Az amerikai szabványügyi hivatalban (NIST) megvizsgálták, hogy a szeleppel ellátott és szelep nélküli maszkokon keresztüli kilégzés milyen légáramlási mintákat mutat. Ennek demonstrálására Matthew Staymates, az intézmény kutatómérnöke videókat készített, amelyeket egy magyarázó kutatási cikkel együtt a Physics of Fluids folyóiratban tettek közzé a napokban. "Ha a videókat egymás mellé tesszük és összehasonlítjuk, akkor a különbség feltűnő.
Ezek a videók bemutatják, hogy a szelepek miként engedik ki a levegőt anélkül, hogy megszűrnék, amivel pont a maszk célját teszik értelmetlenné" - közölte Staymates a NIST hírportálján . A kutatómérnök hozzátette: ha valaki nem azért visel maszkot, hogy megóvja magát, hanem azért, hogy például a szomszédját megvédje - mert könnyen lehet, hogy tünetmentes és anélkül is terjeszti a vírust, hogy tudna róla - a szelepes maszkok nem jelentenek jó alternatívát.
Kényelmes, de veszélyes szelepek
A kilégző szelepek, amelyek megkönnyítik a lélegzést, kétségtelenül kényelmesebbé teszik a maszk hordását, ha azt a maszkot viselő védelmére szánják. Például a szelepes maszkok megóvhatják a dolgozókat az építkezés porától, vagy a kórházi dolgozókat a fertőzött betegektől. Azok a maszkok, amelyeket az orvosi szervezetek és a járványügyi hatóságok javasolnak a koronavírus terjedésének lassítására, a viselőjükön kívül a többi emberek védelmére is szolgálnak. Úgy lassítják le a betegség terjedését, hogy elállják az esetleg vírust hordozó cseppek útját. Ezért kötelező a maszkviselés mindenki számára a zárt nyilvános terekben, például az üzletekben vagy hivatalokban.
Matthew Staymates általában olyan új technológiákat kutat, amelyek alkalmasak rá, hogy felderítsék a robbanóanyagokat és a kábítószereket a repülőtereken és a hajózási létesítményekben azzal, hogy ezeknek az anyagoknak a nyomait " kiszimatolják " a levegőben. Nemrég azonban a maszkok elemzésével kezdett foglalkozni, hogy segítsen új módszereket kifejleszteni azok teljesítményének mérésére és javítására. A kutató az áramlási vizualizációs technikák szakértőjeként a levegő mozgását rögzítette videóra. Két felvételt készített különböző módszerrel.
Az első videó az úgynevezett schlieren képalkotó rendszer felhasználásával készült, amelynél a légsűrűségbeli különbségek árnyék és fény mintázataként jelennek meg a felvételen. Ilyenkor a kilégzett levegő láthatóvá válik, mert melegebb, ezért kevésbé sűrű, mint a környező levegő. Ez a videó csak a levegő mozgását mutatja, nem pedig a kilélegzett cseppek mozgását a levegőben. Bal oldalon a N95 (FFP2-nek és KN95-nek megfelelő) típusú szelepes maszkot visel, amely lehetővé teszi a kilélegzett levegő szűretlen kiáramlását a környezetbe. A jobb oldali maszkon nincs szelep, a levegő áthalad rajta, és az kiszűri a legtöbb cseppet.
A fényszórással láthatóvá válnak a cseppek
A második videó fényszórási technikával készült. Ehhez Staymates egy olyan készüléket épített, amely ugyanolyan sebességgel és tempóban bocsát ki levegőt, mint egy pihenő felnőtt kilégzése, majd ezt az eszközt egy tesztbábura kötötte. A kilélegzett levegőben többféle méretű vízcsepp található, amelyek jellemzőek azokra a cseppekre, amelyeket az emberek kilégzéskor, beszéd közben és köhögéskor bocsátanak ki. A tesztbábu mögötti nagy intenzitású LED-lámpa megvilágítja a levegőben lévő cseppeket, ezáltal szétszórja a fényt, ami fényesen jelenik meg a fényképezőgép érzékelőjén.
A schlieren videóval ellentétben ez a videó a cseppek mozgását mutatja a levegőben. A bal oldalon az N95 maszk szelepén keresztül szűretlen cseppek távoznak. Középen nincs szelep és nincs lélegzet, mert a maszk kiszűrte a cseppeket. A jobb oldalon nem viselnek maszkot. A tesztbábu és a mechanikus "légzőkészülék" használata lehetővé tette a kutató számára a légáramlási minták megfigyelését, miközben a légzési sebességet, a légnyomást és más változókat stabilan tartott.
A fényszórással előállított videókat egy számítógépes alkalmazással is elemezték, és a videó fényes képpontjainak számának alapján megbecsülték, hogy hány csepp van a levegőben. Ugyan a kétdimenziós videó nem képes a teljes háromdimenziós levegőmennyiségben történtek rögzítésére, de a kapott számok olyan trendeket rajzolnak fel, amelyek alapján elemezhető a különböző típusú maszkok légáramlási dinamikája.
Ez a kutatási projekt csak egy típusú szelepes maszkot vizsgált meg; a különböző típusú szelepes maszkok másképp fognak teljesíteni. A nem szorosan illeszkedő maszkok pedig lehetővé teszik, hogy egy kevés levegő távozzon a maszkok pereménél, ahelyett, hogy átszűrődne rajtuk, ami ronthatja a maszk szűrési teljesítményét is. De a szelepek fő hatása ezeken a videókon pontosan látható. Ezért Staymates reméli, hogy a videók egy pillanat alatt segítenek megérteni az embereknek, hogy miért nem jó, ha a COVID-19 elleni védekezés során szelepes maszkot viselnek.
