Método de otimização topológica aplicado ao projeto de rotores de máquinas de fluxo radiais operando em escoamento laminar

Resumo

Este trabalho se insere no escopo do projeto temático Sistemas Propulsores Eletromagnéticos para Coração Artificial Implantável e Dispositivos de Suporte Circulatório Mecânico, número Fapesp 2013/24434-0. Uma das linhas de pesquisa deste projeto temático são dispositivos de auxílio ventricular (DAV), assim, este trabalho visa otimizar o desempenho de rotores de bombas de pequena escala utilizadas como DAVs. Estes dispositivos são geralmente utilizados por pacientes de alto risco. Assim, o rendimento e a robustez dessas máquinas são questões fundamentais, sendo que pequenos ganhos no rendimento podem acarretar em grandes benefícios à vida do usuário. A melhoria do rendimento pode ser alcançada por meio de métodos de otimização, como a otimização topológica. Assim, este trabalho envolve o desenvolvimento de um método de projeto de rotores de bombas de fluxo radiais operando em regime laminar utilizadas em DAVs, baseado no método de otimização topológica. O projeto de rotores envolve a modelagem do fluido utilizando as equações de Navier-Stokes em um referencial rotativo, que será realizada pelo software FEniCS. A montagem do problema de otimização apresenta uma função multi-objetivo visando minimizar a perda de carga causada pela dissipação viscosa, a minimização da vorticidade visando a redução de morte de hemácias e também a potência necessária. O problema de otimização será resolvido utilizando o algoritmo PyIpopt. As topologias resultantes serão construídas utilizando-se impressão 3D e os protótipos serão caracterizados experimentalmente medindo-se a vazão e a pressão geradas. Os resultados a serem apresentados serão projetos de rotores de máquinas de fluxo radiais bidimensionais, de pequena escala, que operam em regime laminar, visando aplicação em DAVs, e também resultados experimentais comparando a eficiência dos protótipos. (AU)