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Escola Politécnica
 
Engenharia Mecânica
 
Disciplina: PME3531 - Mecânica dos Fluidos Aplicada a Sistemas Vasculares
Fluid Mechanics Applied to Arterial Systems

Créditos Aula: 4
Créditos Trabalho: 0
Carga Horária Total: 60 h
Tipo: Semestral
Ativação: 01/01/2018 Desativação:

Objetivos
Aplicação dos fundamentos teóricos e práticos da Mecânica dos Fluidos na interpretação do escoamento sanguíneo através de sistemas vasculares, de modo a se obter subsídios no diagnóstico de patologias do sistema vascular.
 
Application of theoretical and practical fundaments of Fluid Mechanics in the interpretation of blood flow in arteries to subsidize the diagnosis of vascular system pathologies.
 
 
Docente(s) Responsável(eis)
61260 - Jayme Pinto Ortiz
 
Programa Resumido
Escoamento permanente e pulsátil em sistema vascular. Propriedades físicas e reologia do sangue. Fisiologia do sistema vascular. Ciclo cardíaco. Pulsos de pressão e velocidade. Bombas cardíacas como sistemas de assistência ventricular. Válvulas cardíacas naturais, mecânicas e biológicas. Modelagem computacional e in vitro de escoamentos em fístula arteriovenosa, válvulas cardíacas, aneurisma de aorta abdominal e endoprótese.  
 
Steady and pulsatile flow in vascular system. Physical properties and blood reology. Physiology of vascular system. Cardiac cycle. Pressure and velocity pulses. Heart pump ventricular assistance devices. Heart valves (natural, mechanical and biological). Computational and in vitro modeling in arteriovenous fistulae, heart valves, abdominal aortic aneurysm and endoprosthesis.
 
 
Programa
• Escoamento Laminar e Turbulento em condutos forçados. 
• Equações gerais, perdas de carga, aplicações a sistemas vasculares. Escoamento permanente e pulsátil. Relações pressão - velocidade.
• Propriedades físicas do sangue. Influência de suas variações na geração de patologias. Considerações do escoamento do sangue como fluido newtoniano e não newtoniano. Reologia do sangue.
• Fisiologia do sistema vascular. Hemodinâmica do sistema vascular e venoso e sua relação com doenças do sistema vascular periférico. 
• Escoamento através de fistulas artério-venosas. Técnicas cirúrgicas. Técnicas de modelagem numérica e simulações in vitro aplicadas à interpretação de campos de velocidade, de pressão e de tensões cisalhantes. 
• Ciclo cardíaco. Funcionamento do coração. Bombas cardíacas artificiais como sistemas complementares ao funcionamento do coração. 
• Válvulas cardíacas. Desenvolvimento e produção dos substitutos valvulares biológicos e mecânicos. Técnicas de modelagem numérica e simulações in vitro aplicadas à interpretação de campos de velocidade, vazão volumétrica, pressão e tensões cisalhantes do escoamento. Instrumentação aplicada à medição desses campos.  
• Escoamento através de aneurisma. Técnicas cirúrgicas. Técnicas de modelagem numérica e simulações in vitro de aneurisma de aorta abdominal e de endopróteses.
• Ondas de pressão e velocidade no sistema arterial. Reflexão de ondas no sistema arterial.
 
• Laminar and turbulent pipe flow. • General equations, head loss, application to arterial systems. Pulsatile flow. Pressure-velocity relationship. • Blood properties and influence of its variation in pathology generation. Blood flow as Newtonian and Non Newtonian fluid. Blood reology. • Phisiology of vascular system. Homodynamic of vascular system and relation with diseases in the peripherical vascular system. • Flow through arteriovenous fistulae. Cirurgical techniques. Numerical and in vitro simulations applied to the interpretation of the velocity, pressure and shear stress field flow. • Cardiac cicle and heart function. Artificial cardiac pumps and complementary system as ventricular assistance. • Heart valves. Development and production of biological and mechanical valves.Techniques for numerical and in vitro simulations applied to interpretation of velocity, volumetric flow, pressure and shear stress fields. Instrumentation applied to these field measurements. • Flow through aneurysm. Surgical techniques. Numerical and in vitro simulations techniques of abdominal aorta aneurysm and endoprosthesis. • Wave refletion of pressure and velocity in the vascular system. Wave refletion in the vascular system.
 
 
Avaliação
     
Método
A avaliação do curso será feita através de atividade individual de testes, atividade de trabalho em grupo com apresentação oral e presença em classe. T – nota de avaliação de testes individuais; G – nota de avaliação de grupos; P – nota de presença; MF = média final.
Critério
MF = (2T + 2G + P) / 5
Norma de Recuperação
Prova de recuperação para o os alunos com notas no intervalo 3<=MF<5 que, portanto, não atingiram a nota de aprovação. A prova escrita poderá englobar o conteúdo de toda a matéria.
 
Bibliografia
     
• Munson, B.R.; Young, D.F.; Okiishi, T.H. (2008). Fundamentos da Mecânica dos Fluidos. Tradução da quarta edição americana. Editora Edgard Blucher, 572 páginas.
• Potter, M. C. e Wiggert, D. C.. Mecânica dos Fluidos, Editora Thomson, 3a. Edição.
• Wilmer, W.N.; O´Rourke, M.F.; Vlachopoulos,C. (2011). McDonald´s Blood Flow in Arteries. Theoretical, Experimental and Clinical Principles. Hodder Arnold. Sixth Edition, 755p.
• Berger, S.A; Goldsmith, W. and Lewis, E.R. “Introduction to Bioengineering” – Oxford. University Press, 2000, 526p.
• Waite, L.; Fine, J. (2007) “Applied Biofluid Mechanics”. McGraw-Hill Companies, 314 p.
• Bazan, O; Ortiz, J.P.; Fukumasu, K.; Pacifico, A. L.; Yanagihara, J.   (2015) “Influence of tricuspid bioprosthetic hitrol valve orientation regarding the flow field inside left ventricle: in vitro hydrodynamic characterization based on 2D PIV measurements” Artificial Organi, vol. 40, Issue 2, Feb 2016, p. 175 – 179.
• Bazan, O; Ortiz, J. P. (2011) “Design conception and experimental setup in vitro evaluation of mitral prosthetic valves” RBCCV – Revista Brasileira de Cirurgia Cardiovascalar, V.2, p. 197 – 204.
• Berger, S.A.; Ju, L.D. (2000) “Flows in Stenotic Vessels”. Annual Review Fluid Mechanics. 32: 347-382.
• Galego,S.J.; Goldenberg,S.; Ortiz,J.P.; Gomes,P.O.; Ramacciotti,E. (2000) “Comparative study of arteriovenous fistulae in canine femoral arteries: modified latero-lateral and end lateral techniques’. Artificial Organs Magazine.Vol.24#3, pp.1-6.
• Ku, D.N. (1997) “Blood Flow in Arteries”. Annual Review Fluid Mechanics. 29: 399-434.
• Kleinstreuer,C. (1997) “Engineering Fluid Dynamics’. Cambridge University Press. First edition, 534págs.
• Leal, E. B.; Ortiz, J. P.; Silva, D. G. (2003) “Hydrodynamic simulator for studies "in vitro" of the cardiovascular system”. In: International Congress of Mechanical Engineering. COBEM 2003: proceedings. São Paulo: ABCM.
• Ortiz, J. P.; Bessa, K. L.. (2003) “Flow simulation through arterovenous fistulae”. In: International Congress of Mechanical Engineering,. COBEM 2003: proceedings. São Paulo: ABCM.
• Ortiz, J. P.; Bessa, K. L..; Legendre,D.F; Prado, R.H. (2005) “Blood flow numerical simulation of an idealisedstenosed artery: finite element method and finite volume method comparison”. Proceedings of COBEM, 2005.
 

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