Contribution to the marine propeller hydrodynamic design for small boats in the Amazon region / Contribuição ao projeto hidrodinâmico de propulsores marítimos voltados as pequenas embarcações da região Amazônica

In the Amazon, river navigation is very important due to the length of navigable rivers and the lack of alternative road networks. Boats usually operate in unfavorable conditions, since there is no hydrodynamic relation among propellers, geometry, and the dimensions of the boat hull. Currently, there is no methodology for propeller hydrodynamic optimization with low computational cost and easy implementation in the region. The aim of this work was to develop a mathematical approach for marine propeller design applied to boats typically found on Amazon rivers. We developed an optimized formulation for the chord and pitch angle distributions, taking into account the classical model of Glauert. A theoretical analysis for the thrust and torque relationships on an annular control volume was performed. The mathematical model used was based on the Blade Element Momentum Theory (BEMT). We concluded that the new methodology proposed in this work demonstrates a good physical behavior when compared with the theory of Glauert and the experimental data of the Wageningen B3-50 propeller.

Na Amazônia, a navegação é muito importante devido a extensão de rios navegáveis e a falta de redes rodoviárias alternativas. As embarcações geralmente trabalham em condições desfavoráveis, uma vez que não há relação entre a hidrodinâmica dos hélices, geometria e as dimensões do casco da embarcação. Atualmente, não há metodologia para otimização hidrodinâmica com baixo custo computacional e fácil implementação na região. O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de uma abordagem matemática voltada para o projeto de propulsores marítimos aplicados as embarcações tipicamente encontradas nos rios da Amazônia. Nós desenvolvemos uma formulação otimizada para o cálculo das distribuições de corda e ângulo de torção, considerando o modelo clássico de Glauert. Uma análise teórica para as relações de empuxo e torque em um volume de controle anular foi realizado. O modelo matemático utilizado foi baseado na teoria do momento do elemento de pá (BEMT). Concluímos que a nova metodologia, proposta neste trabalho, demonstra bom comportamento físico quando comparado com a teoria de Glauert e os dados experimentais do propulsor Wageningen B3-50.

Considerações sobre métodos de ajuste de bombas de roletes usadas em circulação extracorpórea: velocidade de queda e calibração dinâmica / Considerations on roller pumps setting methods used in cardiopulmonary bypass: drop rate and dynamic calibration

As bombas de roletes ocupam um papel de destaque entre os dispositivos utilizados na circulação extracorpórea, pois são responsáveis pela movimentação do sangue. O ajuste adequado desses equipamentos é fundamental para minimizar o trauma nas células sanguíneas. O presente trabalho analisou dois métodos para ajuste das bombas: o método de medida de velocidade de queda e a calibração dinâmica em dois modelos de bombas, com o objetivo de avaliar as suas variações e limitações práticas de uso em centro cirúrgico. A velocidade de queda foi medida em dois modelos de bombas de roletes e em três pontos do leito rígido com valor final calculado pela média entre eles. A calibração dinâmica foi medida sequencialmente às medidas de velocidade de queda, e os valores médios de pressão foram registrados em arquivo, com intervalo entre medidas de 20 ms. Os valores médios de velocidade de queda mostraram diferenças significantes (p < 0,0007), quando comparados com os valores mínimos e entre os dois modelos de bombas. Nos dois métodos analisados foram observadas variações de ajuste entre os roletes, com possíveis consequências para a hemólise. A bomba 1 mostrou descentralização do leito rígido entre os pontos medidos (p < 0,02). O método de ajuste por medida de velocidade de queda mostrou erros em seus valores absolutos e com dificuldade de repetitividade e não foi possível estabelecer correlação com a respectiva medida de calibração dinâmica.

Roller pumps have an important role among the devices used in cardiopulmonary bypass, being responsible for pumping blood. The setting of pumps is essential to minimize the trauma on blood cells. This study examined two methods for pump adjustment: the drop rate method and dynamic calibration method, applied to two different pumps in order to evaluate their variations and practical limitations of use in operating room. The drop rate was measured in the lowest point of pump raceway (0º) and in two other points close to it (–20º and +20º) and the average values of the three points was also taken. The dynamic calibration was measured sequentially, and the pressure average values were recorded on file with a sampling interval of 20 ms. There were significant differences (p < 0.0007) in drop rate averages when compared with the lowest point in the two types of pumps. In two pumps were observed variations in settings between rollers with possible consequences for the hemolysis. The pump 1 showed decentralization in raceway between points measured (p < 0.02). The drop rate method showed errors in their absolute values and with limited repeatability, and it was not possible to correlate with their dynamic calibration measurements.