Método de otimização topológica aplicado ao projeto de rotores e volutas de dispositivos de auxílio ventricular.

Autor(es)

Luís Fernando Nogueira de Sá

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Paulo.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Escola Politécnica (EP/BC)
• Data de defesa: 2019-10-24

Membros da banca

Emilio Carlos Nelli Silva; Aron Jose Pazin de Andrade; Oswaldo Horikawa; Renato Pavanello; Juan Sergio Romero Saenz

• Orientador: Emilio Carlos Nelli Silva

Resumo

Dispositivos de auxílio ventricular (DAV) são essencialmente bombas de pequena escala que auxiliam o bombeamento de sangue. O projeto de DAVs tem como principal requisito baixa tensão de cisalhamento a fim de evitar a destruição de hemácias. As topologias do rotor e voluta dessas bombas influenciam diretamente a condição do escoamento e consequentemente a tensão de cisalhamento. Este trabalho visa o otimizar o rotor e a voluta de um DAV radial, baseando-se no método de otimização topológica. A solução das equações constitutivas é feita utilizando-se o método de elementos finitos para a modelagem do escoamento de sangue, em um referencial rotativo no caso do rotor, e fixo no caso da voluta. O escoamento foi modelado com base no escoamento fluido em meio poroso utilizando a equação de Brinkman; além disso é considerado escoamento turbulento utilizando-se o modelo de Spalart-Allmaras. A função objetivo considerada é a minimização da energia de dissipação viscosa, visando-se, indiretamente, a redução da taxa de hemólise. A implementação dos algoritmos é realizada utilizando-se o ambiente FEniCS em conjunto com as bibliotecas do dolfin-adjoint e pyIpopt. As topologias otimizadas foram construídas utilizando-se impressão 3D. Os protótipos foram testados com água e os resultados utilizados para calibrar um modelo computacional 3D de um DAV completo. Por fim, o modelo foi simulado com sangue operando a 5 l/min e 100mmHg, e comparado com um rotor de pás retas, observando-se uma redução de 20% no valor de dissipação viscosa. (AU)

• Processo FAPESP: 16/19261-7 - Método de Otimização Topológica Aplicado ao Projeto de Rotores e Voluta de Dispositivos de Auxílio Ventricular
• Beneficiário: Luís Fernando Nogueira de Sá
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado