Método de otimização topológica aplicado ao projeto de rotor e voluta de dispositivos de assistência ventricular baseados no efeito de viscosidade (princípio Tesla)

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. Este trabalho se enquadra na linha de pesquisa de Dispositivos de Assistência Ventricular (DAVs), visando otimizar o desempenho de rotor e voluta de bombas de fluxo de pequena escala baseadas no efeito de viscosidade (bombas Tesla). Como DAVs são utilizados como substituição ou auxílio temporário do coração de um paciente, o aumento da sua eficiência em termos energéticos e redução de hemólise é de grande interesse. Esse aumento de eficiência pode ser obtido por meio de métodos de otimização, como o método de otimização topológica, que é capaz de criar o formato do rotor e da voluta. A modelagem será de fluido não-Newtoniano (sangue). A montagem do problema de otimização é feita com uma função multiobjetivo visando indiretamente minimizar a perda de carga causada pela dissipação de energia (de modo a minimizar a taxa de hemólise), minimizar o torque de acionamento, minimizar a vorticidade (de modo a diminuir a coagulação do sangue) e maximizar a carga manométrica no escoamento. O modelo de material a ser usado na otimização topológica é baseado no "método de densidade". A implementação numérica será feita na plataforma FEniCS, utilizando o método adjunto de cálculo de derivadas (dolfin-adjoint) e algoritmo de otimização de ponto interior (IPOPT). Os resultados de otimização topológica serão interpretados e fabricados utilizando manufatura aditiva (i.e., impressora 3D), sendo caracterizados experimentalmente em termos de vazão e carga manométrica geradas pelos protótipos. (AU)