Análisis mediante simulación numérica de modelos que utilizan el promediado de Reynolds de las ecuaciones de Navier-Stokes (RANS) para el estudio del flujo sanguíneo en válvulas cardíacas

Abstract

En este trabajo se muestran los avances en la simulación computacional del flujo sanguíneo (CFD del inglés) a través de una válvula artificial (válvulas bileaflet) que reemplaza las válvulas del corazón cuando presentan diversas anomalías. Aunque son muy eficientes, estas válvulas pueden estar sujetas a fallas de funcionamiento de las valvas. Ello puede dar origen al crecimiento interno de pannus (trombosis valvular obstructiva) y/o la formación de trombos que representan complicaciones graves para la salud y son potencialmente mortales. Es importante investigar el campo de flujo aguas abajo de una válvula mecánica de corazón considerando al flujo sanguíneo como flujo newtoniano turbulento en condiciones estacionarias estudiándolo con modelos que utilizan el promediado de Reynolds de las ecuaciones de Navier-Stokes (de su sigla en inglés RANS) que permitan representar la componente turbulenta de dicho flujo. El objetivo de este estudio es analizar cuál de los modelos RANS aplicados representa mejor el comportamiento del flujo sanguíneo en esa condición, comparados con los resultados obtenidos por medios experimentales para el caso de una válvula en buen funcionamiento y para el caso en que una de las valvas no abre correctamente, es decir con una disfunción del 100%. Se utiliza un modelo simplificado en 3D de una válvula cardíaca artificial (de su sigla en inglés AHV), en tanto que la geometría, el mallado y la simulación del flujo de sangre se realizan utilizando Comsol Multiphisics 4.4. Las simulaciones proporcionan información sobre la velocidad, las estructuras vorticales y la incidencia de éstas en los componentes presentes en la sangre, permitiendo realizar modificaciones en el diseño geométrico de la válvula, elevando su eficiencia evitando realizar el modelo experimental costoso y complicado.