Cientistas da CU esclarecem o que acontece quando você flui | CU Boulder hoje

Foto do banner: Um poderoso laser verde ajuda a visualizar as plumas de aerossol de um banheiro durante a descarga. (Crédito: Patrick Campbell/CU Boulder)

Graças à nova pesquisa da CU Boulder, os cientistas estão vendo o efeito da descarga do banheiro sob uma luz totalmente nova – e agora o mundo também pode.

Usando lasers verdes brilhantes e equipamentos de câmera, uma equipe de engenheiros da CU Boulder conduziu um experimento para revelar como minúsculas gotas de água, invisíveis a olho nu, são rapidamente ejetadas no ar quando um banheiro público sem tampa é acionado. Agora está publicado em Relatórios científicosÉ o primeiro estudo a visualizar diretamente a coluna de aerossol resultante e medir a velocidade e a difusão das partículas dentro dela.

Essas partículas voláteis são conhecidas por transmitir patógenos e podem representar um perigo para os visitantes de banhos públicos. No entanto, essa visualização vívida da possível exposição a doenças também fornece uma metodologia para ajudar a reduzi-la.

“Se é algo que você não pode ver, é fácil fingir que não está lá. Mas depois de assistir a esses vídeos, você nunca mais pensará em dar descarga no banheiro da mesma maneira.” João Crimaldi, principal autor do estudo e professor de engenharia civil, ambiental e arquitetônica. “Ao criar visuais interessantes desse processo, nosso estudo pode desempenhar um papel importante nas mensagens de saúde pública”.

Os pesquisadores sabem há mais de 60 anos que, quando um vaso sanitário é liberado, sólidos e líquidos caem de acordo com o projeto, mas pequenas partículas invisíveis também são liberadas no ar. Estudos anteriores usaram ferramentas científicas para detectar a presença dessas partículas transportadas pelo ar acima dos vasos sanitários e mostraram que partículas maiores podem pousar nas superfícies circundantes, mas até agora ninguém entendia como eram essas plumas ou como as partículas chegavam lá.

Compreender as trajetórias e velocidades dessas partículas – que podem transmitir patógenos como Escherichia coli, Clostridium difficile, norovírus e adenovírus – é importante para mitigar os riscos de exposição por meio de estratégias de desinfecção e ventilação ou melhor projeto de vaso sanitário e descarga. Embora o vírus que causa o COVID-19 (SARS-CoV-2) esteja presente em dejetos humanos, atualmente não há evidências conclusivas de que ele se espalhe de maneira eficiente por meio do spray higiênico.

“As pessoas sabiam que os banheiros emitiam spray, mas não podiam ver”, disse Crimaldi. “Mostramos que essa coisa é uma coluna muito mais ativa e difundida do que as pessoas que conheciam esse conceito.”

O estudo descobriu que essas partículas transportadas pelo ar viajam rapidamente, a 6,6 pés (2 metros) por segundo, atingindo 4,9 pés (1,5 metros) acima do vaso sanitário em 8 segundos. Enquanto gotas maiores tendem a se depositar nas superfícies em segundos, partículas menores (aerossóis com menos de 5 mícrons ou milionésimos de metro) podem permanecer suspensas no ar por minutos ou mais.

Não é apenas com o próprio lixo que os frequentadores do banheiro precisam se preocupar. Vários outros estudos mostraram que patógenos podem persistir em um vaso por dezenas de flashes, aumentando o risco de exposição potencial.

“O objetivo de um vaso sanitário é remover efetivamente os resíduos do vaso, mas também faz o contrário, que é borrifar grande parte do conteúdo para cima”, disse Crimaldi. “Nosso laboratório criou uma metodologia que fornece uma base para melhorar e mitigar esse problema.”

Não é uma perda de tempo

Crimaldi executa um arquivo Laboratório de Dinâmica de Fluidos Ambiental na CU Boulder, especializada no uso de dispositivos baseados em laser, corantes e tanques gigantes de fluido para estudar tudo, desde Como os odores chegam ao nosso nariz? de como os produtos químicos se movem em corpos de água turbulentos. A ideia de usar a tecnologia de laboratório para rastrear o que acontece no ar após a descarga do vaso sanitário foi uma questão de conveniência, curiosidade e circunstância.

Durante uma semana livre em junho passado, colegas professores Carl Linden E a Mark Hernandez do programa de Engenharia Ambiental, e vários alunos de pós-graduação do laboratório Crimaldi juntaram-se a ele para montar e executar o experimento. Aaron True, segundo autor do estudo e parceiro de pesquisa no laboratório Crimaldi, foi fundamental na execução e registro das medições baseadas em laser para o estudo.

Eles usaram dois lasers: um que brilhava continuamente sobre e acima do vaso sanitário e o outro que enviava pulsos rápidos de luz sobre a mesma área. O laser estacionário detectava onde as partículas transportadas pelo ar estavam localizadas no espaço, enquanto o laser pulsante podia medir sua velocidade e direção. Enquanto isso, duas câmeras tiraram fotos de alta resolução.

O banheiro em si era do mesmo tipo normalmente visto em banheiros públicos na América do Norte: uma unidade sem tampa acompanhada por um mecanismo cilíndrico de descarga – manual ou automático – que recuava na parte de trás perto da parede, conhecido como válvula tipo medidor de descarga. O novo banheiro limpo estava cheio apenas com água da torneira.

Eles sabiam que esse experimento repentino poderia ser uma perda de tempo, mas, em vez disso, a pesquisa gerou um grande impulso.

“Esperávamos que esses aerossóis flutuassem, mas eles saíram como um foguete”, disse Crimaldi.

As enérgicas moléculas de água transportadas pelo ar se dirigiam principalmente para cima e para trás em direção à parede do fundo, mas seu movimento era imprevisível. O poço também subia até o teto do laboratório e, sem nenhum outro lugar para ir, moveu-se para fora da parede e se espalhou para a frente, para dentro da sala.

A configuração experimental não incluía resíduos sólidos ou papel higiênico na tigela, e não havia baias ou pessoas se movimentando. Essas variáveis ​​do mundo real podem exacerbar o problema, disse Crimaldi.

Eles também mediram as partículas transportadas pelo ar usando um contador óptico de partículas, um dispositivo que suga uma amostra de ar através de um pequeno tubo e o ilumina, permitindo contar e medir as partículas. As partículas menores não apenas flutuam no ar por mais tempo, mas também podem escapar dos pêlos nasais e atingir os pulmões – tornando-os mais perigosos para a saúde humana -, portanto, saber o número e o tamanho das partículas também era importante.

Embora essas descobertas possam ser alarmantes, o estudo fornece aos especialistas em encanamento e saúde pública uma maneira consistente de testar estratégias aprimoradas de projeto de encanamento, desinfecção e ventilação, a fim de reduzir o risco de exposição a patógenos em banheiros públicos.

“Nenhuma dessas melhorias pode ser feita de forma eficaz sem saber como a coluna de aerossol evolui e como ela se move”, disse Crimaldi. “Ser capaz de ver esse pilar invisível é uma virada de jogo.”

Autores adicionais nesta publicação incluem: Aaron True, Carl Linden, Mark Hernandez, Lars Larsson e Anna Pauls do Departamento de Engenharia Civil, Ambiental e Arquitetônica.