Análise do escoamento em um dispositivo de assistência ventricular
| dc.contributor.advisor | Bock, Eduardo Guy Perpétuo | |
| dc.contributor.author | Hernandes, Mariana Maria Aparecida Pinto | |
| dc.date.accessioned | 2021-12-10T17:24:49Z | |
| dc.date.available | 2021-12-10T17:24:49Z | |
| dc.date.issued | 24/10/2018 | |
| dc.description.abstract | Este trabalho apresenta a análise do escoamento de um Dispositivo de Assistência Ventricular (DAV) desenvolvido no Laboratório de Bioengenharia e Biomateriais (BIOENG) chamado Cardiac Assistant Recovery of Life (CARoL). Os DAVs são utilizados para o tratamento de pacientes com Insuficiência Cardíaca (IC), seja como ponte para o transplante ou como terapia de destino, o fluxo contínuo da bomba auxilia no bombeamento vital de sangue para o corpo. Visando a concepção e avaliação das medidas de segurança adotadas para evitar danos ao corpo do paciente implantado com DAV e o prolongamento da vida-útil deste, algumas etapas de ensaios são necessárias. A metodologia de análise do escoamento é dividida em: simulação numérica computacional do escoamento no interior da bomba, ensaio de desempenho hidrodinâmico, ensaio de velocimetria de imagens de partículas e ensaio da hemólise sanguínea (em ambiente virtual e in vitro). A análise do escoamento no interior da bomba CARoL ocorreu durante a sua fase de concepção e projeto mecânico, por meio da construção de um modelo tridimensional e da simulação numérica computacional no ambiente virtual do programa Ansys-CFX empregando o uso de modelagem de Transporte de Tensão de Cisalhamento com uma malha de 99 elementos/mm³. Os ensaios hidrodinâmicos foram realizados objetivando a determinação das curvas características em condições semelhantes ao corpo humano, pressão diferencial de 100 mmHg e fluxo de 5 L/min. O ensaio de PIV foi realizado em um protótipo em acrílico, visando a análise visual das regiões de turbulência da bomba. Com estes parâmetros, foi realizada a análise da hemólise em ambiente virtual utilizando a parametrização da equação de Carreau-Yasuda, com condições de contorno do limite do rompimento mecânico das hemácias de 200 Pa com exposição de 0,4 s a 0,6 s. Os ensaios de hemólise in vitro objetivando determinar a taxa de Hemoglobina Livre (HL) no sangue foram realizados nos laboratórios do Instituto de Ciências Biomédicas (ICB) da Universidade de São Paulo (USP), utilizando dois procedimentos: Harboe e reagente Tetrametilbenzedina (Tmb). Os ensaios de escoamento no interior da bomba CARoL permitiram a definição da geometria e configurações das aletas com resultados satisfatórios para a aplicação, reduzindo inúmeros protótipos e ensaios. Com as curvas características, foi possível estabelecer a rotação nominal da bomba para manutenção do fluxo sanguíneo nas condições fisiológicas a 2100 rpm. O resultado dos ensaios de hemólise do DAV em ambiente virtual foi satisfatório, apresentando o resultado de tensão cisalhante de 130 Pa com o tempo de exposição variando de 0,1 s a 100 s. Os resultados de HL no plasma foram considerados satisfatórios, apresentando valores nos procedimentos Harboe e TMB, de 35 mg/dl e 30 mg/dl, respectivamente, sendo condizente com os resultados obtidos em ambiente virtual com erro menor que 5% na estimação numérica. Futuros trabalhos devem aprimorar a técnica de PIV para análise de outras possíveis variáveis danosas ao sangue como áreas de estagnação e recirculação, propensas à formação de trombos | pt_BR |
| dc.description.abstract2 | This paper presents the flow analysis of a Ventricular Assist Device (VAD) developed at the Laboratory of Bioengineering and Biomaterials (BIOENG) called Cardiac Assistant Recovery of Life (CARoL). VADs are often used for the treatment of patients with congestive heart failure (CHF). Whether as a Bridge to Transplant (BTT) or as Destination Therapy (DT), VADs pump blood to assist vital body functions. In order to design and evaluate the safety policy adopted to avoid blood damage, several tests are necessary. The methodology is divided into: computational numerical flow analysis, hydrodynamic performance tests, particle image velocimetry (PIV) and blood haemolysis analysis (in virtual environment and in vitro). Flow analysis occurred during mechanical design and computational numerical simulation in virtual environment with Ansys CFX adopting Shear Stress Transport (SST) model with 99 elements/mm3 mesh. Hydrodynamic tests were performed and characteristic curves plotted in physiological conditions, differential pressure of 100 mmHg and flow of 5 L/min. PIV was performed in acrylic prototype to analyze turbulence regions. With these parameters, hemolysis analysis was performed in virtual environment using Carreau-Yasuda equation with contour conditions of red cells’ mechanical rupture threshold of 200 Pa in exposure from 0.4 s to 0.6 s. In vitro hemolysis assays were performed using two procedures: Harboe and Tetramethylbenzedine (TMB) reagent to determine Plasma Free Hemoglobin (PFH). The proposed methodology allowed the geometry definition with satisfactory reducing excessive amount of prototypes and tests. It was possible to establish 2100 RPM as nominal pump speed to maintain blood flow in physiological conditions. Hemolysis results in virtual environment were satisfactory, presenting shear stress of 130 Pa with exposure time ranging from 0.1 s to 100 s. The results of PFH were considered satisfactory, presenting values in Harboe and TMB procedures of 35 mg/dl and 30 mg/dl, respectively. Those were considered consistent with results obtained in virtual environment, presenting error less than 5% in numerical estimation. Further works with PIV technique should analyze other possible damaging variables like recirculating and stagnant areas | en |
| dc.format.mimetype | application/pdf | |
| dc.identifier.bibliographicCitation | HERNANDES, Mariana Maria Aparecida Pinto. Análise do escoamento em um dispositivo de assistência ventricular. 2018. Dissertação (Mestrado Acadêmico em Engenharia Mecânica) - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo, São Paulo, 2018. | |
| dc.identifier.uri | http://repositorio.ifsp.edu.br/handle/123456789/254 | |
| dc.identifier2.lattes | 7938712200831331 | |
| dc.publisher | IFSP | |
| dc.publisher.campi | São Paulo | |
| dc.publisher.program | Mestrado Acadêmico em Engenharia Mecânica | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | |
| dc.subject.keywords | Simulação computacional | pt_BR |
| dc.subject.keywords | CFX | pt_BR |
| dc.subject.keywords | DAV | pt_BR |
| dc.subject.keywords | Teste de bancada | pt_BR |
| dc.subject.keywords | Velocimetria de imagem de partículas | pt_BR |
| dc.subject.keywords | Índice Normalizado de Hemólise | pt_BR |
| dc.title | Análise do escoamento em um dispositivo de assistência ventricular | pt_BR |
| dc.title.alternative | Analysis of flow in a ventricular assist device | en |
| dc.type | Teses e Dissertações |