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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO”
FACULDADE DE ENGENHARIA - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA
MECÂNICA
942-S - MECANISMOS E DINÂMICA DAS MÁQUINAS
Trabalho
Projeto de um mecanismo capaz de reproduzir o fluxo de sangue na artéria
Discentes: Guilherme Pereira Jorge Franze R.A.: 112053718 Jessé Augusto dos Santos Paixão R.A.: 131050605
Mateus Faria de Andrade Paschoal R.A.: 131052501 Mayara Addas Porto R.A.: 131052152
Docente: Prof. Dr. Marcio Antonio Bazani
Ilha Solteira, 17 de Fevereiro de 2016
Sumário
1. Objetivo ............................................................................................................................. 2
2. Resumo ............................................................................................................................. 2
3. Proposta ........................................................................................................................... 3
4. Projeto ............................................................................................................................... 3
5. Análise Cinemática ........................................................................................................ 6
6. Conclusão ........................................................................................................................ 9
Referências Bibliográficas ................................................................................................. 11
ANEXO I .................................................................................................................................. 12
ANEXO II ................................................................................................................................. 13
ANEXO III ................................................................................................................................ 14
ANEXO IV ................................................................................................................................ 15
ANEXO V ................................................................................................................................. 16
ANEXO VI ................................................................................................................................ 17
ANEXO VII............................................................................................................................... 18
ANEXO VIII ............................................................................................................................. 19
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1. Objetivo
Projeto e análise cinemática de um mecanismo capaz de reproduzir o fluxo
sanguíneo transitório em sistemas arteriais composto, sobretudo, por um
mecanismo came-seguidor aplicado na finalidade de replicar o fluxo transiente
de sangue nas artérias.
2. Resumo
O artigo “Kinematic synthesis of a mechanism able to reproduce the
blood flow in arterie” (Síntese cinemática de um mecanismo capaz de
reproduzir o fluxo de sangue na artéria), apresenta uma síntese cinemática de
um mecanismo capaz de reproduzir o fluxo sanguíneo transitório em sistemas
arteriais. Dessa forma, o principal objetivo do artigo em questão é esquematizar
e construir um aparato experimental que reproduza o fluxo sanguíneo nas
artérias. O mecanismo em questão é capaz de duplicar o fluxo durante o ciclo
cardíaco, através de um mecanismo especialmente desenvolvido, utilizando
um mecanismo came-seguidor em conjunto com um dispositivo hidráulico de
controle de fechamento que atua nos dois ramos. A Figura 1 mostra,
esquematicamente, uma representação geral do sistema mecânico em questão
que inclui os seguintes componentes: base (1), cilindro hidráulico (2), haste do
cilindro (3), junta rígida (4), rolamento linear (5), seguidor de rolete (6), came
de forma fechada (7), conexão came-eixo (8), rolamento (9), união flexível (10),
eixo (11), motor (12), válvula (13), bomba (14), tanque (15).
Este tipo de mecanismo came-seguidor foi selecionado devido a sua
capacidade e versatilidade para garantir o perfil de movimento complexo tal
como o ciclo cardíaco. O came é radial com translação do tipo seguidor de
rolete, já o seguidor é rigidamente ligado a um cilindro hidráulico, o qual executa
e controla o fluxo de sangue.
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Figura 1 – Representação esquemática de um sistema mecânico.
Fonte: [1]
3. Proposta
Assim como proposto no artigo apresentado, pede-se para estabelecer
um sistema que funcione de modo semelhante ao apresentado na Figura 1, e,
consequentemente, determinar um perfil para a came bem como a análise
cinemática da mesma, propostas que reforçam o objetivo do curso de
Mecanismos e Dinâmica das Máquinas, uma vez que a teoria obtida em sala
de aula pode ser visualizada. Para tanto, utilizou-se softwares tais como Octave
e Solidworks, bem como os conhecimentos obtidos nas aulas, para projeto e
análise do mecanismo em questão.
4. Projeto
Utilizando o esquema da Figura 1 como base, definiu-se um sistema
semelhante que funcione como tal, o qual está representado no Anexo I.
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Figura 2 – Esquema representativo do aparato experimental.
Fonte: Elaborado pelo autor.
Tendo estabelecido nosso aparato experimental (Figura 2) que reproduz
o fluxo sanguíneo nas artérias, os componentes do mesmo foram projetados: a
came (Anexo II), o eixo (Anexo III), o pistão (Anexo IV), o rolete (Anexo V),
camisa do pistão (Anexo VI), mesa (Anexo VII) e reservatório (Anexo VIII).
Ao observarmos o esquema do mecanismo idealizado, vale ressaltar
algumas considerações que foram feitas para a concepção do mesmo. A fim
de encontrar o raio da came (em detalhe na Figura 3), correlacionou-se as
medidas do deslocamento – ou curso – do seguidor (x), da distância do começo
da camisa do pistão com o centro da came (D), da ponta do pistão até o centro
do rolete (L) e, por fim, do raio do rolete (r), todas essas dimensões estão
representadas na Figura 4. Sabendo que a maioria dessas medidas são dados
de projeto, deve-se determinar o deslocamento do pistão para obter o raio da
came. Como resultado obteve-se D = 0,12m, L = 0,05m, d = 0,01m, x = 0,03m.
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Figura 3 – Came em detalhe.
Fonte: Elaborado pelo autor.
Figura 4 – Esquema representativo do conjunto came-seguidor.
Fonte: Elaborado pelo autor.
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5. Análise Cinemática
A partir do gráfico da taxa de fluxo sanguíneo na artéria aorta fornecido
pelo artigo [1], obteve-se alguns pontos que representam a curva, e a partir da
interpolação dos mesmos foi possível obter um polinômio de 10° grau. O
resultado obtido está representado no Gráfico 1. Integrando este gráfico obtém-
se a curva que representa o volume (Gráfico 2).
Sabe-se que o volume pode ser relacionado com a área da seção
transversal da artéria e com o deslocamento do pistão. Dessa forma,
determina-se como desejado, o deslocamento do pistão (Gráfico 3), cuja curva
foi completada com uma cicloidal C6 [2]. Além disso, o diâmetro da camisa do
pistão (e consequentemente a área da seção transversal da artéria) foi
determinado pelo curso pré-estabelecido. A partir do deslocamento do pistão
pode-se também determinar a velocidade (Gráfico 4) e a aceleração (Gráfico
5) do mesmo, derivando-o.
Gráfico 1 – Curva da vazão de sangue na artéria aorta.
Fonte: Elaborado pelo autor.
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Gráfico 2 – Curva do volume de sangue acumulado na artéria aorta.
Fonte: Elaborado pelo autor.
Gráfico 3 – Deslocamento do pistão.
Fonte: Elaborado pelo autor.
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Gráfico 4 – Velocidade do pistão para uma rotação completa da came.
Fonte: Elaborado pelo autor.
Gráfico 5 – Aceleração do pistão para uma rotação completa da came.
Fonte: Elaborado pelo autor.
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Deve notar-se que, com os objetivos do presente trabalho, deve existir
uma continuidade nos gráficos de velocidade e aceleração, o que não ocorreu
na curva de aceleração devido a algumas aproximações que foram feitas tais
como os pontos aproximados para o estabelecimento da curva do Gráfico 1,
bem como a cicloidal utilizada para completar a curva do deslocamento do
Gráfico 3. Entretanto, a curva de jerk (Gráfico 6) também apresenta uma
descontinuidade, da mesma forma que a curva do artigo apresentado [1]. A
justificativa a ser utilizada para tal descontinuidade é a mesma apresentada no
artigo, de como seus valores são finitos tem-se garantido um movimento suave
entre a came e seguidor.
Gráfico 6 – Curva de jerk para uma rotação completa da came.
Fonte: Elaborado pelo autor.
6. Conclusão
A análise cinemática e o projeto de um mecanismo que envolve um
came-seguidor capaz de replicar o fluo transiente de sangue nas artérias foi
realizado e discutido no presente trabalho. Baseado no artigo proposto, assim
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que estabelecido um sistema que funciona de modo semelhante ao
apresentado, as etapas que seguem são um conjunto de aplicação de
conhecimentos de engenharia, bem como conceitos apreendidos da disciplina
de Mecanismos e Dinamica das Máquinas. Determinou-se um perfil para o
mecanismo came-seguidor e fez-se a análise cinemática do mesmo, propostas
que reforçaram o objetivo do curso.
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Referências Bibliográficas
[1] S. Abreu, P. Flores, E. Seabra, F. Carneiro, S. Teixeira, J. Teixeira.
Kinematic synthesis of a mechanism able to reproduce the blood flow in arteries.
World Congress, Besançon (France), June18-21, 2007.
[2] Mabie, Hamilton H. Mechanisms and Dynamics of Machinery. Third
Edition.
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ANEXO I
13
ANEXO II
14
ANEXO III
15
ANEXO IV
16
ANEXO V
17
ANEXO VI
18
ANEXO VII
19
ANEXO VIII