UNIVERSIDADE F E D E R A L D E CAMPINA G R A N D E
C E N T R O D E C I E N C I A E T E C N O L O G I A
P R O G R A M A D E P O S - G R A D U A Q A O E M E N G E N H A R I A E L E T R I C A
MEDIQAO DE FLUXO RESPIRATORIO COM INSTRUMENTO
BASEADO EM ANEMOMETRO A FIO QUENTE
W E N D E L L E D U A R D O M O U R A C O S T A
Campina Grande - Paraiba
2004
WENDELL EDUARDO MOURA COSTA
MEDICAO DE FLUXO RESPIRATORIO COM INSTRUMENTO
BASEADO EM ANEMOMETRO A FIO QUENTE
Dissertacao apresentada ao
Programa de Pos-Graduacao em
Engenharia Eletrica da
Universidade Federal de Campina
Grande, em eumprimento as
exigencias para obtencao do grau
de mestre.
Orientadores: Prof. Dr. Raimundo Carlos Silverio Freire
Prof. Dr. Jose Felicio da Silva
Campina Grande - Paraiba
MEDICAO DE FLUXO RESPIRATORIO COM INSTRUMENTO BASEADO
EM ANEMOMETRO A FIO QUENTE
WENDELL EDUARDO MOURA COSTA
Disserta$ao Aprovada em 01.03.2004
fh
^VUA [AAAsJ^O
Co^XoJ
S$\JJ
J(A-L^
^ T l A - U - X .RAIMUNDO CARLOS SILVERIO FREIRE, Dr., UFCG
Orientador
EMERSO
JOSE HO/MERO FEITOSA CAVALCANTI, D.Sc, UFPB
Componente da Banca
CAMPINA GRANDE - PB
DEDICATORIA
Dedico com todo carinho ao
meu querido pai Deoclecio (in
memoriam) e a minha querida
mae, aos meus queridos irmaos
e a minha amada namorada.
A G R A D E C I M E N T O S
A DEUS, criador dos ceus e da terra e de tudo que neles existe, sem Ele nada teria
sentido;
Ao meu pai Deoeleeio Alves Costa (in memoriam), a minha mae Filomena Maria
Moura Costa, ao Maxwell, ao Deoeleeio Junior, a Priscilla, a Marcelle e a minha
avo Marcela da Costa que nos momentos mais diflceis me apoiaram e me
reanimaram de forma que eu nao desistisse;
Ao meu avo Silvino Fernandes de Moura e minha avo Maria Auxiliadora de
Albuquerque Moura, pelo apoio dado, pela acolhida em sua easa e pelo carinho
demonstrado, para que fosse possivel a realizacao desse mestrado;
A minha namorada, Taieni Valois da Mota Silva, pelo amor, pelo carinho, pelas
palavras de incentivo, e por tudo que iremos construir juntos;
Ao meu orientador Professor Dr. Raimundo Carlos Silverio FREIRE pela
oportunidade de realizar esse mestrado.
Ao Professor Dr. Jose FELICIO da Silva pela amizade, pela experiencia, pelo
trabalho, pelas situacoes adversas e, principalmente, pelos conhecimentos
adquiridos;
Aos meus Amigos da UFCG; Guilherme (que tanto me ajudou), Diana Nobre,
Elvio, Marcelo Lucena, Cleonilson Protasio, Francisco Santos, Antenor Barbosa,
Luis Brunelli, Ricardo Brandao, Ligia, Romulo, Alessio, Cida, professores e
COPELE;
Aos meus Amigos do LABMEC e UFPB: Jose Fabio Lima do Nascimento, Andre
Fernandes Garcia, Prof.
0
Claudio, Marcilia Nobrega, Andrea Candido, Walter
Fialho, Walderi Junior, Waldemir e professores.
A todos que de uma forma ou de outra foram os meus incentivos para a realizacao
deste trabalho.
RESUMO
0 objetivo da dissertacao e o desenvolvimento de um sistema que seja capaz de medir a
densidade do fluxo respiratorio e o sentido, utilizando sensores a fio quente. A medida do
fluxo e do seu sentido e de fundamental importancia na earacterizaeao do sistema
respiratorio. Com o fluxo e a pressao e possivel determinar algumas caracteristicas do
sistema respiratorio, que possibilitam ao medico um diagnostico mais exato de algumas
patologias. Para testes e medicSes do fluxo foi utilizado um sistema para gerar uma pressao
senoidal que e utilizado na Tecnica de Oscilacxtes Forcadas (TOF). O sistema utiliza uma
pressao senoidal de frequencia e amplitude constantes, que foram medidos utilizando um
pneumotacometro, um sensor de platina, e um sensor de pressao. Apos varios testes foi
verificado que e possivel determinar a velocidade do fluxo com um unieo sensor de platina.
Mas com apenas um sensor nao e possivel determinar o sentido desse fluxo. Para medicao
do sentido do fluxo utilizou-se dois sensores, tendo entre eles um gerador de calor
(resistencia), com isto foi possivel observar que os sinais de saida dos anemometros se
diferenciavam em um semiciclo do fluxo, um sensor de platina recebia calor no semiciclo
positivo do fluxo e o outro no semiciclo negativo. Verificou-se que ao receber calor os
sensores de platina tinham suas amplitudes variadas, e desta forma foi possivel determinar
qual o sentido do fluxo respiratorio.
ABSTRACT
The objective of the dissertation is the development of a system able to measure the
respiratory flow as well as its direction, using hot-wire sensors. The measure of the flow is
fundamental in the characterization of the respiratory system. With the flow and the
pressure is possible to determinate some characteristics of the respiratory system, which
possibilities to the doctor the most exact diagnosis of some pathologies. For tests and
measurements of the flow was utilized an senodal pressure generator that is used in the
Forced Oscillations Technique (FOT). The system uses a sinusoidal pressure of frequency
and width constants, wich were measured using a pneumotacometer, a platinum sensor, and
a pressure sensor. After several tests it was verified that it is possible to determine the flow
velocity with only a platinum sensor. But with just a sensor it is not possible to determine
the flow direction. For measurement of the flow direction it was used two sensors, tends
between them a heat generator (resistance), with this it was possible to observe the
anemometers out signs differed in a flow semicycle, a platinum sensor received heat in the
flow positive semicycle and the other in the negative semicycle. It was verified that to
receive heat the platinum sensors had its amplitudes varied, and this way it was possible to
determine which the direction of the respiratory flow.
S U M A R I O 1 I N T R O D U C A O 0 1 1.1 O R G A N I Z A C A O D A D I S S E R T A Q A O 0 5 2 M E D I C A O D O F L U X O R E S P I R A T O R I O 0 6 2 . 1 S E N S O R E S U T I L I Z A D O S P A R A M E D I C A O D O F L U X O R E S P I R A T O R I O 0 9 2 . 2 S E N S O R E S D I F E R E N C I A I S DE P R E S S A O 0 9 2 . 2 . 1 T U B O D E P I T O T 1 0 2 . 2 . 2 T R A N S D U T O R DE F L U X O ( P N E U M O T A C O G R A F O ) 1 3 2 . 3 S E N S O R E S DE V E L O C I D A D E 1 5 2 . 3 . 1 S E N S O R E S U L T R A - S O N I C O S 1 6 2 . 3 . 2 S E N S O R E S T E R M I C O S 2 1 2 . 3 . 2 . 1 M E D I D O R D E T H O M A S 2 2 2 . 3 . 2 . 2 A N E M O M E T R O S 2 3 3 A N E M O M E T R O A F I O Q U E N T E 2 6 3 . 1 C O N F I G U R A Q A O A T E M P E R A T U R A C O N S T A N T E 3 1 4 T E C N I C A D E O S C I L A Q O E S F O R C A D A S ( T O F ) 3 6 4 . 1 S I S T E M A R E S P I R A T O R I O 4 1
4.1.1 FISIOLOGIA DO SISTEMA RESPIRAT6RIO 4 2
4 . 1 . 2 A L V E O L O 4 2 4 . 1 . 3 M O S C U L O S R E S P I R A T 6 R I O S 4 3 4 . 1 . 4 M O D E L A M E N T O D O S I S T E M A R E S P I R A T O R I O 4 3 4 . 1 . 5 M E C A N I C A P U L M O N A R 4 4 4 . 1 . 6 M O D E L O D A M E C A N I C A R E S P I R A T 6 R I A N O R M A L D U R A N T E A R E S P I R A C A O E M R E P O U S O 4 6
5 M A T E J U A I S E M E T O D O S 5^
5 . 1 M E D I C A O C O M S E N S O R A F I O Q U E N T E , 5 2
5.2 MEDIQAO DO FLUXO UTILIZANDO O SISTEMA DE MEDICAQ D A TECNICA DE OSCILACOES F O R C A D A S ( T O F ) 5 4 5 . 2 . 1 G E R A D O R D E P R E S S A O 5 5 5 . 2 . 2 P N E U M O T A C O M E T R O 5 6 5 . 2 . 3 - S I S T E M A R-l-C 5 7 5 . 3 S I S T E M A D E A Q U I S I Q A O D E D A D O S 6 1 5 . 4 M E D I C A O D O S E N T I D O D O F L U X O D E A R , 6 1 6 R E S U L T A D O S O B T I D O S 6 4 7 C O N C L U S O E S E S L I G E S T O E S 7 1 7 . 1 S U G E S T O E S P A R A T R A B A L H O S F U T U R O S 7 2 R E F E R E N C E S B I B L I O G R A F I C A S 7 3
LlSTA DE FlGURAS
Figura 2.1 (a) - Tubo de Pitot Estaticos (Separados); (b) - Tubos de Pitot
Estaticos (Combinados) 11
Figura 2.2 Esquema de u m Medidor de Fluxo Respiratorio Tipo T u b o de Pitot 13
Figura 2.3 Transdutor de Fluxo (Pneumotacometro) 14 Figura 2.4 (a) - Sistema de Ultra-Som com Sensores Separados; (b) - Sistema
de Ultra-Som c o m Sensores Combinados 19
Figura 2.5 Medidores de Fluxo Respiratorio Utilizando Sensores Ultra-Sonicos 21
Figura 2.6 Medidor Termico de T h o m a s 23 Figura 2.7 Fio Metalico Fino Suspenso e m Dois Suportes (Sensor a Fio Quente)... 24
Figura 2.8 Filme Metalico Suspenso e m Dois Suportes (Sensor a Filme Quente)... 24
Figura 2.9 Sensor a Termopar 25 Figura 3.1 Sensor Termo-Resistivo Alimentado por Corrente Eletrica e Submetido
a Passagem de Fluxo 28
Figura 3.2 Arquitetura para Medicao de Velocidade de Fluido a Temperatura
Constante 32
Figura 4.1 Esquema de Medicao da Impedancia de Entrada do Sistema
Respiratorio 38
Figura 4.2 (a) Modelo RIC Serie Utilizado na Analise da Impedancia de Entrada
do Sistema Respiratorio; (b) - Modelo de Dubois Utilizado na Analise
da Impedancia de Transferencia do Sistema Respiratorio 40
Figura 4.3 Modelo dos Pulmoes 4 5 Figura 4.4 Modelos para a Mecanica Ventilatoria N o r m a l , para Baixas
Frequencias Respiratorias e Pequenas Amplitudes 4 5
Figura 5.1 Diagrama do Circuito Utilizado para o A n e m o m e t r o a Fio Quente 53
Figura 5.2 Diagrama do Circuito Condicionador de Sinai 53
Figura 5.4 Estrutura de Medicao da T O F c o m o Sensor de Platina 60 Figura 5.5 Estrutura de Medigao c o m os Dois Sensores de Platina e o
Aquecedor 62
Figura 5.6 Estrutura de Medigao Completa 63 Figura 6.1 Sinai do Fluxo Senoidal na Saida do Operacional (V0) e Sobre o
Sensor (Vs) 65
Figura 6.2 Sinais do Fluxo e Velocidade Adquiridos pela Placa de
Aquisigao 66
Figura 6.3 Sinais dos Dois Sensores de Platina Adquiridos pela Placa de
Aquisigao 67
Figura 6.4 Sinais de Fluxo e da Saida do A n e m o m e t r o s e m e c o m o
Aquecedor 68
Figura 6.5 Fluxo Senoidal Medido pelo A n e m o m e t r o a Fio A q u e c i d o 69
Wendell Eduardo Moura Costa
Introducao
0 corpo h u m a n o necessita de oxigenio ( 02) e outros nutrientes essenciais
no p r o c e s s o d e m e t a b o l i s m o para manter a vida. C o m o parte d e s s e p r o c e s s o , o m o n o x i d o d e c a r b o n o ( C 02) e produzido. A h e m o g l o b i n a no s a n g u e e o principal
meio de transporte d e 02 ate as celulas. O C 02 e dissolvido no p l a s m a s a n g u i n e o
e transportado para os p u l m o e s , d e o n d e s e r a expelido para a a t m o s f e r a . O s pulmoes d e s e m p e n h a m d u a s f u n c o e s basicas: troca d e g a s e s c o m a a t m o s f e r a , pelo p r o c e s s o da respiracao e troca d e g a s e s c o m o s a n g u e , pela difusao g a s o s a na superficie p u l m o n a r ( F E I N B E R G , 1 9 8 6 ) .
O s p r o c e s s o s d e e n t r a d a e d e s a i d a d e g a s e s nos p u l m o e s e a sua difusao atraves da m e m b r a n a alveolar s a o c o n h e c i d o s c o m o fungao pulmonar. O s testes q u e p e r m i t e m a d e t e r m i n a c a o de p a r a m e t r o s q u e d e f i n e m a eficiencia d o sistema s a o c h a m a d o s d e testes da fungao pulmonar ( F E I N B E R G . 1 9 8 6 ) .
A avaliagao d a f u n g a o p u l m o n a r p o d e ser dividida e m d u a s c l a s s e s . A primeira esta relacionada a avaliacao dos a s p e c t o s p u r a m e n t e m e c a n i c o s do sistema respiratorio q u e a f e t a m o transporte d e g a s e s q u e e n t r a m e s a e m dos p u l m o e s . A s e g u n d a diz respeito a avaliagao d o p r o c e s s o d e troca de g a s e s ou difusao nos alveolos ( F E I N B E R G . 1 9 8 6 ) .
C o m relacao a avaliagao m e c a n i c a d a f u n g a o p u l m o n a r e x i s t e m a l g u m a s tecnicas q u e possibilitam diagnosticos mais e x a t o s d e patologias d o s i s t e m a respiratorio h u m a n o . Dentre elas p o d e - s e citar as t e c n i c a s : d e e s p i r o m e t r i a , de pletismografia, d e oscilagoes f o r c a d a s ( T O F ) e d e o c l u s a o . C o m o auxilio d e uma o u mais d e s s a s t e c n i c a s e p o s s i v e l d e t e r m i n a r o s p a r a m e t r o s d o sistema respiratorio. U m d o s p a r a m e t r o s m a i s important© na avaliagao d a f u n g a o p u l m o n a r e a resistencia d a s vias a e r e a s respiratorias, pois, c o m ela d e t e r m i n a - s e o grau d e obstrugao q u e o paciente tern a o fluxo de ar q u e entra e sai d o s s e u s p u l m o e s . E s s a resistencia e d e t e r m i n a d a pela relagao e n t r e a variagao de pressao e a variagao c o r r e s p o n d e n t e do fluxo m e d i d o p r o x i m o a boca do paciente.
Medicao de Fluxp Respiratorio com Instrumento Baseado em Anemometro a Fio Quente
Gragas a evolugao da eletronica e d o s p r o c e s s o s d e m e d i g a o , hoje se dispoe d e n u m e r o s o s s i s t e m a s c a p a z e s d e realizar a m e d i g a o d o fluxo a e r e o respiratorio. Pana a realizagao da medigao d o fluxo ou v a z a o p o d e m ser utilizados varios m e t o d o s , tais c o m o : m e t o d o diferencial d e p r e s s a o utilizando o tubo d e pitot, m e t o d o diferencial de pressao utilizando o p n e u m o t a c o m e t r o , m e t o d o da velocidade utilizando a n e m o m e t r o s , m e t o d o d a v e l o c i d a d e utiljzando ultra-som, dentre outros.
0 t u b o d e pitot consiste b a s i c a m e n t e de u m t u b o q u e m e d e a velocidade de u m fluido a partir da diferenga d a s p r e s s 5 e s d e e s t a g n a g a o e estatica. Por ser u m e q u i p a m e n t o padrao ele e bastante u s a d o para aferir o u t r o s e q u i p a m e n t o s . D e p e n d e n d o d o tipo de t u b o de pitot, d a disposigao d o s f u r o s q u e s a o feitos no s e u interior e t a m b e m d o s e n s o r q u e e c o n e c t a d o a o m e s m o , e p o s s i v e l determinar t a m b e m o sentido d o fluido q u e p a s s a pelo m e s m o .
N o m e t o d o de medigao c o m u l t r a - s o m , utiliza-se u m f e i x e de o n d a s mecanieas e m alta frequencia ( a c i m a da f r e q u e n c i a a u d i v e l ) , q u e e aplicado dentro d o tubo o n d e esta p a s s a n d o o fluido, d e p e n d e n d o d a f o r m a e m q u e o t r a n s m i s s o r e o receptor s e j a m c o l o c a d o s neste t u b o o sinal e refletido o u nao dentro d o tubo e c a p t a d o pelo receptor c o m u m d e t e r m i n a d o a t r a s o q u e d e p e n d e d a c o m p o s i g a o d o fluido e da sua v e l o c i d a d e . E x i s t e m tres m e t o d o s q u e sao bastante utilizados para m e d i g a o d o fluxo, o m e t o d o d a diferenga d e t e m p o , o m e t o d o d e deflexao d e sinal e o d e efeito Doppler.
P o d e - s e utilizar t a m b e m o a n e m o m e t r o a fio q u e n t e para medir a velocidade do fluido. A m e d i d a d a v e l o c i d a d e de fluidos c o m a n e m o m e t r o a fio quente (sensor a q u e c i d o ) , baseia-se no principio d a e q u i v a i e n c i a eletrica e m q u e u m a variagao da g r a n d e z a fisica a ser m e d i d a f a z alterar u m a g r a n d e z a eletrica (tensao o u corrente). C o m isso, a partir d e u m a excitagao eletrica n o sensor, t e m -se q u e a variagao da g r a n d e z a a -ser m e d i d a e equivalent© a v a r i a g a o d o valor da g r a n d e z a eletrica d e excitagao. Utiliza-se no c a s o d o s a n e m o m e t r o s a fio q u e n t e , u m fio o u u m a liga d e t u n g s t e n i o o u platina, o s e n s o r e a q u e c i d o por u m a corrente
Wendell Eduardo Moura Costa
Introducao
eletrica. O fluido, neste caso o ar, a o passar pelo sensor, retira calor d o m e s m o , variando a s s i m , s u a resistencia, t e n s a o o u corrente d e p e n d e n d o d a cqnfiguragao do circuito ( T e m p e r a t u r a , T e n s a o ou Corrente c o n s t a n t e ) .
O p n e u m o t a c o m e t r o foi introduzido por Fleisch e Lilly e e utilizado para medigao d e fluxo. Ele e c o m p o s t o de u m a m a l h a d e p e q u e n o s t u b o s dispostos paralelamente no s e u interior na diregao axial d o t u b o . U m transdutor e u s a d o * para estimar a diferenga d e pressao entre os dois lados da m a l h a . P o d e - s e entao estimar o valor d o fluxo a partir d a p r e s s a o diferencial. O p n e u m o t a c o m e t r o consiste d e u m e l e m e n t o resistivo a o fluxo d e ar, isso se d e v e a o principio de perda d e c a r g a , q u e f a z c o m q u e haja u m a u m e n t o na diferenga d e p r e s s a o entre os lados o p o s t o s da m a l h a , q u e e proporcional a o fluxo d e ar q u e p a s s a pelo p n e u m o t a c o m e t r o . O ar respirado pelo paciente p o d e c o n t e r particulas solidas e liquidas q u e p o d e m modificar a resistencia m e c a n i c a d o p n e u m o t a c o m e t r o . Essa mudanga p o d e c a u s a r erros no p r o c e s s o d e m e d i g a o d a i m p e d a n c i a respiratoria do paciente, o q u e p r o v o c a , e v e n t u a l m e n t e , u m erro na m e d i g a o d o s p a r a m e t r o s do s i s t e m a respiratorio, p o d e n d o c a u s a r c o n s e q u e n t e m e n t e , u m falso diagnostico. Na m e d i d a do fluxo respiratorio, o p n e u m o t a c o m e t r o e o m a i s utilizado, m a s c o m o foi m e n c i o n a d o a n t e r i o r m e n t e , a m e d i d a realizada pelo m e s m o p o d e sofrer alteragoes c a u s a n d o a s s i m erros no diagnostico d a s patologias d o s i s t e m a respiratorio.
O objetivo d e s t e trabalho d e dissertagao foi d e s e n v o l v e r u m s i s t e m a c a p a z de medir o fluxo respiratorio, b e m c o m o o s e u s e n t i d o , utilizando para isto o fio d e platina. C o m o as d i m e n s o e s d e s s e tipo d e s e n s o r s a o p e q u e n a s , o a c r e s c i m o d e resistencia para o paciente por insergao d o m e d i d o r e b e m m e n o r e m relagao a o m e t o d o tradicional, q u e utiliza o p n e u m o t a c o m e t r o , t o r n a n d o a s s i m , e s s e tipo d e s e n s o r mais i m u n e a c o m p o s i g a o d o f l u i d o respirado.
Medicao de Fluxo Respiratorio com Instrumento Baseado em Anemometro a Fio Quente
1.1 Organiza$ao da Dissertagao
C o n c l u i d a nesta introdugao a e x p l a n a g a o s o b r e a importancia da medigao do fluxo respiratorio e sobre o p r o b l e m a d e c o r r e n t e d e s s a m e d i g a o , s e g u e - s e a apresentagao da dissertagao e m mais seis c a p i t u l o s .
No Capitulo 2 s a o a p r e s e n t a d o s os f u n d a m e n t o s teoricos sobre a medigao do fluxo respiratorio, a importancia da medigao, e s a o m o s t r a d o s t a m b e m os m e t o d o s e os s e n s o r e s utilizados para realizar a m e d i g a o d o fluxo e as v a n t a g e n s e d e s v a n t a g e n s de c a d a u m deles.
N o Capitulo 3 s a o a p r e s e n t a d o s os f u n d a m e n t o s teoricos s o b r e o s e n s o r a fio q u e n t e , q u e e o objeto d e e s t u d o , e os circuitos utilizados para medigao da velocidade de fluido.
N o C a p i t u l o 4 e a p r e s e n t a d a a teoria s o b r e a T e c n i c a d e Oscilagoes Forgadas, q u e e utilizada na parte experimental d e s t e t r a b a l h o , a importancia da m e s m a e as v a n t a g e n s e m relagao as outras t e c n i c a s .
N o Capitulo 5 s a o a p r e s e n t a d o s os circuitos d o s a n e m o m e t r o s q u e f o r a m d e s e n v o l v i d o s para a medigao d o fluxo respiratorio, e os circuitos amplificadores q u e f o r a m d e s e n v o l v i d o s d e f o r m a q u e o sinal p u d e s s e ser adquirido pelo c o m p u t a d o r . E a p r e s e n t a d o t a m b e m o s i s t e m a utilizado na T e c n i c a d e Oscilagoes Forgadas q u e gera u m a p r e s s a o senoidal e q u e e a p l i c a d o a u m s i s t e m a R - l - C que representa a i m p e d a n c i a m e c a n i c a do s i s t e m a respiratorio.
N o Capitulo 6 s a o a p r e s e n t a d o s t o d o s os resultados e f o r m a s d e o n d a adquiridas d u r a n t e o d e s e n v o l v i m e n t o deste t r a b a l h o . E s t a o a p r e s e n t a d a s as f o r m a s d e o n d a d o sinal senoidal c a p t a d o s pelo p n e u m o t a c o m e t r o e pelos circuitos d o s a n e m o m e t r o s s e m e c o m u m a q u e c e d o r .
No C a p i t u l o 7 a p r e s e n t a m - s e as d i s c u s s o e s e c o n c l u s o e s d a p e s q u i s a , sao m o s t r a d a s as alternativas utilizadas para o d e s e n v o l v i m e n t o d o s i s t e m a c a p a z d e medir o fluxo respiratorio, e s a o feitas s u g e s t o e s para t r a b a l h o s f u t u r o s .
9A<E<DIQAO (DO FLUXO
<3^<PI%M6%IO
Medicao de Fluxo Respiratorio com Instrumento Baseado em Anemometro a Fio Quente
0 interesse por melhores instrumentos, isto e, i n s t r u m e n t o s c o m maior exatidao, para a caracterizagao da fungao p u l m o n a r tern a u m e n t a d o c o m o c r e s c i m e n t o da incidencia de doengas respiratorias. A d o e n g a p u l m o n a r obstrutiva cronica ( D P O C ) , por e x e m p l o , que inclui a bronquite c r o n i c a , o e n f i s e m a e outras f o r m a s d e obstrugao cronica das vias a e r e a s , e x c l u i n d o a a s m a , atualmente ocupa a sexta posigao entre as principais c a u s a s d e m o r t a l i d a d e no m u n d o . Estima-se q u e e m 2 0 2 0 e s s a doenga esteja entre as tres primeiras c a u s a s d e mortalidade no m u n d o ( M U R R A Y e L O P E Z , 1997).
O b s e r v o u - s e e m a l g u m a s p e s q u i s a s e f e t u a d a s nos E s t a d o s U n i d o s q u e , de 1979 a 1989, e s s a s d o e n g a s e s u a s condigoes a s s o c i a d a s a p r e s e n t a r a m u m c r e s c i m e n t o d e 6 9 % . Estima-se que so no a n o de 1988, os c u s t o s diretos c o m D P O C e a s m a nos Estados Unidos t e n h a m sido d e 10,4 bilhoes de dolares. Os a u m e n t o s da populagao e da expectativa d e vida s a o p a r c i a l m e n t e responsaveis por e s s e s indices, q u e projetam u m n u m e r o c r e s c e n t e d e p a c i e n t e s necessitados de assistencia respiratoria. E s s e s fatos r e s s a l t a m a importancia do d e s e n v o l v i m e n t o d e novas tecnologias v i s a n d o otimizar a a s s i s t e n c i a respiratoria ( M U R R A Y e L O P E Z , 1997).
N e s s e c o n t e x t o , a exata determinagao d a s p r o p r i e d a d e s m e c a n i c a s d o s i s t e m a respiratorio consiste e m significativa contribuigao. E s s a s propriedades s a o g e r a l m e n t e r e p r e s e n t a d a s por m o d e l o s s i m p l e s , limitados a f o r n e c e r a p e n a s u m a representagao inicial d o c o m p o r t a m e n t o c o m p l e x o d o s i s t e m a respiratorio.
Desta f o r m a o diagnostico e o t r a t a m e n t o d o s v a r i o s disturbios respiratorios d e p e n d e d o c o n h e c i m e n t o d o s principios fisiologicos b a s i c o s da respiragao e das trocas g a s o s a s e c a d a v e z m a i s n e c e s s i t a m d e t e s t e s q u e f o r n e g a m u m a avaliagao mais criteriosa d o s disturbios ventilatories.
Ha u m a g r a n d e v a r i e d a d e d e testes u s a d o s c o m a finalidade d e detectar a existencia d e disturbios d a f u n g a o respiratoria. Tais t e s t e s p r o p o r c i o n a m u m a avaliagao objetiva d a s patologias q u e a f e t a m o s i s t e m a respiratorio e s a o d e
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particular importancia para o profissional d e s a u d e na d e t e r m i n a c a o da terapia a ser a d o t a d a .
N a realidade, e s s e s testes u s a m m e t o d o s para e s t u d a r c o m maior profundidade o p r o c e s s o respiratorio e tern a finalidade d e d e t e c t a r v a r i a c o e s nas propriedades d o sistema respiratorio, o q u e p o d e ser obtido por m e i o da d e t e r m i n a c a o d e alguns p a r a m e t r o s relativos ao s i s t e m a respiratorio, c o m o por e x e m p l o : v o l u m e residual ( V R ) , c a p a c i d a d e residual f u n c i o n a l ( C R F ) , fluxo expiratorio m a x i m o ( F E M ) , sensibilidade d o centra respiratorio ( S C R ) , e a i n d a , a resistencia (R), a c o m p l a c e n c i a (C) e a inertancia (I). E s s e s d a d o s s a o adquiridos a partir da m e d i d a d o fluxo respirat6rio. Neste s e n t i d o , a l g u n s m e t o d o s e aparelhos s a o d e particular interesse, c o m o e o c a s o d a s T e c n i c a s , de Pletismografia, d e Espirometria, d e Oscilagoes Forgadas ( T O F ) e d e Interrupgao t a m b e m c o n h e c i d a c o m o Obstrugao o u O c l u s a o . E s s e s t e s t e s f o r n e c e m a s caracteristicas d o s i s t e m a respiratorio do paciente a o m e d i c o , possibilitando a s s i m u m diagnostico mais exato d a s s u a s patologias.
A medigao d o fluxo respiratorio e de f u n d a m e n t a l i m p o r t a n c i a e m c a d a u m a d e s s a s t e c n i c a s , e a realizagao d e s s a medigao p o d e s e r feita d e varias f o r m a s diferentes.
Existe u m a g r a n d e q u a n t i d a d e de s e n s o r e s q u e p o d e m s e r utilizados para realizar a medigao d o fluxo respiratorio. Eles s a o classificados d e a c o r d o c o m o s e u m o d o de medir a g r a n d e z a requerida. O s s e n s o r e s d e fluxo m a i s utilizados s a o divididos e m ( I S M A I L et alii, 1998):
1 . S e n s o r e s Diferenciais d e P r e s s a o ;
2. S e n s o r e s de V e l o c i d a d e ;
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2.1 Sensores Utilizados Para Medigao do Fluxo Respiratorio
S e n s o r e u m dispositivo q u e converte u m a g r a n d e z a fisica e m o u t r a , c o m uma relagao d e t r a n s f o r m a g a o c o n h e c i d a . Para o c a s o especifico de s e n s o r e s eletronicos, o s e n s o r e u m dispositivo q u e c o n v e r t e a g r a n d e z a s o b medigao (fluxo respiratorio) e m u m a g r a n d e z a eletrica (tensao, c o r r e n t e , i m p e d a n c i a ) q u e p o s s a ser m e d i d a .
O s s e n s o r e s p o d e m ser passivos o u ativos. Eles s a o c o n s i d e r a d o s ativos q u a n d o f o r n e c e m u m a g r a n d e z a ativa (tensao c o r r e n t e , c a r g a eletrica) s e m precisar de n e n h u m a f o n t e de excitagao e x t e r n a . S a o c o n s i d e r a d o s p a s s i v o s , aqueles q u e v a r i a m a l g u m a caracteristica passiva (resistencia, capacitancia, indutancia) e m fungao d a g r a n d e z a d e m e d i g a o . O s s e n s o r e s passivos necessitam de u m a fonte d e excitagao externa.
Existe u m a g r a n d e q u a n t i d a d e d e s e n s o r e s q u e p o d e m s e r utilizados para realizar a medigao do fluxo respiratorio, e s s e s s e n s o r e s , c o m o m e n c i o n a d o anteriormente, s a o classificados e m : s e n s o r e s diferenciais de p r e s s a o e s e n s o r e s d e v e l o c i d a d e .
2.2 Sensores Diferenciais de Pressao
O s s e n s o r e s diferenciais d e p r e s s a o realizam a m e d i g a o d o fluxo a partir de u m a diferenga d e pressao criada pela p a s s a g e m d o fluido por e s s e s s e n s o r e s , dentre e s t e s tipos d e s e n s o r e s p o d e - s e citar, o t u b o d e pitot e o transdutor de fluxo ( p n e u m o t a c o m e t r o ) ( I S M A I L et alii, 1998).
Dentre os s e n s o r e s diferenciais de p r e s s a o o m a i s utilizado e o transdutor de fluxo ( p n e u m o t a c o m e t r o ) , t e n d o a ele a c o p l a d o u m t r a n s d u t o r d e p r e s s a o diferencial, m a s c o m o foi m e n c i o n a d o anteriormente o m e s m o p o s s u i o problema
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d e modificar a s u a caracteristica meeaniea c o m o t e m p o , d e p e n d e n d o d a c o m p o s i g a o d o fluxo respiratorio m e d i d o .
O tubo d e pitot t a m b e m e bastante utilizado, m a s o m e s m o m e d e u m fluxo e m u m d e t e r m i n a d o instante e n a o o fluxo total. D e p o s s e d o fluxo instantaneo, realizando o d e v i d o p r o c e s s a m e n t o , p o d e - s e calcular o fluxo total q u e esta p a s s a n d o naquele m o m e n t o . T r a b a l h o s c o m o o d e P o r s z a s z , B a r s t o w e K a r l m a n e m 1994, f a z e m u m a avaliagao d e u m m e d i d o r d e fluxo c o m t u b o d e pitot simetricamente disposto para medir fluxo d e ar d u r a n t e e x e r c i c i o , mostra a validacao do u s o d o tubo d e pitot na medigao do fluxo respiratorio.
2.2.1 T u b o d e Pitot
O tubo d e pitot e u m m e d i d o r d e p r e s s a o diferencial q u e m e d e a diferenga entre a pressao local total o u d e e s t a g n a g a o ( p r e s s a o d i n a m i c a + p r e s s a o estatica local) e a pressao estatica local, f o r n e c e n d o a s s i m a p r e s s a o d i n a m i c a . A partir d a e x p r e s s a o para a pressao dinamica p = p v2/ 2 , f u n g a o d a d e n s i d a d e d o f l u i d o (p),
pode-se determinar a velocidade d o fluido no ponto m e d i d o d e
v = ^2plp
( I S M A I L et alii, 1998).C o m o o s outros a p a r e l h o s d e medigao d e v e l o c i d a d e local, a v a z a o p o d e ser m e d i d a pela integragao d e varios valores d e v e l o c i d a d e o b t i d a s n u m a d a d a segao d o duto.
O tubo d e pitot p o d e ser u s a d o , na pratica, para aferir a p a r e l h o s m a i o r e s , c o m a v a n t a g e m d e c a u s a r perdas d e carga e x t r e m a m e n t e p e q u e n a s . S u a principal d e s v a n t a g e m e q u e , s e n d o a p r e s s a o diferencial proporcional ao q u a d r a d o d a v e l o c i d a d e , e m v e l o c i d a d e s baixas a p r e s e n t a m - s e p r e s s o e s diferenciais bastante p e q u e n a s ( I S M A I L ef alii, 1998).
Existem varios tipos d e t u b p s d e pitot, c a d a u m projetado para u m f i m especifico. O a p a r e l h o p o d e consistir n u m a c o m b i n a g a o d e t o m a d a s d e pressao
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estatica e total n u m a unica ponta d o t u b o , o u orificio isolado voJtado para o fluxo alinhado na segao c o m u m a t o m a d a d e pressao na p a r e d e d o t u b o ( I S M A I L et alii, 1998).
O s tubos d e pitot estaticos p o d e m ser divididos e m d u a s c l a s s e s : (1) aqueles e m q u e a s c o n e x o e s para m e d i d a s d e p r e s s a o estatica e d e e s t a g n a c a o sao s e p a r a d a s e (2) aqueles e m q u e estas c o n e x o e s s a o c o m b i n a d a s ( I S M A I L et
alii, 1998).
T u b o s d e pitot estaticos s e p a r a d o s p o d e m ser vistos na Figura 2.1.a, eles s a o usados para m e d i d a d o perfil d e velocidade no interior d e t u b o s q u c o m o indicadores d a v e l o c i d a d e d o ar e m praticas d e a e r o n a u t i c a . T a i s t u b o s s a o d e simples c o n s t r u c a o , p o r e m n a o s a o c o n v e n i e n t e s , m e s m o no c a s o d e p a s s a g e n s entre paredes paralelas, devido a n e c e s s i d a d e d e f a z e r a s c o n e x o e s no tubo e das dificuldades d e obter u m a pressao estatica correta por u m a unica abertura piezometrica. Eles n a o p o d e m ser u s a d o s e m e s c o a m e n t o s c u r v o s o n d e o gradiente d e p r e s s a o transversal f a z c o m q u e (ps-po) n a o p o s s a ser interpretado
e m t e r m o s d a v e l o c i d a d e V0 ( I S M A I L et alii, 1998).
F i g u r a 2.1: (a) - T u b o d e Pitot Estaticos ( S e p a r a d o s ) ; (b) - T u b o s d e Pitot
Estaticos ( C o m b i n a d o s ) .
A t u a l m e n t e utilizam-se o s t u b o s d e pitot estaticos c o m b i n a d o s cuja representagao p o d e ser o b s e r v a d a na Figura 2.1.b, eles s a o , u s a d o s no m o d o
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geral o u na aeronautica. C o m o pode ser visto na Figura 2.1.b, o tubo estatico serve d e involucro a o t u b o d e pressao d e e s t a g n a g a o , resultando n u m dispositivo medidor d e velocidade c o m p a c t o e eficiente. A o c o n e c t a r - s e o dispositivo a u m aparelho d e m e d i d a d e diferenga d e p r e s s a o (ps-po), e p o s s i v e l d e t e r m i n a r o valorda velocidade V0. D e v i d o a o a u m e n t o d a v e l o c i d a d e s o b r e o t u b o , a p r e s s a o
medida sobre o t u b o estatico e m e n o r q u e a v e r d a d e i r a , n e c e s s i t a n d o , a s s i m , de u m coeficiente d e corregao para poder obter o valor real d a v e l o c i d a d e q u e passa pelo m e d i d o r ( I S M A I L et alii, 1998).
O tubo d e pitot e l a r g a m e n t e utilizado e m m e c a n i c a d o s fluidos, s e n d o q u e existem diversas g e o m e t r i a s para o s t u b o s . E s s e i n s t r u m e n t o a p r e s e n t a u m a g r a n d e v a n t a g e m : n a o necessita d e calibragao. T o m a d a s a s d e v i d a s precaugoes na construgao, p o d e - s e aplicar a s leis d a m e c a n i c a d o s fluidos (equagao d e Bernouli) e extrair o valor d a velocidade a partir d a diferenga d e p r e s s a o m e d i d a . Por e s s e fato e c o n s i d e r a d o o instrumento p a d r a o . N o e n t a n t o , possui a d e s v a n t a g e m d e q u e a pressao diferencial para baixas v e l o c i d a d e s e p e q u e n a , prejudicando a medigao.
Mostra-se no trabalho: Avaliagao d e u m m e d i d o r d e fluxo t u b o d e pitot s i m e t r i c a m e n t e disposto para medir fluxo d e ar d u r a n t e e x e r c i c i o , escrito por P o r s z a s z , B a r s t o w e K a r l m a n e m 1 9 9 4 , a validagao d a utilizagao d o tubo d e pitot na medigao d o fluxo respiratorio. A representagao do t u b o d e pitot i m p l e m e n t a d o pode ser o b s e r v a d o na Figura 2 . 2 . Ele consiste d e u m t u b o c o m 2 p e q u e n o s pares d e frisos c r u z a d o s no s e u interior. E s s e s p a r e s d e frisos p o s s u e m p e q u e n o s furos q u e s e r v e m para captar u m a a m o s t r a d o fluxo q u e esta p a s s a n d o . E s s e s furos f o r a m c o l o c a d o s e m sentidos o p o s t o s d e f o r m a q u e f o s s e possivel captar o sentido d o fluxo q u e esta p a s s a n d o pelo t u b o . C o m isso e s s e tubo d e pitot e c a p a z d e medir tanto a pressao diferencial c o r r e s p o n d e n t e a o fluxo c o m o t a m b e m o sentido d o m e s m o ( P O R S Z A S Z et alii, 1994).
Medigao de Fluxo Respiratorio com Instrumento Baseado em Anemometro a Fio Quente Barra Cruzada Com Aberturas Silenciador Lado do Paciente Transdutor de Pressao
Linha de Amotra do Gas
F i g u r a 2.2: E s q u e m a d e u m Medidor de Fluxo Respiratorio T i p o T u b o d e Pitot.
2.2.2 T r a n s d u t o r d e F l u x o ( P n e u m o t a c o m e t r o )
O transdutor de fluxo, p n e u m o t a c o m e t r o , foi criado por Fleisch e m 1925; d e s d e entao, o c o r r e r a m varias modificaeoes n u m a tentativa d e melhorar a c o n e e p c a o original. T o d o s estes a p a r e l h o s m e d e m a p r e s s a o criada pela respiragao por m e i o de u m a resistencia muito baixa. A s n o v a s modificaeoes o c o r r e r a m na estrutura e nos materiais usados para criar a resistencia. A medida do fluxo e derivada d a q u e d a d e p r e s s a o atraves d o s i s t e m a , pela lei d e Poiseuille. A resistencia e criada respirando-se a t r a v e s d e u m feixe d e t u b o s capilares de m e t a l . Se a resistencia e c o n h e c i d a , c o n s t a n t e e baixa o suficiente, de m o d o q u e o fluxo nao seja limitado d u r a n t e a expiragao c o n t r a a resistencia, havera u m p e q u e n o , m a s m e n s u r a v e l a u m e n t o de p r e s s a o . D u r a n t e a inspiragao existira p e q u e n a redugao da pressao no lado frontal d a resistencia. U m transdutor diferencial de p r e s s a o e u s a d o para medir as diferengas d e p r e s s a o existentes atraves da resistencia, e os fluxos s a o calculados dividindo-se e s s a s diferengas de p r e s s a o pelo valor d a resistencia. O principio d o p n e u m o t a c o m e t r o e valido para m e d i d a d e fluxo laminar. A presenga d e fluxos t u r b u l e n t o s gera p r e s s o e s elevadas imprevisiveis q u e acarreta e m m e d i d a s incorretas. I n s t r u m e n t o s f o r a m concebidos para minimizar a turbulencia, c o m o o s a d a p t a d o r e s e m f o r m a d e
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c o n e . Linearizadores eletronicos s a o t a m b e m u s a d o s para c o m p e n s a r a turbulencia.
0 p n e u m o t a c o m e t r o e u m instrumento utilizado para medir o fluxo respiratorio, ele consiste d e u m t u b o , q u e c o n t e m u m a m a l h a disposta transversalmente no interior d o t u b o , q u e tern a fungao d e a u m e n t a r a perda de carga, f a z e n d o c o m q u e ocorra o a p a r e c i m e n t o d e u m a diferenga d e pressao entre os dois lados d a m a l h a , esta diferenga d e p r e s s a o e registrada pelo transdutor de pressao q u e esta ligado ao p n e u m o t a c o m e t r o por meio d e dois furos, u m antes d a m a l h a e outro d e p o i s d a m a l h a , s e n d o a s s i m , p o d e - s e determinar o fluxo d e ar q u e esta p a s s a n d o pelo t u b o j a q u e a a r e a transversal do tubo e c o n h e c i d a .
P a r a u m b o m f u n c i o n a m e n t o d o a p a r e l h o , e de f u n d a m e n t a l importancia se fazer u m a prevengao d a c o n d e n s a g a o d e vapor d'agua na m a l h a , j a q u e s a b e - s e que o ar expirado dos p u l m o e s e bastante u m i d o , e c o m o e s t a m a l h a c o n t e m furos muitos p e q u e n o s , estes furos p o d e r a o ser o b s t r u i d o s por g o t i c u l a s d e a g u a . C o m e s s a obstrugao as caracteristicas m e c a n i c a s d e s s e s e n s o r v a r i a m c a u s a n d o a s s i m falsas m e d i d a s e c o n s e q u e n t e m e n t e falsos d i a g n o s t i c o s d a s patolpgias d o sistema respiratorio. E necessario d e t e m p o s e m t e m p o s q u e seja realizado u m a calibragao n e s s e s e n s o r para verificar se s u a s caracteristicas s o f r e r a m a l g u m a m u d a n g a . O p n e u m o t a c o m e t r o pode ser o b s e r v a d o na Figura 2.3.
Tela
F i g u r a 2.3: T r a n s d u t o r d e Fluxo ( P n e u m o t a c o m e t r o ) .
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A diferenga de pressao (AP) entre os dois lados (PA e P B) do
p n e u m o t a c o m e t r o e medida por transdutores d e p r e s s a o q u e s a o a c o p l a d o s e m paralelo. A m e d i d a d o fluxo (Q) p o d e ser e x p r e s s a por ( M E L O , 1998):
Q = f ~ f i - ( 2 - D
O s p n e u m o t a c o m e t r o s s a o classificados d e a c o r d o c o m o tipo da resistencia utilizada, e desta f o r m a , t e m - s e : o tipo Fleisch, e m q u e o e l e m e n t o resistivo e representado por diversos t u b o s capilares e m paralelo, e o tipo S i l v e r m a n , e m q u e o e l e m e n t o resistivo e r e p r e s e n t a d o por u m a tela fina. E m a m b o s os c a s o s o objetivo e a f o r m a e a o d e u m fluxo laminar, relacionando pressao/fluxo linear. No entanto, ha possibilidades d e a l t e r a c a o destas resistencias devido a obstrugao, por goticulas d ' a g u a o u m u c o , alterando o valor da resistencia. Para a c o r r e c a o deste tipo d e alteragao e r e c o m e n d a d o utilizar o p n e u m o t a c o m e t r o a q u e c i d o ( M E L O , 1998). A l e m d i s s o , por m a i s q u e s e realize este p r o c e d i m e n t o d e a q u e c i m e n t o , ha trabalhos o u publicagoes q u e m o s t r a m q u e ha variagoes da resistencia c o m a f r e q u e n c i a n o s p n e u m o t a c o m e t r o s ( J A C K S O N e V I N E G A R , 1979; B U T H E R etalli, 1986).
J a c k s o n e V i n e g a r a p r e s e n t a m u m a tecnica d e m e d i d a d a resposta e m frequencia dos transdutores d e pressao, fluxo, v o l u m e e d o s p n e u m o t a c o m e t r o s . O s autores e x p u s e r a m q u e os p n e u m o t a c o m e t r o s f o r a m influenciados pelas respostas caracteristicas dos t r a n s d u t o r e s d e p r e s s a o , j u n t a m e n t e c o m as c o n e x o e s ( J A C K S O N e V I N E G A R , 1979).
2.3 Sensores de Velocidade
E p o s s i v e l realizar a m e d i g a o de v a z o e s v o l u m e t r i c a s utilizando os s e n s o r e s de v e l o c i d a d e , a v a z a o e m e d i d a a partir d a multiplicagao da v e l o c i d a d e d o fluido m e d i o m e d i d o c o m a area d a s e g a o d e p a s s a g e m d o fluxo. O s s e n s o r e s
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mais utilizados para tal f i m p o d e m ser divididos e m ; s e n s o r e s ultra-sonicos e s e n s o r e s termioos ( I S M A I L et alii, 1998).
O s e n s o r termico, a n e m o m e t r o a fio q u e n t e , p o d e s e r utilizado para medir o fluxo respiratorio. N o entanto, n a o pode s e r utilizado para m e d i r o sentido d o fluxo. T r a b a l h o s c o m o : T r a n s d u t o r d e fluxo d e g a s e s b a s e a d o no fio q u e n t e c o m liga niquel-titanio, escrito por Vasallo e Soria e m 2 0 0 0 , d e m o n s t r a m a utilizacao de s e n s o r e s a fio quente na m e d i d a d o fluxo d e g a s e s .
T r a b a l h o s utilizando s e n s o r e s d e ultra-som c o m o : M e d i d o r e s ultra-sonicos para fluxo respiratorio, f o r a m d e s e n v o l v i d o s por Plaut e W e b s t e r e m 1 9 8 0 , para c o m p r o v a r a utilizacao d e s s e s s e n s o r e s na m e d i g a o d o fluxo respiratorio.
2.3.1 S e n s o r e s U l t r a - S d n i c o s
O principio basico d e o p e r a c a o d o s e n s o r ultra-sonico e o d e d e s l o c a m e n t o na frequencia o u efeito Doppler d e u m sinal ultra-sonico refletido pelas particulas s u s p e n s a s o u bolhas d e g a s no e s c o a m e n t o . N e s t a t e c n i c a a o n d a d e s o m m u d a sua frequencia q u a n d o refletida pelas particulas e m m o v i m e n t o . O s o m ultra-sonico e transmitido no t u b o no qual o liquido e s c o a , e a s particulas s u s p e n s a s refletem a o n d a ultra-sonica c o m u m a f r e q u e n c i a u m p o u c o diferente d a frequencia original. A diferenga n a f r e q u e n c i a e d i r e t a m e n t e proporcional a o fluxo d o fluido ( I S M A I L et alii, 1998).
U m s i s t e m a tipico e c o m p o s t o d e t r a n s m i s s o r , indicador, totalizador e transdutor. O transdutor e m o n t a d o no exterior d o t u b o e m o v i d o por oscilador d e alta frequencia no transmissor. O transdutor gera sinais ultra-sonicos q u e s a o transmitidos dentro d o t u b o por meio do liquido q u e esta p a s s a n d o . O t r a n s m i s s o r m e d e a diferenga na f r e q u e n c i a d e alimentagao e refletida e c o n v e r t e a diferenga e m pulsos eletronicos q u e s a o p r o c e s s a d o s resultando n u m a indicagao analogica ou e m sinais d e t e n s a o e corrente. O s pulsos t a m b e m p o d e m s e r m e d i d o s e totalizados para g r a n d e z a s proporcionais a q u a n t i d a d e d e fluxo.
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Este tipo d e m e d i d o r p o d e ser utilizado c o m alta exatidao para liquidos c o m particulas d e ate 2 % d o v o l u m e . Para o c a s o d e liquidos limpos c o m concentragao m e n o r q u e 2 5 p p m d e particulas d e 3 0 microns utiliza-se m e d i d o r e s q u e e m p r e g a m o principio d e d e s l o c a m e n t o d e f a s e . N e s t e c a s o utiliza-se u m transdutor adicional para a u m e n t a r a sensibilidade e amplificar no t r a n s m i s s o r o sinal Doppler e m relacao a o sinal d e ruido ( I S M A I L et alii, 1 9 9 8 ) .
M e d i d o r e s d e ultra-som c h a m a d o s m e d i d o r e s d e transito tern o s transdutores m o n t a d o s e m cada lado d o t u b o . Na configuragao basica as o n d a s de s o m p r o p a g a n d o - s e entre si c o m u m a inclinacao d e 4 5 ° e m relacao a diregao de p a s s a g e m d o fluido. A velocidade d o sinal m o v e n d o - s e entre o s transdutores a u m e n t a o u diminui c o m a diregao d e t r a n s m i s s a o e a v e l o c i d a d e d e e s c o a m e n t o . U m a relagao d o diferencial d e t e m p o e proporcional a o e s c o a m e n t o e p o d e ser obtida transmitindo o sinal d e f o r m a alternada e m a m b a s a s d i r e c o e s . U m a limitacao desta classe d e m e d i d o r e s e q u e o liquido d e v e estar limpo e livre d e bolhas o u particulas para minimizar o e s p a l h a m e n t o e a b s o r g a o d o sinal ( I S M A I L
etalli, 1998).
O s m e d i d o r e s ultra-sonicos tern tido diversas aplicagoes e m m e d i d a s d e fluxo s a n g u i n e o e m e d i d a s d e fluxo d e rios. Eles tern s e m o s t r a d o p r o m i s s o r e s e c o m e g a r a m a s e r aceitos para o u s o industrial. O s m e d i d o r e s ultra-sonicos f o r a m aceitos c o m g r a n d e s u c e s s o nas aplicagoes e m q u e ele s o z i n h o pode providenciar a s m e d i d a s ( I S M A I L et alii, 1998).
T r e s m e t o d o s basicos f u n d a m e n t a m a s muitas t e c n i c a s q u e tern sido usadas nas m e d i d a s ultra-sonicas d e fluxo, o m e t o d o d a diferenga no t e m p o , o m e t o d o d e deflexao d e sinal e o m e t o d o doppler.
N o m e t o d o d a diferenga d e t e m p o a s o n d a s s o n o r a s s a o transmitidas e m diregao o p o s t a e n a m e s m a diregao d o fluxo, a diferenga d e t e m p o e m e d i d a .
N o m e t o d o d e deflexao d e sinal a deflexao d e u m sinal acustico transmitido t r a n s v e r s a l m e n t e a o fluxo e m e d i d a .
Wendell Eduardo Moura Costa Medigao de Fluxo Respiratorio
No m e t o d o d o p p l e r a s o n d a s s o n o r a s s a o projetadas a o longo d o c a m i n h o d o fluxo e a m u d a n g a d a frequencia d o sinal d e retorno e m e d i d a .
O s dois primeiros m e t o d o s p o d e m ser e n u n c i a d o s pelo seguinte principio: a velocidade resu|tante d e o n d a s q u e se p r o p a g a m e m u m fluido e m m o v i m e n t o e o vetor s o m a d a v e l o c i d a d e d o fluido e a velocidade d o s o m no fluido estacionario ( I S M A I L et alii, 1998).
No m e t o d o d e diferenga d e t e m p o , a c o m b i n a c a o d a v e l o c i d a d e troca a magnitude da v e l o c i d a d e resultante, e n q u a n t o q u e no m e t o d o d e deflexao de sinal, a diregao e t r o c a d a . D e q u a l q u e r m a n e i r a , as t e c n i c a s e m p r e g a d a s e os resultados obtidos s a o bastante diferentes n o s dois m e t o d o s q u e p o d e m ser c o n s i d e r a d o s distintos.
O m e t o d o doppler e p r o v a v e l m e n t e o unico m e t o d o c a p a z d e captar o fluxo de s a n g u e no interior d o s v a s o s s a n g u i n e o s c o m a p a r e l h o s e x t e r n o s . O m e t o d o da diferenga d e t e m p o pelo qual a v e l o c i d a d e d o fluxo d e u m rio e p r e c i s a m e n t e medida u s a n d o dois transdutores, tern muita v a n t a g e m s o b r e m e t o d o s e n v o l v e n d o u m g r a n d e n u m e r o d e pontos d e m e d i d a ( I S M A I L et alii, 1 9 9 8 ) .
Para m e d i d a d e diferenga d e t e m p o s a o g e r a l m e n t e definidos tres s i s t e m a s :
* Diferenga d e t e m p o direta (At)
T r a n s m i s s o e s s i m u l t a n e a s d e pulsos e m e d i d a s diretas d o intervalo d e t e m p o entre o s pulsos recebidos.
• Diferenga d e f a s e (A<|>)
T r a n s m i s s o e s c o n t i n u a s d e o n d a s e m diversas diregoes e m e d i d a d e f a s e d o s sinais recebidos.
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• Diferenga d e frequencia (Af)
F o r m a c a o de flutuagoes na sequencia de pulsos cuja repetigao de frequencia d e p e n d e do respectivo t e m p o , c o m m e d i d a s da diferenga na repetigao da frequencia.
Na literatura, a g r a n d e e n f a s e e g e r a l m e n t e d a d a para o circuito eletronico usado para obter u m sinal proporcional a v e l o c i d a d e d o fluxo. A g r a n d e sensibilidade para a velocidade d o fluido, c o n t u d o , e u m a f u n g a o a p e n a s da configuragao d o transdutor relativo ao fluido. E m b o r a o M e t o d o d e Diferenga de T e m p o seja o mais utilizado, o M e t o d o d e Deflexao d e Sinal e o M e t o d o de Doppler tern sido bastante utilizados d e p e n d e n d o d a aplicagao. O M e t o d o de Deflexao d e Sinal permite bons r e c e b i m e n t o s a c u s t i c o s s e m g r a n d e s cortes nas paredes d o s t u b o s , p o r q u e o sinal e transmitido p e r p e n d i c u l a r m e n t e ao eixo d o tubo e a deflexao e indicada pela variagao da amplitude d o sinal. O m e t o d o tern a d e s v a n t a g e m d e confiar d e m a s i a d a m e n t e nas caracteristicas d o transdutor. O m e t o d o de Doppler pode medir a v e l o c i d a d e n u m p o n t o distante u s a n d o a p e n a s u m transdutor, e esta c a p a c i d a d e tern sido utilizada c r e s c e n t e m e n t e para medir o fluxo d e s a n g u e , u s a n d o a p a r e l h o s externos a o c o r p o . E x e m p l o s d e S e n s o r e s Ultra-sonicos p o d e m ser o b s e r v a d o s na Figura 2.4 ( I S M A I L et alii, 1998).
(a)
F i g u r a 2.4: (a) - S i s t e m a de U l t r a - S o m c o m S e n s o r e s S e p a r a d o s ; (b) - S i s t e m a
de U l t r a - S o m c o m S e n s o r e s C o m b i n a d o s .
Wendell Eduardo Moura Costa
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Plaut e W e b s t e r d e s e n v o l v e r a m u m trabalho e m 1 9 8 0 , no qual eles m o s t r a m a utilizacao d e c e r a m i c a s piezeletricas na f a b r i c a c a o d e s e n s o r e s sonicos para realizacao da medigao d o fluxo respiratorio. O s t r a n s d u t o r e s ultra-sonicos s a o feitos d e materials piezeletricos e a m b o s p o d e m atuar c o m o t r a n s m i s s o r e s e receptores, o q u e p o d e vir a simplificar m u i t o o d e s e n v o l v i m e n t o de a l g u m a s aplicagoes. A s c e r a m i c a s piezeletricas a s s i m c o m o z i r c o n a t o titanato de bario e zirconato titanato d e c h u m b o s a o bastante p o p u l a r e s e p o d e m ser m o l d a d o s e m muitas f o r m a s e polarizados e m muitas diregoes d e p e n d e n d o do s e u m o d o de operagao. C e r a m i c a s piezeletricas p o s s u e m u m a p e r f o r m a n c e b e m superior as piezeletricas naturais para f r e q u e n c i a s a c i m a d e 1 5 M H z ( P L A U T et
alii, 1980).
U m a d e s v a n t a g e m no uso das c e r a m i c a s piezeletricas e q u e suas caracteristicas s a o d e p e n d e n t e s da t e m p e r a t u r a . Elas p e r d e m t o t a l m e n t e s u a s propriedades piezeletricas q u a n d o a q u e c i d a s a c i m a d a s u a t e m p e r a t u r a d e Curie (100-150°C para o zirconato titanato d e bario; 2 0 0 - 5 0 0 ° C para o z i r c o n a t o titanato de c h u m b o ) ( P L A U T et alii, 1980).
O s m e d i d o r e s d e fluxo ultra-sonicos s a o b a s e a d o s no principio q u e o s o m q u e viaja e m u m m e i o tern a sua v e l o c i d a d e a u m e n t a d a o u d i m i n u i d a d e p e n d e n d o d o meio c a s o a distancia seja fixa. Neste c a s o m e d e - s e a v e l o c i d a d e do fluxo que esta p a s s a n d o , para m e d i r m o s o fluxo e n e c e s s a r i o fazer alguns calculos m a t e m a t i c o s e levar e m conta o meio e o fluido q u e e s s e esta p a s s a n d o . S e n s o r e s utilizados na m e d i d a d o fluxo respiratorio p o d e m ser vistos na Figura 2.5 ( P L A U T etalli, 1980).
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F i g u r a 2.5: M e d i d o r e s d e Fluxo Respiratorio Utilizando S e n s o r e s Ultra-Sonicos.
2.3.2 S e n s o r e s T e r m i c o s
O s m e d i d o r e s t e r m i c o s d e v a z a o f o r a m d e s e n v o l v i d o s inicialmente para m e d i c o e s e m g a s e s , m a s , a t u a l m e n t e , s a o d i s p o n i v e i s e m diversas eonfiguracoes, inclusive para m e d i d a s e m liquidos. Pelo fato d e q u e a l g u m a s configuragoes p o d e m ser projetadas d e f o r m a a s e r e m m u i t o sensfveis e d e resposta rapida, estas e s t a o s e n d o u s a d a s no e s t u d o d e c a m a d a limite e turbulencia e m g a s e s e liquidos. Estes m e d i d o r e s o p e r a m s o b r e o principio de q u e o calor absorvido pelo e s c o a m e n t o e proporcional a o fluxo m a s s i c o . O fluxo m a s s i c o e indicado e m e d i d o pela introducao de u m a q u a n t i d a d e c o n h e c i d a de energia t e r m i c a . D e m o d o geral os m e d i d o r e s t e r m i c o s s a o m a i s b a r a t o s , m a s d e p e n d e m de t e m p e r a t u r a , c o m p o s i g a o , v i s c o s i d a d e e o u t r a s p r o p r i e d a d e s d o fluido ( I S M A I L etalli, 1998).
O s dispositivos d e medigao d o fluxo t e r m i c o p o d e m ser divididos e m dois g r u p o s . O primeiro g r u p o , d e p e n d e d o efeito d e fluxo s o b r e u m c o r p o a q u e c i d o e x p o s t o a o fluxo. O calor p o d e ser fornecido d a f o r m a c o n t i n u a c o m o no c a s o d o t e r m o m e t r o Katta. O s e g u n d o g r u p o d e p e n d e d a m e d i g a o de fluxo d a q u a n t i d a d e d e calor adicionada a u m fluxo confinado e o a u m e n t o na t e m p e r a t u r a e m e d i d o e relacionado ao fluxo c o m o no c a s o d o m e d i d o r d e T h o m a s ( I S M A I L et alii, 1998).
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2.3.2.1 Medidor d e T h o m a sEste m e d i d o r e g e r a l m e n t e u s a d o para a m e d i g a o d o fluxo m a s s i c o d e g a s e s . N a s u a o p e r a g a o u m a q u e c e d o r adiciona u m a p e q u e n a q u a n t i d a d e de calor a o fluxo. S e o calor a d i c i o n a d o e mantido c o n s t a n t e , o a u m e n t o na temperatura e i n v e r s a m e n t e proporcional a o fluxo m a s s i c o d e g a s . S e o a u m e n t o da temperatura e mantido constante, a taxa d e calor n e c e s s a r i a para m a n t e r esta condigao e proporcional a o fluxo m a s s i c o . Este m e d i d o r n o r m a l m e n t e n a o e < usado para medir o fluxo d e liquido devido a elevada taxa d e calor necessaria para obter u m razoavel a u m e n t o d e t e m p e r a t u r a . O m e d i d o r e preciso e s e n s i v e l (ISMAIL et alii, 1998).
Na Figura 2.6 t e m - s e u m e x e m p l o d e u m m e d i d o r d e T h o m a s no qual o fluxo inteiro q u e p a s s a por ele e a q u e c i d o . A potencia n e c e s s a r i a P, para a u m e n t a r a t e m p e r a t u r a do fluxo por u m t, e d a d a por:
P = M Cpt (2.2)
s e n d o : M o fluxo m a s s i c o , Cp o calor especifico e t o a u m e n t o d a t e m p e r a t u r a .
C o m este principio permite-se a medigao d e fluxo m a s s i c o d o g a s i n d e p e n d e n t e d a pressao o u s e o calor especifico e c o n s t a n t e . Q u a n d o o calor especifico e e x p r e s s o e m unidades m o l a r e s n a e q u a g a o 2 . 2 , o m e d i d o r m e d e o fluxo e m mol/s por unidade d e t e m p o ( I S M A I L et alii, 1998).
V a r i a s f o r m a s d o m e d i d o r d e T h o m a s f o r a m d e s e n v o l v i d a s m a n t e n d o a s caracteristicas gerais do medidor, m a s reduzindo a potencia necessaria para operagao. U m a v e r s a o foi desenvolvida por L a m b , n o qual a p a r e d e d e u m a segao d o duto f o r m a n d o o medidor e a q u e c i d a . A s t e m p e r a t u r a s d a parede antes e depois a secgao a q u e c i d a s a o m e d i d a s e o fluxo m a s s i c o e relacionado a esta diferenga e t a m b e m a potencia utilizada no a q u e c i m e n t o . Existe influencias por c a u s a d a c a m a d a limite e o n u m e r o d e R e y n o l d s , m a s L a m b d e m o n s t r o u q u e
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estes efeitos s g o p e q u e n o s no caso d e e s c o a m e n t o d e g a s e s ( I S M A I L et alii, 1998).
2.3.2,2 A n e m o m e t r o s
A l e m do medidor termico d e T h o m a s , p o d e - s e citar o a n e m o m e t r o a fio quente, a n e m o m e t r o a filme quente e o a n e m o m e t r o d e t e r m o p a r , q u e p o s s u e m o m e s m o principio d e f u n c i o n a m e n t o e s a o utilizados para m e d i d a d a v e l o c i d a d e do fluido q u e esta p a s s a n d o pelo m e s m o .
O a n e m o m e t r o a fio q u e n t e e b a s e a d o n a variagao d a resistencia d o fio c o m a t e m p e r a t u r a e a variagao d a t e m p e r a t u r a d o f i o c o m a v e l o c i d a d e d o g a s a ser m e d i d a . A t e m p e r a t u r a d o fio p o d e ser m a n t i d a c o n s t a n t e e a corrente eletrica e m e d i d a . A l t e r n a t i v a m e n t e a corrente eletrica p o d e s e r m a n t i d a c o n s t a n t e e a resistencia eletrica d o fio e m e d i d a . Para altas v e l o c i d a d e s d e g a s ( 2 4 0 m/s) a t e m p e r a t u r a d o fio d e v e s e r e m t o r n o d e 9 3 2 ° C . P a r a v e l o c i d a d e s baixas ( m e n o r e s q u e 3 m/s) a t e m p e r a t u r a d e v e ser m u i t o m e n o r . T e m p e r a t u r a s a m b i e n t a i s a c i m a d a t e m p e r a t u r a d e calibragao e o calor e s p e c i f i c o d o a r o u g a s s a o fatores importantes q u e a f e t a m a exatidao d o i n s t r u m e n t o . A representagao d o s e n s o r a fio q u e n t e p o d e ser o b s e r v a d a na Figura 2.7 ( I S M A I L et alii, 1998).
INDICADOR D E D I F E R E N G A D E T E M P E R A T U R A
F i g u r a 2.6: Medidor T e r m i c o d e T h o m a s .
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F i g u r a 2.7: Fio Metalico Fino S u s p e n s o e m Dois S u p o r t e s ( S e n s o r a Fio Q u e n t e ) .
O principio d e f u n c i o n a m e n t o d o a n e m o m e t r o a filme q u e n t e e similar a o fio quente. A ponta d a s o n d a e mais rigida e c o n s e q u e n t e m e n t e m a i s a d e q u a d a para uso e m liquidos. S o n d a s de filme quente coberta c o m q u a r t z o s a o d i s p o n i v e i s , tern boa estabilidade para u s o s e m g a s e s fluidos c o n d u t o r e s d e eletricidade. Estas s o n d a s especiais s a o disponiveis para f r e q u e n c i a s d e ate 5 0 k Hz. Isto torna estes a n e m o m e t r o s bastante utilizados para o e s t u d o d e turbulencias. A maior d e s v a n t a g e m d e s t e s tipos d e aparelhos e o custo d o s e q u i p a m e n t o s auxiiiares para a s u a utilizacao. A r e p r e s e n t a c a o d o s e n s o r a filme q u e n t e p o d e ser o b s e r v a d a na Figura 2.8 ( I S M A I L et alii, 1998).
F i g u r a 2.8: Filme Metalico S u s p e n s o e m Dois S u p o r t e s ( S e n s o r a Filme Q u e n t e ) .
0 a n e m o m e t r o d e t e r m o p a r t e m u m a j u n c a o fria e u m a j u n c a o q u e n t e . O calor fornecido a j u n c a o q u e n t e e mantido constante e a d i f e r e n c a d a t e m p e r a t u r a entre as d u a s j u n c o e s e inversamente proporcional a v e l o c i d a d e d e ar p a s s a n d o pelas j u n c o e s . O s e l e m e n t o s s e n s o r e s s a o g e r a l m e n t e m o n t a d o s e m hastes para
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pelas j u n c o e s . Os e l e m e n t o s s e n s o r e s s a o g e r a l m e n t e m o n t a d o s e m hastes para permitir m e d i d a s a longa distancia, evitando perturbar o e s c o a m e n t o . Existem varios tipos d e s e n s o r e s : direcionais, nao direcionais e s e n s o r e s para uso medico (ISMAIL etalli, 1998).
0 medidor a t e r m o p a r m e d e a v e l o c i d a d e n u m ponto e, portanto a t a x a de fluxo e influenciada pela distribuicao da v e l o c i d a d e . Esta distribuigao n a o c a u s a r a grandes erros se a v i s c o s i d a d e , d e n s i d a d e e d i a m e t r o d o duto sao essencialmente c o n s t a n t e s e o medidor e calibrado n a s m e s m a s c o n d i c o e s de uso. O instrumento d e v e medir o fluxo m a s s i c o c o m exatidao se o produto da condutividade t e r m i c a , pelo calor especifico a v o l u m e c o n s t a n t e e pela d e n s i d a d e for constante. N o r m a l m e n t e este produto e c o n s t a n t e e m u m a d e t e r m i n a d a faixa d e t e m p e r a t u r a e p r e s s a o q u e d e p e n d e de c a d a s e n s o r . A representagao d o sensor a t e r m o p a r p o d e ser o b s e r v a d a na Figura 2.9.
metal a
metal b
F i g u r a 2.9: S e n s o r a T e r m o p a r .
Medigao de Fluxo Respiratorio com Instrumento Baseado em Anemometro a Fio Quente
O s s e n s o r e s termo-resistivos, aqueeidos e m a n t i d o s a t e m p e r a t u r a constante e m circuitos q u e e n v o l v e m amplificadores c o m r e a l i m e n t a c a o negativa, p o d e m ser usados para medigao d e potencia d e m i c r o o n d a s ( L A R S E N , 1976), velocidade de fluidos turbulentos ( D O E B E L I N , 1975) e radiagao termica ( L O B O et
alii, 1995), dentre outras aplicagoes. O principio d e m e d i g a o utilizado por essas
estruturas e o da equivalencia eletrica, na qual a variagao d a g r a n d e z a a ser medida e substituida por u m a variagao d e u m a g r a n d e z a eletrica na f o r m a d e tensao o u corrente.
O a n e m o m e t r o a fio quente v e m s e n d o utilizado e m medigoes de velocidades variantes d e fluidos, por a p r e s e n t a r e m p e q u e n a s c o n s t a n t e s de t e m p o e u m a boa resposta e m frequencia. A faixa de v e l o c i d a d e q u e este tipo de sensor p o d e medir e bastante a m p l a , ela p o d e variar d e a l g u n s c m / s ate velocidades s u p e r s o n i c a s ( d e p e n d e d o tipo d e s e n s o r ) , m e s m o levando e m consideragao q u e e s s e tipo d e s e n s o r diminui a sensibilidade c o m o a u m e n t o da velocidade do fluido.
A medigao d e velocidade d e fluidos c o m a n e m o m e t r o s a s e n s o r a q u e c i d o baseia-se no fato de q u e a transferencia de calor entre o s e n s o r e o fluido, no qual esta imerso, d e p e n d e da diferenga d e t e m p e r a t u r a e da v e l o c i d a d e relativa entre o s e n s o r e o fluido. A s s i m , para u m s e n s o r termo-resistivo, o u s e j a , u m resistor cuja resistencia eletrica Rs varia c o m a s u a t e m p e r a t u r a Ts, a q u e c i d o eletricamente, a
potencia eletrica fornecida a o sensor, no e s t a d o estacionario, se iguala a potencia termica transferida ao fluido, c o m o pode ser d e m o n s t r a d o pela primeira lei da t e r m o d i n a m i c a ( F E R R E I R A , 2 0 0 2 ) .
N o a n e m o m e t r o a fio q u e n t e , o s e n s o r utilizado e n o r m a l m e n t e u m fio metalico (platina ou tungstenio) d e p e q u e n a a r e a transversal para q u e a p r e s e n t e u m t e m p o de resposta o m e n o r p o s s i v e l e para q u e introduza m e n o r influencia no sistema sob medigao, o u seja, o s e n s o r nao d e v e modificar o fluxo d o fluido n e m introduzir perturbagoes apreciaveis (por suas d i m e n s o e s f i s i c a s ) , no e s c o a m e n t o do fluido.
Wendell Eduardo Moura Costa
Anemdmetro a Fio Quente
Na figura 3.1 m o s t r a - s e u m a eonfiguragao e m q u e o s e n s o r sofre influencia da corrente eletrica e d a s velocidades e t e m p e r a t u r a d o fluido.
fluido
& T f+
- o F i g u r a 3.1: S e n s o r T e r m o - R e s i s t i v o A l i m e n t a d o por C o r r e n t e Eletrica e S u b m e t i d o a P a s s a g e m d e Fluxo.C o n s i d e r a n d o - s e o s e n s o r a q u e c i d o pela p a s s a g e m d e u m a corrente eletrica
Ie imerso e m u m fluido c o m v e l o c i d a d e v e t e m p e r a t u r a 7} (Figura 3.1), na qual a
t e m p e r a t u r a d e o p e r a g a o d o s e n s o r 7s e maior q u e o M a x i m o valor d e 7> entao, devido a troca d e calor entre o s e n s o r e o fluido, ha u m a variagao na t e m p e r a t u r a d o s e n s o r e, c o n s e q u e n t e m e n t e , d e s u a resistencia eletrica Rs- S e a corrente / for constante, o b s e r v a - s e t a m b e m u m a variagao na t e n s a o na t e n s a o sobre o s e n s o r
Vs, o u seja, u m a variagao na velocidade d o fluido e refletida na t e n s a o de s a i d a
d o circuito, logo e possivel relacionar a t e n s a o Vs c o m a v e l o c i d a d e v (equagao do
equilibrio t e r m o d i n a m i c o ) . C o n t u d o , a t e m p e r a t u r a d o s e n s o r t a m b e m e afetada pela t e m p e r a t u r a do fluido, devido a variagao resultante d a transferencia de calor. Portanto, a t e n s a o d e s a i d a t a m b e m varia c o m a t e m p e r a t u r a 7> e o sinal d e s a i d a nos a n e m o m e t r o s a fio q u e n t e e f u n g a o t a n t o d a v e l o c i d a d e d o fluido c o m o da sua t e m p e r a t u r a .
O u t r a s propriedades d o fluido ao qual o s e n s o r esta i m e r s o (densidade, viscosidade, etc.) t a m b e m afetam o sinal d e s a i d a d o s i s t e m a , p o r e m d e p e n d e m
principalmente d a s t e m p e r a t u r a s d o fluido e d o sensor.
Medicao de Fluxo Respiratorio com Instrumento Baseado em Anemometro a Fio Quente
Nas configuragoes tradicionais d e a n e m o m e t r o s a fio q u e n t e o s e n s o r e s u b m e t i d o a u m a : tensao constante ( C V A - C o n s t a n t V o l t a g e A n e m o m e t e r ) ; corrente constante ( C C A - C o n s t a n t Current A n e m o m e t e r ) o u t e m p e r a t u r a constante ( C T A - Constant T e m p e r a t u r e A n e m o m e t e r ) . D e s s e s tres tipos, o a n e m o m e t r o a fio quente a temperatura constante ( C T A ) e o q u e a p r e s e n t a o m e n o r t e m p o d e resposta, por isso s a o os m a i s indicados para aplicagoes e m medigoes d e fluidos turbulentos ( F E R R E I R A , 2 0 0 2 ) .
Outros trabalhos v e m s e n d o d e s e n v o l v i d o s d e m o d o a m o s t r a r a utilizagao dos s e n s o r e s metalicos e m s i s t e m a s d e radiagao, t e m p e r a t u r a e v e l o c i d a d e d e fluido ( L O B O et alii, 1 9 9 5 ; D E E P e LIMA, 1 9 9 8 ; S O U Z A , 2 0 0 0 ; N E T O , 1994; O L I V E I R A , 1997; F R E I R E et alii, 1999). Por meio d e s t e s t r a b a l h o s e possivel d e s c r e v e r o f u n c i o n a m e n t o destes s e n s o r e s utilizando a primeira lei d a t e r m o d i n a m i c a , pode-se e n t a o , escrever:
oSH + Pe = hS(Ts -Ta) + mc dt
(3.1) o u , d e outra f o r m a ,mc
(3.2) c o ma= coeficiente de transmissao-absorgao de energia do sensor
S= area da superficie do sensor.
