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Resumen ¿Alguna vez nos lavamos las manos con la teoría de la lubricación? La teoría de la lubricación se utiliza para investigar cómo las partículas unidas débilmente se pueden transportar lejos de la vecindad de la pared cuando dos superficies rugosas espacialmente periódicas se cortan entre sí a una velocidad constante U mientras están sumergidas en fluido. El objetivo es modelar lo que podría ser un proceso importante durante la descontaminación de manos mediante el lavado y está motivado por Mittal et al. ["La física de flujo de COVID-19", J. Fluid Mech. 894, F2 (2020)] que comentan: "Sorprendentemente, a pesar de los más de 170 años de historia del lavado de manos en la higiene médica, no pudimos encontrar un solo artículo de investigación publicado sobre la física del flujo del lavado de manos". Suponiendo que la longitud de onda de rugosidad es grande en comparación con el espaciamiento de las superficies, a, la aproximación de lubricación permite encontrar expresiones de forma cerrada para los componentes de velocidad que varían en el tiempo. Estos se utilizan para rastrear el movimiento de una partícula que inicialmente está atrapada en un pozo de potencial cerca de una de las superficies y experimenta una fuerza de arrastre proporcional a la diferencia entre su velocidad y la del fluido circundante. Por ahora, se ignoran las complicaciones como las interacciones hidrodinámicas de la pared de partículas, los efectos de tamaño finito y el movimiento browniano. Como era de esperar, las partículas permanecen atrapadas a menos que el flujo impulsado por el movimiento de la pared sea fuerte en comparación con la profundidad del pozo potencial de captura. Quizás menos obvio es que para muchas posiciones iniciales el proceso de escape a grandes distancias de la pared tiene lugar durante un gran número de períodos esencialmente porque la condición de límite de no deslizamiento significa que las velocidades del fluido relativas a la pared son pequeñas cerca a la pared y, por lo tanto, las velocidades de las partículas a lo largo o alejándose de la pared también son pequeñas. Con estimaciones razonables para los diversos parámetros dimensionales, los tiempos de escape en estos casos resultan comparables en magnitud a los tiempos de lavado recomendados en las pautas de lavado de manos. |
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Las pautas típicas para lavarse las manos, incluidas las de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de EE. UU., recomiendan lavarse las manos durante un mínimo de 20 segundos.
Para evaluar esa recomendación, los investigadores utilizaron un modelo matemático para examinar la mecánica clave del lavado de manos y determinar cuánto tiempo lleva eliminar virus, bacterias y otras partículas de las manos.
El modelo utilizó superficies onduladas para representar las manos porque tales superficies son rugosas en escalas espaciales pequeñas, explicaron los autores del estudio. El modelo trabajó en dos dimensiones, con una superficie ondulada que se movía más allá de otra superficie ondulada, y una fina película de líquido entre las dos.
Las partículas quedan atrapadas en las superficies rugosas de la mano, por lo que la energía del flujo de agua debe ser lo suficientemente alta para sacarlas, anotaron los investigadores.
La fuerza del agua que fluye depende de la velocidad de las manos en movimiento. Un flujo más fuerte elimina las partículas con mayor facilidad, según el estudio publicado en la revista Physics of Fluids.
"Básicamente, el flujo le informa sobre las fuerzas sobre las partículas", dijo el autor del estudio Paul Hammond, de Hammond Consulting Limited, en el Reino Unido. "Entonces puede averiguar cómo se mueven las partículas y averiguar si se eliminan".
Lo comparó con restregar las manchas de la ropa.
"Si mueve las manos con demasiada suavidad, demasiado lentamente, entre sí, las fuerzas creadas por el fluido que fluye no son lo suficientemente grandes como para superar la fuerza que mantiene presionada la partícula", explicó Hammond en un comunicado de prensa de la revista.
El modelo confirmó que se necesitan unos 20 segundos de lavado de manos vigoroso para eliminar los gérmenes.
Los investigadores notaron que el modelo no consideró los procesos químicos o biológicos que ocurren cuando se usa jabón. Pero comprender los mecanismos que eliminan físicamente las partículas de las manos puede ayudar a producir jabones más eficaces y respetuosos con el medio ambiente, sugirió Hammond.
"Hoy en día, debemos ser un poco más reflexivos sobre lo que les sucede a los productos químicos de lavado cuando bajan por el desagüe y entran al medio ambiente", anotó.