Los videos de flujo de aire muestran claramente por qué las máscaras con válvulas de exhalación no ralentizan la propagación de COVID-19


Este video, creado con un sistema de imágenes de Schlieren, 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. La válvula está diseñada para permitir que el aire escape sin filtrar. Las máscaras con válvulas no ralentizan la propagación del COVID y no deben usarse para ese propósito, según los CDC. Crédito: Matthew Staymates / NIST

Muchas personas usan máscaras en público para frenar la propagación de COVID-19, según lo recomendado por los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC). Sin embargo, las máscaras con válvulas de exhalación no ralentizan la propagación de la enfermedad y ahora, nuevos videos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) muestran por qué.

Los videos, que muestran patrones de flujo de aire a través de máscaras con y sin válvulas de exhalación, fueron creados por el ingeniero de investigación del NIST, Matthew Staymates. Los videos fueron publicados, junto con un artículo de investigación adjunto, en la revista Física de fluidos.


Este video, creado con una técnica de dispersión de luz, 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 con válvulas no ralentizan la propagación del COVID y no deben usarse para ese propósito, según los CDC. Crédito: Matthew Staymates / NIST

“Cuando comparas los videos uno al lado del otro, la diferencia es sorprendente”, dijo Staymates. “Estos videos muestran cómo las válvulas permiten que el aire salga de la máscara sin filtrarlo, lo que frustra el propósito de la máscara”.

Las válvulas de exhalación, que hacen que las máscaras sean más fáciles de respirar y más cómodas, son apropiadas cuando la máscara está destinada a proteger al usuario. Por ejemplo, las máscaras con válvulas pueden proteger a los trabajadores del polvo en un sitio de construcción o a los trabajadores del hospital de los pacientes infectados.

Sin embargo, las máscaras que recomiendan los CDC para frenar la propagación del COVID están destinadas principalmente a proteger a otras personas además del usuario. Reducen la propagación de la enfermedad al capturar las gotitas exhaladas que podrían contener el virus. Incluso las personas sin síntomas deben usar máscaras, según los CDC, porque es posible estar infectado pero no mostrar síntomas.

“No uso una máscara para protegerme. Lo uso para proteger a mi vecino, porque podría ser asintomático y propagar el virus sin siquiera saberlo ”, dijo Staymates. “Pero si llevo una máscara con una válvula, no estoy ayudando”.

Staymates es un experto en técnicas de visualización de flujo que le permiten capturar el movimiento del aire con la cámara. Su investigación habitual involucra nuevas tecnologías para detectar explosivos y narcóticos en los aeropuertos y las instalaciones de envío olfateando los rastros de esos materiales en el aire. Recientemente, dirigió su experiencia hacia las máscaras para ayudar a desarrollar nuevas formas de medir y mejorar su desempeño.

Staymates creó dos videos utilizando diferentes técnicas de visualización de flujo. El primer video se creó utilizando lo que se conoce como un sistema de imágenes Schlieren, que hace que las diferencias en la densidad del aire se muestren en la cámara como patrones de sombra y luz.

Con un sistema de imágenes Schlieren, la respiración exhalada se vuelve visible porque es más cálida y, por lo tanto, menos densa que el aire circundante. Este video solo muestra el movimiento del aire en sí, no el movimiento de las gotas exhaladas en el aire. A la izquierda, Staymates lleva una máscara de respiración N95 con una válvula, que permite que el aire exhalado fluya al ambiente sin filtrar. A la derecha, no hay válvula y el aire pasa a través de la mascarilla, que filtra la mayoría de las gotas.

Staymates creó el segundo video utilizando una técnica de dispersión de luz.

Para el segundo video, Staymates construyó un aparato que emite aire a la misma velocidad y tempo que un adulto en reposo, luego conectó ese dispositivo a un maniquí. Como sustituto de las gotas exhaladas, el aire transporta gotas de agua en un rango de tamaños típicos de las gotas que las personas emiten en su respiración al exhalar, hablar y toser. Una luz LED de alta intensidad detrás del maniquí ilumina las gotas en el aire, lo que hace que dispersen la luz y se vean brillantes en la cámara.

A diferencia del video de Schlieren, este video muestra el movimiento de las gotas en el aire. A la izquierda, las gotas escapan sin filtrar a través de la válvula de una máscara N95. En el medio, no hay válvula y no se ve la respiración porque la máscara ha filtrado las gotas. A la derecha, no se usa máscara.

El uso de un maniquí y un aparato respiratorio mecánico permitió a Staymates observar patrones de flujo de aire mientras mantenía estable la frecuencia respiratoria, la presión del aire y otras variables.

Además, los videos producidos por la dispersión de la luz pueden ser analizados por una computadora de una manera que las imágenes schlieren no pueden. Staymates escribió un código de computadora que calculó la cantidad de píxeles brillantes en el video y lo usó para estimar cuántas gotas había en el aire. Esta no es una medida verdadera del número de gotas porque el video bidimensional no puede capturar lo que está sucediendo en todo el volumen de aire tridimensional. Sin embargo, los números resultantes proporcionan tendencias que se pueden analizar para comprender mejor la dinámica del flujo de aire de los diferentes tipos de máscaras.

Este proyecto de investigación analizó solo un tipo de máscara con válvula; Los diferentes tipos de máscaras con válvulas funcionarán de manera diferente. Además, las máscaras que no se ajustan bien permitirán que se escape algo de aire alrededor de la máscara en lugar de filtrarse a través de ella. Esto también puede comprometer el rendimiento de la mascarilla.

Pero el efecto principal de las válvulas es visible en estos videos. Staymates espera que los videos ayuden a las personas a comprender, de un vistazo, por qué las máscaras destinadas a ralentizar la propagación del COVID-19 no deberían tener válvulas.

Referencia: 10 de noviembre de 2020, Física de fluidos.

DOI: 10.1063 / 5.0031996

Pilar Benegas es una reconocida periodista con amplia experiencia en importantes medios de USA, como LaOpinion, Miami News, The Washington Post, entre otros. Es editora en jefe de Es de Latino desde 2019.