Capítulo 6
Como funcionam as máscaras N95 (PFF2)p.51-54
Eduardo Akio Sato
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Revisão: Érica Mariosa Moreira Carneiro
Edição: Ana de Medeiros Arnt
Arte: Carolina Frandsen P. Costa
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!
Semana epidemiológica #106
Média móvel de novos casos no Brasil, na ocasião de publicação deste texto
1.361 óbitos registrados no dia (235.081 ao todo)
Adaptado de “Coleção de máscara facial kn95 em diferentes perspectivas”; licença gratuita por Freepik
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
Nota dos Editores:
No início de 2021 se falava muito ainda em máscaras N95, que é a terminologia internacional. No Brasil, atualmente, temos usado a terminologia brasileira, PFF2, que é a sigla para Peça Facial Filtrante do tipo 2.
Talvez você já tenha visto insetos ou lagartos andando sobre a água. Isto acontece devido à chamada “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.
Imagem de microscopia eletrônica de um filtro da máscara N95. Fonte: Okinawa Institute of Science and Technology
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.
Ilustrado a partir de frames (selecionados pelo autor) do vídeo de Minute Physics. The astounding physics of n95 masks. 2020. Disponível em: https://www.youtube. com/watch?v=eAdanPfQdCA
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.
Ilustrado a partir de frame (selecionado pelo autor) do vídeo de Minute Physics. The astounding physics of n95 masks. 2020. Disponível em: https://www.youtube. com/watch?v=eAdanPfQdCA
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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.
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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:
Nota dos Editores:
Apesar das máscaras KN95 terem sido bastante divulgadas como iguais as N95, é sabido que elas são um pouco menos eficientes do que as N95 per se, apesar de ainda serem melhores do que máscaras cirúrgicas e de pano.
PARA SABER MAIS
- N95 Respirators and Surgical Masks. 2009. Disponível em: https://blogs.cdc.gov/niosh-science-blog/2009/10/14/n95/
- Minute Physics. The astounding physics of n95 masks. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=eAdanPfQdCA
- Okinawa Institute of Science and technology. N95-electrocharged filtration principle based face mask design using common materials. 2020. Disponível em: https://groups.oist.jp/nnp/diy-face-mask