Objetivo: Desenvolver uma metodologia e técnica de simulação rápida para modelagem de escoamento no trato respiratório devido a ação de respiradores mecânicos e melhoria da circulação de ar em hospitais de campanha.
Problema: Uma das inúmeras frentes de trabalho está focada no desenvolvimento de respiradores mecânicos que sejam de uso simples e eficaz. A simplicidade faz-se necessária a medida que um número cada vez maior de profissionais de saúde possa usar o equipamento sem maiores complicações. Quanto a operação do aparelho é fundamental que o mesmo gere o fluxo de ar/oxigênio dentros das faixas requeridas para que a troca de ar nos pulmões seja eficiente e sobretudo evite problemas adicionais na saúde do paciente, tais como o barotrauma e danificação dos canais do trato respiratório bem como dos alvéolos pulmonares. Neste sentido, o emprego da modelagem numérica de escoamento de fluidos por meio da fluidodinâmica computacional (CFD) é uma importante ferramenta no auxílio do desenvolvimento dos respiradores mecânicos bem como nas condições de operação do mesmo.
Com base na velocidade, pressão, fluxo de ar e taxa volumétrica é possível simular computacionalmente o perfil de velocidade e pressão no trato respiratório, conforme apresentado na Figura 1.
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Figura 1: Simulação computacional no trato respiratório por meio de fluidodinâmica computacional. Campo de velocidade (a) e campo de pressão (b). Estes parâmetros são importantes para evitar traumas no paciente, diminuindo o número de testes e melhorando o projeto de respiradores mecânicos.
Outro ponto que merece atenção particular trata do número de trocas de ar em hospitais de campanha. A necessidade da construção rápida deste tipo de instalação não viabiliza o estudo do número de trocas de ar e não leva em conta a quantidade de respiração (exalação) dos pacientes contaminados. A troca de ar neste tipo de ambiente, além de garantir conforto térmico, auxilia na redução de contaminação da equipe médica e reduz o consumo de energia.
A simulação computacional, auxilia na identificação de “zonas mortas” bem como zonas recirculação e “ilhas de calor” que não são desejáveis em tais ambientes. As zonas de recirculação podem representar sérios problemas, principalmente porque podem “prender” o ar contaminado dentro do ambiente acumulando substâncias nocivas e microorganismos patogênicos que podem impactar na qualidade do ar ambiente. A Figura 2 exemplifica como os resultados computacionais podem ser úteis.
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(c ) (d)
Figura 2: Simulação computacional de salas por meio de fluidodinâmica computacional. Campo de temperatura (a), campo de velocidade e respectivas zonas de recirculação que devem ser minimizadas (b), campo vetorial de velocidade (c) e modelo geométrico de um potencial leito de campanha (d). Estes parâmetros são importantes para o cálculo do número de trocas de ar e minimização do risco de contaminação.
Recursos: Pesquisadores e alunos com experiência em modelagem usando CFD. Também necessita-se de mais recursos computacionais.
Situação: Em andamento