A turbulência está em toda parte – no movimento do vento, nas ondas do oceano e até mesmo nos campos magnéticos no espaço. Também pode ser visto em fenômenos mais transitórios, como fumaça saindo de uma chaminé ou tosse.
Compreender este último tipo de turbulência – chamado turbulência de sopro – é importante não apenas para o avanço da ciência fundamental, mas também para medidas práticas de saúde e ambientais, como calcular a distância que as gotículas de tosse irão viajar ou como os poluentes liberados por uma chaminé ou cigarro podem dispersar nos arredores. Mas criar um modelo completo de como as nuvens turbulentas de gases e líquidos se comportam tem se mostrado ilusório.
“A própria natureza da turbulência é caótica, por isso é difícil prever”, disse o professor Marco Edoardo Rosti, que lidera a Unidade de Fluidos e Fluxos Complexos da Universidade de Pós-Graduação do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST). “A turbulência do sopro, que ocorre quando a ejeção de um gás ou líquido no ambiente é interrompida, em vez de contínua, tem características mais complicadas, por isso é ainda mais desafiador de estudar. Mas é de vital importância – especialmente agora para entender a transmissão aerotransportada de vírus como o SARS-CoV-2.”
Até agora, a teoria mais recente foi desenvolvida na década de 1970 e se concentrava na dinâmica de uma baforada apenas na escala da própria baforada, como a velocidade com que se movia e como se espalhava.
O novo modelo, desenvolvido em uma colaboração entre o Prof. Rosti do OIST, Japão e o Prof. Andrea Mazzino da Universidade de Genova, na Itália, baseia-se nesta teoria para incluir como flutuações mínimas dentro do sopro se comportam, e como tanto em grande escala como a dinâmica em pequena escala é afetada por mudanças de temperatura e umidade. Suas descobertas foram publicadas na Physical Review Letters em 25 de agosto de 2021.
Curiosamente, os cientistas descobriram que em temperaturas mais frias (15 ° C ou menos), seu modelo se desviou do modelo clássico para turbulência.
No modelo clássico, a turbulência reina suprema – determinando como todos os pequenos redemoinhos e redemoinhos dentro do fluxo se comportam. Mas, uma vez que as temperaturas caíram, a flutuabilidade começou a ter um impacto maior.
“O efeito da flutuabilidade foi inicialmente muito inesperado. É uma adição completamente nova à teoria das baforadas turbulentas”, disse o Prof. Rosti.
A flutuabilidade exerce um efeito quando o gás ou líquido está muito mais quente do que a temperatura do ambiente ao redor para o qual é liberado. O gás ou fluido quente é muito menos denso do que o gás ou fluido frio do ambiente e, portanto, a nuvem sobe, permitindo que se mova mais longe.
“A flutuabilidade gera um tipo muito diferente de turbulência – você não só vê mudanças no movimento em grande escala do sopro, mas também mudanças nos movimentos minuciosos dentro do sopro”, disse o Prof. Rosti.
Os cientistas usaram um poderoso supercomputador, capaz de resolver o comportamento do puff em grande e pequena escala, para fazer simulações de puffs turbulentas, que confirmaram sua nova teoria.
O novo modelo agora pode permitir aos cientistas prever melhor o movimento das gotículas no ar que são liberadas quando alguém tosse ou fala sem máscara.
Enquanto as gotas maiores caem rapidamente ao solo, alcançando distâncias de cerca de um metro, as gotas menores podem permanecer no ar por muito mais tempo e viajar mais longe.
“A rapidez com que as gotas evaporam – e, portanto, o quão pequenas são – depende da turbulência, que por sua vez é afetada pela umidade e temperatura do ambiente”, explicou o Prof. Rosti. “Podemos agora começar a levar em consideração essas diferenças nas condições ambientais e como elas afetam a turbulência ao estudar a transmissão viral pelo ar.”
Em seguida, os pesquisadores planejam estudar como os puffs se comportam quando feitos de fluidos não newtonianos mais complicados, onde a facilidade com que o fluxo do fluido pode mudar dependendo das forças sob o qual está sujeito.
“Para o COVID, isso pode ser útil para estudar espirros, onde fluidos não newtonianos, como saliva e muco, são expelidos com força”, disse o Dr. Rosti.
Publicado em 30/08/2021 15h32
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