Avaliação Experimental e Computacional da Dinâmica dos Fluidos de um Bioesterilizador para Descontaminação Ambiental e de Pessoas

Abstract

O Coronavírus, do subgênero Betacoronavírus, foi isolado pela primeira vez na cidade de Wuhan (China), em dezembro de 2019, de um grupo de pacientes apresentando uma pneumonia aguda não reconhecível. A transmissão da doença ligada às infecções por SARS-CoV-2 está associada ao contato com pessoas infectadas através da emissão de fluidos respiratórios, na forma de gotículas. O presente trabalho tem por objetivo avaliar, por métodos experimentais e computacionais, a dinâmica dos fluidos de um bioesterilizador, dispositivo utilizado para a descontaminação ambiental e de pessoas e apresentado como instrumento de combate à transmissão do Covid-19. Para isso, é proposto desenvolver a arquitetura do sistema de esterilização a vapor; aferir, via sensores digitais de temperatura, o comportamento em estados estacionário e transiente do sistema; elaborar um modelo espacialmente resolvido usando a Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) para determinar a transferência de calor e massa no interior do volume de controle; validar os gradientes simulados de temperatura por comparação com os dados obtidos experimentalmente; e, por fim, determinar o perfil de velocidade, os gradientes de pressão e a distribuição do vapor no interior da cabine de esterilização. Para a consecução desse objetivo e de seus desdobramentos, é aplicado métodos de experimentação e de simulação computacional. Experimentalmente, emprega-se sensores digitais de temperatura à geometria do dispositivo bioesterilizador (composto por uma cabine e um difusor de vapor), aferidos por tempo e por posição, ao longo de três ensaios em triplicata, em temperaturas diferentes de 40°C, 45°C e 50°C. Computacionalmente, utilizando o software ANSYS Fluent para análise fluidodinâmica. Como passo seguinte, compara-se estatisticamente os dados empíricos e as simulações de temperatura. Como resultado, verifica-se que, dentre os três ensaios realizados, o segundo (atribuição de parâmetro de temperatura de entrada fixado em 45°C) apresenta melhor conforto térmico ao usuário da cabine e garante temperatura média mínima para deterioração das formas microbianas. A partir dos resultados obtidos, conclui-se que há convergência entre as medidas simuladas de temperatura e suas aferições experimentais no interior da cabine bioesterilizadora, o que valida aquelas primeiras. As diferenças entre as temperaturas medidas e simuladas estão abaixo de 0,4 K, com erro médio inferior a 0,5%, o que está abaixo da precisão do sensor de temperatura. Por fim, este trabalho apresenta uma ferramenta computacional desenvolvida para um esterilizador a vapor capaz de prever a temperatura do fluido e seus gradientes ao longo da geometria e de avaliar a produção e a qualidade do vapor, bem como analisar a distribuição de vapor no mesmo.