Matthew Stamats está probando diferentes máscaras. Fuente: NIST
Muchas personas usan máscaras en público para frenar la propagación del COVID-19, siguiendo las pautas de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades. Sin embargo, las mascarillas con válvulas de exhalación no retardan la propagación de la infección. Nuevos videos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de EE. UU. Demuestran por qué.
El video muestra el flujo de aire a través de máscaras con y sin válvulas de exhalación. Materiales creados por el ingeniero de investigación del NIST, Matthew Stamats. Los videos se publican junto con un artículo de investigación complementario en la revista Physics of Fluids .
"Cuando comparas videos uno al lado del otro, la diferencia es sorprendente", dijo Staymats. "Estos videos muestran cómo las válvulas permiten que el aire escape de la máscara sin filtrarlo, lo que va en contra de la esencia misma de la máscara".
Las válvulas de exhalación facilitan y hacen más cómoda la respiración a través de la mascarilla. Son apropiados cuando la máscara está destinada a proteger al propio usuario. Por ejemplo, las máscaras con válvulas protegen a los trabajadores del polvo en un sitio de construcción o al personal del hospital de los pacientes infectados.
Las máscaras que se recomiendan para ralentizar la propagación de COVID-19 están diseñadas principalmente para proteger a las personas alrededor del usuario. Atrapan las gotitas exhaladas que pueden contener el virus y, por lo tanto, retrasan la propagación de la infección. Según los expertos, incluso las personas sin síntomas deben usar máscaras porque pueden portar la enfermedad de forma asintomática.
Este video, creado con el sistema de imágenes Schlieren, muestra la dinámica del flujo de aire para la máscara N95 con válvula de exhalación (izquierda) y máscara sin válvula de exhalación. El aire pasa por la válvula sin filtrar. Las máscaras de válvula no ralentizan la propagación de COVID y no deben usarse para este propósito. Fuente: Matthew Stamats / NIST.
“No uso una máscara porque quiero protegerme. Lo uso para proteger a la persona que está a mi lado, porque puedo ser un paciente asintomático y propagar el virus sin siquiera saberlo, dijo Staymats. "Pero si uso una máscara con válvula, no estoy ayudando a mejorar la situación".
Staymats es un experto en técnicas de imágenes de flujo que le permiten capturar el movimiento del aire con la cámara. Por lo general, trabaja en nuevas tecnologías para detectar explosivos y drogas en aeropuertos y terminales, literalmente olfateando rastros de estos materiales en el aire. Recientemente, Staymats ha adoptado máscaras para desarrollar nuevas formas de medir y mejorar su eficacia.
Staymats grabó dos videos y utilizó diferentes técnicas de renderizado de flujo. El primer video se creó utilizando el llamado sistema de imágenes Schlieren. Con él, la diferencia en la densidad del aire se muestra en la cámara como patrones de sombra y luz.
El método Schlieren hace que el aire exhalado sea visible porque es más cálido y, por lo tanto, menos denso que el aire circundante. Este video solo muestra el movimiento del aire mismo, sin el movimiento de las gotas exhaladas en el aire. En el video de la izquierda, Staymats usa un respirador N95 con una válvula que permite que el aire exhalado ingrese al ambiente sin filtración. No hay válvula a la derecha, pero el aire pasa a través de la máscara y la mayoría de las gotas se filtran.
Este video fue creado usando la técnica de dispersión de luz. El video muestra la dinámica del flujo de aire cuando se usa una máscara N95 con una válvula de exhalación (izquierda) y sin una válvula de exhalación (centro). Las máscaras de válvula no ralentizan la propagación de COVID y no deben usarse para hacerlo. Fuente: Matthew Stamats / NIST.
Staymats creó un segundo video usando dispersión de luz.
Para el segundo video, el investigador construyó un dispositivo que emite aire a la velocidad y ritmo de un adulto dormido y luego lo conectó a un maniquí. En lugar de exhalar gotas, el aire transporta gotas de agua de varios tamaños, típicas de las gotas en la respiración humana al exhalar, hablar y toser. Una luz LED de alta intensidad detrás del maniquí ilumina las gotas de aire, lo que hace que difundan la luz y aparezcan mientras dispara.
A diferencia de disparar con el método schlieren, este video muestra el movimiento de las gotas en el aire. A la izquierda, salen gotitas y no se filtran por la válvula de la mascarilla N95. No hay válvula en el medio y no se ve respiración porque la mascarilla ha atrapado las gotas. La máscara no está a la derecha.
Usando un maniquí y un aparato respiratorio mecánico, Stamets observó patrones de flujo de aire mientras mantenía constante la frecuencia respiratoria, la presión del aire y otras variables.
Además, los videos capturados por dispersión de luz se pueden analizar en una computadora de una manera que es imposible con imágenes schlieren. Staymats escribió un código que contaba los píxeles brillantes en el video y lo usaba para estimar la cantidad de gotas en el aire. Esta no es una medida precisa del número de gotas: el video 2D no puede capturar lo que está sucediendo en un volumen de aire 3D completo. Sin embargo, los números obtenidos muestran tendencias que pueden analizarse para comprender mejor la dinámica del flujo de aire a través de diferentes tipos de máscaras.
Este proyecto de investigación examinó solo un tipo de máscara de válvula; otros tipos de máscaras de válvulas funcionarán de manera diferente. Las máscaras que no se ajustan bien alrededor de la cara permiten que el aire pase alrededor de la máscara en lugar de a través de ella. También puede degradar el rendimiento de la máscara.
El efecto principal de las válvulas todavía es visible en estos rodillos. Staymats espera que los videos ayuden a las personas a comprender de un vistazo por qué las máscaras diseñadas para frenar la propagación del COVID-19 no deberían tener válvulas.
