Teori, metode og begrepsavklaringer

Ensaios in vitro e in vivo são difíceis de serem analisados devido ao grande número de variáveis, não-linearidades do sistema, tempo de análise e custo das bancadas e sensores. Visando aproveitar a possibilidade de aquisição dos sinais de temperatura na pele estudada, é apresentado do capítulo V, modelos matemáticos para avaliar analiticamente o fenômeno do aquecimento mediante uma fonte de calor a laser. O primeiro modelo

necessita de informações relativas a temperatura medida na superfície da pele, uma vez que o modelo matemático estima os efeitos térmicos e a consequente distribuição de tensão na pele quando esta é submetida a uma fonte térmica oriunda de um laser. No modelo proposto só é possível obter a resposta se uma distribuição de temperatura de referência for conhecida ao longo da espessura. Além disso, o conhecimento desta variação de temperatura também mostra o comportamento da profundidade do efeito de soldagem ao longo da espessura considerando que uma união adequada dos tecidos é da ordem de 55 _– 60o_{C (PATON et al., 2003). Neste trabalho, é proposto um aparato experimental para avaliar}

este gradiente de temperatura in vitro, projetado de tal forma que fosse mensurada a temperatura em diferentes distâncias da superfície irradiada pelo laser, ou seja, em diferentes posições ao longo da espessura da pele. Para auxiliar no posicionamento do feixe do laser, o TheraLase® possui um sistema de mira, na qual emite luz laser na faixa do comprimento de onda visível (λ=660 nm).

A Figura 4.26 mostra o esquema do aparato experimental utilizado para avaliar o gradiente de temperatura em diferentes posições ao longo da espessura da pele à medida que o laser era aplicado na superfície da pele. A Figura 4.27 mostra o aparato montado e pronto para a realização do experimento.

Figura 4.26 – Desenho esquemático da montagem do aparato experimental utilizado para avaliar o gradiente de temperatura.

Tecido Termopar Sensor laser Laser Módulo de Aquisição da Lynx Microcomputador Parafuso Macrométrico Fonte de Potência do Sensor

Figura 4.27 _{– Montagem do aparato experimental utilizado para avaliar o gradiente de} temperatura.

De acordo com as Figs. 4.26 e 4.27, à medida que se girava o parafuso macrométrico (parafuso de aplicação de deslocamento), a estrutura de sustentação do termopar movimentava-se verticalmente e possibilitava que o termopar movimentasse internamente ao longo da espessura da pele. Para realizar e facilitar esse procedimento, as amostras de pele em formato retangular e espessura aproximada de 10 mm recebiam furos passantes espaçados de 10 mm, como mostrado na Fig. 4.28. O termopar utilizado era do tipo K e possuía uma ponta relativamente rígida de diâmetro 2 mm que não possibilitava qualquer efeito de flambagem durante a movimentação ao longo dos furos. Além disso, os furos na pele possuíam diâmetro de 1,5 mm e que se fechavam levemente devido a camada de gordura. Por isso, apesar deste procedimento ser uma aproximação, uma vez que, o laser era aplicado na região próxima ao furo, os diversos pré-testes realizados mostraram bons resultados quando comparadas as diversas amostras testadas.

Portanto, para a medição dos níveis de temperatura o termopar era movimentado dentro dos furos da pele em direção à superfície que, durante um determinado instante de tempo, era submetida à irradiação do laser. O sensor a laser foi posicionado de forma que a barra solidária ao termopar ficasse dentro do intervalo de leitura operacional (26 a 34 mm).

Os sinais de temperatura e deslocamento eram adquiridos de forma sincronizada em intervalos de tempo. Após vários testes estabeleceu-se um intervalo de 15 s entre cada medida realizada visando uma estabilização do sinal de temperatura. Para a espessura da pele utilizada neste estudo os sinais foram adquiridos em 6 intervalos distintos para cada furo, totalizando 90 s de aquisição através do módulo de aquisição da Lynx. Os sinais adquiridos eram transferidos para o computador através do software AQdados da Lynx e analisados em outro software também da Lynx AQanalysis .

(a) (b)

Figura 4.28 _{– Preparação da amostra para avaliação da temperatura. (a) furação na pele} para passagem do termopar (b) amostra pronta para ser testada.

No inicio de cada aquisição o termopar era posicionado na parte inferior da amostra e a cada 15 segundos a posição do termopar variava em incrementos de aproximadamente 1 mm dentro da pele em direção à superfície. Esta variação era feita de forma manual enquanto a fonte de laser era mantida durante todo o intervalo de tempo da análise. Após proceder com a medição em um determinado furo, aguardava-se um tempo de aproximadamente 15 minutos para então efetuar o mesmo procedimento de análise para o furo seguinte. A Figura 4.29 mostra o posicionamento do termopar no inicio da aquisição dos dados, ou seja, na porção inferior da amostra enquanto a fonte de laser era posicionada próximo ao furo na parte superior.

Para a realização dos testes cada amostra de pele era cortada e recebia um total de 6 furos. Foram utilizadas 03 amostras para cada nível de potência analisado, ou seja, 0,5, 1,0 e 1,5 Watts. Portanto, foram adquiridas 18 curvas, sendo que cada curva era avaliada em 06 intervalos discretizados em 15 segundos conforme descrito anteriormente. Os testes foram conduzidos com auxilio do sistema a laser utilizado para a soldagem das incisões, de um

sensor de deslocamento a laser sem contato (SICK OD30-04N152), de um termopar (tipo K) e sistema de aquisição de sinais da Lynx acoplado a um microcomputador.

Figura 4.29 – Posicionamento do termopar na parte inferior da pele no inicio da aquisição dos sinais.

O sensor de deslocamento era alimentado por uma fonte de potência de 12 V do tipo EMG_{–18131, como mostrado na Fig. 4.30. Este sensor era posicionado de forma a fazer a} leitura do deslocamento do termopar. A Figura 4.31 mostra a montagem dos canais de deslocamento e de temperatura nos canais de aquisição do módulo da Lynx.

Figura 4.30 – Sensor a laser SICK utilizado para medir os deslocamentos da barra solidária ao termopar.

Amostra de tecido

Sensor de deslocamento a laser

Termopar Fibra óptica

Fonte de Potência EMG_–18131

Figura 4.31 – Montagem dos sinais no módulo de aquisição de sinais da Lynx.

Para transformar os sinais de corrente do sensor de deslocamento da SICK, para níveis de deslocamento padronizados foi feito um processo de calibração. Para isso o sensor foi posicionado na máquina de ensaio da marca Filizola visando obter deslocamentos conhecidos, como mostra a Fig. 4.32. A calibração foi realizada diretamente no sistema de aquisição da Lynx de tal forma que os valores de tensão eram transformados diretamente em deslocamentos absolutos.

Figura 4.32 – Aparato experimental para obtenção da curva de calibração do sensor SICK. (a) vista geral do aparato (b) posicionamento do sensor na máquina de ensaio.

4.9.1. Metodologia para aquisição da temperatura

A obtenção do gradiente de temperatura ao longo da espessura da pele foi feita de forma sincronizada com os sinais adquiridos do sensor de deslocamento versus tempo de

Fonte de Potência EMG_–18131

Módulo de Aquisição de sinais da Lynx

aquisição. Neste caso, durante intervalos de tempo de 15s os sinais de temperatura eram adquiridos totalizando 06 modificações de posição ao longo da espessura da pele. A Figura 4.33 ilustra este procedimento onde são observados os vários degraus relativos a posição do termopar dentro da pele. O sinal de temperatura utilizado para cada intervalo era obtido através de uma média das temperaturas no intervalo considerado.

Figura 4.33 – Exemplo de uma curva de deslocamento versus tempo do termopar no interior da pele adquirida pelo sistema de aquisição da Lynx.

A Figura 4.34 mostra uma curva típica do sinal do termopar versus tempo adquirido de forma sincronizada com o deslocamento através do sistema de aquisição. Os valores de temperatura média foram calculados considerando o mesmo intervalo de tempo de 15s.

As médias dos sinais dos deslocamentos e temperaturas fornecem o gradiente térmico em regiões específicas ao longo da espessura da pele. A Figura 4.35 mostra uma curva típica da temperatura versus o deslocamento.

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 0,00 15,00 30,00 45,00 60,00 75,00 90,00 105,00 D e sl o cam e n to [ m m ] Tempo [s]