Las columnas de aerosol de los inodoros comerciales pueden elevarse 5 pies por encima de la taza. John Criminaldi/Informes científicos, CC BY-NC-ND
Cada vez que tiras de la cadena del inodoro, se liberan penachos de pequeñas gotas de agua en el aire que te rodea. Estas gotitas, llamadas penachos de aerosol, puede propagar patógenos de los desechos humanos y exponer a las personas en los baños públicos a enfermedades contagiosas.
La comprensión científica de la propagación de las columnas de aerosol, y la conciencia pública de su existencia, se ha visto obstaculizada por el hecho de que normalmente son invisibles. Mis colegas aarón cierto, Carlos Linden, Mark Hernández, Lars Larson y Anna Pauls y yo pudimos usar láseres de alta potencia para iluminar estas columnas, lo que nos permite obtener imágenes y medir la ubicación y el movimiento de las columnas de aerosol que se propagan desde los inodoros comerciales con vívidos detalles.
Este video compara la visibilidad de una columna de aerosol después de una descarga con y sin láser en un laboratorio.
Subir en lugar de bajar
Los inodoros están diseñados para vaciar eficientemente el contenido dentro de la taza a través de un movimiento hacia abajo en la tubería de drenaje. En el ciclo de descarga, el agua entra en contacto con fuerza con el contenido dentro de la taza y crea un fino rocío de partículas suspendidas en el aire.
Descubrimos que un inodoro comercial típico genera un fuerte chorro de aire ascendente con velocidades que superan los 6.6 pies por segundo (2 metros por segundo), transportando rápidamente estas partículas hasta 5 pies (1.5 metros) por encima de la taza dentro de los ocho segundos posteriores al inicio de la limpieza. el rubor
Para visualizar estos penachos, instalamos un inodoro comercial típico sin tapa con un válvula estilo fluxómetro encontrado en toda América del Norte en nuestro laboratorio. Las válvulas fluxómetro usan presión en lugar de gravedad para dirigir el agua hacia la taza. Usamos una óptica especial para crear una delgada lámina vertical de luz láser que iluminaba la región desde la parte superior del recipiente hasta el techo. Después de descargar el inodoro con un disparador eléctrico remoto, las partículas de aerosol dispersan suficiente luz láser para volverse visibles, lo que nos permite usar cámaras para obtener imágenes de la columna de partículas.
Aunque esperábamos ver estas partículas, nos sorprendió la fuerza del chorro que expulsaba las partículas del recipiente.
A estudio relacionado usó un modelo computacional de un inodoro idealizado para predecir la formación de columnas de aerosol, con un transporte ascendente de partículas a velocidades por encima de la taza que se acercan a 3.3 pies por segundo (1 metro por segundo), que es aproximadamente la mitad de lo que observamos con un inodoro real. inodoro.
¿Por qué láseres?
Los científicos han sabido durante décadas que los inodoros con descarga de agua pueden liberar partículas de aerosol en el aire. Sin embargo, Estudios experimentales se han basado en gran medida en dispositivos que tomaron muestras del aire en lugares fijos para determinar la cantidad y el tamaño de las partículas que producen los inodoros.
Si bien estos enfoques anteriores pueden confirmar la presencia de aerosoles, brindan poca información sobre la física de las columnas: cómo se ven, cómo se propagan y qué tan rápido se mueven. Esta información es crítica para desarrollar estrategias para mitigar la formación de columnas de aerosol y reducir su capacidad de transmitir enfermedades.
Este video muestra a Aaron True monitoreando los datos de imágenes en vivo de una columna de inodoro con descarga en la pantalla de una computadora.
Como miembro del profesor de ingenieria cuya investigación se centra en las interacciones entre la física de fluidos y los procesos ecológicos o biológicos, mi laboratorio se especializa en el uso de láseres para determinar cómo varias cosas son transportado por flujos de fluidos complejos. En muchos casos, estas cosas son invisibles hasta que las iluminamos con láser.
Una ventaja de usar la luz láser para medir los flujos de fluidos es que, a diferencia de una sonda física, la luz no altera ni interrumpe lo que está tratando de medir. Además, el uso de láseres para hacer visibles cosas invisibles ayuda a las personas, como criaturas visuales, comprender mejor las complejidades del entorno fluido en el que viven.
Aerosoles y enfermedades
Las partículas de aerosol que contienen patógenos son importantes Vectores de enfermedades humanas. Las partículas más pequeñas que permanecen suspendidas en el aire por un período de tiempo pueden exponer a las personas a enfermedades respiratorias como gripe y covid-19 a través de la inhalación. Las partículas más grandes que se depositan rápidamente en las superficies pueden propagar enfermedades intestinales como norovirus a través del contacto con las manos y la boca.
El agua de la taza del inodoro contaminada con heces puede tener concentraciones de patógenos que persistir después de docenas de rubores. pero todavía es una pregunta abierta en cuanto a si las columnas de aerosoles del inodoro presentan un riesgo de transmisión.
Si bien pudimos describir visual y cuantitativamente cómo se mueven y dispersan las columnas de aerosol, nuestro trabajo no aborda directamente cómo las columnas del inodoro transmiten enfermedades, y esto sigue siendo un aspecto continuo de la investigación.
Limitación de la propagación del penacho del inodoro
Nuestra metodología experimental proporciona una base para el trabajo futuro para probar una variedad de estrategias para minimizar el riesgo de exposición a enfermedades por el uso de inodoros. Esto podría incluir la evaluación de los cambios en las columnas de aerosol que emanan de los nuevos diseños de inodoros o válvulas de descarga que cambian la duración o la intensidad del ciclo de descarga.
Mientras tanto, hay formas de reducir la exposición humana a las columnas del inodoro. Una estrategia obvia es cerrar la tapa antes del lavado. Sin embargo, esto no elimina por completo las columnas de aerosol, y muchos inodoros en entornos públicos, comerciales y de atención médica no tienen tapas. Ventilación o Desinfección UV Los sistemas también podrían mitigar la exposición a las columnas de aerosol en el baño.
Sobre el Autor
Juan Criminaldi, Profesor de Ingeniería Civil, Ambiental y Arquitectónica, Universidad de Colorado Boulder
Este artículo se republica de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el articulo original.
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