Figura 1 – Máscara N95. Fonte: Wikimedia Commons – banej (CC BY-SA 3.0)

    As máscaras N95 se provaram grandes aliadas no combate a pandemia de covid-19, sendo um equipamento de proteção essencial para os profissionais da saúde. Mas você sabe como elas funcionam? O mecanismo por trás dos processos de filtração é uma excelente aplicação da Física no nosso cotidiano!

    Uma primeira intuição nos diz que o tecido atua como uma espécie de “peneira”, assim as partículas não conseguiriam passar pelas frestas das fibras do tecido, porém a N95 não funciona assim! Ela é pensada para barrar tanto partículas grandes quanto pequenas.

Figura 2 – Imagem de microscopia eletrônica de um filtro da máscara N95. Fonte: Okinawa Institute of Science and Technology

    Talvez você já tenha visto insetos ou lagartos andando sobre a água. Isto acontece devido às chamadas “Forças de Van der waals”, uma fraca força de escala molecular bastante importante na Química. Essa mesma força faz com que o material particulado que tente passar pelo filtro da máscara grude em suas fibras não permitindo sua passagem. Logo a máscara é mais parecida com uma teia de aranha do que uma peneira.

Figura 3 – partículas de diferentes tamanhos tentando atravessar a máscara. Fonte: Minute Physics

    Para aumentar a chance de filtragem, as N95 possuem várias camadas de fibras, o que aumenta bastante a probabilidade de uma partícula encontrar uma fibra em seu caminho. Partículas grandes (cerca de 1 micrômetro) não tem sua trajetória muito afetada pelo fluxo de ar e costumam se locomover em linha reta, com altas probabilidades de grudar no filtro.

    Partículas pequenas (cerca de 0,1 micrômetro) se chocam a todo momento com as moléculas do ar, realizando um movimento aleatório conhecido como movimento browniano. Esse movimento, que pode ser imaginado como o caminhar de um bêbado, aumenta a probabilidade dessas partículas encontrarem uma fibra e serem filtradas.

    O maior problema são as partículas de tamanho intermediário (aproximadamente 0,4 micrômetros), pois essas costumam seguir o fluxo de ar e podem acabar escapando da filtragem. Lembre-se que o fluxo de ar sempre existe, pois o usuário da máscara está respirando.

    Porém, temos um truque a mais à nossa disposição! Podemos induzir uma carga eletrostática nos fios do filtro. Isto transforma-os em eletretos, que são parecidos com imãs, mas que geram campo elétrico ao invés de magnético. Esse campo elétrico atrai partículas de todos os tamanhos em direção aos fios. Mesmo as partículas neutras são atraídas pois as cargas dentro da partícula se rearranjam, criando regiões positivas e negativas na partícula.

Figura 4 – Partícula sendo atraída pelo fio da máscara visto em corte. Fonte: Minute Physics

    Estes processos em conjunto dão uma eficiência enorme para as máscaras N95, proporcionando uma filtragem de material particulado de pelo menos 95% (segundo a norma estadunidense)! Uma incrível aplicação da Física, não acham? Mas infelizmente, devido a carga eletrostática não podemos lavar a máscara, o que a torna descartável.

OBS: existem nomenclaturas quase equivalentes para máscaras de proteção dependendo do órgão regulador, como: KN95, PFF-2 e FFP2.

Fontes e referências:

[1] N95 Respirators and Surgical Masks – Centers for disease control and prevention 

[2] N95-electrocharged filtration principle based face mask design using common materials – Okinawa Institute of Science and technology 

[3] The astounding physics of n95 masks – Minute Physics

Este texto foi escrito com exclusividade para o Especial Covid-19

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Os argumentos expressos nos posts deste especial são dos pesquisadores. Dessa forma, os textos foram produzidos a partir de campos de pesquisa científica e atuação profissional dos pesquisadores e foi revisado por pares da mesma área técnica-científica da Unicamp. Assim, não, necessariamente, representam a visão da Unicamp e essas opiniões não substituem conselhos médicos.


editorial


Eduardo Akio Sato

Eduardo A. Sato é Bacharel (2014) e Mestre (2016) em Física pela Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) e atualmente faz doutorado estudando o papel das antipartículas na evolução do universo. Entusiasta de divulgação, é extremamente grato por poder colaborar com o projeto blogs de ciência da Unicamp.

5 comentários

Rodrigo C. · 14/03/2021 às 14:28

Muito bom o texto! Claro e simples! Deu para entender bem! Obg!

Hylson Batalha Muniz · 13/04/2021 às 12:46

Muito didático até o ponto da lavagem. Não foi explicado como os produtos químicos caseiros : água, hipoclorito de sódio a 2%, sabão em pó , ou de coco estragariam a fibra eletrostática. Agradeço se avançarem mais.

    Ana Arnt · 13/04/2021 às 21:30

    Boa sugestão de pauta, montaremos mais textos sobre o tema.

    Att,

Rafaela · 29/04/2021 às 14:23

Bastante explicativo, mas me gerou uma dúvida. Qual é a duração média do filtro eletrostático nas máscaras pff e cirúrgicas? Ele continua eficiente depois que reutilizamos as máscara várias vezes? (sem lavar ou aplicar produtos químicos)

    Ana Arnt · 29/04/2021 às 15:13

    Em geral, Rafaela, tem se indicado cerca de 15 usos por máscara (considerando uso contínuo, um dia inteiro).

    Mas realmente o ideal é ver a condição da máscara em se (se ela está vedando bem, o elástico está ok, etc.)

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