La visualización muestra cómo los protectores faciales (y algunas máscaras N95) no logran detener la propagación de COVID

Por Florida Atlantic University9 de septiembre de 2020

(Haga clic en la imagen para ver la vista completa). Aunque los protectores faciales bloquean el movimiento inicial hacia adelante del avión, las gotas expulsadas se mueven alrededor del visor con relativa facilidad y se esparcen por un área grande dependiendo de las perturbaciones ambientales ligeras. Crédito: Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Computación de Florida Atlantic University

El estudio de Visualización de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Computación de la FAU ilustra por qué los protectores faciales por sí solos no funcionan.

If the United States Centers for Disease Control and Prevention (CDC) guidelines aren't enough to convince you that face shields alone shouldn't be used to stop the spread of COVID-19First identified in 2019 in Wuhan, China, COVID-19, or Coronavirus disease 2019, (which was originally called "2019 novel coronavirus" or 2019-nCoV) is an infectious disease caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). It has spread globally, resulting in the 2019–22 coronavirus pandemic." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">COVID-19, entonces tal vez lo haga un nuevo estudio de visualización.

Para aumentar la conciencia pública sobre la eficacia de los protectores faciales solos, así como de las máscaras faciales con válvulas de exhalación, los investigadores de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Computación de Florida Atlantic University utilizaron visualizaciones cualitativas para probar cómo funcionan los protectores faciales y las máscaras con válvulas para impedir la propagación del aerosol. gotitas de tamaño mediano. El uso público generalizado de estas alternativas a las máscaras regulares podría tener un efecto adverso en los esfuerzos de mitigación.

For the study, just published in the journal Physics of FluidsPhysics of Fluids is a monthly peer-reviewed scientific journal devoted to publishing original theoretical, computational, and experimental contributions to the understanding of the dynamics of gases, liquids, and complex or multiphase fluids. Established by the American Institute of Physics in 1958, Physics of Fluids is a preeminent journal covering fluid dynamics." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Physics of Fluids, los investigadores emplearon la visualización de flujo en un entorno de laboratorio utilizando una hoja de luz láser y una mezcla de agua destilada y glicerina para generar la niebla sintética que formaba el contenido de un chorro de tos. Visualizaron gotas expulsadas de la boca de un maniquí mientras simulaban toser y estornudar. Al colocar un protector facial de plástico y una máscara facial con válvula N95, pudieron trazar los caminos de las gotas y demostrar cómo funcionaban.

Para demostrar el rendimiento del protector facial, los investigadores utilizaron una lámina láser horizontal además de una lámina láser vertical que revela cómo las gotas cruzan el plano horizontal. Los investigadores no solo observaron la propagación hacia adelante de las gotas, sino que también encontraron que las gotas se propagaban en la dirección inversa. Crédito: Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Computación de Florida Atlantic University

Los resultados del estudio muestran que, aunque los protectores faciales bloquean el movimiento inicial hacia adelante del avión, las gotas expulsadas se mueven alrededor del visor con relativa facilidad y se esparcen por una gran área dependiendo de las perturbaciones ambientales ligeras. Las visualizaciones de la máscara facial equipada con un puerto de exhalación indican que una gran cantidad de gotas pasan a través de la válvula de exhalación sin filtrar, lo que reduce significativamente su eficacia como medio de control de fuentes.

"A partir de este último estudio, pudimos observar que los protectores faciales pueden bloquear el movimiento hacia adelante inicial del chorro exhalado, sin embargo, las gotas en aerosol expulsadas con el chorro pueden moverse alrededor de la visera con relativa facilidad", dijo Manhar Dhanak. , Ph.D., jefe de departamento, profesor y director de SeaTech, coautor del artículo con Siddhartha Verma, Ph.D., autor principal y profesor asistente; y John Frankenfeld, un profesional técnico, todos dentro del Departamento de Ingeniería Mecánica y Oceánica de la FAU. "Con el tiempo, estas gotas pueden dispersarse en un área amplia tanto en dirección lateral como longitudinal, aunque con una concentración de gotas decreciente".

Los investigadores también probaron una máscara facial con clasificación N-95 con válvulas de exhalación y encontraron que el puerto de exhalación redujo significativamente la efectividad de la máscara como medio de control de la fuente, ya que una gran cantidad de gotas pasaban a través de la válvula sin filtrar y sin obstáculos. Crédito: Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Computación de Florida Atlantic University

Para demostrar el rendimiento del protector facial, los investigadores utilizaron una lámina láser horizontal además de una lámina láser vertical que revela cómo las gotas cruzan el plano horizontal. Los investigadores no solo observaron la propagación hacia adelante de las gotas, sino que también encontraron que las gotas se propagaban en la dirección inversa. En particular, los protectores faciales impiden el movimiento hacia adelante de las gotas exhaladas hasta cierto punto, y las máscaras con válvulas lo hacen incluso en menor medida. Sin embargo, una vez liberadas en el medio ambiente, las gotas del tamaño de un aerosol se dispersan ampliamente dependiendo de las perturbaciones ambientales ligeras.

Al igual que la mascarilla facial con clasificación N-95 utilizada en este estudio, otros tipos de mascarillas, como ciertas mascarillas de tela que están disponibles comercialmente, también vienen equipadas con uno o dos puertos de exhalación, ubicados a ambos lados de la mascarilla. La mascarilla facial con clasificación N95 con la válvula de exhalación utilizada en este estudio tenía una pequeña cantidad de gotas exhaladas que escaparon del espacio entre la parte superior de la mascarilla y el puente de la nariz. Además, el puerto de exhalación redujo significativamente la efectividad de la máscara como medio de control de la fuente, ya que una gran cantidad de gotas pasaban a través de la válvula sin filtrar y sin obstáculos.

Visualización de la propagación de gotas cuando se usa una máscara N95 equipada con un puerto de exhalación para impedir el chorro emergente. Crédito: Siddhartha Verma, Manhar Dhanak, John Frankenfield

"Hay una tendencia cada vez mayor de personas que sustituyen las máscaras quirúrgicas o de tela regulares con protectores faciales de plástico transparente, así como el uso de máscaras que están equipadas con válvulas de exhalación", dijo Verma. "Un factor determinante para esta mayor adopción es una mayor comodidad en comparación con las máscaras normales. Sin embargo, los protectores faciales tienen espacios visibles en la parte inferior y los costados, y las máscaras con puertos de exhalación incluyen una válvula unidireccional que restringe el flujo de aire al inhalar, pero permite salida libre de aire. El aire inhalado se filtra a través del material de la máscara, pero el aire exhalado pasa a través de la válvula sin filtrar".

Los investigadores dicen que la conclusión clave de este último estudio ilustra que los protectores faciales y las máscaras con válvulas de exhalación pueden no ser tan efectivos como las máscaras faciales regulares para restringir la propagación de gotas en aerosol. A pesar de la mayor comodidad que ofrecen estas alternativas, dicen que puede ser preferible usar máscaras quirúrgicas o de tela de alta calidad y bien construidas que tengan un diseño simple, en lugar de protectores faciales y máscaras equipadas con válvulas de exhalación. La adopción pública generalizada de las alternativas, en lugar de las máscaras regulares, podría tener un efecto adverso en los esfuerzos de mitigación en curso contra el COVID-19.

"La investigación realizada por los profesores Dhanak y Verma sobre la importancia de las cubiertas faciales adecuadas para detener la propagación de COVID-19 ha iluminado literalmente al mundo", dijo Stella Batalama, Ph.D., decana de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Computación de la FAU. "Si bien la aceptación general de la necesidad de cubrirse la cara ha aumentado constantemente, hay una tendencia cada vez mayor de personas que sustituyen las máscaras quirúrgicas o de tela regulares con protectores faciales de plástico transparente y con máscaras equipadas con válvulas de exhalación. Esta última investigación proporciona evidencia importante para apoyar aún más las pautas de los CDC e informar al público para que haga mejores selecciones en su elección de cubiertas faciales para su beneficio y para la seguridad pública".

Referencia: "Visualización de la dispersión de gotas para protectores faciales y máscaras con válvulas de exhalación" por Siddhartha Verma, Manhar Dhanak y John Frankenfield, 1 de septiembre de 2020, Physics of Fluids.DOI: 10.1063/5.0022968