Filtros de malha rotativa internos e externos como dispositivos de retenção de células animais: um estudo com o auxílio de velocimetria por imagem de partículas e fluidodinâmica computacional

Abstract

No presente trabalho foram desenvolvidos modelos em CFD de filtros de malha rotativa tanto internos como externos. Os modelos foram validados através de comparações com medidas experimentais dos perfis de velocidade do fluido, obtidas com o emprego da técnica de velocimetria de imagens de partículas (PIV) e, também, por comparação com dados da literatura. Os modelos foram capazes de predizer a ocorrência de fenômenos relevantes no funcionamento dos filtros de malha rotativa, como o escoamento de intercâmbio e a migração lateral das partículas. Foi possível calcular, através dos mesmos, a magnitude com que ocorrem estes fenômenos a partir dos princípios da mecânica dos fluidos, detectando-se, por exemplo, que a migração lateral pode provocar depleção da concentração celular nas vizinhanças do filtro entre 10 e 50% com relação à concentração média no seio da suspensão. Além disso, foi possível apresentar uma explicação para o escoamento de intercâmbio, que está associado ao transporte inercial de fluido, através do filtro, pelos vórtices de Taylor, assim como pelas variações de pressão axial que estes vórtices causam na tela filtrante. Detectou-se que o escoamento de intercâmbio pode atingir valores até 100 vezes maiores que o decorrente da vazão de perfusão. Estes modelos constituem ferramentas para a execução de experimentos in silico necessários na otimização dos filtros de malha rotativa.