Simulación con geometría simplificada 2D, del flujo en una bomba de desplazamiento positivo para sangre

JOSÉ DI PAOLO; JORDÁN F. INSFRÁN; EXEQUIEL R. FRIES; DIEGO M. CAMPANA; MARCELO E. BERLI; SEBASTIÁN UBAL

Resistencia

Congreso; IV Congreso Argentino de Ingeniería Mecánica; 2014

Facultad de Ingeniería (Universidad Nacional del Nordeste), Foro Docente del Área Mecánica de las Ingenierías

Una alternativa tecnológica para el tratamiento de la insuficiencia cardíaca es el soporte circulatorio mecánico a corto plazo, tanto para los pacientes en espera de un trasplante como los pacientes que necesitan apoyo circulatorio por un período determinado. Las bombas de desplazamiento positivo pulsátiles, son generalmente grandes cuando la sangre se impulsa a frecuencia fisiológica (1 Hz), siendo utilizadas sólo en forma extracorpórea. No obstante, si el dispositivo se diseñase para suministrar sangre a mayores frecuencias que la fisiológica, su tamaño sería más pequeño y podría ser totalmente implantable. En este trabajo se presenta un estudio preliminar de una nueva bomba pulsátil que funcione a una frecuencia mayor a la fisiológica. La bomba consta de un pistón impulsor de doble efecto, con cuatro válvulas, dos en la entrada y dos en la salida que abren y cierran con velocidades impuestas. El estudio se realiza simulando la interacción fluido-estructura entre un flujo de sangre y el pistón que se mueve con una velocidad periódica también impuesta. La simulación se realiza con un software de elementos finitos llamado COMSOL Multiphysics 4.4 para resolver el flujo en una geometría simplificada 2D, para determinar las zonas de altas velocidades y elevadas tensiones de corte que pueden causar hemólisis y trombogénesis. Los resultados, para un dispositivo que impulsaría 5,0 l / min a 111 mm Hg y 4,25 Hz, muestran que las tensiones de corte son inferiores a los límites de resistencia de los glóbulos rojos y las velocidades máximas son inferiores a las velocidades máximas del flujo en bombas axiales. Los vórtices en el flujo tienen una vida media muy corta como para inducir la formación de trombos. La bomba pulsátil a frecuencias no fisiológicas se prevé factible, con características de baja hemólisis y baja trombogénesis. Los resultados alientan mayores investigaciones en geometrías 3D con el objetivo de construir un prototipo para la evaluación experimental en banco de pruebas.