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miércoles, 15 de septiembre de 2021

Intercepción de gotitas respiratorias en medios fibrosos porosos (1994)

Investigamos, mediante simulaciones de Boltzmann de celosía a escala de poros, los mecanismos de interceptación de las gotitas respiratorias dentro de los medios fibrosos porosos que componen las mascarillas faciales. Simulamos la dinámica, la coalescencia y la colección de gotitas de tamaño comparable con el tamaño de la fibra y del poro en condiciones típicas de dinámica de fluidos que representan eventos espiratorios comunes. Discernimos la microestructura fibrosa en tres categorías de poros: poros pequeños, grandes y medianos, donde encontramos que dentro de estos últimos, las gotas entrantes tienden a ser interceptadas con mayor probabilidad. El tamaño de los poros de tamaño mediano en relación con el tamaño de la fibra se coloca entre la relación de tamaño de gota a fibra y un parámetro microestructural dependiente de la porosidad L ∗ ϵ = ϵ / (1 − ϵ), siendo ϵ la porosidad. En los poros más grandes, la acumulación de gotitas se ve inhibida por la pequeña proporción de tamaño de garganta a fibra que caracteriza el perímetro de los poros, lo que limita su acceso. La eficiencia del medio fibroso para interceptar las gotas sin comprometer la transpirabilidad, para una relación de tamaño de gota a fibra dada, puede estimarse conociendo el parámetro L ∗ ϵ. Proponemos un modelo simple que predice la penetración promedio de gotitas en el medio fibroso, mostrando un crecimiento sublineal con L ∗ ϵ. También se muestra que la permeabilidad escala bien con L ∗ ϵ pero siguiendo un crecimiento superlineal, lo que indica la posibilidad de aumentar la permeabilidad media a un pequeño costo en términos de eficiencia de interceptación para valores altos de porosidad. Como pauta general de diseño, los resultados también sugieren que el espesor de una capa fibrosa en relación con el tamaño de la fibra debería exceder el valor L ∗ ϵ para asegurar una filtración eficaz de las gotas.
REFERENCIA:
Maggiolo, Dario, and Srdjan Sasic. “Respiratory droplets interception in fibrous porous media.” Physics of Fluids vol. 33,8 (2021): 083305. doi:10.1063/5.0060947

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