Desenvolvimento de técnicas experimentais para análise dos parâmetros termofísicos presentes na equação da biotransferência de calor

Development of experimental techniques for analysis of the thermophysical parameters present in the bioheat transfer equation

dc.contributorGuimarães, Gilmar
dc.contributorhttp://lattes.cnpq.br/8168905928139438
dc.contributorArencibia, Rosenda Valdés
dc.contributorhttp://lattes.cnpq.br/5680475427208141
dc.contributorBandarra Filho, Enio Pedone
dc.contributorhttp://lattes.cnpq.br/8157552858330455
dc.contributorLima, Antônio Gilson Barbosa de
dc.contributorhttp://lattes.cnpq.br/4527387699298544
dc.contributorAraújo, Carlos José de
dc.contributorhttp://lattes.cnpq.br/9466801408291152
dc.contributorGuimarães, Gilmar
dc.contributorhttp://lattes.cnpq.br/8168905928139438
dc.creatorOliveira, José Ricardo Ferreira
dc.date2022-12-01T15:17:13Z
dc.date2022-12-01T15:17:13Z
dc.date2022-11-11
dc.date.accessioned2023-09-28T20:58:27Z
dc.date.available2023-09-28T20:58:27Z
dc.identifierOLIVEIRA, José Ricardo Ferreira. Desenvolvimento de técnicas experimentais para análise dos parâmetros termofísicos presentes na equação da biotransferência de calor. 2022. 120 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2022. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.578
dc.identifierhttps://repositorio.ufu.br/handle/123456789/36516
dc.identifierhttp://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.578
dc.identifier.urihttps://repositorioslatinoamericanos.uchile.cl/handle/2250/9061773
dc.descriptionThis work aims to develop experimental techniques to evaluate the thermophysical properties of the Bioheat Transfer Equation. The study was performed on in-vitro tissues, called phantoms, which mimic human tissue. The phantoms are made of silicon and nano-sized magnetic particles. The experiments to estimate thermal diffusivity and thermal conductivity consist of partial heating of the phantoms on only one active surface. Heat flux and temperature are measured at two different points on the surface. The method was applied to two different thermal models using the same set of experimental data. The first model used the ratio between two measured surface temperatures to estimate the thermal diffusivity. The inverse problem was then solved with Bayesian Inference. The second model applied Bayesian Inference to the theoretical and experimental values of the temperatures to determine the maximum likelihood of the quadratic temperature error function, thus obtaining the thermal conductivity. Metabolic generation was analysed from uniform heating of the sample by electromagnetic induction. The time-dependent of the temperature variation was measured at two points on the surface and, through Bayesian Inference, the heat generation of the phantom was estimated. The influence of perfusion on thermophysical properties was evaluated on a phantom that has internal channels for water circulation. Temperature ratio and Bayesian Inference are applied to estimate the thermal diffusivity and thermal conductivity. It is found that perfusion has little influence on the volumetric heat capacity of the sample. Uncertainty quantification indicates that the estimated properties have a dispersion smaller than 18.0 %, with 95.45 % coverage probability and a coverage factor equal to 2.00. Finally, a study carried out in COMSOL® explores the practical application of the technique through analyses in simulated tissues with perfusion and metabolism.
dc.descriptionCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
dc.descriptionCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
dc.descriptionFAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais
dc.descriptionTese (Doutorado)
dc.descriptionEste trabalho objetiva desenvolver técnicas experimentais para avaliar as propriedades termofísicas da Equação de Biotransferência de Calor. O estudo foi realizado em tecidos in-vitro, denominadas fantomas, que mimetizam o tecido humano. Os fantomas são constituídos de silicone e partículas magnéticas nanométricas. Os experimentos para estimar difusividade térmica e condutividade térmica consistem no aquecimento parcial dos fantomas em apenas uma superfície ativa. Mede-se o fluxo de calor e a temperatura em dois pontos distintos da superfície. Aplicou-se o método a dois modelos térmicos distintos usando o mesmo conjunto de dados experimentais. O primeiro modelo utilizou a razão entre duas temperaturas superficiais medidas para estimar a difusividade térmica. O problema inverso foi então resolvido com Inferência Bayesiana. O segundo modelo aplicou Inferência Bayesiana aos valores teóricos e experimentais das temperaturas para determinar a máxima verossimilhança da função erro quadrático de temperatura, obtendo assim a condutividade térmica. A geração metabólica foi analisada a partir do aquecimento uniforme da amostra através de indução eletromagnética. A variação de temperatura em função do tempo foi medida em dois pontos da superfície e, através da Inferência Bayesiana, estima-se a geração de calor do fantoma. A influência da perfusão nas propriedades termofísicas foi avaliada num fantoma que possui canais internos para circulação de água. Aplica-se a razão de temperaturas e a Inferência Bayesiana para estimar a difusividade térmica e a condutividade térmica. Verifica-se que a perfusão pouco influencia na capacidade calorífica volumétrica da amostra. A quantificação das incertezas de medição indica que as propriedades estimadas possuem dispersão menor que 18,0 %, com 95,45 % de confiabilidade e fator de abrangência igual a 2,00. Por fim, um estudo realizado no COMSOL® explora a aplicação prática da técnica através de análises em tecidos simulados com perfusão e metabolismo.
dc.formatapplication/pdf
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Uberlândia
dc.publisherBrasil
dc.publisherPrograma de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
dc.rightsAcesso Aberto
dc.rightshttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/
dc.subjectEquação da Biotransferência de Calor
dc.subjectBioheat Transfer Equation
dc.subjectPropriedades Termofísicas
dc.subjectThermophysical Properties
dc.subjectTecidos in-vitro
dc.subjectIn-vitro tissues
dc.subjectInferência Bayesiana
dc.subjectBayesian Inference
dc.subjectProblemas Inversos
dc.subjectInverse Problems
dc.subjectQuantificação de Incertezas
dc.subjectUncertainty Quantification
dc.subjectCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::TRANSFERENCIA DE CALOR
dc.subjectEngenharia Mecânica
dc.subjectMeios de transferência de calor
dc.subjectMecânica dos fluidos
dc.titleDesenvolvimento de técnicas experimentais para análise dos parâmetros termofísicos presentes na equação da biotransferência de calor
dc.titleDevelopment of experimental techniques for analysis of the thermophysical parameters present in the bioheat transfer equation
dc.typeTese


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