ES2331160T3 - Bomba peristaltica. - Google Patents
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Abstract
Una bomba peristáltica (1) para hacer circular un medio, tal como un líquido, un gas, un lodo, un granulado o una combinación de dos o más de los mismos, cuya bomba (1) comprende: un alojamiento de bomba (2); una superficie de presión (3, 4, 5) presente en el alojamiento de bomba (2); un tubo flexible elásticamente deformable (6), una parte del cual se sitúa contra la superficie de presión, cuyo tubo flexible (6) tiene una entrada de medio (7) y una salida de medio (8); medios de presión (9) con un cierto número de elementos de presión situados de forma equidistante (11, 12, 13, 14) tal como levas o rodillos; cuyos medios de presión (9) son accionables de manera que los elementos de presión (11, 12, 13, 14) se mueven a lo largo del tubo flexible (6); y cuyos elementos de presión (11, 12, 13, 14) durante el funcionamiento presionan parte del tubo flexible en contacto con elemento de presión en cuestión (11, 12, 13, 14) contra la superficie de presión (3, 4, 5) mientras que localmente se comprime y cierra la parte del tubo flexible; de manera que durante el accionamiento de los medios de presión (9) el medio es impulsado a través de la entrada de medio (7) y descargado a presión a través de la salida de medio (8); cuya superficie de presión (3, 4, 5) comprende; una parte de alimentación de entrada (3) que conecta con la entrada de medio (7) y cuya distancia desde los elementos de presión (11, 12,13, 14) disminuye desde un primer valor, en el cual el tubo flexible (6) está sustancialmente totalmente indeformado y abierto cuando un elemento de presión (11, 12, 13, 14) está presente, hasta un segundo valor en el que el alojamiento (6) está localmente comprimido y cerrado por el elemento de presión (11, 12, 13, 14); una parte intermedia (4) con una distancia desde los elementos de presión (11, 12, 13, 14) que es sustancialmente constante, siendo esta distancia igual al segundo valor; y una parte de alimentación de salida (5), cuya distancia desde los elementos de presión (11, 12, 13, 14) aumenta desde el segundo valor hasta el primer valor; caracterizada porque la longitud de la parte de alimentación de salida (5) y la longitud de la parte de alimentación de entrada (3) tiene un valor que esta comprendido entre 1,05 y 1,5 veces la distancia entre los elementos de presión (11, 12, 13, 14) medida a lo largo de la superficie de presión (3, 4, 5).
Description
Bomba peristáltica.
La invención se refiere a una bomba peristáltica
para hacer circular un medio, tal como un líquido, un gas, un lodo,
un granulado o una combinación de dos o más de ellos, que
comprende:
un alojamiento de bomba;
una superficie de presión presente en el
alojamiento de bomba;
un tubo flexible elásticamente deformable, una
parte del cual se sitúa contra la superficie de presión, cuyo tubo
flexible tiene una entrada de medio y una salida de medio;
medios de presión con un cierto número de
elemento de presión situados equidistantemente tal como levas o
rodillos;
cuyos medios de presión son accionables de
manera que los elementos de presión se mueven a lo largo del tubo
flexible; y
cuyos elementos de presión durante la operación
presionan la parte del tubo flexible en contacto con el elemento de
presión relevante contra la superficie de presión mientras que se
comprime y cierra localmente la parte de tubo flexible;
de tal manera que durante el accionamiento de
los medios de presión, el medio es extraído a través de la entrada
de medio y descargado a presión a través de la salida de medio;
cuya superficie de presión comprende:
una parte de alimentación que conecta a la
entrada de medios y cuya distancia desde los elementos de presión
desciende desde un primer valor, en el cual el tubo flexible está de
manera sustancial totalmente indeformado y abierto cuando el
elemento de presión está presente, hasta un segundo valor en el cual
el tubo flexible está localmente comprimido y cerrado por el
elemento de presión;
una parte intermedia con una distancia desde los
elementos de presión que es sustancialmente constante, siendo está
distancia igual al segundo valor; y
una parte de salida, cuya distancia desde los
elementos de presión aumenta desde el segundo valor al primer
valor;
en la que la longitud de la parte de salida y/o
la longitud de la parte de entrada es mayor que la distancia entre
los elementos de presión medida a lo largo de la superficie de
presión.
Dicha bomba se conoce, por ejemplo, del
documento GB-A-783 884.
Debido a la compresión local, y por tanto al
cierre del tubo flexible por los respectivos elementos de presión y
el desplazamiento de esta compresión local bajo la influencia de los
medios de presión accionados a lo largo del tubo flexible, el medio
presente en el tubo flexible será empujado longitudinalmente.
Después de que haya sido presionado un elemento de presión, la
forma del tubo flexible es restablecida debido a sus propiedades
elásticas. Debido a este mecanismo el medio es extraído al tubo
flexible en el lado de succión.
Debido a ello se asegura que el tubo flexible
está siempre cerrado por presión localmente por al menos un
elemento de presión que actúa localmente, la bomba coopera cuando se
cierra la válvula de manera que el lado de suministro y el lado de
succión están separados uno de otro. Para este fin, la distancia
entre los elementos de presión, medida a lo largo de la superficie
de presión, es más pequeña o igual que la longitud de la parte
intermedia.
Cuando un elemento de presión se aproxima al
extremo del lado de salida se produce un incremento en el volumen
del tubo flexible en este lado de salida. En una bomba peristáltica
conocida de tipo estático esta aproximación de los elementos de
presión al extremo del tubo flexible tiene lugar de una manera
relativamente rápida y descontrolada. Esto da lugar en el lado de
salida a un cambio temporal de velocidad en el flujo del medio. De
la misma manera ocurre un cambio temporal de la velocidad en el lado
de entrada. Debido a la aceleración y deceleración de los
taponamientos del medio en el lado de entrada y en el lado de salida
se producen fuertes fluctuaciones de presión en ambos lados. Este
efecto, que se conoce como pulsación, es indeseable para muchas
aplicaciones de la bomba. Este efecto, por ejemplo, influye en la
precisión de la dispersión de la bomba que funciona
volumétricamente así como en la vida útil del tubo flexible, entre
otras razones como resultado de la fatiga del material. Una
consecuencia indeseable de las pulsaciones son las fuerzas reactivas
indeseables sobre los tubos flexibles a los que la bomba está
conectada.
Se encuentra que la bomba conocida de la
publicación WO-A-03/078 836 produce
resultados que dejan algo que desear.
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En este sentido, es un objeto de la invención
evitar al menos de una marea significativa el problema de dichas
fluctuaciones de presión o fluctuaciones en la bomba peristáltica
conocida.
También decisivo en la obtención de pulsaciones
mínimas es el comportamiento de cierre del tubo flexible bajo a
influencia de un elemento de presión pasante. Este comportamiento de
cierre está fuertemente influenciado por la forma del tubo
flexible. Un tubo flexible redondo puede, por ejemplo, de este modo
estar diseñado de manera que bajo la influencia de un elemento de
presión sufra un aleteado y compresión "normales" hasta que
está completamente cerrado. El tubo flexible también puede estar
diseñado de manera que durante la compresión, las zonas medias, que
en reposo están orientadas respectivamente hacia la superficie de
presión y los medios de presión, pierdan contacto respectivamente
con la superficie de presión y el elemento de presión durante la
presión, de manera que, con la misma distancia mutua entre un
elemento de presión y la superficie de presión, el paso para el
medio será menor que en el caso anteriormente mencionado del cambio
de forma normal.
Alternativamente, el tubo flexible también puede
tener una forma no redonda, por lo que se obtiene todavía otra
característica de cierre.
Esta característica de cierre se debe tener en
cuenta cuando de hace dicha elección con el fin de ser capaz de que
la fuerza de las pulsaciones sea controlada y, si se desea, reducida
a proporciones insignificantes.
Con respecto a lo anterior, la invención
proporciona una bomba peristáltica del tipo expuesto en el
preámbulo que tiene las características de acuerdo con la invención
de que la longitud de la parte de alimentación de salida y/o la
longitud de la parte de alimentación de entrada tiene un valor de
entre 1,05 a 1,5 veces la distancia entre los elementos de presión
medida a lo largo de la superficie de presión.
Se observará que del documento
GB-A-2 290 582 se conoce una bomba
peristáltica del tipo de rotación en la que se hace uso de una
parte de entrada y una parte de salida, que tienen partes de
superficie de presión situadas en un cilindro con un eje central
correspondiente al eje de rotación del rotor. De acuerdo con esta
publicación, una forma específica consigue que el tubo flexible
experimente un cambio gradual de forma en ambas dichas zonas, por
lo que de acuerdo con las especificaciones, se consigue una
reducción en las pulsaciones. Se ha de observar que es posible, de
acuerdo con la presente invención, realizar una aspiración posterior
óptima. De este modo, es posible conseguir una bomba "ideal"
en la que las pulsaciones serán prácticamente inexistentes tanto en
el lado de entrada como en el lado de salida. En el caso en el que
un cliente esté satisfecho con una determinada medida de pulsación
en el lado de entrada y/o en el lado de salida, la bomba de acuerdo
con la invención también está diseñada a la luz de estas
especificaciones. En determinadas conducciones, puede incluso ser
deseable que ciertas pulsaciones se produzcan en lado de entrada o
en el lado de salida.
De acuerdo con la invención, el diseño de la
bomba puede, de este modo, ser modificado por medio de un programa
de ordenador según los requisitos de la bomba o en base a los
requisitos técnicos específicos del cliente.
Para evitar cambios bruscos de temperatura, y
por tanto las correspondientes aceleraciones, deceleraciones y
fuerzas elevadas que se manifiestan en las propias pulsaciones, que
son capaces de producirse en el medio y en el tubo flexible en la
posición de las transiciones entre la parte de alimentación de
entrada, la parte intermedia y la parte de alimentación de salida
la bomba preferiblemente tiene la característica especial de que la
primera derivada de la distancia entre los elementos de presión y la
superficie de presión es continua.
En una realización específica, la bomba tiene
una característica especial que consiste en que la bomba de tipo
lineal. "Lineal" significa una bomba en la que los elementos de
presión siguen una trayectoria más menos lineal a lo largo de la
superficie de presión, cuya superficie de presión igualmente tiene
una forma más o menos lineal. Será evidente que, de acuerdo con las
enseñanzas de la invención, la superficie de presión tiene tres
partes, es decir, la parte de alimentación de entrada, la parte
intermedia y la parte de alimentación de salida. Con los principios
básicos dados de acuerdo con la invención, esta superficie de
presión puede tener una forma adaptada a ello.
Alternativamente, la superficie de presión
puede, por ejemplo, ser completamente recta y los elementos de
presión pueden ser guiados a lo largo de la superficie de contorno
cuya variación de distancia de acuerdo con las en enseñanzas de a
invención es realizada.
Del documento
GB-A-783 884 es más conocida una
bomba peristáltica para la circulación de un medio, cuya bomba es
del tipo de rotación y comprende:
un alojamiento de bomba;
una superficie de presión curvada que está
presente en este alojamiento de bomba y al menos una parte de la
cual tiene forma general de arco circular con un eje central;
un tubo flexible elásticamente deformable, una
parte del cual se sitúa contra la superficie de presión, cuyo tubo
flexible tiene una entrada de medio y una salida de medio;
un rotor con un cierto número de elementos de
presión, tales como levas o rodillos, situados en posiciones
angulares y radiales iguales;
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cuyo rotor es accionable de forma giratoria
alrededor de un eje central; y
cuyos elementos de presión durante el
funcionamiento presionan la parte del tubo flexible en contacto con
el elemento de presión en cuestión contra dicha parte de superficie
de presión localmente comprimiendo y cerrando dicha parte de tubo
flexible;
de manera que durante la rotación del rotor el
medio es impulsado a través de la entrada de medio y descargado a
presión a través de la salida de medio;
cuya superficie de presión comprende:
una parte de alimentación de entrada que conecta
la entrada de medio y la distancia radial del cual desde el eje
central disminuye en la dirección de rotación del rotor desde un
primer valor, en el cual el tubo flexible está sustancialmente no
deformado y abierto cuando el elemento de presión está presente,
hasta un asegundo valor en el que el tubo flexible está localmente
totalmente comprimido y cerrado por el elemento de presión;
una parte intermedia, cuya distancia radial
desde el eje central es sustancialmente constante, siendo esta
distancia igual al segundo valor; y
una parte de alimentación de salida, cuya
distancia radial desde el eje central aumenta en la dirección de
rotación del rotor desde el segundo valor al primer valor, y a la
cual se conecta la salida del medio;
en la que la longitud de la parte de
alimentación de salida y/o la longitud de la parte de alimentación
de entrada es mayor que la distancia entre los elementos de presión
medida a lo largo de la superficie de presión.
Esta bomba es particularmente importante en el
contexto de la invención debido a que tal bomba, generalmente
referida como "bomba de tubo flexible" es muy común y es muy
adecuada para la adaptación en términos de la enseñanza de la
presente invención.
De acuerdo con la invención, esta bomba
peristáltica de rotación expuesta tiene la característica de que la
longitud de la parte de alimentación de salida y/o la longitud de la
parte de alimentación de entrada tiene un valor de entre 1,05 y 1,5
veces la distancia entre los elementos de presión medida a lo largo
de la superficie de presión.
Se ha de observar que aunque esta bomba de
rotación tiene una construcción diferente, por ejemplo, de una
bomba lineal de acuerdo con la invención, los principios
implementados en la misma son, sin embargo, los mismos. Los
resultados de las enseñanzas de acuerdo con la invención, es decir
la reducción sustancial de las pulsaciones, pueden por tanto
también ser fácilmente realizadas en la bomba de rotación.
Una realización preferida de la bomba de acuerdo
con la invención tiene la característica especial de que la
longitud de la parte de alimentación de entrada es sustancialmente
igual a la longitud de la parte de alimentación de salida.
En una determinada realización, la bomba
peristáltica de acuerdo con la invención tiene la característica
especial de que dicha longitud de la parte de alimentación de
entrada y/o la parte de alimentación de salida es un mínimo de
aproximadamente un 5% mayor, y en algunas realizaciones 10% o15%
mayor que dicha distancia. Utilizando dicha realización, las
pulsaciones en el lado de entrada y/o el lado de salida se pueden
reducir a proporciones insignificantes.
Se han conseguido muy buenos resultados con una
realización de ensayo en la cual la diferencia entre dicha
longitud y dicha distancia equivale al 17%.
De este modo, en una bomba de acuerdo con la
presente invención, el tubo flexible en cada parte de alimentación
de entrada y/o parte de alimentación de salida son alternativamente
contactados por uno y dos elementos de presión cuando los medios de
presión o el rotor se desplazan sobre la parte de alimentación de
entrada y/o la parte de alimentación de salida.
Una reducción sustancial en la amplitud de las
fluctuaciones ya es realizada con una realización de la bomba en la
que dicha longitud de la parte de alimentación de entrada y/o la
parte de alimentación de salida es igual a un mínimo de la mitad
de la mitad de la longitud de la parte intermedia.
Las pulsaciones son reducidas a incluso
proporciones menores con una realización en la cual la longitud de
la parte de alimentación de entrada y/o la parte de alimentación de
salida es sustancialmente igual a la longitud de la parte
intermedia. En otras realizaciones, la longitud de la parte de
alimentación de entrada y o la parte de alimentación de salida
excede a la de la parte intermedia, por ejemplo en un 10% o 20%.
Una realización más tiene la característica
especial de que, con vista a las propiedades mecánicas del tubo
flexible, la forma de la parte de alimentación de entrada y/o la
forma de la parte de alimentación de salida son elegidas de manera
que en cualquier posición de los medios de presión, el cociente del
desplazamiento de los medios de presión y el volumen del medio
bombeado como resultado del mismo es constante, y no se producen
fluctuaciones de presión en la entrada del medio y/o en la salida
del medio.
Es un objeto más de la invención realizar una
bomba peristáltica del tipo descrito de tal manera que puede
continuar funcionado, dentro de las tolerancias del diseño más
tiempo que las bombas habituales de este tipo.
Como se conoce, cualquier material presenta un
cierto envejecimiento. En una bomba peristáltica, este
envejecimiento está determinado particularmente por el número de
ciclos de compresión y expansión a los que el tubo flexible está
sometido por los elementos de presión. Después de un cierto número
de ciclos la elasticidad se perderá debido al envejecimiento,
estando esto asociado a un cambio y particularmente a un deterioro,
en las pulsaciones.
La invención, por tanto también tiene el
objetivo de incrementar la vida útil de la bomba.
La bomba de acuerdo con la invención tiene para
esta fin la característica de que la distancia de los medios de
presión desde la parte intermedia de la superficie de presión en las
regiones entre los elementos de presión tiene un valor tal que en
estas regiones el tubo flexible está sometido a una precompresión,
por lo que el área de superficie de flujo pasante (S) es reducida a
un valor que equivale a un mínimo de aproximadamente 65% del área
de superficie de flujo pasante no perturbada (S_{o}).
En una realización específica, esta bomba tiene
la característica de un valor del área de superficie de flujo
pasante reducida (S/S_{o}) que equivale a aproximadamente (80
\pm10) %, es decir entre 70% y 90%.
La invención también se refiere a la posibilidad
de diseñar una bomba peristáltica del tipo descrito de manera que
puede bombear un medio con fluctuaciones de presión muy pequeñas, y
en la práctica insignificantes, o puede bombear en fluctuaciones
de presión de un valor elegido.
En vista de ello, la invención proporciona
también una bomba peristáltica del tipo descrito anteriormente que
tiene la característica de que la diferencia entre dicha longitud y
dicha distancia se determina diseñando la bomba de manera que el
factor de calidad sea tan grande como sea posible, dadas las
determinadas precondiciones y seleccionando los valores para los
parámetros en cuestión,
cuyo factor de calidad está definido como la
relación entre la velocidad media del medio y el tubo flexible y la
amplitud de las fluctuaciones o pulsaciones del medio en el tubo
flexible,
en donde, con el fin de hacer que dicha elección
tenga en cuenta en los parámetros de diseño en cuestión del grupo
al cual pertenecen:
- la distancia de los elementos de presión desde
la parte intermedia de la superficie de presión;
- la forma de los elementos de presión;
- el espesor de pared del tubo flexible;
- las dimensiones externas lineales del tubo
flexible;
- la forma de la sección transversal del tubo
flexible;
- la composición del tubo flexible; y
- las propiedades mecánicas del tubo
flexible.
Otro parámetro que tiene influencia en la vida
útil del tubo flexible es la distancia máxima entre la parte
intermedia de la superficie de presión y la superficie de soporte de
los medios de presión entre los elementos de presión. Haciendo esta
distancia más pequeña que el diámetro sin esfuerzo del tubo
flexible. El tubo flexible puede ser precomprimido en toda la
longitud de la parte intermedia, entre los elementos de presión.
Mediante la compresión repetida y haciendo que
el tubo flexible se expanda de nuevo bajo la influencia de su
propia elasticidad, el tubo flexible es plásticamente deformado en
el transcurso de su vida de manera que ya no es capaz de adoptar su
forma original. Este fenómeno se conoce como "consolidación de la
compresión"("compression set"). Esto se manifiesta en la
práctica como una pérdida de caudal de bombeo. Haciendo que dicha
distancia sea pequeña de la manera descrita anteriormente tal que
el tubo flexible está sometido a la precompresión entre los
elementos de presión, el tubo flexible es ya forzado a esta posición
final en la etapa anterior en su vida útil. Esta medida también
tiene un efecto positivo sobre las pulsaciones durante la vida del
tubo flexible. De acuerdo con un aspecto de la invención, la
pulsación se incrementará menos que cuando el tubo flexible es
capaz de deformarse libremente. La calidad descrita por tanto
disminuye menos durante la vida del tubo flexible, y el tubo
flexible por tanto cumple sus especificaciones de diseño para un
periodo largo.
También es posible eliminar el efecto negativo
de la consolidación de la compresión aplicando un método para
estabilizar el caudal de una bomba peristáltica como se ha definido
por objeto de las reivindicaciones de patente adjuntas 1 a 12 para
hacer circular un medio, tal como un líquido, un gas, un lodo, un
granulado, o combinaciones de dos o más de los mismos, cuya bomba
comprende:
un alojamiento de bomba;
una superficie de presión presente en este
alojamiento de bomba;
un tubo flexible elásticamente deformable, una
parte del cual se sitúa contra la superficie de presión, cuyo tubo
flexible tiene una entrada de medio y una salida de medio;
medios de presión con un número de elementos de
presión situados equidistantemente tales como levas o rodillos;
cuyos medios de presión son accionables de
manera que los elementos de presión se mueven a lo largo del tubo
flexible; y
cuyos elementos de presión durante el
funcionamiento presionan la parte del tubo flexible en contacto con
el elemento de presión en cuestión contra la superficie de presión
mientras que se comprime localmente y se cierra la parte de tubo
flexible;
de tal manera que durante el accionamiento de
los medios de presión el medio es impulsado a través de la entrada
de medio y descargado a presión a través de la salida de medio;
cuya superficie de presión comprende:
una parte de alimentación de entrada que se
conecta a la entrada de medio y cuya distancia desde los elementos
de presión disminuye desde un primer valor, en el cual el tubo
flexible está sustancialmente totalmente indeformado y abierto
cuando el elemento de presión está presente, hasta un segundo valor
en el cual el tubo flexible está localmente comprimido y cerrado
por un elemento de presión;
una parte intermedia con una distancia desde los
elementos de presión que es sustancialmente constante, siendo esta
distancia igual al segundo valor; y
una parte de alimentación de salida, cuya
distancia desde los elementos de presión aumenta desde el segundo
valor al primer valor,
cuyo método comprende las siguientes etapas
de:
(a) estimar o determinar estadísticamente, en
base a un número de ensayos de la vida de las bombas que son
sustancialmente las mismas; la expectativa de vida de la bomba
expresada en o convertida al número de ciclos de bomba
completados;
(b) activas la bomba después de la producción de
la bomba; y
(c) desactivar la bomba una vez que la bomba,
después de la etapa (b), ha estado en funcionamiento durante una
fracción seleccionada de la vida útil estimada o determinada en la
etapa (a).
En una realización específica este método tiene
la característica especial de que la fracción se sitúa entre
aproximadamente 10-30%. Después de la desactivación,
la bomba puede ser inspeccionada para averiguar la condición del
tubo flexible u otros componentes, y el tubo flexible u otros
componentes se pueden remplazar si la sustitución está garantizada
por su condición.
Alternativamente, después de la desactivación,
el tubo flexible u otros componentes se pueden sustituir sin la
inspección referente a su condición.
El documento
WO-A-2004/011810 expone un método
para controlar la condición de una bomba o al menos un componente
del sistema que incluye una bomba cuyo componente o componentes no
son parte de la bomba, incluye la etapa de generar una condición de
ensayo predeterminada en la bomba o componente o componentes del
sistema. Durante el periodo en el cual tal condición de ensayo está
presente, se obtienen las señales indicativas de la bomba o
componente o componentes del sistema. El desgaste de la bomba, los
cojinetes, la acumulación de los depósitos de la bomba o
funcionamiento de las tuberías que forman parte del sistema de la
bomba se pueden detectar o predecir y se puede tomar la acción
correctora antes de que la bomba o el sistema fallen. Proporcionando
un método de control de la condición de la bomba o sistema, in
situ, es posible reducir la probabilidad de fallo de la bomba
en el uso y la necesidad de realizar frecuentes revisiones de la
bomba.
El método de acuerdo con la invención expuesto
anteriormente no es conocido ni resulta obvio de esta memoria de la
técnica anterior.
La precompresión de acuerdo con la invención
está además destinada a proporcionar un cierto número de
ventajas:
(a) durante la vida de la bomba se produce una
reducción menor del caudal de la bomba expresado con el cociente
entre el volumen y el desplazamiento de los elementos de
presión;
(b) existe una variación menor en las
pulsaciones restantes;
(c) la pulsación de presión a
contra-presiones mayores es limitada comprada con
la técnica anterior.
La ventaja (a) será expuesta más adelante con
referencia a la figura 2.
Lo siguiente se ha de considerar como aclaración
de las ventajas (b) y (c).
Los tubos flexibles son elementos flexibles, y
por tanto no solo capaces de impulsar fluido sino también, aunque
en una extensión limitada, amortiguar un cierto volumen. En el caso
de presión interna esto puede causar un cierto linchamiento del
tubo flexible. El amortiguamiento del líquido da lugar a variaciones
en el caudal de la bomba. Las variaciones de velocidad por tanto se
reforzarán, incluso en el caso de una bomba sustancialmente libre
de pulsaciones.
Como consecuencia de la precompresión de acuerdo
con la invención, la libertad del tubo flexible para hincarse está
mecánicamente limitada. El resultado es que las pulsaciones de
velocidad son reducidas. Se han encontrado ventajas particularmente
en la fuerza disminuida de las vibraciones en los tubos flexibles
conectados a la bomba, y en la propia bomba.
La precompresión proporciona una progresión
plana, por tanto menos variable del caudal en el tiempo, una
progresión más gradual en variaciones de contrapresión, y por tanto
pulsaciones remanentes. La disposición óptima de la bomba se puede
calcular para la situación en la que se toma una cantidad de líquido
fija por unidad de tiempo. Cantidades de líquido demasiado grandes
o demasiado pequeñas dan lugar a que la bomba funciones fuera de su
rango de funcionamiento óptimo. Los cambios en las pulsaciones, por
tanto ocurrirán tanto con respecto a la velocidad como con respecto
a la presión.
La bomba libre de pulsaciones de acuerdo con la
invención permite al usuario final de la bomba que en muchos casos
sea suficiente con un medidor de flujo más barato.
La desventaja conocida de las bombas
peristálticas de la técnica anterior el flujo de líquido negativo
corto que se produce por media rotación (al menos en el caso de una
configuración de 180º o de C con dos elementos de presión). Para
las aplicaciones en las que se requiere una medida precisa, este
flujo de líquido negativo de corta vida es muy indeseable. Sólo
unos mocos medidores de flujo, la mayoría de los cuales son del tipo
de flujo de masa (coriolis) con un muestreo avanzado rápido y altas
frecuencias de filtro, son capaces de medir estas variaciones
rápidas de caudal. Debido a que la bomba libre de pulsación de
acuerdo con la invención tiene un flujo de líquido mucho más suave,
es posible que sea suficiente con un tipo más simple de medidor de
flujo, por ejemplo del tipo magnético o ultrasónico. Se puede hacer
uso de frecuencias de muestreo más bajas. El filtrado es menos
crítico.
Los medidores de flujo mecánicos también se
pueden aplicar con la bomba de acuerdo con la invención. Dado que
la velocidad de líquido es después siempre positiva durante el uso
de la bomba de acuerdo con la invención, es posible que sea
suficiente simplemente con el contaje de pulsos. En las bombas de la
técnica anterior (particularmente a velocidades de desplazamiento
más bajas de los medios de presión) también un flujo de líquido
negativo produce la generación de pulsos. Un tacómetro de rotación
puede después de todo no hacer distinción entre la dirección de
rotación positiva o negativa, y por tanto un caudal de medio
positivo o negativo.
La invención se aclarará a continuación con
referencia a los dibujos adjuntos. En los dibujos:
la Figura 1 muestra una sección transversal a
través de una bomba peristáltica 1 de acuerdo con la invención del
tipo giratorio; y
la Figura 2 muestra una representación gráfica
del caudal de la bomba en función del tiempo para una bomba de la
técnica anterior y una bomba de acuerdo con la invención.
La Figura 1 muestra una sección transversal a
través de una bomba peristáltica 1 de acuerdo con la invención del
tipo giratorio. La bomba 1 comprende un alojamiento de bomba 2; una
superficie de presión curvada que será descrita aquí, presente en
este alojamiento de bomba 2 y que tiene tres partes 3, 4, 5,
respectivamente; un tubo flexible elásticamente deformable 6, una
parte del cual se sitúa contra la superficie de presión 3, 4, 5,
cuyo tubo flexible 6 tiene una entrada de medio 7 y una salida de
medio 8; un rotor 9 con cuatro elementos de presión 11, 12, 13, 14
que están situados en ángulos mutuos de 90º, y posiciones radiales
iguales con relación al eje central del rotor 10, y que en esta
realización son levas parcialmente cilíndricas con respectivos ejes
centrales 15, 16, 17, 18; cuyo rotor 9 es accionable giratoriamente
alrededor del eje central 10 por medio de medios de accionamiento
(no mostrados); y cuyos medios de presión 11, 12, 13, 14 presionan
durante el funcionamiento de la parte del alojamiento 6 en contacto
con el elemento de presión en cuestión 11, 12, 13, 14 contra dicha
superficie de presión 3, 4, 5 mientras que se comprime localmente y
se cierra la parte del tubo flexible; de tal manera que durante la
rotación del rotor, el medio es impulsado a través de la entrada de
medio 7 y descargado a presión a través de la salida de medio 8. El
medio impulsado se indica con la flecha 19. El medio descargado
bajo presión se indica con la flecha 20.
Se apreciará que el rotor es poligonal con
esquinas arqueadas que definen los elementos de presión 11, 12, 13,
14. En la realización mostrada, el rotor 9 es generalmente cuadrado,
pero son posibles otras formas poligonales, tal como la hexagonal.
El efecto de esta configuración es que la superficie del rotor entre
los elementos de presión 11, 12, 13, 14, cuya superficie es plana
en la realización mostrada, permanece en contacto con el tubo
flexible en la parte intermedia 4 de la superficie de presión, de
manera que precomprime el tubo flexible 6 como se expondrá más
adelante.
Como ya se ha observado, la superficie de
presión comprende tres partes:
una parte de alimentación de entrada 3 que se
conecta a la entrada de medio 7 y la distancia radial de la cual
desde el eje central 10 disminuye en la dirección de rotación 21 del
rotor 9 desde un primer valor (flecha 22), en el cual el tubo
flexible 6 está sustancialmente totalmente indeformado y abierto
cuando un elemento de presión 11 está presente, hasta un segundo
valor (flecha 23) en el cual el tubo flexible 6 está localmente
totalmente comprimido y cerrado por un elemento de presión 12;
una parte intermedia 4, cuya distancia radial
desde el eje es sustancialmente constate (véase las flechas 23 y 24
en donde se observa que la distancia entre la superficie de presión
4 y el eje 10 es constante a lo largo de esta trayectoria); y
una parte de alimentación de salida 5 cuya
distancia radial desde el eje 10 disminuye en la dirección de
rotación 21 del rotor 9 desde el segundo valor (flecha 24) hasta el
primer valor (flecha 25).
En esta realización a modo de ejemplo, dichas
partes, es decir, la parte de alimentación de entrada 3, la parte
intermedia 4 y la parte de alimentación de salida 5, se extiende en
ángulos de 110º, 90º y 110º. Estos ángulos están designados con
los números de referencia 26, 27, 28 y se apreciará que estos
ángulos son iguales a, o no mayores del 50% que el paso angular de
los elementos de presión 11, 12, 13. La primera derivada de la
distancia entre los elementos de presión 11, 12, 13 y la superficie
de presión 3, 4, 5 es continua, siendo esto particularmente
importante en la posición de las transiciones entre la parte de
alimentación de entrada 3 y la parte intermedia 4 y entre la parte
intermedia 4 y la parte de alimentación de salida 5.
La Figura 2 muestra el funcionamiento efectivo
de la precompresión de acuerdo con la invención.
Como consecuencia de su construcción, las
propiedades del material y la deformación continuamente repetida a
través de la compresión, en particular en la posición de las zonas
de compresión, los tubos flexibles aplicados a las bombas
peristálticas presentan un caudal que disminuye gradualmente durante
su vida. En la curva típica de caudal 51 en el tiempo se muestra en
la figura 2, en al que la línea completa muestra la curva 51 que se
podría producir si no se toman medidas de acuerdo con las
enseñanzas de la invención. La precompresión es importante, en la
que el tubo flexible es presionado cerrándose en cierta cantidad
entre la superficie de presión y el elemento de presión. Esto tiene
la finalidad de crear una situación en la que en el inicio de la
vida del tubo flexible, el tubo flexible ya produce un caudal de
flujo ligeramente menor que en la situación de precompresión, pero
presenta un descenso relativamente menor en el caudal a lo largo de
toda la vida útil.
La tangente 52 en la curva estándar 51 muestra
un fuerte descenso en el caudal al principio de la vida del tubo
flexible en el caso de la bomba de la técnica anterior.
La tangente 53 en la curva 54 para el tubo
flexible de acuerdo con la invención muestra un descenso
comparativamente muy pequeño en el caudal durante el resto de la
vida del tubo flexible. Las curvas 51, 54 muestran que la mejora en
el aplanamiento de la curva de caudal está presente particularmente
al comienzo de la vida del tubo flexible.
El caudal más constante tiene en general las
siguientes ventajas:
- Las propiedades del material de la bomba se
mejoran, dependiendo del material de tubo flexible aplicado. Un
mínimo caudal de descenso se puede conseguir en toda la vida
útil.
- Dependiendo del tipo de proceso y de la
precisión de medición demandada, la bomba se puede utilizar con
medidor de flujo.
- Si la calibración es necesaria, es posible que
sea suficiente una frecuencia de medida baja. Particularmente al
inicio de su vida, la bomba conocida presenta un fuerte descenso en
el caudal. La calibración puede tener lugar en intervalos
relativamente cortos. El uso de la precompresión de acuerdo con las
enseñanzas de la invención puede, dependiendo de la precisión
deseada, o bien hacer que estas calibraciones sean totalmente
innecesarias o bien hacer que sea posible que la frecuencia de
calibración sea reducida sustancialmente.
Claims (14)
1. Una bomba peristáltica (1) para hacer
circular un medio, tal como un líquido, un gas, un lodo, un
granulado o una combinación de dos o más de los mismos, cuya bomba
(1) comprende:
un alojamiento de bomba (2);
una superficie de presión (3, 4, 5) presente en
el alojamiento de bomba (2);
un tubo flexible elásticamente deformable (6),
una parte del cual se sitúa contra la superficie de presión, cuyo
tubo flexible (6) tiene una entrada de medio (7) y una salida de
medio (8);
medios de presión (9) con un cierto número de
elementos de presión situados de forma equidistante (11, 12, 13,
14) tal como levas o rodillos;
cuyos medios de presión (9) son accionables de
manera que los elementos de presión (11, 12, 13, 14) se mueven a lo
largo del tubo flexible (6); y
cuyos elementos de presión (11, 12, 13, 14)
durante el funcionamiento presionan parte del tubo flexible en
contacto con elemento de presión en cuestión (11, 12, 13, 14) contra
la superficie de presión (3, 4, 5) mientras que localmente se
comprime y cierra la parte del tubo flexible;
de manera que durante el accionamiento de los
medios de presión (9) el medio es impulsado a través de la entrada
de medio (7) y descargado a presión a través de la salida de medio
(8);
cuya superficie de presión (3, 4, 5)
comprende;
una parte de alimentación de entrada (3) que
conecta con la entrada de medio (7) y cuya distancia desde los
elementos de presión (11, 12,13, 14) disminuye desde un primer
valor, en el cual el tubo flexible (6) está sustancialmente
totalmente indeformado y abierto cuando un elemento de presión (11,
12, 13, 14) está presente, hasta un segundo valor en el que el
alojamiento (6) está localmente comprimido y cerrado por el elemento
de presión (11, 12, 13, 14);
una parte intermedia (4) con una distancia desde
los elementos de presión (11, 12, 13, 14) que es sustancialmente
constante, siendo esta distancia igual al segundo valor; y
una parte de alimentación de salida (5), cuya
distancia desde los elementos de presión (11, 12, 13, 14) aumenta
desde el segundo valor hasta el primer valor;
caracterizada porque
la longitud de la parte de alimentación de
salida (5) y la longitud de la parte de alimentación de entrada (3)
tiene un valor que esta comprendido entre 1,05 y 1,5 veces la
distancia entre los elementos de presión (11, 12, 13, 14) medida a
lo largo de la superficie de presión (3, 4, 5).
2. La bomba peristáltica (1) como se ha
reivindicado en la reivindicación 1,
caracterizada porque
la primera derivada de la distancia entre los
elementos de presión (11, 12, 13, 14) y la superficie de presión
(3, 4, 5) es continua.
3. La bomba peristáltica (1) como se ha
reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque
la bomba (1) es de tipo lineal.
4. La bomba peristáltica (1) como se ha
reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes para
hacer circular un medio, cuya bomba (1) es del tipo giratorio y
comprende:
un alojamiento de bomba (2);
una superficie de presión curvada (3, 4, 5) que
está presente en este alojamiento de bomba (2) y al menos una parte
del cual tiene forma general de arco con un eje central;
un tubo flexible elásticamente deformable (6)
una parte del cual se sitúa contra la superficie de presión (3, 4.
5), cuyo tubo flexible (6) tiene una entrada de medio (7) y una
salida de medio (8);
\global\parskip0.950000\baselineskip
un rotor (9) con un cierto número de elementos
de presión (11, 12, 13, 14), tales como levas o rodillos, situados
en posiciones angulares y radiales iguales;
cuyo rotor (9) es accionable giratoriamente
alrededor de un eje central; y
cuyos elementos de presión (11, 12, 13, 14)
durante el funcionamiento presionan la parte del tubo flexible en
contacto con el elemento de presión en cuestión (11, 12, 13, 14)
contra dicha parte de superficie de presión (3, 4, 5) mientras se
comprime localmente y se cierra dicha parte de tubo flexible;
de tal manera que durante la rotación del rotor
(9) el medio es impulsado a través de una entrada de medio (7) y
descargado a presión a través de una salida de medio (8);
cuya superficie de presión (3, 4, 5)
comprende:
una parte de alimentación de entrada (3) que se
conecta a la entrada de medio (7) y la distancia radial de la cual
desde el eje central disminuye en la dirección de rotación del rotor
(9) desde un primer valor, en el cual el tubo flexible (6) está
sustancialmente totalmente indeformado y abierto cuando un elemento
de presión (11, 12, 13, 14) está presente, hasta un segundo valor
en el que el tubo flexible (6) está localmente totalmente
comprimido y cerrado por el elemento de presión (11, 12, 13,
14);
una parte intermedia (4), cuya distancia radial
desde el eje central es sustancialmente constante, siendo esta
distancia igual al segundo valor; y
una parte de alimentación de salida (5), cuya
distancia radial desde el eje central aumenta en la dirección de
rotación (9) desde el segundo valor hasta el primer valor, y a la
cual se conecta la salida del medio (8);
caracterizada porque
la longitud de la parte de alimentación de
salida (5) y/o la longitud de la parte de alimentación de entrada
(3) tiene un valor de 1,05 a 1,5 x la distancia entre los elementos
de presión (11, 12, 13, 14) medida a lo largo de la superficie de
presión (3, 4, 5).
5. La bomba peristáltica (1) como se ha
reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque
la longitud de la parte de alimentación de
entrada (3) es sustancialmente igual a la longitud de la parte de
alimentación de salida (5).
6. La bomba peristáltica (1) como se ha
reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque
dicha longitud de la parte de alimentación de
entrada (3) y/o la parte de alimentación de salida (5) es un mínimo
de aproximadamente 5% mayor que dicha distancia.
7. La bomba peristáltica (1) como se ha
reivindicado en la reivindicación 6,
caracterizada porque
dicha longitud de la parte de alimentación de
entrada (3) y/o de la parte de alimentación de salida (5) es igual
a un mínimo de la mitad de la longitud de la parte intermedia
(4).
8. La bomba peristáltica (1) como se ha
reivindicado en la reivindicación 7,
caracterizada porque
la longitud de la parte de alimentación de
entrada (3) y/o de la parte de alimentación de salida (5) es
sustancialmente igual a la longitud de la parte intermedia (4).
9. La bomba peristáltica (1) como se ha
reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque
con referencia a las propiedades mecánicas del
tubo flexible (6) la forma de la parte de alimentación de entrada
(3) y/o la forma de la parte de alimentación de salida (5) son
elegidas de manera que en cualquier posición de los medios de
presión (9) el cociente del desplazamiento de los medios de presión
(9) y el volumen del medio bombeado como resultado del mismo es
constante; y no se producen fluctuaciones de presión en el entrada
del medio (7) y/o en la salida del medio (8).
\global\parskip1.000000\baselineskip
10. La bomba peristáltica (1) como se ha
reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque
la distancia de los medios de presión (9) desde
la parte intermedia (4) de la superficie de presión (3, 4, 5) en
las regiones entre los elementos de presión (11, 12, 13, 14) tiene
un valor tal que en estas regiones el tubo flexible (6) está
sometido a precompresión, por lo que el área de superficie de flujo
pasante es reducida a un valor que equivale a un mínimo de
aproximadamente el 65% del área de superficie de flujo pasante no
perturbada.
11. La bomba peristáltica (1) como se ha
reivindicado en la reivindicación 10,
caracterizada porque
el valor del área de superficie de flujo pasante
equivale a aproximadamente (80 \pm 10) %.
12. La bomba peristáltica (1) como se ha
reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque
la diferencia entre dicha longitud y dicha
distancia se determina diseñando la bomba (1) de manera que el
factor de calidad es tan grande como sea posible, precondiciones
determinadas dadas y seleccionado los valores para los parámetros
en cuestión,
cuyo factor de calidad está definido como la
relación entre la velocidad media del medio en el tubo flexible (6)
y la amplitud de las fluctuaciones de velocidad o pulsaciones del
medio en el tubo flexible (6),
en donde con el fin de realizar dicha elección
se tienen en cuenta los parámetros de diseño en cuestión del grupo
al que pertenecen:
- la distancia de los elementos de presión (11,
12, 13, 14) desde la parte intermedia (4) de la superficie de
presión (3, 4, 5);
- la forma de los elementos de presión (11, 12,
13, 14);
- el espesor de pared del tubo flexible (6);
- las dimensiones externas lineales del tubo
flexible (6);
- la forma de sección trasversal del tubo
flexible (6);
- la composición del tubo flexible (6); y
- las propiedades mecánicas del tubo flexible
(6).
13. Un método para estabilizar el caudal de una
bomba peristáltica (1) como se ha reivindicado en cualquiera de las
reivindicaciones precedentes,
cuyo método comprende las siguientes etapas:
(a) estimar o determinar estadísticamente, en
base a un cierto número de ensayos de vida de las bombas (1) que
son sustancialmente las mismas, la expectativa de vida de la bomba
(1) expresada en, o convertida a, un numero de ciclos de bombeo
completados;
(b) activar la bomba (1) después de la
producción de la bomba (1); y
(c) desactivar la bomba (1) una vez que la bomba
(1) después de la etapa (b), haya estado en funcionamiento durante
una fracción seleccionada de la vida útil estimada o determinada en
la etapa (a).
14. El método como el reivindicado en la
reivindicación 13,
caracterizado porque
la fracción está comprendida entre el
10-30%.
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