Análisis CFD de las prestaciones y la hemocompatibilidad de la bomba centrífuga HeartMate3: efecto de la posición del rotor en la asistencia cardíaca

Abstract

[ES] El presente Trabajo de Fin de Máster tiene como objetivo analizar una bomba centrífuga diseñada para ser utilizada como dispositivo de asistencia ventricular (VAD) en el tratamiento de fallos cardíacos. El estudio se enfoca en conocer y analizar las prestaciones hemodinámicas del dispositivo y aspectos médicos como el daño sanguíneo producido. Para lograrlo, se llevarán a cabo simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) del flujo sanguíneo a través de la bomba, con la finalidad de recoger y estudiar los fenómenos físicos que ocurren en ella.

En los estudios, las simulaciones serán pseudo-estacionarias y se realizarán mediante el software Star-CCM+ de SIEMENS, con una configuración de malla overset y simulando el giro del rotor mediante moving reference frame. Además, se realizará una simulación transitoria para comparar los resultados con los obtenidos en las simulaciones estacionarias. Se llevarán a cabo estudios de independencia de malla, de la variación del régimen de giro, del caudal, de la posición vertical del rotor; y se validará la precisión de los resultados comparándolos con la literatura existente. A través de estos análisis, se obtendrán los mapas de operación de la bomba centrífuga, así como el rendimiento, los campos de velocidad, de tensiones, de presiones y de índice de hemólisis para diferentes posiciones del rotor.

[EN] This Master's Thesis aims to analyze a centrifugal pump designed to be used as a ventricular assist device (VAD) in the treatment of heart failure. The study focuses on understanding and analyzing the hemodynamic performance of the device and medical aspects such as blood damage. To achieve this, computational fluid dynamics (CFD) simulations of blood flow through the pump will be conducted to capture and study the physical phenomena that occur within it.

In the studies, the simulations will be pseudo-steady-state and will be performed using the Star-CCM+ software by SIEMENS, with an overset mesh configuration and simulating the rotation of the rotor using a moving reference frame. Additionally, a transient simulation will be conducted to compare the results with those obtained from steady-state simulations. Mesh independence studies, variation of rotational speed, flow rate, and vertical position of the rotor will be carried out, and the accuracy of the results will be validated by comparing them with existing literature. Through these analyses, the operating maps of the centrifugal pump will be obtained, as well as performance, velocity fields, stress distributions, pressure distributions, and hemolysis index for different rotor positions.