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Ventiladores Pulmonares na UFRJ e a Nautilus - Traçando um Paralelo

O atual cenário de crise ocasionado pelo novo Coronavírus levantou uma grande preocupação visto que a doença pode gerar complicações no trato respiratórios, sendo então um grande risco principalmente para pessoas com doenças respiratórias prévias. Dessa forma, cientistas e engenheiros de todo o mundo apostaram na ideia de produzir ventiladores mecânicos de forma rápida, simples e econômica, de modo que possa atender a crescente demanda pelo equipamento durante a crise da Covid-19. A ventilação mecânica, também chamada de ventilação pulmonar, é o uso de uma máquina para auxiliar a entrada e saída de ar nos pulmões, fornecendo ar rico em oxigênio e sendo de uso frequente em pacientes com insuficiência respiratória.



Protótipo em teste do ventilador mecânico

Sendo uma equipe focada em automação submarina, a UFRJ Nautilus parece estar fora do contexto da atual crise global. No entanto, se olharmos com mais atenção, veremos que várias ferramentas essenciais à equipe são igualmente importantes para projetos como o do ventilador pulmonar e muitos outros instrumentos da medicina, utilizados em laboratórios e hospitais. Softwares CAD, de impressão 3D, eletrônica e programação, habilidades necessárias para a realização desses projetos, são alguns dos muitos domínios desenvolvidos dentro da equipe. Acompanhamos um pouco mais de perto o projeto dos ventiladores desenvolvido pela UFRJ e foi de extrema satisfação poder comprovar a importância e a utilidade das técnicas e do conhecimento que geramos e aprendemos tanto dentro da sala de aula quanto dentro da equipe.


Um dos mais conhecidos softwares CAD 3D é o SolidWorks, o programa mais utilizado para o desenvolvimento Hidrodinâmico e Mecânico do nosso AUV. Um de nossos ex-membros está envolvido no projeto de ventiladores da UFRJ e, com o uso do SolidWorks, modelou uma válvula de PEEP (sigla em inglês para Pressão Positiva Expiratória Final). A modelagem tridimensional é uma habilidade comum e fundamental para desenvolvimento de projetos mecânicos em geral, sejam eles de veículos submarinos ou de ventiladores mecânicos.



Modelagem da válvula PEEP

Resultado da modelagem da válvula PEEP






Assim como as válvulas, tubos e afins usados nos ventiladores, o projeto mecânico de um AUV também precisa levar em conta sua pressão positiva (pressão que empurra a impermeabilização contra a estrutura) e sua pressão negativa (pressão que atua no sentido de forçar a desafixação da estrutura), de forma a se manter estanque. Não podemos deixar que a água entre em seus componentes internos ou ar sair deles, assim, precisamos usar válvulas e vedantes, como O-rings, no nosso projeto.


Outro ponto de convergência é em relação ao uso de softwares de simulação CFD (sigla em inglês para Dinâmica dos Fluidos Computacional), empregado principalmente em análises e soluções de problemas nos campos da termodinâmica e da mecânica dos fluidos. Na iniciativa da UFRJ, foi utilizado o OpenFOAM, enquanto que, na nossa equipe, o ANSYS é utilizado para essa mesma função, precisando melhor o efeito de fluidos nos mais diversos materiais e estruturas, seja esse fluido o ar, como é o caso de um ventilador pulmonar, ou a água, no caso de um AUV.


Porém, qualquer bom projeto de engenharia não vive apenas de simulações e outros artifícios computacionais. Conceitos de fabricação mecânica se fazem necessários, como é o caso da impressão 3D, que permite a criação de um modelo tridimensional a partir de sucessivas camadas de material. Essa tecnologia revolucionária possui grandes vantagens, como baixo custo, facilidade de encontrar os materiais e tempo de produção reduzido. Sendo assim, a impressão 3D é muito utilizada, tanto no projeto do submarino autônomo da UFRJ Nautilus, quanto na produção de ventiladores mecânicos da demanda atual.



AUV da UFRJ Nautilus

Portanto, vemos que esses projetos, ainda que diferentes, fazem uso de ferramentas em comum e possuem muitas semelhanças, tanto a nível técnico, quanto a nível de gestão. Trabalhar na UFRJ Nautilus é se adaptar a qualquer cenário possível, afinal, aprendemos aqui práticas e habilidades que, técnicas ou não, nos servirão não só para projetos acadêmicos ou no mercado de trabalho como também para a vida. O conhecimento aqui gerado e aprendido pode ser útil em um cenário como a crise da Covid-19 porque focamos em produção de tecnologia usando ferramentas de uso geral e de baixo custo, buscando unir diferentes campos de conhecimento. Afinal, em uma crise como a que estamos vivendo, os profissionais de necessidades básicas, da área da saúde e da área da ciência, devem se unir para que, através de seu trabalho, suas ideias ou seus inventos, seja possível amenizar e por um ponto final nesse processo tão desgastante e trágico que estamos passando.




Escrito por Gabriela Torres e Ana Beatriz Ferreira