Comparación de Modelos de Flujo Turbulento en una Curva a 180°. Su Evaluación para el Análisis de un Dispositivo de Asistencia Ventricular.

Abstract

Un dispositivo de asistencia ventricular (DAV) es una bomba sanguínea que opera en paralelo al corazón y se utiliza como asistencia ventricular mecánica en pacientes con insuficiencia cardiaca durante la espera del trasplante cardíaco o como medio de prolongación de la vida. La simulación computacional del flujo sanguíneo en el interior de estos dispositivos es de gran interés para el diseño y evaluación del funcionamiento de los mismos. Es objetivo de este trabajo discernir cual modelo de flujo turbulento es el más conveniente para analizar computacionalmente el flujo en el interior de un DAV, particularmente los esfuerzos cortantes, tanto en el interior del flujo como en las inmediaciones de las paredes. Para ello se utiliza una representación simplificada de un DAV completo, consistente en una bomba pulsátil de doble efecto y cuatro válvulas activas. Para el análisis se utiliza una geometría 3D de una de las cámaras cilíndricas y su conducto de salida, que presenta una curva que cambia el sentido del flujo en 180 grados con una reducción de sección del 52%. En dicha geometría se realiza la simulación numérica del flujo sanguíneo en condiciones estacionarias, mediante cuatro modelos de flujo turbulentos, asumiendo la sangre como un fluido incompresible y newtoniano. Los esfuerzos de corte se evalúan mediante un valor representativo, como propone una de las alternativas más utilizadas en la bibliografía. Los resultados muestran que mediante los modelos con ley de pared se obtienen soluciones similares pero altamente dependientes de la energía cinética turbulenta, además estos modelos no son capaces de evaluar -con una aproximación razonable- los esfuerzos que se desarrollan sobre las paredes a la vez que aumentan considerablemente el valor de los esfuerzos de corte en el interior del flujo. Por otra parte los modelos Shear Stress Transport y Spalart-Allmaras, son aptos para evaluar con buena aproximación los esfuerzos cortantes cerca de las paredes, prediciendo esfuerzos de corte menores en las zonas de recirculación que se generan en el codo de la curva. Esta mayor aptitud puede deberse a la mejor descripción de la recirculación del flujo sanguíneo respecto a otros modelos. En cuanto a los tiempos de simulación, el modelo turbulento Spalart-Allmaras mostró ser el más eficiente, frente al Shear Stress Transport que insume más del doble de tiempo que el primero. Puede concluirse que ambos modelos serían adecuados para simular el flujo sanguíneo en el interior de un dispositivo de asistencia ventricular.