Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/37336
Type: Dissertação
Title: Estudo numérico da hemólise em um filtro de linha arterial
Authors: Marílson Fonseca de Carvalho Almeida
First Advisor: Edna Maria de Faria Viana
First Co-advisor: Rudolf Huebner
First Referee: Carlos Barreira Martinez
Second Referee: Thabata Coaglio Lucas
Abstract: O rompimento parcial ou total da membrana das hemácias, fenômeno conhecido como hemólise, é um problema persistente para a dispositivos que entram em contato direto com o sangue. O objetivo desse trabalho foi avaliar numericamente a hemólise em um filtro de linha arterial utilizado em circuitos de circulação extracorpórea a partir da técnica de fluidodinâmica computacional. O modelo de tensão de cisalhamento em formato de lei de potências é um dos mais populares para estimar o dano às hemácias devido sua aplicabilidade em várias geometrias. Nesse trabalho, diferentes implementações Eulerianas e Lagrangianas foram comparadas em dois benchmarks para verificação e validação do modelo: um escoamento com solução analítica e um escoamento em um equipamento médico idealizado em forma de bocal. Porém ainda não é bem compreendido como o tensor turbulento afeta diretamente as hemácias, não sendo recomendada a sua aplicação no modelo de lei de potências. Desse modo, foi usado um modelo adicional baseado na absorção da energia dos menores vórtices pela membrana dessas células e sua correlação com sua ruptura. Paralelamente, um modelo numérico do escoamento no filtro foi criado e validado com dados experimentais de perda de carga, visualização por corante e campos de velocidade por velocimetria de imagens de partículas. Finalmente, a hemólise foi estimada no escoamento no filtro a partir dos modelos apresentados. A geometria do filtro mostra que a hemólise ocorre principalmente no canal de distribuição na zona de entrada a montante do elemento filtrante devido a formação de um jato com altas velocidades e mudança de direção perpendicular ao escoamento. Uma relação direta da hemólise com a vazão no filtro foi levantada e ser usada em estudos comparativos ou de otimização do design.
Abstract: The partial or total rupture of the red cell membrane, a phenomenon known as hemolysis, is a persistent problem for blood-wetted devices. The objective of this work was to evaluate hemolysis numerically in an arterial line filter used in extracorporeal circulation circuits with the computational fluid dynamics technique. The shear stress model in the power law format is one of the most popular for estimating damage to red blood cells due to its applicability in various geometries. In this work, different Eulerian and Lagrangian implementations were compared in two benchmarks to verify and validate the model: a flow with analytical solution and a flow in medical equipment idealized in the form of a nozzle. However, it is still not well understood how the turbulent tensor directly affects red blood cells, and its application in the power law model is not recommended. Thus, an additional model was used based on the absorption of energy from the smallest eddies by the membrane of these cells and their correlation with it's rupture. In parallel, a numerical model of filter flow was created and validated with experimental data on pressure drop, dye visualization and velocity fields by particle image velocimetry. Finally, hemolysis was estimated in the filter flow from the models presented. The geometry of the filter shows hemolysis occurs mainly in the distribution channel in the entrance zone upstream of the filter element due to the formation of a jet with high speeds and a change of direction perpendicular to the flow. A direct relationship between hemolysis and the flow in the filter was proposed and can be used in comparative or optimization studies of it's design.
Subject: Engenharia mecânica
Hemodinâmica
Sangue
Fluidodinâmica computacional
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecanica
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/37336
Issue Date: 29-Mar-2021
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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