2018/2019

2018/2019

DM270

DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALE E DELL'INFORMAZIONE

BIOINGEGNERIA

Tecnologie per la salute

1°

Annualità Singola (01/10/2018 - 14/06/2019)

12

Italiano

Analisi matematica: concetti di: funzione (anche a più variabili), limite, derivata, integrale. Fisica: misura delle grandezze fisiche e unità di misura, principi ed equazioni fondamentali della meccanica, principio di conservazione dell’energia. Fisica matematica: grandezze scalari e vettoriali, elementi fondamentali del calcolo vettoriale, geometria delle masse.

Al termine del Corso lo studente deve conoscere e capire:
- i principi di base che regolano il moto dei liquidi nelle condotte.
- Il sistema circolatorio e la sua fisiologia;
- i principi di funzionamento delle biomacchine comunemente usate nella pratica clinica per l'emodialisi e la circolazione extra-corporea;
- i principi di modellazione del sistema circolatorio sia monodimensionale che tridimensionale, con cenni su strumenti computazionale;
- il funzionamento delle protesi delle valvole cardiache.
Deve inoltre saper applicare questi principi all’impostazione e alla soluzione di semplici problemi di ingegneria idraulica e biomedica.

MODULO DI FONDAMENTI DI IDRAULICA
Introduzione
Grandezze meccaniche e unità di misura. Stati di aggregazione della materia. I fluidi come sistemi continui. Sforzi interni nei sistemi continui.

Alcune proprietà dei liquidi
Densità e peso specifico. Dilatabilità e comprimibilità. Viscosità. Tensione di vapore.

Idrostatica
Relazione fra gravità e pressione. La pressione atmosferica: pressioni assolute e relative. Le unità di misura della pressione usate nella pratica tecnica. Piano dei carichi idrostatici e diagrammi delle pressioni. Misura delle pressioni. Spinta idrostatica su pareti piane e su pareti curve.

Fondamenti di cinematica dei liquidi
Descrizione euleriana del moto dei liquidi. Entità cinematiche (traiettorie, linee di corrente, tubi di flusso, filetto fluido, flusso attraverso una superficie). Moti accelerati, uniformi e ritardati. Le correnti. Portata e velocità media di una corrente in una sezione trasversale.

Idrodinamica: equazione di continuità e teorema di Bernoulli
I principi di conservazione. Applicazione dei principi di conservazione della massa e dell’energia ad un filetto fluido. Il teorema di Bernoulli. Distribuzione della pressione nelle sezioni trasversali delle correnti. Applicazione dei principi di conservazione della massa e dell’energia ad una corrente gradualmente variata.

Foronomia e misura della portata
Cenni di foronomia. Il tubo di Pitot. Il venturimetro.

Le perdite di carico nei liquidi reali
I diversi regimi di movimento delle correnti uniformi. La dissipazione energetica nel moto laminare. La dissipazione energetica nel moto turbolento. Effetto della scabrezza della parete sulla dissipazione energetica. L’Abaco di Moody. Calcolo idraulico delle condotte. Formule di resistenza cosiddette pratiche. Le perdite di carico localizzate nelle correnti in pressione.

Cenni agli impianti idroelettrici e di pompaggio
Scambi di energia fra macchine e correnti idrauliche. Schemi tipo degli impianti idroelettrici e di pompaggio. Verifica idraulica e dimensionamento di un impianto di pompaggio.
MODULO DI BIOMACCHINE
Richiami di anatomia del sistema vascolare;
Fisiologia e patologia del sistema circolatorio;
Reologia del sangue;
Principi delle onde arteriose;
Modellazione e simulazione del sistema circolatorio;
Modelli ridotti del sistema cardiovascolare;
Modelli 3D e strumenti computazionali: introduzione
Modelli 3D e strumenti computazionali: set-up analisi;
Creazioni di modelli vascolari da immagini mediche;
Modelli 3D e strumenti computazionali: applicazioni;
Circolazione extra-corporea (ECMO);
Macchine e circuiti per emodialisi;
Assistenza ventricolare;
Protesi valvolari biologiche e meccaniche.

Lesioni frontali ed esercitzioni pratiche

Vedi testi consigliati per i singoli moduli

La verifica dell’apprendimento consiste in due prove parziali.
La prima, per il modulo di Fondamenti di idraulica, è una prova scritta che prevede in generale la soluzione di 2 esercizi, di cui il primo relativo al calcolo delle spinte idrostatiche su pareti piane o curve e il secondo relativo alla soluzione di un problema su foronomia e/o correnti in pressione (ad es: determinazione della portata e delle perdite di carico, verifica di un impianto idroelettrico o di pompaggio, ecc.). La durata di tale prova scritta è di 2 ore: durante la prova d’esame è consentito l’uso di manuali, tabelle, calcolatrici e appunti dello studente.
La seconda prova, per il modulo di Biomacchine, è costituita da un colloquio orale inerente ai contenuti del corso e alla contemporanea discussione di un progetto incentrato sull'applicazione dei principi acquisiti
La valutazione di ciascuna prova è effettuata in trentesimi. La valutazione complessiva del corso integrato è costituita dalla media aritmetica dei voti conseguiti nelle due prove parziali.