Design and fluid dynamic analysis of a custom drip chamber in a medical disposable device

Negli ultimi anni, parallelamente allo sviluppo di calcolatori elettronici sempre più performanti, la fluidodinamica computazionale è diventata uno strumento di notevole utilità nell’analisi dei flussi e nello sviluppo di dispositivi medici. Quando impiegate nello studio di flussi di fluidi fisiologici, come il sangue, il vantaggio principale delle analisi CFD è che permettono di caratterizzare il comportamento fluidodinamico senza dover eseguire test in-vivo/in-vitro, consentendo quindi notevoli vantaggi in termini di tempo, denaro e rischio derivante da applicazioni mediche. Inoltre, simulazioni CFD offrono una precisa e dettagliata descrizione di ogni parametro di interesse permettendo, già in fase di progettazione, di prevedere quali modifiche al layout garantiranno maggiori vantaggi in termini di funzionalità. Il presente lavoro di tesi si è posto l’obiettivo di valutare, tramite simulazioni CFD, le performances fluidodinamiche del comparto sangue “camera venosa” di un dispositivo medico monouso Bellco impiegato nella realizzazione di trattamenti di emodialisi. Dopo una panoramica del contesto, è presentata una breve descrizione della disfunzione renale e dei trattamenti sostitutivi. Notevole impegno è stato in seguito rivolto allo studio della letteratura scientifica in modo da definire un modello reologico per il fluido non-Newtoniano preso in considerazione e determinarne i parametri caratteristici. Il terzo capitolo presenta lo stato dell’arte delle apparecchiature Bellco, rivolgendosi con particolare attenzione al componente “cassette” del dispositivo monouso. L’analisi fluidodinamica del compartimento “camera venosa” della cassette, che sarà presa in considerazione nei capitoli quinto e sesto, si inserisce nell’ambito della riprogettazione del dispositivo attualmente in commercio: il quarto capitolo si incentra sul suo nuovo design, ponendo specifico interesse sul layout della camera venosa di nuova generazione. Per lo studio dei flussi che si sviluppano internamente ad essa ci si è avvalsi del modulo CFD del software COMSOL multiphysics® (versione 5.0); la definizione del modello implementato e della tipologia di studio effettuato sono presi in considerazione nel quinto capitolo. Le problematiche di maggior impatto nella realizzazione di un trattamento di emodialisi sono l’emolisi e la coagulazione del sangue. Nell'evenienza che si verifichino massivamente occorre infatti interrompere il trattamento con notevoli disagi per il paziente, per questo devono essere evitate. Nel sesto capitolo i risultati ottenuti sono stati esaminati rivolgendo particolare attenzione alla verifica dell’assenza di fenomeni che possano portare alle problematiche suddette.

Impact of irrigation in the Po valley (Italy) on meteorological parameters through numerical simulation

Recent studies found that soil-atmosphere coupling features, through soil moisture, have been crucial to simulate well heat waves amplitude, duration and intensity. Moreover, it was found that soil moisture depletion both in Winter and Spring anticipates strong heat waves during the Summer. Irrigation in geophysical studies can be intended as an anthropogenic forcing to the soil-moisture, besides changes in land proprieties. In this study, the irrigation was add to a LAM hydrostatic model (BOLAM) and coupled with the soil. The response of the model to irrigation perturbation is analyzed during a dry Summer season. To identify a dry Summer, with overall positive temperature anomalies, an extensive climatological characterization of 2015 was done. The method included a statistical validation on the reference period distribution used to calculate the anomalies. Drought conditions were observed during Summer 2015 and previous seasons, both on the analyzed region and the Alps. Moreover July was characterized as an extreme event for the referred distribution. The numerical simulation consisted on the summer season of 2015 and two run: a control run (CTR), with the soil coupling and a perturbed run (IPR). The perturbation consists on a mask of land use created from the Cropland FAO dataset, where an irrigation water flux of 3 mm/day was applied from 6 A.M. to 9 A.M. every day. The results show that differences between CTR and IPR has a strong daily cycle. The main modifications are on the air masses proprieties, not on to the dynamics. However, changes in the circulation at the boundaries of the Po Valley are observed, and a diagnostic spatial correlation of variable differences shows that soil moisture perturbation explains well the variation observed in the 2 meters height temperature and in the latent heat fluxes.On the other hand, does not explain the spatial shift up and downslope observed during different periods of the day. Given the results, irrigation process affects the atmospheric proprieties on a larger scale than the irrigation, therefore it is important in daily forecast, particularly during hot and dry periods.