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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2018/2019
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

Obiettivi dell'insegnamento

L’insegnamento 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 ingegneristica 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. L’insegnamento intende, inoltre, sviluppare negli allievi le capacità di identificare, di formulare correttamente e di risolvere problemi che si incontrano nelle applicazioni ordinarie e in quelle innovative in campo biomedico. Nel corso dell’insegnamento verranno, infine, illustrate applicazioni a dispositivi artificiali reali e ad alcuni sistemi biologici per illustrare aspetti più propriamente progettuali.


Risultati di apprendimento attesi

Lo studente:

- conosce in modo critico i concetti fondamentali del trasporto di materia, quantità di moto ed energia che governano molti fenomeni all’interfaccia tra ingegneria, medicina e biologia;

- è in grado di formulare e risolvere problemi ingegneristici relativi alla progettazione di dispositivi biomedici e alla loro interazione con i tessuti viventi e alla comprensione del comportamento di questi ultimi;

- è in grado di interpretare i risultati dei predetti calcoli ed eventualmente di raffinare la formulazione del problema;

- possiede metodi e strumenti per affrontare problemi di trasporto nei sistemi biologici, anche non esplicitamente trattati nell’insegnamento, originati dalla innovazione nelle applicazioni di ingegneria biomedica.


Argomenti trattati

I principali argomenti trattati nell’insegnamento sono i seguenti:

- Generalità dei fenomeni di trasporto. Il trasporto di materia 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 materia attivo e passivo attraverso membrane porose e continue, biologiche e sintetiche, sia sottili sia spesse; rilascio controllato di farmaci; diffusione facilitata attraverso membrane tramite “carrier” specifici.

- Flussi e equilibri osmotici e elettrochimici.

- 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 di grandi curvature dei vasi; cenni agli effetti della propagazione dell’onda di pressione; la sollecitazione alla parete dei vasi; fluidodinamica nei vasi collassabili.

- Microcircolazione. La reologia del sangue nella microcircolazione; il moto del globulo rosso nei capillari.

- Fluidodinamica nelle vie respiratorie.

- Fenomeni di trasporto convettivo nei vasi sanguigni e nelle vie aeree. Il trasporto di fasi disperse nelle correnti fluide (cellule, particolato atmosferico, aerosol).

- Microfluidodinamica e dispositivi microfluidici per applicazioni biomediche e 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. Sei esercitazioni (indicativamente) sono dedicate allo svolgimento a squadre di un progetto basato sull’utilizzo di programmi di calcolo fluidodinamico - ANSYS Fluent o Comsol - e all’analisi critica di una lavoro di letteratura, con la redazione di relazioni tecniche da consegnare durante il semestre. Le due relazioni contribuiscono alla formazione della votazione finale.


Prerequisiti

E’ richiesto il possesso di una buona preparazione di base (a livello di corsi di laurea triennale) in matematica, fisica tecnica e biomeccanica.


Modalità di valutazione

Gli esami dell’insegnamento di Fenomeni di trasporto nei sistemi biologici sono 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 deve essere consegnata entro la data che verrà indicata (comunque prima della conclusione dell’insegnamento) – 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 deve essere consegnata entro la data che verrà indicata (comunque prima della conclusione dell’insegnamento) – peso 15%.

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

L’esame non prevede parti orali.

In sede di esame finale lo studente deve dimostrare di essere in grado di:

- applicare metodi e strumenti propri della materia per affrontare e risolvere i problemi proposti (analisi del problema, proposta dello schema di risoluzione, giustificazione delle scelte, svolgimento dei calcoli)

- rispondere alle domande proposte su aspetti teorici e progettuali, discussi nel corso dell’insegnamento.

Nella valutazione dell'esame la determinazione del voto finale tiene conto dei seguenti elementi:

- capacità di analisi dei problemi;

- correttezza formale e sostanziale delle procedure individuate per la soluzione dei problemi;

- correttezza dei risultati ottenuti;

- conoscenza e comprensione degli argomenti;

- adeguatezza del linguaggio tecnico-scientifico utilizzato;

- autonomia di giudizio.


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

Forme didattiche
Tipo Forma Didattica Ore di attività svolte in aula
(hh:mm)
Ore di studio autonome
(hh:mm)
Lezione
64:00
96:00
Esercitazione
36:00
54:00
Laboratorio Informatico
0:00
0:00
Laboratorio Sperimentale
0:00
0:00
Laboratorio Di Progetto
0:00
0:00
Totale 100:00 150:00

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. 1.6.1 / 1.6.1
Area Servizi ICT
20/11/2019