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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2017/2018
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 096253 - FENOMENI DI TRASPORTO NEI SISTEMI BIOLOGICI
Docente Dubini Gabriele Angelo
Cfu 10.00 Tipo insegnamento Monodisciplinare

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Insegnamento
Ing Ind - Inf (Mag.)(ord. 270) - MI (471) BIOMEDICAL ENGINEERING - INGEGNERIA BIOMEDICA*AZZZZ096253 - FENOMENI DI TRASPORTO NEI SISTEMI BIOLOGICI

Programma dettagliato e risultati di apprendimento attesi

 

Il corso di Fenomeni di trasporto nei sistemi biologici ha lo scopo di fornire agli allievi gli strumenti teorici e numerici per la descrizione e la comprensione dei fenomeni di trasporto che avvengono nei sistemi biologici (con particolare attenzione al sistema cardiovascolare, a quello renale e a quello respiratorio del corpo umano), nei principali dispositivi artificiali che operano su fluidi biologici e nelle diverse applicazioni biotecnologiche. Il corso intende, inoltre, sviluppare negli allievi le capacità di identificare, di formulare correttamente e di risolvere problemi che si incontrano nelle applicazioni innovative in campo biomedico. Durante il corso verranno, infine, illustrate applicazioni a dispositivi artificiali reali e ad alcuni sistemi biologici per illustrare aspetti più propriamente progettuali.

 

Il corso richiede il possesso di una buona preparazione di base (a livello di corsi di laurea triennale) in matematica, fisica tecnica e biomeccanica.

 

I principali argomenti trattati nel corso sono i seguenti.

 

Generalità dei fenomeni di trasporto: il trasporto di massa diffusivo e convettivo nei fluidi e nei mezzi porosi; conservazione della massa, della quantità di moto, delle specie chimiche e dell’energia, in regime stazionario e variabile.

Trasporto di massa attivo e passivo attraverso membrane porose e continue, biologiche e sintetiche, sia sottili sia spesse; rilascio controllato di farmaci.

Flussi e equilibri osmotici e elettrochimici. Diffusione facilitata attraverso membrane tramite carrier specifici o dovuta a condizioni fluidodinamiche particolari.

Aspetti fluidodinamici generali: reologia dei fluidi non newtoniani; modelli di turbolenza; fenomeni di efflusso; perdite di carico concentrate e distribuite nei condotti.

Fluidodinamica nei grandi vasi sanguigni: moto in regime pulsatile; il moto dei fluidi in presenza di biforcazioni e grandi curvature; cenni agli effetti della propagazione dell’onda di pressione; la sollecitazione alla parete dei vasi; fluidodinamica nei vasi collassabili.

L'approccio multiscala ai problemi biofluidodinamici complessi.

Microcircolazione: la reologia del sangue nella microcircolazione; il moto del globulo rosso nei capillari.

Fluidodinamica nelle vie respiratorie.

Fenomeni di trasporto nei vasi sanguigni e nelle vie aeree: la cinematica delle particelle in riferimenti euleriano e lagrangiano, il trasporto di fasi disperse e di cellule, gli aerosol.

Microfluidodinamica e dispositivi microfluidici per applicazioni biotecnologiche.

 

Le esercitazioni consistono nella risoluzione numerica (con lezioni frontali) di problemi di calcolo delle grandezze di trasporto che rappresentano le principali tipologie che si incontrano nelle applicazioni dell’ingegneria biomedica. Sono, inoltre, previsti lo svolgimento a squadre di un progetto basato sull’utilizzo di programmi di calcolo ANSYS Fluent o Comsol e l’analisi critica di una lavoro di letteratura, con la redazione di relazioni tecniche da consegnare durante il semestre e che contribuiranno alla formazione della votazione finale.

 

Short Description in English

Transport Phenomena in Biological Systems

The course aims at providing students with theoretical and numerical tools useful to describe and understand the transport phenomena occurring in the biological systems - particularly in the human cardiovascular, renal and respiratory systems - as well as in the most important categories of fluidic devices for biomedical and biotechnological applications. The course also aims at developing problem formulation and solving skills that enable effective expertise for addressing novel biomedical applications.


 


Note Sulla Modalità di valutazione

Gli esami del corso di Fenomeni di trasporto nei sistemi biologici saranno condotti secondo le seguenti modalità:

1) prova scritta (della durata indicativa di due ore) il giorno dell’appello d’esame con domande di teoria e su brevi dimostrazioni e problemi risolubili con semplici calcoli – peso 60%;

2) valutazione di una relazione scritta, sviluppata secondo una precisa traccia strutturata, su un modello computazionale 2D o 3D realizzato con il codice ANSYS Fluent o con il codice Comsol durante alcune delle esercitazioni del corso; la relazione dovrà essere consegnata entro la data che verrà indicata (comunque prima della conclusione del corso) – peso 25%;

3) valutazione di una relazione scritta, sviluppata secondo una precisa traccia strutturata, su un articolo preventivamente assegnato e analizzato in alcune delle esercitazioni del corso; la relazione dovrà essere consegnata entro la data che verrà indicata (comunque prima della conclusione del corso) – peso 15%.

Gli specifici argomenti delle parti 2) e 3) saranno assegnati dal docente in modo casuale e insindacabile.

L’esame non prevede parti orali.


Bibliografia
Risorsa bibliografica facoltativaG. Dubini, Appunti del corso di Fenomeni di trasporto nei sistemi biologici (a cura del docente)
Note:

Disponibile in file in formato pdf nella pagina Beep del corso.

Risorsa bibliografica facoltativaR.B. Bird, W.E. Stewart, E.N. Lightfoot,, Transport Phenomena, Editore: John Wiley & Sons, New York, Anno edizione: 2002
Risorsa bibliografica facoltativaR.B. Bird, W.E. Stewart, E.N. Lightfoot, Fenomeni di trasporto, Editore: Ambrosiana, Milano, Anno edizione: 1979
Risorsa bibliografica facoltativaE.L. Cussler, Diffusion: Mass Transfer in Fluid Systems, Editore: Cambridge University Press, Anno edizione: 1997
Risorsa bibliografica facoltativaY. C. Fung, Biomechanics: Circulation, Springer-Verlag, Editore: New York, Anno edizione: 1997

Software utilizzato
Nessun software richiesto

Mix Forme Didattiche
Tipo Forma Didattica Ore didattiche
lezione
64.0
esercitazione
32.0
laboratorio informatico
0.0
laboratorio sperimentale
0.0
progetto
0.0
laboratorio di progetto
0.0

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
Disponibilità di materiale didattico/slides in lingua inglese
Disponibilità di libri di testo/bibliografia in lingua inglese
Possibilità di sostenere l'esame in lingua inglese
schedaincarico v. 1.8.0 / 1.8.0
Area Servizi ICT
05/12/2022