Como a temperatura ambiente altera as nuvens de aerossóis de uma tosse, segundo a URV

Uma tosse ou um espirro parecem algo pequeno porque acontecem muito depressa. Você sente uma coceira, o corpo reage e, em menos de um segundo, gotículas minúsculas e partículas saem pela boca e pelo nariz.

A maioria é pequena demais para ser vista a olho nu. Mas elas não somem do nada. Essas partículas seguem pelo ar, se misturam ao ambiente do cômodo e, em alguns casos, permanecem ali por mais tempo do que imaginamos.

A pandemia de COVID-19 levou muita gente a pensar nessa “nuvem” invisível pela primeira vez. Cientistas já sabiam que vírus podem viajar em aerossóis, mas ainda existiam muitas dúvidas.

Até onde essas partículas conseguem ir? Por quanto tempo elas permanecem agrupadas? Um ambiente quente muda o trajeto? Um ambiente frio faz com que elas se comportem de outro jeito?

Para responder a essas perguntas, um grupo de pesquisa da Universitat Rovira i Virgili (URV), em Tarragona, Espanha, decidiu investigar o tema usando uma máquina capaz de “tossir” de forma controlada.

Cada pessoa tosse de um jeito

Analisar tosses reais parece simples, mas não é. Cada pessoa tosse de uma maneira diferente.

Há quem expulse o ar com mais força. Há quem tenha pulmões maiores. Algumas pessoas abrem mais a boca ao tossir. Até o formato do nariz, da garganta e da boca pode alterar como o ar sai do corpo.

Isso dificulta a comparação entre resultados. Se uma tosse vai mais longe do que outra, a causa é a temperatura do ambiente ou é porque alguém tossiu com mais intensidade?

Um simulador de tosse

Para contornar esse problema, os pesquisadores construíram um simulador mecânico de exalação. Ele utilizou um modelo, impresso em 3D, das vias aéreas superiores humanas - incluindo nariz, garganta e traqueia - conectado a um rosto humano também impresso em 3D.

O equipamento empurrou ar aquecido, carregado com partículas minúsculas de aerossol, através desse modelo, de modo parecido com o que acontece quando o ar sai de um corpo humano real.

A equipe usou uma lâmina de laser para iluminar a nuvem de aerossóis e uma câmara de alta velocidade para registar para onde ela se deslocava.

A temperatura do ambiente muda as nuvens de aerossóis

Os pesquisadores testaram as nuvens semelhantes às de uma tosse dentro de uma câmara com tamanho aproximado ao de uma sala de estar grande.

A temperatura do recinto foi ajustada para 27°C (80.6°F), 17°C (62.6°F) e 7°C (44.6°F). Já o ar exalado foi mantido a 37°C (98.6°F), próximo à temperatura corporal normal.

Nicolás Catalán é pesquisador do Departamento de Engenharia Mecânica da URV e coautor do estudo.

“Queríamos entender até que ponto a temperatura ambiente pode alterar a dinâmica das nuvens de partículas”, disse Catalán.

Ar mais frio mantém as nuvens mais coesas

Os testes mostraram que a temperatura faz diferença. Quando o ar quente vindo do corpo encontra o ar mais frio do cômodo, a mistura entre os dois não ocorre de forma simples.

O tamanho dessa diferença de temperatura influencia o quão “junta” a nuvem de aerossóis permanece e como ela se desloca.

Quando a diferença foi maior, a nuvem ficou mais compacta. Ela se misturou menos com o ar ao redor e conservou a forma por mais tempo.

Isso é relevante porque uma nuvem compacta consegue transportar mais partículas agrupadas, em vez de dispersá-las rapidamente.

“O que observamos foi que, quando a diferença de temperatura entre o ar exalado e o ar ambiente aumentou, a nuvem permaneceu mais coesa e viajou distâncias maiores”, observou Catalán.

A mistura do ar influencia a dispersão das partículas

Uma nuvem de tosse se comporta, em parte, como a fumaça. Às vezes a fumaça se espalha rapidamente.

Em outras situações, ela se mantém como um “filete” visível por um tempo antes de se desfazer. Com os aerossóis de uma tosse, algo parecido acontece - com a diferença de que a maior parte das partículas é invisível.

Quando o ar exalado se mistura com força ao ar do ambiente, a nuvem se abre e se dilui. Isso reduz a concentração das partículas.

Quando essa mistura é menor, a nuvem fica mais organizada e pode deslocar-se como um grupo mais concentrado.

Esse processo é importante em ambientes internos. A sala não é apenas um “cenário” neutro: a temperatura do recinto pode moldar como as partículas respiratórias se movimentam dentro dele.

O nariz muda a direção do fluxo de ar

O estudo também indicou que o nariz tem um papel maior do que muitas pessoas imaginariam.

Os pesquisadores compararam o que acontecia quando as narinas do rosto impresso em 3D ficavam abertas e quando eram fechadas.

Com as narinas fechadas, todo o ar saía pela boca. A nuvem descia numa trajetória de cerca de 16° abaixo de uma linha horizontal.

Com as narinas abertas, aproximadamente 39% do ar seguia pelo nariz. Isso alterou a direção e o formato de toda a nuvem.

Esse resultado ajuda a entender por que modelos simplificados podem deixar passar detalhes importantes. Um tubo básico não reproduz como um rosto humano real distribui o ar entre boca e nariz. O formato das vias aéreas interfere em onde as partículas vão parar.

A intensidade da tosse define o movimento

Os pesquisadores também analisaram o equilíbrio entre duas forças: a força da própria tosse e o empuxo, que faz o ar quente subir.

No início, a força da tosse domina a nuvem. O ar avança como um jato. Nos primeiros segundos, esse impulso é mais determinante do que a temperatura.

Quando a nuvem perde velocidade, o empuxo passa a ganhar importância. O ar quente começa a subir e a derivar. A partir daí, a temperatura influencia mais o destino das partículas.

Isso significa que a intensidade da tosse importa. Uma tosse mais forte projeta partículas mais longe, sobretudo na direção horizontal. O estudo encontrou uma ligação clara entre um fluxo de ar mais intenso e um maior alcance horizontal.

Prever a altura foi mais complexo, pois dependia da temperatura, do fluxo pelo nariz e da força inicial da exalação.

Condições em ambientes internos afetam a transmissão

Esses achados têm implicações para hospitais, escolas, escritórios, autocarros, restaurantes e outros espaços partilhados.

Ventilação não é apenas “colocar ar novo” no ambiente. Também envolve compreender como temperatura, correntes de ar e o desenho do espaço interagem.

Um ambiente interno quente ou com temperaturas irregulares pode direcionar o movimento de aerossóis de maneiras inesperadas. Bolsões de ar, sistemas de aquecimento e má circulação podem ajudar as partículas a permanecerem agrupadas ou a deslocarem-se na direção de outras pessoas.

Uma ventilação melhor e uma mistura mais uniforme do ar podem contribuir para desfazer nuvens concentradas.

A pesquisa também ajuda a explicar por que doenças se espalham com tanta facilidade em ambientes internos durante épocas mais frias. As pessoas passam mais tempo dentro de casa, as janelas ficam fechadas e a ventilação frequentemente diminui.

Quando há aglomeração em locais fechados, as condições do ar no ambiente podem influenciar até que distância as partículas respiratórias conseguem viajar.