Cómo construir una mejor bomba peristáltica

Dafne Allen | 10 de agosto de 2023

Debido a que las bombas peristálticas pueden suministrar una amplia gama de fluidos, estas bombas se pueden utilizar en varias industrias. Un ejemplo, según Dave Beckstoffer, director de desarrollo empresarial de Portescap, es la bomba de infusión médica, que puede utilizar accionamientos peristálticos lineales o giratorios para administrar medicamentos o nutrientes. "El movimiento peristáltico es impulsado por un motor para accionar los dedos de leva de un accionamiento peristáltico lineal o rotar los rodillos para un accionamiento peristáltico giratorio", dijo Beckstoffer a Design News, una publicación hermana de MD+DI.

Estas bombas se pueden mejorar seleccionando materiales que puedan aumentar la eficiencia o proporcionar una vida útil más larga, reduciendo así el consumo de energía de la bomba y permitiéndole funcionar durante más tiempo antes del mantenimiento o reemplazo, explica con más detalle.

Le hicimos a Beckstoffer algunas preguntas más para ayudarlo a construir una mejor bomba peristáltica.

Beckstoffer: Las bombas peristálticas tienen ventajas y desventajas sobre otros tipos de bombas, siendo un ejemplo las de diafragma. Las bombas peristálticas pueden manejar una amplia gama de fluidos y viscosidades basándose en la utilización de desplazamiento positivo. Como el diámetro del tubo se puede variar, proporciona opciones de diseño basadas en los requisitos de la aplicación. Un inconveniente es el desgaste del tubo con el tiempo, lo que provoca fatiga que puede afectar el caudal o requerir reemplazo.

Beckstoffer: Las bombas peristálticas, tanto de tecnología lineal como rotativa, permiten al ingeniero optimizar el flujo del dispositivo en desarrollo. El movimiento de desplazamiento positivo es muy adecuado para la administración de fármacos y nutrientes, ya que proporciona una amplia gama de caudales para el dispositivo. El principal desafío es la optimización del tamaño del sistema de accionamiento de la bomba en relación con el tamaño total del dispositivo. Las consideraciones de diseño adicionales incluyen la selección del diámetro del tubo para administrar adecuadamente el fármaco o nutriente y la minimización del desgaste con el tiempo para garantizar una administración adecuada durante la vida útil del dispositivo.

Beckstoffer: La selección del motor es un aspecto crítico para el funcionamiento de una bomba peristáltica. A medida que el motor impulsa el movimiento peristáltico lineal o giratorio, la selección adecuada de la tecnología del motor y el tamaño del rendimiento garantizarán un funcionamiento óptimo de la bomba. El motor debe adaptarse al perfil de velocidad y par de la bomba peristáltica, manejando los pares máximos en las posiciones máximas de los rodillos y al mismo tiempo proporcionando un funcionamiento suave entre las posiciones de los rodillos. Si la bomba funciona con una batería, la eficiencia del motor es una consideración principal para garantizar un funcionamiento prolongado entre cargas o reemplazos de la batería.

Beckstoffer: El control de velocidad y par dependerá del tipo de tecnología de motor seleccionada: CC, CC sin escobillas (BLDC) o paso a paso. Para el control de velocidad, la CC se controlará mediante modulación de ancho de pulso (PWM) para variar el voltaje y lograr la velocidad deseada durante la entrega. El control BLDC se logra a través de la electrónica que utiliza sensores Hall para el control de velocidad. Los motores paso a paso alcanzan su velocidad basándose en la entrada del tren de pulsos del sistema de control. Las tres tecnologías tienen métodos de optimización que idealmente se logran mediante pruebas en el sistema final.

La salida de par del motor se basa en la selección del diámetro y la longitud, así como en la entrada de potencia para su funcionamiento. La clave es garantizar que el motor tenga el tamaño adecuado para lograr los pares máximos y al mismo tiempo optimizar la potencia para los ciclos de operación primarios.

Los motores DCT de alto torque ofrecen una mejor vida útil y confiabilidad debido a un menor calentamiento.

Beckstoffer: La eficiencia depende de varios factores, incluido el motor en sí, así como los factores de la bomba (diámetro del tubo, diámetro del rodillo, etc.). La coordinación de estos factores implica que los ingenieros del diseñador de la bomba y del proveedor del motor trabajen juntos para equilibrarlos. Desde la perspectiva del motor, las tecnologías CC y CC sin escobillas ofrecen mayor eficiencia que los motores paso a paso. Los ajustes del devanado de la bobina para que coincidan con las entradas del variador producen la mejor eficiencia durante la operación.

Beckstoffer: La operación de velocidad de circuito cerrado garantiza que el caudal deseado se mantenga durante la operación, ya que la retroalimentación confirma la velocidad real de la entrega. Cuando la precisión es crítica para la entrega, la operación de circuito cerrado confirma que se logra la cantidad adecuada de líquido durante un período determinado.

Beckstoffer: Los motores redundantes normalmente no se utilizan en bombas para sistemas de infusión, según el espacio físico disponible. Los dispositivos de retroalimentación utilizados en las bombas garantizarán la seguridad del usuario del dispositivo.

Beckstoffer: La colaboración entre los ingenieros de diseño del motor y de la bomba es esencial para optimizar el funcionamiento de la bomba. La selección de materiales de los componentes de la bomba se puede revisar en la fase de concepto para discutir las compensaciones entre el rendimiento y la vida útil.

Un cronograma típico de colaboración de ingenieros para una bomba de infusión.

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