Studio CFD delle performance di una turbina aortica per dispositivi medicali impiantabili autoalimentati
Creators: name: Tarabolo, Luca
Publisher: name: Scuola Universitaria della Svizzera Italiana (SUPSI)
Year: 2024
Subjects: turbine
medical device

description: Il presente studio affronta l'analisi delle performance di una turbina aortica progettata per alimentare dispositivi medici impiantabili autoalimentati tramite l'uso della fluidodinamica computazionale (CFD). I dispositivi medici impiantabili, come i pacemaker, richiedono un'alimentazione continua, spesso fornita da batterie che necessitano di frequenti sostituzioni o ricariche, portando a disagi per il paziente. Questo progetto mira a superare tali limitazioni utilizzando una turbina miniaturizzata inserita nel sistema cardiovascolare per generare energia direttamente dal flusso sanguigno. La ricerca si è concentrata sulla modellazione numerica del flusso sanguigno all'interno dell'aorta, sulla progettazione della geometria ottimale della turbina e sulla valutazione delle performance della stessa in diverse condizioni operative. L'approccio metodologico comprende la modifica di un codice MATLAB per la selezione dei parametri geometrici ottimali della turbina e l'utilizzo di simulazioni CFD tramite ANSYS Fluent per analizzare il comportamento del dispositivo in diverse configurazioni di flusso. Gli studi di sensibilità della mesh e la validazione dei risultati delle simulazioni stazionarie hanno Tarabolo_Luca_Scheda metadati biblioteca DTI 2/3 permesso di identificare la configurazione ottimale del dispositivo per massimizzare l'efficienza energetica riducendo al minimo il rischio di emolisi e danni vascolari. I risultati mostrano che la turbina può generare una potenza sufficiente per alimentare un pacemaker senza fili, rappresentando una soluzione promettente per dispositivi medici impiantabili autosufficienti. Ulteriori sviluppi futuri prevedono test di tipo transitorio. ___ This study addresses the analysis of the performance of an aortic turbine designed to power self-sustaining implantable medical devices using computational fluid dynamics (CFD). Implantable medical devices, such as pacemakers, require continuous power, often provided by batteries that need frequent replacements or recharging, causing inconvenience to the patient. This project aims to overcome these limitations by using a miniaturized turbine inserted into the cardiovascular system to generate energy directly from blood flow. The research focused on the numerical modeling of blood flow within the aorta, the design of the optimal turbine geometry, and the evaluation of its performance under different operating conditions. The methodological approach includes the modification of a MATLAB code to select the optimal geometric parameters of the turbine and the use of CFD simulations through ANSYS Fluent to analyze the device's behavior under different flow configurations. Mesh sensitivity studies and the validation of the steady-state simulation results allowed the identification of the optimal device configuration to maximize energy efficiency while minimizing the risk of hemolysis and vascular damage. The results show that the turbine can generate sufficient power to operate a wireless pacemaker, representing a promising solution for self-sustaining implantable medical devices. Future developments include transient-type tests.