toko tukang cukur sangat penting untuk manajemen aliran udara. Kami membutuhkan model CFD untuk mengidentifikasi zona mati di sebuah ruangan dan juga untuk memberikan perkiraan berapa lama udara berada di dalam kantong tersebut. Dengan menggunakan CFD, kita dapat mengatur kipas dan ventilasi dalam model komputer ruangan untuk mendapatkan solusi terbaik.

Skenario di mana aliran udara berubah saat pelanggan masuk atau keluar melalui pintu, atau ketika ada aliran udara hangat yang tiba-tiba dari luar juga dapat dihitung. CFD juga dapat memprediksi bagaimana hal-hal berubah dengan cuaca atau lokasi geografis. Namun, persamaan mekanika fluida tidak begitu mudah digunakan bahkan untuk komputer modern karena masalah mulai menjadi semakin kompleks. Misalnya, menjawab pertanyaan sederhana seperti apa yang terjadi pada jutaan helai rambut di lantai? dapat meregangkan batas komputer super. Mengetahui itu akan sangat membantu karena tidak ada yang ingin mereka mulai berkeliaran.

Solusi retrofit yang dirancang menggunakan CFD dapat diperluas ke ruang tertutup lainnya seperti toko swalayan, restoran kecil, dan klinik dokter. Masing-masing dapat memiliki cara sendiri dalam mengelola aliran udara untuk mengurangi infeksi. CFD dapat membantu mencari solusi retrofit yang disesuaikan dengan kebutuhan masing-masing. Untuk pengaturan yang lebih besar seperti ruang kuliah, teater dan pusat perbelanjaan, kita harus berurusan dengan lebih banyak orang dan beberapa lokasi masuk dan keluar. Ukuran masalahnya lebih besar, tetapi ilmunya sama. Kami akan membutuhkan kipas dan ventilasi yang lebih besar dan lebih banyak, dan CFD dapat memberi tahu kami tempat yang paling efektif untuk menempatkannya. Solusi cerdas, dengan data waktu nyata, mungkin dapat disesuaikan dengan jumlah orang yang hadir pada titik waktu tertentu. Ini berpotensi lebih efisien dalam hal penggunaan daya dan pemasangan.

Sekelompok peneliti India yang disebut Fluid Mechanics Research for COVID-19 (FMRC) telah berkumpul untuk mengatasi masalah aliran fluida yang ditimbulkan oleh pembukaan kembali ekonomi. Kelompok ini melibatkan peneliti dari IIT yang berbeda (IIT-Bombay, IIT-Madras, IIT-Roorkee) dan dari industri, dan bertujuan untuk menggunakan alat pemodelan canggih untuk menyarankan solusi retrofit yang akan membantu mengurangi risiko penularan infeksi. Yang menarik bagi kelompok ini adalah masalah yang berkaitan dengan aliran fluida di ruang tertutup, transportasi umum dan, tentu saja, ruang kelas.

Penulis adalah profesor Teknik Dirgantara, IIT Bombay