Muitas pessoas usam máscaras em público para retardar a disseminação do COVID-19, conforme recomendado pelos Centros de Controle e Prevenção de Doenças (CDC). Contudo, máscaras com válvulas de expiração não retardam a propagação da doença, e agora, novos vídeos do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) mostram por quê.

Os vídeos, que mostram padrões de fluxo de ar através de máscaras com e sem válvulas de expiração, foram criados pelo engenheiro de pesquisa do NIST Matthew Staymates. Os vídeos foram publicados, junto com um artigo de pesquisa que o acompanha, no jornal Física dos Fluidos .

"Quando você compara os vídeos lado a lado, a diferença é marcante, "Staymates disse." Esses vídeos mostram como as válvulas permitem que o ar saia da máscara sem filtrá-la, o que anula o propósito da máscara. "

Válvulas de expiração, que tornam as máscaras mais fáceis de respirar e mais confortáveis, são apropriados quando a máscara se destina a proteger o usuário. Por exemplo, máscaras valvuladas podem proteger os trabalhadores da poeira em um canteiro de obras ou os trabalhadores do hospital de pacientes infectados.

As máscaras que o CDC recomenda para retardar a disseminação do COVID, Contudo, destinam-se principalmente a proteger outras pessoas além do usuário. Eles retardam a propagação da doença, capturando gotículas exaladas que podem conter o vírus. Mesmo as pessoas sem sintomas devem usar máscaras, De acordo com o CDC, porque é possível estar infectado, mas não apresentar sintomas.

"Eu não uso uma máscara para me proteger. Eu a uso para proteger meu vizinho, porque posso ser assintomático e espalhar o vírus mesmo sem saber, "Staymates disse." Mas se eu estou usando uma máscara com uma válvula nela, Eu não estou ajudando. "

Staymates é um especialista em técnicas de visualização de fluxo que lhe permitem capturar o movimento do ar na câmera. Sua pesquisa usual envolve novas tecnologias para detecção de explosivos e narcóticos em aeroportos e instalações de navegação, farejando vestígios desses materiais no ar. Recentemente, ele voltou sua experiência para as máscaras para ajudar a desenvolver novas maneiras de medir e melhorar seu desempenho.

Staymates criou dois vídeos usando diferentes técnicas de visualização de fluxo. O primeiro vídeo foi criado usando o que é conhecido como sistema de imagem Schlieren, o que faz com que as diferenças na densidade do ar apareçam na câmera como padrões de sombra e luz.

Com um sistema de imagem Schlieren, a respiração exalada torna-se visível porque é mais quente, e, portanto, menos denso, do que o ar circundante. Este vídeo mostra apenas o movimento do próprio ar, não o movimento de gotículas exaladas no ar. À esquerda, Staymates está usando uma máscara respiratória N95 com uma válvula, que permite que o ar exalado flua para o ambiente não filtrado. À direita, não há válvula, e o ar passa pela máscara, que filtra a maioria das gotas.

Staymates criou o segundo vídeo usando uma técnica de dispersão de luz.

Para o segundo vídeo, Staymates construíram um aparelho que emite ar na mesma velocidade e ritmo de um adulto em repouso, em seguida, conectou esse dispositivo a um manequim. Como um substituto para as gotas exaladas, o ar carrega gotículas de água em uma variedade de tamanhos típicos das gotículas que as pessoas emitem em sua respiração ao expirar, falando e tossindo. Uma luz LED de alta intensidade atrás do manequim ilumina as gotas no ar, fazendo com que eles espalhem a luz e apareçam brilhantemente na câmera.

Em contraste com o vídeo schlieren, este vídeo mostra o movimento das gotas no ar. À esquerda, as gotas escapam sem ser filtradas pela válvula de uma máscara N95. No meio, não há válvula e nenhuma respiração é visível porque a máscara filtrou as gotas. À direita, nenhuma máscara é usada.

O uso de um manequim e um aparelho de respiração mecânica permitiu que os Staymates observassem os padrões do fluxo de ar enquanto mantinham a frequência respiratória estável, pressão do ar e outras variáveis.

Além disso, os vídeos produzidos por espalhamento de luz podem ser analisados ​​por um computador de uma forma que as imagens de schlieren não podem. Staymates escreveu um código de computador que calculou o número de pixels brilhantes no vídeo e usou isso para estimar quantas gotas estavam no ar. Esta não é uma medida verdadeira do número de gotas porque o vídeo bidimensional não pode capturar o que está acontecendo em todo o volume tridimensional de ar. Contudo, os números resultantes fornecem tendências que podem ser analisadas para entender melhor a dinâmica do fluxo de ar de diferentes tipos de máscaras.

Este projeto de pesquisa analisou apenas um tipo de máscara valvulada; diferentes tipos de máscaras valvuladas terão um desempenho diferente. Também, as máscaras que não são bem ajustadas permitem que um pouco de ar escape ao redor da máscara, em vez de passar por ela. Isso também pode comprometer o desempenho da máscara.

Mas o principal efeito das válvulas é visível nesses vídeos. Staymates espera que os vídeos ajudem as pessoas a entender - de relance - por que as máscaras destinadas a retardar a disseminação do COVID-19 não devem ter válvulas.