BRPI0405685B1

BRPI0405685B1 - método de avaliação da área disponível para a troca em trocadores de massa

Info

Publication number: BRPI0405685B1
Application number: BRPI0405685A
Authority: BR
Inventors: Antonio Celso Fonseca De Arruda; Luis Melchert Faber Schmutzler
Original assignee: Universidade Estadual De Campinas - Unicamp
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2018-10-16
Also published as: BRPI0405685A; BRPI0405685B8

Abstract

"método e equipamento de avaliação da área disponível para a troca em trocadores de massa". é um método e aparelho que permitem que oxigenadores de membrana, trocadores para hemodiálise e trocadores de membrana em geral, que são dispositivos de utilização médica em cirurgias complexas de alto risco como de coração com circulação extra-corpórea ou procedimentos de hemodiálise, sejam testados quanto a sua real disponibilidade de área de troca, seja para gases de respiração ou fluidos corpóreos, de uma forma simples, barata e não destrutiva, aplicável assim a todas as unidades produzidas. o controle de qualidade de uma produção fica com a utilização desta técnica individual a cada unidade' e não simplesmente por amostragem em testes destrutivos como é praticado atualmente, conferindo assim um incremento no valor do produto, pelo fato de este poder ser testado também quanto a sua área real disponível para a sua função de troca, seja de gases de respiração ou componentes removíveis pela hemodiálise, havendo um aumento na sua qualidade e confiabilidade, fornecendo à empresa que o utilizar um importante diferencial de mercado, e ao paciente, mais segurança.

Description

(54) Título: MÉTODO DE AVALIAÇÃO DA ÁREA DISPONÍVEL PARA A TROCA EM TROCADORES DE MASSA (51) lnt.CI.: A61M 1/18; G01F 1/76 (73) Titular(es): UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS - UNICAMP (72) Inventor(es): ANTONIO CELSO FONSECA DE ARRUDA; LUIS MELCHERT FABER SCHMUTZLER (85) Data do Início da Fase Nacional: 20/12/2004

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MÉTODO DE AVALIAÇÃO DA ÁREA DISPONÍVEL PARA A TROCA EM TROCADORES DE MASSA.

CAMPO DA INVENÇÃO

Trata a presente invenção de um método e de um equipamento que permitem que se avalie a área real disponível tanto para a troca de gases de respiração em todos os oxigenadores de membrana, sejam estas permeáveis ou não, quanto para trocadores de fluidos e componentes corporais para hemodiálise, também com membranas permeáveis ou não, além dos dispositivos com arquitetura semelhante que se deseje aferir.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Atualmente, os oxigenadores de membrana produzidos são todos testados quanto a vazamentos entre suas câmaras, destinadas ao sangue e ao gás, é o teste hidráulico. A transferência dos gases de respiração entre o gás e o sangue é testada por amostragem com sangue de Boi (AAMI, Association for the

Advancement of Medicai Instrumentation, Arlington 1976, llp), este teste contamina e inutiliza o aparelho testado. Os trocadores para hemodiálise são testados apenas quanto aos vazamentos. O problema é que durante o processo de fabricação de dispositivos de troca baseados em membrana em geral, seja um oxigenador de sangue, um trocador de membrana para hemodiálise ou outro dispositivo de arquitetura semelhante, um número aleatório de fibras de membrana sofre entupimento ou colapso, assim a área real para a troca, seja de gases ou de outros componentes, varia de aparelho para aparelho podendo ficar inferior a necessária, o que por sua vez requer que os aparelhos sejam construídos com uma reserva a mais de área para prever estatisticamente esta possível deficiência de área devido a perdas características do processo de fabricação. Isto acarreta incerteza e custo.

O documento FEDERSPIEL, WILLIAM 1, WILLIAMS, JEFFREY L, HATTLER, BRACK G., Gas flow dynamics in hollow-fiber membranes, AIChE Journal, Vol. 42, N° 7, páginas 2094-2099, descreveque o comportamento do fluxo de pressão medido em fibras ocas segue o fluxo de Poiseuille compressível, que prevê uma relação linear entre a taxa de fluxo em massa e a diferença de pressão ao quadrado ao longo do comprimento da fibra. A demonstração do comportamento do fluxo de pressão nas fibras ocas, após a compressão do fluxo de Poiseuille,

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2/13 permitiu aos inventores deste documento do estado da técnica a interpretação do comportamento de fluxo de pressão medido no oxigenador de membrana intravenosa. Ainda neste documento foi demonstrado que a via do gás do oxigenador da membrana intravenosa gera uma queda de pressão muito maior do que o fluxo de Poiseuille compressível no seu pacote de fibras oco.

O documento ODDERSTOL, ERIC S., Hydraulic modeling and economic optimization of hollow fiber membranes, Tese de Doutorado, Monterey, Califórnia, EUA. Naval Postgraduate School, Calhoun: The NPS Institutional Archive, 97 páginas, descreve um modelo hidráulico efetivo na simulação de fluxo de membrana de fibra oca, que contém a flexibilidade para simular a incrustação da membrana, bem como membranas de fibras ocas de composição variável. Entretanto este sistema não pode ser simulado diretamente, ele pode ser configurado para simular mudanças incrementais no tempo, tornando a membrana constante em função do tempo.

Portanto seria interessante se desenvolver um procedimento de teste de trocadores de massa que sejam capazes de avaliar a real área de troca de suas membranas, sem que seja necessário o descarte do produto e ao mesmo tempo assegure a qualidade do mesmo.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

A presente invenção se refere a um aparelho para teste e um método de teste que podem ser implementados industrialmente, complementando o teste hidráulico aplicado a todas as unidades produzidas, e substituindo o teste de transferência de oxigênio (ex: teste com sangue de boi) permitindo maior certeza, segurança e lucratividade.

Mais especificamente, a presente invenção está relacionada a um equipamento e a um método para avaliar a área real disponível para troca de massa, tais como gases, fluídos ou componentes corporais, não necessitando o descarte da peça testada. Conseqüentemente, a presente invenção resolve o problema de não poder avaliar a área disponível em todas as unidades fabricadas, podendo ser utilizadas para a troca de gases de respiração em oxigenadores de sangue ou para a troca de fluidos e componentes corporais em trocadores para hemodiálise.

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3/13 procedimento da presente invenção é mais especificamente representado pelas seguintes etapas:

a - fazer com que um fluxo de gás de vazão conhecida, medida pelo medidor de vazão (7), passe por dentro das fibras ocas, também denominadas membranas;

b - medir a perda de carga para determinar diretamente a área de corte transversal de escoamento;

c - correlacionar a perda de carga do item acima com o número de fibras e, conseqüentemente, com a área de superfície disponível para troca, garantindo a qualidade do dispositivo;

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

A Figura 1 mostra um esquema da aparelhagem para o método de avaliação da área real disponível para a troca de gases de respiração em um oxigenador de sangue, com seus detalhes de configuração, sendo que a pressurização da água em torno das membranas é conseguida graças à perda de carga de uma válvula.

A Figura 2 mostra um esquema da aparelhagem para o método de avaliação da área real disponível para a troca de gases de respiração em um oxigenador de sangue, com seus detalhes de configuração, sendo que a pressurização da água em torno das membranas é conseguida graças à perda de carga resultante do bombeamento da água contra uma coluna vertical.

A Figura 3 apresenta uma simulação numérica do efeito da variação do número de fibras e da vazão do gás de teste sobre a perda de carga nas fibras.

A Figura 4 apresenta curvas da queda de pressão em função da vazão de 25 gás escoando pela luz das membranas.

A Figura 5 descreve os acidentes aos quais o fluxo de gás de teste é submetido ao percorrer o circuito de gases de um oxigenador de membranas. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Oxigenadores de membrana consistem de um feixe de fibras ocas 30 conectadas em paralelo. As duas extremidades deste são encapsuladas em um polímero termo-fixo, e cortadas em uma operação mecânica. O corte que ocorre durante a fabricação visa liberar as pontas expondo a luz das fibras, que serão as entradas e saídas destas. Isto é feito de forma que resultará em um conjunto com

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4/13 muitas fibras curtas conectadas em paralelo para o fluxo de gás. Mas devido há característica da operação de corte, um número aleatório de fibras tem uma de suas extremidades obstruídas ou colapsadas nesta etapa, inutilizando-as e reduzindo o número de fibras operacionalmente ativas, conseqüentemente a área disponível para a troca de gases e assim a capacidade de troca do dispositivo.

A capacidade de transferir gases em um oxigenador de sangue tipo membrana é definida pela área de troca e conseqüentemente do número de fibras ativas disponíveis.

Este método para avaliar a área disponível para a troca de gases é rápido e 10 barato. O ensaio baseia-se na determinação da área de escoamento disponível dentro das fibras do dispositivo fabricado. Quanto maior o número de fibras disponíveis, maior será a área de escoamento para o gás dentro das fibras e menor a perda de carga.

Mesmo sendo de dimensões pequenas, as fibras são neste trabalho 15 consideradas como tubos no que se refere ao escoamento, seguindo os procedimentos de cálculo apresentados por, Welty, James R., Wicks, Charles E., Willson, Robert E., Fundamentais of Momentum, heat and mass transfer, Jhon Willey & Sons Inc., 2°edição, 1976, e Foust, A. S.; Wenzel, L. A.; Clump, C. W.; Maus, L.; Andersen, L. B., Princípios das Operações Unitárias, Editora Guanabara

Dois, 1982.

As membranas, ou fibras são como pequenos tubos com paredes porosas, seu diâmetro interno médio é de 280pm, e seus poros são de 0,5 pm, o que confere um aspecto superficial razoavelmente liso com a relação da rugosidade pelo diâmetro, ε / D = 1,8*10-3. A porosidade das paredes permite que o gás as atravesse, dividindo o fluxo, parte percorrendo a fibra, parte vazando através das paredes. Torna-se assim necessário que se impeça esta fuga, de modo que seja medida a perda de carga do fluxo que percorre a fibra sem que este se divida saindo através das paredes das membranas. Isso é conseguido vedando as paredes das membranas por fora com água sob uma pressão levemente superior a aplicada pelo gás.

Conforme o regime de escoamento que ocorra o aspecto de rugosidade da parede interna da membrana pode ou não ter importância no cálculo da perda de carga. Se o regime for turbulento, a rugosidade tem um efeito importante,

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5/13 influenciando o fator de fricção de Fanning, ff, que deve ser calculado utilizando o procedimento com o gráfico de Moody, e o resultado do teste que é baseado na perda de carga fica mais sujeito às variações da rugosidade interna da fibra, que pode ocorrer de lote para lote. Dado difícil de se obter. Se for laminar, o ff é função apenas do número de Reynolds, Re, e variações na rugosidade pouco influenciam na perda de carga e assim no resultado do teste.

Para avaliar o tipo de escoamento procede-se calculando do Número de Reynolds a partir de valores em unidades no S.I., segundo a Eq.(l), utilizando a velocidade do gás dentro da fibra, V(gás), calculada utilizando a Eq.(2), sendo p a densidade, μ a viscosidade e Q a vazão.

Re = P(gás)* V(gás) *D(tubo) / M(gás)

Eq.(l)

V(gás) = Q / ( N(fibras) * A(fibra) ) ⁼ 4* Q /( Π *D² *N(fibras) )

Eq.(2)

Os valores encontrados para o número de Reynolds para as vazões ensaiadas nestes dispositivos dentro das fibras ficam entre 2 e 15. Nas regiões dos distribuidores e suas entradas e saídas, Re é menor que 100. Isto define o escoamento como sendo seguramente do tipo laminar, em todo o circuito de escoamento de gás dentro deste modelo de oxigenador.

A perda de carga hi_ pode ser calculada utilizando a Eq.(3) de Fanning, adequada para escoamentos incompressíveis, laminares e em tubos. Os Kis são os coeficientes associados aos acidentes de entradas e saídas. A diferença de pressão ΔΡ é associada à perda de carga hi_ através da relação apresentada na Eq.(4), sendo L comprimento, g aceleração da gravidade.

h_L = V²/g *( 2*f_f *L / D + Σι Ki / 2)

Eq.(3)

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ΔΡ — h|_* P(fluído manométrico) * g

Eq.(4)

Neste tipo de escoamento o fator de fricção de Fanning, ff, não é função da rugosidade do tubo, ele é calculado diretamente utilizando o número Re, ff = 16/Re. O fato de o escoamento ser laminar implica em que o efeito da rugosidade da superfície fica amortecido por efeitos viscosos do fluído. Isto é interessante para este estudo, pois uma pequena variação na rugosidade ou na distribuição média do tamanho dos poros da membrana pode ser mascarada por este efeito da viscosidade do gás, não desviando em demasia o resultado do teste, por não afetar a perda de carga.

Uma descrição dos fatores que influenciam o fluxo do gás ao atravessar o oxigenador é mostrada na Figura 5. A Eq.(5) descreve a composição da perda de carga, e a Eq.(6) apresenta a composição dos termos da Eq.(5), onde Ve, Vf são as velocidades do gás nos circuitos dos distribuidores de entrada e saída e na fibra, Kde, Kds, Kfe, Kfs são os coeficientes associados aos acidentes de entradas e saídas dos distribuidores e da fibra respectivamente.

h|_(total) ⁼ hL(distribuidor entrada) + hL(fibras) + h|_(distribuidor saída)

Eq.(5) h_L(totai) = Ve²/g *(4*ff* L / D+ (Kde+Kds)/2) + V^/g* ((Kfe+Kfs)/2+ 2*f_f *L / D) Eq.(6)

Considerando um Oxigenador como padrão e outro como sob teste, substituindo a Eq.(2) e os demais valores; e dividindo a Eq.(6) para o oxigenador padrão pela Eq.(6) para o sob teste temos que: os termos relativos aos distribuidores de entrada e saída podem ser ignorados, pois são pequenos constantes e quando estas peças apresentam defeito, estes são fáceis de detectar com a inspeção visual; os termos relativos ao hL(fibras), correspondem a maior parte da perda de carga à passagem do gás, e não são analisáveis visualmente, no entanto todos os termos com exceção do número de fibras são iguais aos dois e portanto se cancelam; os termos que sobram compõem então a Eq.(7), que

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7/13 descreve a relação entre a perda de carga entre dois oxigenadores e a proporção entre os números de fibras ativas em cada um. A Eq.(4) pode ser substituída na Eq.(7) para descrever a relação entre o número de fibras e as quedas de pressão nos dispositivos testados, gerando a Eq.(8).

hL total (teste) / h|_ total (padrão) ⁼ Nfibras (padrão) / Nfibras (teste)

Eq.(7)

ΔΡ (padrão)/ΔΡ (teste) — hL (padrão) / hL (teste) — Nfibras (teste) / Nfibras (padrão)

Eq.(8)

A substituição da Eq.(l), Eq.(2) e a relação do fator de Fanning na Eq.(6), origina a Eq.(9) para a perda de carga hL, em função da vazão Q e do número de fibras disponíveis N(fibras). Com esta equação foi realizada uma simulação numérica com a finalidade de analisar o comportamento esperado para o sistema.

hL(fibras) = 16 / (g*D⁴) *[Q²/ Nf² * 1/n² * ΣΪ Kf i / 2 + Q/ Nf * 8 *L /n *pgás/pgás ] Eq.(9)

Exemplo 1: o processo de avaliação da área real de troca em oxigenadores de membrana consiste nas seguintes etapas:

- Pressurizar o lado das membranas que fica exposto ao líquido, o sangue, no caso do oxigenador. Durante o teste, o lado externo das membranas fica preenchido com um líquido de vedação por exemplo água, que fica entrando pela entrada de sangue venoso no caso do oxigenador, (4) e saindo pela saída de sangue arterial no caso do oxigenador (5), sob uma pressão levemente superior a do gás utilizada no teste, pressão esta, causada pelo fluxo de água imposto pela bomba de água (11), contra na versão da Figura 1 a válvula reguladora da perda de carga (10), e na versão da Figura 2, a coluna de elevação (12) e sendo a água recuperada pelo tubo de coleta (13), e medida e ajustada com o auxílio do manômetro de pressão da água (9), de modo a causar a pressurização da fase líquida levemente superior a da fase gasosa visando à vedação dos poros da

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8/13 membrana, garantindo que o gás escoe apenas pela luz das fibras, e não vaze pelos poros;

- passar um fluxo de gás com uma vazão bem determinada medida por (7) através do interior do conjunto de membranas do aparelho, entrando pela entrada de gás no caso do oxigenador (2) e saindo pela saída de gases no caso do oxigenador (3) e medir a perda de carga com o auxílio do manômetro (6);

- a perda de carga no fluxo de gás é função da área do corte transversal de escoamento do gás, a qual é inversamente proporcional ao número de fibras viáveis por onde se dá o escoamento, número este determinante da área disponível para a troca de gases ao longo das fibras, podendo assim ser garantida com confiabilidade a disponibilidade de uma determinada área de troca para os gases de respiração, por comparação com um padrão de fabricação.

Exemplo 2: o processo de avaliação da área real de troca em oxiqenadores de membrana impermeáveis:

O procedimento da presente invenção também pode ser utilizado para o teste de oxigenadores de membrana construídos com membranas impermeáveis, podendo dispensar neste caso a utilização do sistema de água pressurizada para vedação da membrana, acima descrito por (9), (10), (11), (12) e (13).

Exemplo 3: o processo de avaliação da área real de troca em dialisadores consiste nas seguintes etapas:

Submete-se os dispositivos trocadores para hemodiálise (1) a serem testados individualmente quanto há área disponível para troca de fluidos corporais a um fluxo de gás, fornecido por (8), de vazão conhecida, medida por (7), passe por dentro das fibras ocas também denominadas membranas, e sua perda de carga seja medida para a determinação direta da área de corte transversal de escoamento e assim o número de fibras e conseqüentemente a área de superfície destas, que é a área disponível para troca garantindo a qualidade do dispositivo. O teste é executado fazendo-se passar um fluxo de gás com uma vazão bem determinada através do interior do conjunto de membranas tubulares do aparelho, entrando pela entrada de sangue, no caso do trocador para diálise (2) e saindo pela saída de sangue no caso do trocador para diálise (3), medindo a perda de carga com o auxílio do manômetro (6). A sensibilidade na detecção do número de fibras aqui também é função da resolução da medição da vazão e da queda de

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9/13 pressão do gás nas membranas. O lado das membranas que fica exposto ao líquido banho de diálise no caso do trocador para diálise, durante o teste, fica preenchido com um fluído destinado a promover a vedação dos poros das membranas, por exemplo água, que fica entrando pela entrada para banho de diálise no caso do trocador para diálise (4) e saindo pela saída de banho de diálise, no caso do trocador para diálise (5), sob uma pressão levemente superior a do gás utilizada no teste, pressão esta, causada pelo fluxo de água imposto pela bomba de água (11), contra a válvula reguladora da perda de carga (10) no caso da configuração apresentada na Figura 1, ou contra a altura da coluna (12) para ser recuperada pelo tubo (13) no caso da configuração apresentada na Figura 2, e medida e ajustada com o auxílio do manômetro de pressão da água (9), de modo a causar uma pressurização da fase líquida levemente superior a da fase gasosa visando à vedação dos poros da membrana, garantindo que o gás escoe apenas pela luz das fibras, e não vaze pelos poros e evitando a fuga de gás por formação de bolhas. Assim a perda de carga no fluxo de gás é função da área do corte transversal de escoamento do gás, a qual é inversamente proporcional ao número de fibras viáveis por onde se da o escoamento. Número este determinante da área disponível para a troca de fluídos ao longo das fibras, podendo assim ser garantida com confiabilidade a disponibilidade de uma determinada área de troca para os componentes removíveis pela diálise, por comparação com um padrão de fabricação.

Exemplo 4: o processo de avaliação da área real de troca em dialisadores de membrana impermeáveis

Este procedimento pode ser utilizado também para o teste de trocadores para diálise construídos com membranas impermeáveis, podendo dispensar neste caso a utilização do sistema de água pressurizada para vedação da membrana, acima descrito por (9), (10), (11), (12) e (13).

A pressurização da fase líquida em dispositivos construídos com membranas porosas visa uma equalização de pressões interna e externa de modo a evitar que o gás vaze pelos poros e de uma indicação errada da perda de carga em função da vazão. Isto levaria a um número falso de fibras. A fase líquida deve ser pressurizada há uma pressão pelo menos igual a da perda de carga imposta pelo

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10/13 dispositivo que estiver sendo testado, que estiver impondo ao fluxo de gás de teste. Portanto, deve ser ajustada para cada tipo de dispositivo que for testado.

A pressurização da fase líquida em dispositivos construídos com membranas impermeáveis visa uma equalização de pressões interna e externa de modo a proteger estas membranas de rompimentos ou outros danos que possam ser causados por serem submetidas a pressões de dentro para fora.

A aparelhagem para avaliação da área real disponível em trocadores de massa, tipo dispositivos oxigenadores de sangue ou dialisadores (1), representados na figura 1 e 2, constituído por uma fonte de gás (8) de fluxo conhecido e controlado (7), um manômetro (6) e um sistema de pressurização com um líquido, por exemplo a água, para vedação das membranas. Mais especificamente este sistema de vedação pode ser constituído por um bombeamento contra uma válvula reguladora da perda de carga (figura 1), passando pelo dispositivo sob teste, ou por um bombeamento de água contra uma coluna vertical (figura 2), ou simplesmente uma coluna vertical cheia de água. Cabe ressaltar que o aparelho acima descrito possui caráter ilustrativo, não se limitando a apenas este equipamento, podendo incluir como escopo desta invenção qualquer aparelho que seja capaz de realizar as etapas procedimentais do método de avaliação da real área de troca descritas neste documento.

Os testes realizados para esta invenção seguiram a seguinte metodologia:

Foram utilizados neste estudo três Oxigenadores de membrana modelo Lucchese 050 produzidos pela Braile Biomédica com membrana tipo Oxyphan, uma bomba peristáltica regulada em 1 l/min, um tubo vertical com 1,5 m, manômetro em U com água, regulador de vazão de gás marca Matec Flow para 20 l/min e cilindro de gás padrão medicinal com regulador de pressão de um estágio.

Foram submetidos a este procedimento três oxigenadores de membrana do mesmo modelo com 0,5 m2 de área nominal de troca. Todos foram aprovados nos testes convencionais de qualidade.

A vedação do vazamento através das paredes das membranas é conseguida utilizando um circuito que circula água pelo exterior das membranas. A água ao sair sobe por um tubo de descarga, conectado a saída de gás do oxigenador gerando assim uma pressão proporcional a sua altura, e retorna por outro tubo

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11/13 sendo que há uma abertura na parte superior para evitar a formação de um sifão invertido. A pressurização externa das membranas visa apenas vedar o vazamento de gás pelos poros da superfície de troca.

A montagem do teste da área de troca consta de um circuito que faz com que uma vazão conhecida de gás percorra a luz das fibras. Isto é feito de modo a se poder medir a perda de carga que ocorre durante o escoamento através das membranas do oxigenador. Uma vez que o comprimento das fibras é semelhante, a perda de carga é inversamente proporcional ao número de fibras em paralelo que dividem o fluxo de gás, e conseqüentemente a área disponível para troca.

Assim a validação de uma área disponível pode ser feita comparando a perda de carga do dispositivo testado com um modelo padrão. A montagem experimental para o teste é descrita na Figura 2.

Resultados e discussão

A simulação foi realizada tendo em vista a visualização do efeito da variação do número de fibras e da vazão do gás de teste sobre a perda de carga no dispositivo. Isto foi realizado comparando os dados calculados para um oxigenador sob teste com um dispositivo padrão. O procedimento numérico foi rodado com as vazões 0,5, 1, 2 e 4 l/min utilizadas nos experimentos e 8 l/min para comparação. As perdas de carga foram normalizadas em relação ao ensaio com o oxigenador padrão com a vazão de gás de 0,5 l/min. Os resultado são mostrados na Figura 3.

Os ensaios experimentais foram realizados em quintuplicatas. Os dados obtidos foram tratados estatisticamente de acordo com Bacan, N.; Andrade, 1 C.; Godinho, O. E. S.; Barone, J. S., Química Analítica Quantittiva Elementar, Capítulo

1, 2^a Edição, Editora da Unicamp,1979 quanto a determinação de suas barras de erro, e são mostrados na Figura 4.

A simulação numérica nos mostra que quanto maior a vazão maior a separação entre as medidas de dois oxigenadores, pois hi_ é proporcional a Q² + Q. Mostra também que quando o número de fibras é reduzido a separação aumenta de forma também exponencial, pois hi_ é proporcional a l/CNf² + Nf), facilitando diagnosticar unidades com menos fibras. Ela fornece uma visão mais ampla, mas bem consistente com os dados experimentais.

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Nota-se que uma vazão maior melhora distinção entre os dispositivos testados e suas barras de erro. No entanto, recomenda-se utilizar vazão e pressão calculadas para não comprometer a estrutura do dispositivo testado.

A comparação entre os resultados obtidos por este método indireto, 5 baseado na perda de carga e o método direto baseado em transporte de massa descrito por Schmutzler L. M. F., de Arruda A. C. F., Novello W. P., Santana Μ. H. A. A comparative analysis of the mass transfer coefficients of three models of membrane blood oxygenators using water ande a perfluorocarbon emulsion, Asaio jornal, v 44 no 2, pg 211, Asaio bioengeneering abstracts. March/april 2003, mostrou coerência entre os resultados, os quais foram normalizados em relação ao oxigenador de menor área de troca e mostrados na Tabela 1, sendo que a resolução do método indireto, baseado na perda de carga, devido a sua simplicidade é melhor.

O alinhamento dos pontos experimentais é uma evidência de que o escoamento seja do tipo laminar, o que afasta a hipótese de que diferenças na rugosidade tenham tido importante influencia sobre o desempenho do teste.

Tabela 1: Comparação entre os resultados obtidos na avaliação da área útil para troca. O Ox-B, de menor área, foi tomado como padrão para comparação.

Unidade	Dp(Ox-B) /Dp	Sd +-%	K_La / ΚιΧΟχ-Β)	Sd +-%
Ox-A	1,032	1,24	1,042	2,96
Ox-B	1	0,68	1	2,72
Ox-C	1,073	0,48	1,085	3,51

Supondo que o Oxigenador, Ox-B tenha 1000 fibras viáveis abertas ao fluxo 20 de gás, pode-se afirmar que o Oxigenador Ox-A pelo teste da transferência de massa teria 1042±31 fibras e pelo teste do fluxo de gás teria 1032±13 fibras. Já p Ox-C pelo método de transferência de massa teria 1085±38 fibras, e pelo método do fluxo de gás teria 1073± 5 fibras.

Portanto, o aumento da vazão de gás favorece a resolução entre os 25 oxigenadores testados.

O teste é sensível de forma exponencial à redução no número de fibras viáveis.

A utilização de um fluxo em escoamento laminar torna este método menos susceptível a variações na rugosidade da superfície interna da fibra.

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13/13 teste é executado sem condenar o oxigenador, o que torna possível que seja aplicado em todas as unidades fabricadas.

O método é eficaz em determinar se a área de troca disponível é aceitável, por comparação com um padrão de fabricação.

Foi demonstrado que o método fornece uma boa resolução no teste dos oxigenadores. Foram revelados detalhes que permitiram estabelecer diferenças de desempenho entre as unidades testadas.

Este método de avaliação da área disponível para troca apesar de indireto se comparado ao método envolvendo transporte de massa citado na referência, é mais preciso e rápido.

A descrição acima da presente invenção foi apresentada com o propósito de ilustração e descrição. Além disso, a descrição não tenciona limitar a invenção à forma aqui revelada. Em conseqüência, variações e modificações compatíveis com os ensinamentos acima, e a habilidade ou conhecimento da técnica relevante, estão dentro do escopo da presente invenção.

Assim sendo, as modalidades acima descritas tencionam melhor explicar os modos conhecidos para a prática da invenção e para permitir que os técnicos na área utilizem a invenção em tais, ou outras, modalidades e com várias modificações necessárias pelas aplicações específicas ou usos da presente invenção. É a intenção que a presente invenção inclua todas as modificações e variações da mesma, dentro do escopo descrito no relatório e nas reivindicações anexas.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1- MÉTODO DE AVALIAÇÃO DA ÁREA DISPONÍVEL EM TROCADORES DE

MASSA em que o teste é executado com um oxigenador de membrana permeável ou

5 um trocador para hemodiálise de membrana permeável, através das seguintes etapas:

a - passar um fluxo de gás com uma vazão bem determinada medida pelo medidor de vazão (7) através do interior do conjunto de membranas do aparelho, entrando pela entrada de gás (2) e saindo pela saída de gás (3);

10 b - medir a perda de carga com o auxílio do manômetro (6), o lado das membranas que fica exposto ao sangue no caso do oxigenador, durante o teste, fica preenchido com um líquido de vedação (água), que fica entrando pela entrada de sangue venoso (4) no caso do oxigenador, e saindo pela saída de sangue arterial (5) no caso do oxigenador, sob uma pressão levemente

15 superior a do gás utilizada no teste, pressão esta, causada pelo fluxo de água imposto pela bomba de água (11), contra a válvula reguladora da perda de carga (10), ou contra a coluna de elevação (12) e sendo a água recuperada pelo tubo de coleta (13), e medida e ajustada com o auxílio do manômetro de pressão da água (9), de modo a causar a pressurização da fase líquida

20 levemente superior a da fase gasosa visando à vedação dos poros da membrana, garantindo que o gás escoe apenas pela luz das fibras, e não vaze pelos poros; caracterizado por c - a perda de carga no fluxo de gás é função da área do corte transversal de escoamento do gás, a qual é inversamente proporcional ao número de fibras

25 viáveis por onde se dá o escoamento, número este determinante da área disponível para a troca de gases ao longo das fibras, garantindo assim com confiabilidade a disponibilidade de uma determinada área de troca para os gases de respiração, por comparação com um padrão de fabricação; a relação entre a perda de carga entre dois oxigenadores e a proporção entre os

30 números de fibras ativas de cada um, ocorre através da relação (7) hL total (teste) / h|_ total (padrão) ⁼ Nfibras (padrão) / Nfibras (teste)

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2- MÉTODO DE AVALIAÇÃO DA ÁREA DISPONÍVEL EM TROCADORES DE MASSA de acordo com a reivindicaçãol, caracterizado por este procedimento também servir de teste para oxigenadores ou trocadores para hemodiálise construídos com membranas impermeáveis, dispensando neste caso a utilização do

5 sistema de água pressurizada para vedação da membrana, descrito por manômetro de pressão de água (9), válvula reguladora da perda de carga (10), bomba de água (11), coluna de elevação (12) e tubo de coleta (13).
3- MÉTODO DE AVALIAÇÃO DA ÁREA DISPONÍVEL PARA A TROCA EM OXIGENADORES DE MEMBRANA E TROCADORES PARA HEMODIÁLISE de acordo

10 com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da pressurização da fase líquida em dispositivos construídos com membranas porosas necessitar de uma equalização de pressões interna e externa de modo a evitar que o gás vaze pelos poros, gerando uma indicação errada da perda de carga em função da vazão, levando a um número falso de fibras.

Petição 870180062159, de 19/07/2018, pág. 6/10