Los láseres arrojan luz sobre por qué necesita cerrar la tapa antes de descargar

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 , pueden 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  Aaron True , Karl Linden , Mark Hernandez , Lars Larson y Anna Pauls y yo pudimos usar láseres de alta potencia para iluminar estas columnas , lo que nos permitió obtener imágenes y medir la ubicación y el movimiento de las columnas de aerosol que se propagan desde los inodoros comerciales en detalle vívido.

1. Las plumas de aerosol suben, no bajan
2. Pruebas de penachos de aerosol usando láseres
3. Los penachos de aerosoles pueden provocar enfermedades
4. Limitación de la propagación del penacho del inodoro

Los inodoros están diseñados para vaciar eficientemente el contenido dentro de la taza a través de un movimiento hacia abajo en el tubo de desagüe. 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 una válvula estilo fluxómetro que se encuentra en todo Norteamérica 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.

Un 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 baño real.

Los científicos saben desde hace décadas que los inodoros pueden liberar partículas de aerosol en el aire. Sin embargo, los 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.

Como profesor de ingeniería 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 los flujos de fluidos complejos transportan varias cosas . 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 las cosas invisibles ayuda a las personas, como criaturas visuales , a comprender mejor las complejidades del entorno fluido en el que viven.

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 la influenza y el COVID-19 a través de la inhalación. Las partículas más grandes que se depositan rápidamente en las superficies pueden propagar enfermedades intestinales como el 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 persisten después de docenas de descargas. Pero sigue siendo una pregunta abierta si las columnas de aerosol 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.

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 de descargar. 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. Los sistemas de ventilación o desinfección UV también podrían mitigar la exposición a las columnas de aerosol en el baño.

John Criminaldi es profesor de ingeniería civil, ambiental y arquitectónica en la Universidad de Colorado Boulder. Recibe fondos de la Fundación Nacional de Ciencias, los Institutos Nacionales de Salud y el Centro Químico Biológico DEVCOM del Ejército de EE. UU.

Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Puede encontrar el artículo original aquí .