Abstracto
Las bombas peristálticas se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones porque proporcionan un medio para transportar fluidos sensibles sin exponerlos a pistones mecánicos o piezas móviles. La selección del material es fundamental porque la tubería entra en contacto con el fluido. Este documento técnico ofrece una visión general del funcionamiento de una bomba peristáltica y compara seis opciones diferentes de materiales para los tubos de la bomba peristáltica en cuanto a dureza, tamaño, compatibilidad química y durabilidad.
Materiales de los tubos:
- Cloruro de polivinilo (PVC) flexible de alto peso molecular
- Cloruro de polivinilo (PVC) flexible estándar
- Silicona curada con peróxido
- Vulcanizado termoplástico (TPV)
- Elastómero termoplástico (TPE)
- Caucho Viton
Cómo funciona una bomba peristáltica
En su forma principal, una bomba peristáltica funciona de manera similar al esófago humano. La palabra peristalsis se define como “ondas sucesivas de contracción involuntaria que recorren las paredes de una estructura muscular hueca y empujan su contenido hacia adelante” (Merriam-Webster). Así que, antes de leer los siguientes párrafos, tome un vaso de agua y piense en cómo se transmite este fluido.
La bomba peristáltica mecánica se compone de unos pocos componentes sencillos que se combinan para formar una bomba de desplazamiento positivo. Un motor eléctrico proporciona energía a un rodillo que gira y comprime un tubo flexible a lo largo de la carcasa de la bomba. Esta compresión y posterior relajación del tubo, simultáneamente, introduce fluido y lo expulsa por el otro extremo. Los siguientes pasos e imágenes ofrecen una explicación detallada del proceso de bombeo peristáltico.
La bomba peristáltica mecánica se compone de unos pocos componentes sencillos que se combinan para formar una bomba de desplazamiento positivo. Un motor eléctrico proporciona energía a un rodillo que gira y comprime un tubo flexible a lo largo de la carcasa de la bomba. Esta compresión y posterior relajación del tubo, simultáneamente, introduce fluido y lo expulsa por el otro extremo. Los siguientes pasos e imágenes ofrecen una explicación detallada del proceso de bombeo peristáltico.
Paso 1:
- La bomba peristáltica gira y crea un sello en el lado de succión de la bomba. Además, encapsula la sección azul del fluido y comienza a empujarla a través de la bomba.
- La sección roja del fluido está siendo expulsada por el extremo de descarga de la bomba.
- A medida que la tubería comienza a recuperarse, la sección verde del fluido es succionada por la bomba.
Paso 2:
- A medida que la bomba gira, continúa empujando la zona azul del fluido.
- La sección roja del fluido ya se ha descargado por completo.
- La sección verde del fluido continúa siendo aspirada por la bomba.
Paso 3:
- A medida que la bomba gira, continúa empujando la zona azul del fluido.
- La sección verde del fluido continúa siendo aspirada por la bomba.
Paso 4:
- A medida que la bomba gira, continúa empujando la zona azul del fluido.
- La sección verde del fluido ahora está encapsulada por los rodillos.
Dureza de la tubería
La bomba peristáltica transporta el fluido comprimiendo un tubo entre un rodillo y la carcasa de la bomba. La tubería debe ser lo suficientemente flexible como para permitir que el motor gire e impulse el fluido a través de ella. Si la tubería es demasiado rígida, ejercerá una carga adicional sobre el motor, lo que puede reducir la vida útil de la bomba o incluso impedir que funcione por completo. Una pauta general para las bombas peristálticas es seleccionar un valor de dureza que esté entre 50 y 65 en la escala de dureza Shore A.
Algunas aplicaciones requieren que se coloque un filtro en el extremo de descarga de la bomba. A medida que el filtro elimina las impurezas del flujo, puede llegar a obstruirse parcialmente. Esto generará contrapresión en la bomba, lo que podría provocar que la tubería reviente si supera la presión nominal de la misma. En estos casos, puede ser necesario un material más resistente para evitar que la contrapresión supere la presión de rotura máxima del tubo. Tanto el fabricante de la tubería como el fabricante de la bomba peristáltica deberían poder ayudar a determinar la dureza del material necesaria para la aplicación.
Algunas aplicaciones requieren que se coloque un filtro en el extremo de descarga de la bomba. A medida que el filtro elimina las impurezas del flujo, puede llegar a obstruirse parcialmente. Esto generará contrapresión en la bomba, lo que podría provocar que la tubería reviente si supera la presión nominal de la misma. En estos casos, puede ser necesario un material más resistente para evitar que la contrapresión supere la presión de rotura máxima del tubo. Tanto el fabricante de la tubería como el fabricante de la bomba peristáltica deberían poder ayudar a determinar la dureza del material necesaria para la aplicación.
Tamaño del tubo
Los fabricantes de bombas peristálticas suelen recomendar una marca específica de tubos para usar con sus bombas, a fin de garantizar que el usuario utilice el material, la dureza y el tamaño correctos. Al igual que ocurre con la dureza de los tubos, una bomba de tamaño incorrecto puede sufrir daños irreversibles. Nunca es seguro asumir que un tubo de tamaño estándar funcionará con una bomba, incluso si tiene el mismo diámetro interior. El espesor de la pared del tubo debe coincidir con el espacio entre el rodillo y la carcasa de la bomba peristáltica. Incluso una diferencia de 0,005 pulgadas en el espesor de la pared puede reducir significativamente la vida útil de la bomba o incluso impedir que funcione por completo. Como se muestra en la Figura 1, un espesor de pared delgado puede impedir que se cree un sello y la bomba no funcionará de manera eficiente. La figura 2 ilustra un espesor de pared excesivo, lo que provoca un mayor desgaste de la tubería y una menor vida útil de la bomba.
Compatibilidad química
Dado que el fluido transportado por una bomba peristáltica solo entra en contacto con una superficie (el tubo), la selección del material puede resultar bastante sencilla. No existe un material universal para bombas peristálticas que funcione con todos los productos químicos, por lo que es importante comprender los efectos de cada uno. Las clasificaciones que se enumeran a continuación representan una generalización general de una familia de materiales. Todos los tubos deben someterse a pruebas en condiciones reales para garantizar su idoneidad para una aplicación específica.
Calificaciones:
Excelente = Los tubos no deberían sufrir degradación debido a productos químicos y es muy probable que sean adecuados para una exposición prolongada.
Bueno = La tubería sufrirá cierta degradación debido a la exposición a productos químicos.
Regular = La tubería puede sufrir una degradación significativa.
Deficiente = El material no se recomienda para aplicaciones
Bueno = La tubería sufrirá cierta degradación debido a la exposición a productos químicos.
Regular = La tubería puede sufrir una degradación significativa.
Deficiente = El material no se recomienda para aplicaciones
productos químicos
Cloro: = Un producto químico que se utiliza comúnmente para la purificación del agua.
Agua (destilada): = Agua a la que se le han eliminado las impurezas mediante destilación.
Aceite (ASTM #1): = Un aceite que se usa a menudo para indicar compatibilidad con aceites y grasas lubricantes.
Alcohol isopropílico: = Un disolvente industrial que se evapora rápidamente y deja un residuo mínimo.
Ácido clorhídrico: Un ácido mineral fuerte y altamente corrosivo.
Hidróxido de sodio: Una base resistente que se utiliza habitualmente en la industria química y en la producción de papel. También se conoce como lejía o sosa cáustica.
Agua (destilada): = Agua a la que se le han eliminado las impurezas mediante destilación.
Aceite (ASTM #1): = Un aceite que se usa a menudo para indicar compatibilidad con aceites y grasas lubricantes.
Alcohol isopropílico: = Un disolvente industrial que se evapora rápidamente y deja un residuo mínimo.
Ácido clorhídrico: Un ácido mineral fuerte y altamente corrosivo.
Hidróxido de sodio: Una base resistente que se utiliza habitualmente en la industria química y en la producción de papel. También se conoce como lejía o sosa cáustica.
Caudal en tubería (comparación con bombeo continuo)
Se realizaron pruebas con seis materiales de tubería diferentes que se colocaron dentro de una bomba peristáltica de dos rodillos que funcionó a 100 RPM durante un total de 24 horas. El tamaño del tubo era de 1/4” de diámetro interior x 7/16” de diámetro exterior y se probó a temperatura ambiente. Los datos se pueden encontrar en la tabla a continuación, que muestra cómo respondió cada tubo a más de 280.000 ciclos de compresión y relajación de la bomba peristáltica. Excluyendo los tubos de caucho Viton, los diferentes materiales se comportaron de manera bastante similar, manteniendo un caudal dentro del 3% del caudal inicial.
Esta prueba demuestra que, cuando una bomba funciona de forma continua durante un corto periodo de tiempo, los materiales de bajo coste, como el PVC, pueden ser tan eficaces como la silicona, que es más cara. Los rodillos de la bomba estaban en constante movimiento, por lo que la tubería no permanecía comprimida durante largos periodos de tiempo. En esta situación, las propiedades superiores de deformación permanente por compresión de un material como la silicona son menos importantes. El caucho Viton mostró propiedades de desgaste dinámico muy deficientes y no mantuvo un caudal constante.
Esta prueba demuestra que, cuando una bomba funciona de forma continua durante un corto periodo de tiempo, los materiales de bajo coste, como el PVC, pueden ser tan eficaces como la silicona, que es más cara. Los rodillos de la bomba estaban en constante movimiento, por lo que la tubería no permanecía comprimida durante largos periodos de tiempo. En esta situación, las propiedades superiores de deformación permanente por compresión de un material como la silicona son menos importantes. El caucho Viton mostró propiedades de desgaste dinámico muy deficientes y no mantuvo un caudal constante.
Deformación de la tubería (comparación con bombeo intermitente)
Se realizó una prueba de bombeo intermitente en seis materiales de tubería diferentes que se colocaron dentro de una bomba peristáltica de dos rodillos que funcionó a 50 RPM durante un total de cuatro ciclos. El tamaño del tubo era de 1/4” de diámetro interior x 7/16” de diámetro exterior y se probó a temperatura ambiente.
Durante esta prueba, la bomba permaneció inactiva, lo que provocó que el tubo quedara comprimido entre el rodillo y la carcasa durante largos períodos de tiempo. El tubo tenderá a permanecer en este estado comprimido y no recuperará completamente su diámetro original después de ser liberado. Esto reduce la succión general y el caudal subsiguiente de la bomba. El caudal varió significativamente durante cada ciclo debido a que el rodillo comprimía una nueva zona al final de cada ciclo. El material de silicona fue el único tubo que mantuvo un caudal constante durante toda la prueba.
Durante esta prueba, la bomba permaneció inactiva, lo que provocó que el tubo quedara comprimido entre el rodillo y la carcasa durante largos períodos de tiempo. El tubo tenderá a permanecer en este estado comprimido y no recuperará completamente su diámetro original después de ser liberado. Esto reduce la succión general y el caudal subsiguiente de la bomba. El caudal varió significativamente durante cada ciclo debido a que el rodillo comprimía una nueva zona al final de cada ciclo. El material de silicona fue el único tubo que mantuvo un caudal constante durante toda la prueba.
Resumen
La dureza, el tamaño y la compatibilidad química de los tubos son factores importantes a tener en cuenta al seleccionar un material para una bomba peristáltica. Es fácil pasar por alto cualquiera de estas consideraciones de diseño, por lo que es importante trabajar directamente con el fabricante de la tubería o de la bomba peristáltica en lo que respecta a la selección de materiales y realizar pruebas internas antes de la aprobación de la tubería.
Este documento ofrece directrices generales que constituyen un buen punto de partida para la mayoría de las aplicaciones. Los tubos para bombas peristálticas suelen tener una dureza de entre 50 y 65 Shore A y, a menudo, se venden con tolerancias muy ajustadas en el diámetro interior y el espesor de la pared. Dado que la tubería es la única superficie a la que está expuesto el fluido, la tabla de compatibilidad química incluida en este informe proporciona una buena manera de reducir las opciones de materiales.
Los seis materiales analizados en este artículo fueron probados tanto en condiciones de funcionamiento continuo como intermitente. Durante las pruebas continuas, la mayoría de los materiales se comportaron de forma muy similar en el corto período de tiempo analizado. Esto sugiere que materiales que a menudo se pasan por alto, como el PVC, podrían satisfacer las necesidades de aplicaciones médicas de un solo uso y a corto plazo. Durante las pruebas intermitentes, la silicona destacó como el material óptimo debido a sus excelentes características de deformación permanente por compresión.
Este documento ofrece directrices generales que constituyen un buen punto de partida para la mayoría de las aplicaciones. Los tubos para bombas peristálticas suelen tener una dureza de entre 50 y 65 Shore A y, a menudo, se venden con tolerancias muy ajustadas en el diámetro interior y el espesor de la pared. Dado que la tubería es la única superficie a la que está expuesto el fluido, la tabla de compatibilidad química incluida en este informe proporciona una buena manera de reducir las opciones de materiales.
Los seis materiales analizados en este artículo fueron probados tanto en condiciones de funcionamiento continuo como intermitente. Durante las pruebas continuas, la mayoría de los materiales se comportaron de forma muy similar en el corto período de tiempo analizado. Esto sugiere que materiales que a menudo se pasan por alto, como el PVC, podrían satisfacer las necesidades de aplicaciones médicas de un solo uso y a corto plazo. Durante las pruebas intermitentes, la silicona destacó como el material óptimo debido a sus excelentes características de deformación permanente por compresión.
Referencias
- Tabla de resistencia química. (s.f.). Obtenido de
www.coleparmer.com/Chemical-Resistance - Tabla de resistencia química. (s.f.). Retrieved from www.omega.com/pdf/tubing/technical_section/chemical_chart_1.asp
- ¿Cómo funcionan las bombas dosificadoras y las bombas de manguera? (s.f.) Retrieved from https://www.verderflex.com/Pump_Technology/How_do_peristaltic_pumps_work
- Diccionario Merriam-Webster. Recuperado de
https://www.merriam-webster.com/dictionary/peristalsis
Opciones de tubos para bombas peristálticas
Tubos de cloruro de polivinilo de alto peso molecular Grayline MD55–PVC
Grayline MD55-PVC es un tubo flexible transparente fabricado con un compuesto de vinilo de alto peso molecular, libre de ftalatos y de alta pureza, adecuado para su uso en aplicaciones de bombas peristálticas de corta duración. Este material tiene un tacto suave, similar al del caucho, y puede soportar los métodos de esterilización con óxido de etileno (EtO) y en autoclave.
Tubos de cloruro de polivinilo Grayline CX65–PVC
Grayline CX65-PVC es un tubo flexible de PVC no tóxico de calidad de laboratorio, diseñado para ofrecer una excelente resistencia a muchos fluidos, especialmente a productos químicos inorgánicos como la lejía, el ácido sulfúrico diluido o el ácido nítrico. Este tipo de tubería ofrece su mejor rendimiento en aplicaciones de bombeo continuo a corto plazo, donde el coste de la tubería es un factor crucial.
Tubos de silicona Grayline MD60–PR-SIL
Grayline MD60-PR-SIL es un tubo flexible de grado médico, curado con peróxido, que ofrece una excelente resistencia a temperaturas extremas. Los tubos son blandos, flexibles y no contienen plastificantes que puedan filtrarse y provocar la contaminación del flujo. Es inodoro, insípido, inerte e ideal para su uso en aplicaciones de bombas peristálticas tanto continuas como intermitentes.
Tubos de caucho termoplástico Grayline Everprene-60
Los tubos Grayline EVERPRENE-60 están fabricados con un material de caucho termoplástico flexible, apto para su uso en aplicaciones de agua, alimentos y bebidas. Es una buena opción para aplicaciones de bombas peristálticas a largo plazo, ya que ofrece una excelente resistencia a la fatiga por flexión y una buena resistencia al desgarro.
Tubo de elastómero termoplástico Grayline MD65-TPE
Grayline MD65-TPE es un tubo flexible transparente fabricado con un compuesto de TPE de alta pureza. A diferencia de la mayoría de los materiales TPE, el MD65-TPE ofrece un alto nivel de transparencia, resistencia a las torceduras, elasticidad ante las abrazaderas y características de rendimiento similares a las del PVC. No contiene DEHP ni plastificantes de ftalato y es ideal para aplicaciones de bombas peristálticas a corto plazo.
Tubo de caucho Viton Grayline FL60-VTN
Los tubos Grayline FL60-VTN ofrecen una excelente resistencia a aceites, combustibles, lubricantes y la mayoría de los ácidos minerales. También resiste los hidrocarburos alifáticos y aromáticos (tetracloruro de carbono, benceno, tolueno y xileno). Es ideal para su uso en aplicaciones de bombas peristálticas que transportan ácidos altamente corrosivos.
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