Análise numérica de um cateter de resfriamento para indução de hipotermia em pacientes pós parada cardiorrespiratória
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Tipo de produção
Dissertação
Data
2024
Autores
Cavalcanti, Gustavo Moura
Orientador
Mady, C. E.
Periódico
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Citação
CAVALCANTI, Gustavo Moura. Análise numérica de um cateter de resfriamento para indução de hipotermia em pacientes pós parada cardiorrespiratória. 2024. 88 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo, 2024. Disponível em: https://doi.org/10.31414/EM.2024.D.131764.
Texto completo (DOI)
Palavras-chave
Cateter de resfriamento,Simulação CFD,Parada cardíaca
Resumo
Estudos mostram que a indução de hipotermia leve em casos de parada cardiorrespiratória causa efeitos benéficos como: neuroproteção, redução de pressão intracraniana e diminuição de mortalidade. Dos diversos métodos de resfriamento, o cateter de resfriamento intravascular se mostrou eficiente, seguro, estável e prático durante todo o tratamento. Com base nos estudos existentes, este trabalho propõe criar geometrias tridimensionais em ambiente computacional, tomando como referência os produtos fabricados pela montadora Zoll™ Medical Corporation. Em seguida, o programa de simulação CFD ANSYS Fluent carrega os modelos tridimensionais, por onde é definido o domínio computacional que representa o sangue, a solução salina e o sólido que compõe o cateter, assim como a descrição das propriedades termofísicas de cada domínio. Após definir o problema pelo programa ANSYS Fluent, a simulação inicia e parâmetros como temperatura e fluxo de calor são monitorados para garantir a convergência dos resultados. As respostas foram coletadas e a partir delas foi calculado o coeficiente global de transferência de calor. Por último, o comportamento térmico do corpo humano sob a indução de hipotermia por cateter é avaliado por programa escrito em Python, que auxilia a realizar análises exergética. Durante as simulações, a temperatura de solução salina variou de 1? para 30?, que resultou no aumento do coeficiente global de transferência de calor de 3,55 para 4,14 W/K (aumento de 16,6%). Similarmente, a vazão de solução salina aumentou de 100 ml/min para 300 ml/min, no qual resultou no aumento do parâmetro de 3,87 até 8,19 W/K (ganho de 110,9%). A espessura dos balões foi alterada de 0,05mm para 0,2 mm, observando uma perda de 6,40 até 2,59 W/K (decréscimo de 59,5%). Por último, a adição de ranhuras nos balões gerou uma queda no desempenho
Studies show that inducing mild hypothermia in cases of cardiac arrest has beneficial effects such as neuroprotection, reduction of intracranial pressure, and decreased mortality. Among various cooling methods, intravascular cooling catheters have proven to be efficient, safe, stable, and practical throughout the treatment. Based on existing studies, this work proposes creating three-dimensional geometries in a computational environment, using products manufactured by Zoll™ Medical Corporation as a reference. Subsequently, the CFD simulation program ANSYS Fluent loads the three-dimensional models, where the computational domain representing blood, saline solution, and the solid composing the catheter is defined, along with the description of the thermophysical properties of each domain. After defining the problem using the ANSYS Fluent program, the simulation starts, and parameters such as temperature and heat flow are monitored to ensure the convergence of results. Responses were collected, and the overall heat transfer coefficient was calculated based on them. Finally, the thermal behavior of the human body under catheter-induced hypothermia is evaluated by a Python program, assisting in exergetic analyses. During the simulations, the temperature of the saline solution ranged from 1? to 30?, resulting in an increase in the overall heat transfer coefficient from 3,55 to 4,14 W/K (a 16,6% increase). Similarly, the flow rate of saline solution increased from 100 ml/min to 300 ml/min, leading to an increase in the parameter from 3,87 to 8.19 W/K (a 110,9% gain). The thickness of the balloons was changed from 0,05 mm to 0,2 mm, observing a decrease from 6,40 to 2,59 W/K (a 59,5% decrease). Lastly, the addition of grooves on the balloons resulted in a performance drop
Studies show that inducing mild hypothermia in cases of cardiac arrest has beneficial effects such as neuroprotection, reduction of intracranial pressure, and decreased mortality. Among various cooling methods, intravascular cooling catheters have proven to be efficient, safe, stable, and practical throughout the treatment. Based on existing studies, this work proposes creating three-dimensional geometries in a computational environment, using products manufactured by Zoll™ Medical Corporation as a reference. Subsequently, the CFD simulation program ANSYS Fluent loads the three-dimensional models, where the computational domain representing blood, saline solution, and the solid composing the catheter is defined, along with the description of the thermophysical properties of each domain. After defining the problem using the ANSYS Fluent program, the simulation starts, and parameters such as temperature and heat flow are monitored to ensure the convergence of results. Responses were collected, and the overall heat transfer coefficient was calculated based on them. Finally, the thermal behavior of the human body under catheter-induced hypothermia is evaluated by a Python program, assisting in exergetic analyses. During the simulations, the temperature of the saline solution ranged from 1? to 30?, resulting in an increase in the overall heat transfer coefficient from 3,55 to 4,14 W/K (a 16,6% increase). Similarly, the flow rate of saline solution increased from 100 ml/min to 300 ml/min, leading to an increase in the parameter from 3,87 to 8.19 W/K (a 110,9% gain). The thickness of the balloons was changed from 0,05 mm to 0,2 mm, observing a decrease from 6,40 to 2,59 W/K (a 59,5% decrease). Lastly, the addition of grooves on the balloons resulted in a performance drop