
Matthew Stamats está testando diferentes máscaras. Fonte: NIST
Muitas pessoas usam máscaras em público para retardar a disseminação do COVID-19, seguindo as diretrizes dos Centros de Controle e Prevenção de Doenças. No entanto, máscaras com válvulas de expiração não retardam a propagação da infecção. Novos vídeos do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos Estados Unidos (NIST) demonstram o porquê.
O vídeo mostra o fluxo de ar através de máscaras com e sem válvulas de expiração. Materiais criados por Matthew Stamats, engenheiro de pesquisa do NIST. Os vídeos são publicados junto com um artigo de pesquisa na revista Physics of Fluids .
“Quando você compara vídeos lado a lado, a diferença é impressionante”, disse Staymats. "Esses vídeos mostram como as válvulas permitem que o ar escape da máscara sem filtrá-lo, o que vai contra a própria essência da máscara."
As válvulas de expiração tornam a respiração pela máscara mais fácil e confortável. Eles são apropriados quando a máscara se destina a proteger o próprio usuário. Por exemplo, máscaras com válvulas protegem os trabalhadores da poeira em um canteiro de obras ou a equipe do hospital de pacientes infectados.
As máscaras recomendadas para retardar a disseminação de COVID-19 são projetadas principalmente para proteger as pessoas ao redor do usuário. Eles prendem as gotículas exaladas que podem conter o vírus e, assim, retardam a propagação da infecção. De acordo com especialistas, mesmo pessoas sem sintomas devem usar máscaras, pois podem transmitir a doença de forma assintomática.
Este vídeo, criado usando o sistema de imagem Schlieren, mostra a dinâmica do fluxo de ar para a máscara N95 com válvula de expiração (à esquerda) e máscara sem válvula de expiração. O ar passa pela válvula sem ser filtrado. Máscaras de válvula não retardam a propagação de COVID e não devem ser usadas para esse propósito. Fonte: Matthew Stamats / NIST.
“Não uso máscara porque quero me proteger. Uso para proteger quem está ao meu lado, porque posso ser um paciente assintomático e espalhar o vírus sem saber ”, disse Staymats. "Mas se eu usar uma máscara com válvula, nada melhorará a situação."
Staymats é um especialista em técnicas de imagem de fluxo que permitem capturar o movimento do ar na câmera. Ele geralmente trabalha com novas tecnologias para detectar explosivos e drogas em aeroportos e terminais, literalmente farejando vestígios desses materiais no ar. Recentemente, Staymats adotou máscaras para desenvolver novas maneiras de medir e melhorar sua eficácia.
Staymats gravou dois vídeos e usou diferentes técnicas de renderização de fluxo. O primeiro vídeo foi criado usando o chamado sistema de imagem Schlieren. Com ele, a diferença na densidade do ar é exibida na câmera como padrões de sombra e luz.
O método Schlieren torna o ar exalado visível porque é mais quente e, portanto, menos denso que o ar circundante. Este vídeo mostra apenas o movimento do ar em si, sem o movimento das gotas exaladas no ar. No vídeo à esquerda, Staymats está usando um respirador N95 com uma válvula que permite que o ar exalado entre no ambiente sem filtração. Não há válvula à direita, mas o ar passa pela máscara e a maioria das gotas são filtradas.
Este vídeo foi criado usando a técnica de espalhamento de luz. O vídeo mostra a dinâmica do fluxo de ar ao usar uma máscara N95 com uma válvula de expiração (à esquerda) e sem uma válvula de expiração (centro). Máscaras de válvula não retardam a disseminação de COVID e não devem ser usadas para isso. Fonte: Matthew Stamats / NIST.
Staymats criou um segundo vídeo usando dispersão de luz.
Para o segundo vídeo, a pesquisadora construiu um aparelho que emite ar na velocidade e ritmo de um adulto adormecido e, em seguida, conectou o aparelho a um boneco. Em vez de gotículas sendo exaladas, o ar carrega gotículas de água de vários tamanhos, típicas das gotículas na respiração humana ao exalar, falar e tossir. Uma luz LED de alta intensidade atrás do manequim ilumina as gotas de ar, fazendo com que difundam a luz e apareçam enquanto você atira.
Ao contrário de filmar com o método schlieren, este vídeo mostra o movimento de gotas no ar. À esquerda, gotas saem e não são filtradas pela válvula da máscara N95. Não há válvula no meio e nenhuma respiração é visível porque a máscara prendeu as gotas. A máscara não está à direita.
Usando um manequim e um aparelho respiratório mecânico, Stamets observou os padrões de fluxo de ar enquanto mantinha a frequência respiratória, a pressão do ar e outras variáveis constantes.
Além disso, os vídeos capturados por espalhamento de luz podem ser analisados em um computador de uma forma que não é possível com imagens schlieren. Staymats escreveu um código que contou os pixels brilhantes no vídeo e o usou para estimar o número de gotas no ar. Esta não é uma medida precisa do número de gotas: o vídeo 2D não pode capturar o que está acontecendo em um volume 3D completo de ar. No entanto, os números obtidos mostram tendências que podem ser analisadas para melhor compreender a dinâmica do fluxo de ar através dos diferentes tipos de máscaras.
Este projeto de pesquisa examinou apenas um tipo de máscara valvar; outros tipos de máscaras de válvula funcionarão de maneira diferente. As máscaras que não se ajustam confortavelmente ao rosto permitem que o ar passe ao redor da máscara, e não através dela. Também pode prejudicar o desempenho da máscara.
O efeito principal das válvulas ainda é visível nesses rolos. Stamats espera que os vídeos ajudem as pessoas a entender rapidamente por que as máscaras projetadas para retardar a disseminação do COVID-19 não deveriam ter válvulas.

