ESTUDO DA DINÂMICA DE UM ATUADOR ELETROMECÂNICO DA BOMBA DE SANGUE CENTRÍFUGA IMPLANTÁVEL

O motor de corrente contínua sem escovas (BLDC, do inglês “Brushless Direct Current”), tem sido o principal componente de propulsão no desenvolvimento dos Dispositivos de Assistência Ventricular (DAV). Dentre as características que o faz ser utilizado em bomba implantáveis destaca-se a ausência de escovas, o que permite descartar o desgaste inevitável das escovas observado em outros motores e intolerável neste tipo de dispositivo. A operação em altas velocidades, quando comparado com outras opções de motores, e o tamanho reduzido também são fatores compatíveis com essa utilização [1, 2]. O motor elétrico trifásico de corrente contínua sem escova é um motor síncrono de ímãs permanentes localizados no rotor e bobinas localizadas no estator, geralmente, conectadas em estrela com controle por inversor do tipo ponte H [2, 3]. A operação de um BLDC é realizada através da comutação estratégica das bobinas, assim como ocorre em um motor de passo. A comutação é realizada por um circuito que fornece corrente às bobinas do motor em função da posição do rotor. A corrente de fase de um BLDC, normalmente é retangular e sincronizada com a FCEM (força contra-eletromotriz, ou BEMF do inglês “Back Electromotive Force”) para produzir torque e velocidade constante, apresentando forma trapezoidal, geralmente. Sendo esta a principal característica de controle [4, 5]. A técnica escolhida para o controle da posição do rotor foi a “sensorless”, sem sensores, por dispensar o uso de sensores de posicionamento, que são focos de falhas, o que deve ser evitado em dispositivos implantáveis. A não utilização de sensores também reduz a quantidade de fios para controle do motor, fato que contribui para a prática cirúrgica e reduz complicações pós-operatórias [6 – 8]. Uma bomba centrífuga implantável está sendo estuda no Instituto “Dante Pazzanese” de Cardiologia – IDPC como DAV para auxiliar pacientes com doenças cardiovasculares. Este dispositivo pode ser dividido em: bomba de sangue de fluxo contínuo centrífugo, um motor elétrico BLDC, um controlador para acionar o motor e um sistema de baterias. As bombas centrífugas representam a maioria das pesquisas desenvolvidas atualmente, a qual permite operar em rotações mais baixas que as bombas de fluxo contínuo axiais; obter menores taxas de hemólise, ou seja, menores danos aos elementos do sangue; ter dimensões compatíveis com a implantabilidade total e alcançar vida estimada do conjunto, em assistência, de 2 anos [9 – 11]. Os motores utilizados em bombas sangüíneas centrífugas com acoplamento magnético requerem potência para a movimentação do rotor do motor e para o acoplamento com a bomba, Figura 1 [1, 9, 11, 12]. Nos casos onde o acoplamento é feito diretamente com a bomba é necessário prover potência adicional em função do maior “air gap” (distância entre os magnetos e as bobinas). E quando há um circuito eletromagnético separado do acoplamento, o motor pode assumir maiores dimensões [13]. O objetivo desse trabalho é obter um modelo dinâmico do atuador eletromecânico da bomba centrífuga, com auxílio do programa Matlab / Simulink, onde parâmetros mecânicos e eletromagnéticos foram propostos para as simulações. O programa Matlab/Simulink foi escolhido como ambiente virtual de simulações e modelagem por permitir a integração dos dados de simulações com outros programas, especialmente o programa Comsol Multiphysics, o qual está sendo utilizado para modelar a bomba centrífuga.