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Proyecto Fin de Carrera Diseño, implementación y prueba de una bomba peristáltica de alta presión y su correspondiente sistema de manguera Autora Belén Calvo Bernad Director Jorge Falcó Boudet Escuela de Ingeniería y Arquitectura Universidad de Zaragoza 2014 Repositorio de la Universidad de Zaragoza – Zaguan http://zaguan.unizar.es Agradecimientos Mis más sinceros agradecimientos a todos los que me han apoyado a lo largo de la realización de este proyecto. A la empresa World Of Medicine por darme la oportunidad de trabajar con ellos y desarrollar un proyecto tan interesante. En especial a mis tutores Dr. Holger Winterberg y Dr. Holger Winterberg que siempre han mostrado un gran interés y han estado dispuestos a ayudar cuando era necesario. Mi más sincero agradecimiento a Jorge Falcó Boudet por su disponibilidad e interés por este proyecto. Pero a las personas a las que más me gustaría dar las gracias es a mis padres, que siempre han mostrado un gran interés en mi trabajo y siempre me han apoyado moralmente. Resumen: Diseño, implementación y prueba de una bomba peristáltica de alta presión y su correspondiente sistema de manguera El siguiente proyecto de fin de carrera tiene como objetivo el desarrollo y la construcción de una bomba hidráulica que, siguiendo el principio peristáltico, proporcione un chorro de agua a alta presión. Dicha bomba encuentra su aplicación en las intervenciones quirúrgicas de liposucción. En el funcionamiento de una bomba peristáltica un tubo o manguera flexible es aplastado continuamente por rodillos colocados adecuadamente sobre una rueda, dicha rueda está unida al eje del motor el cual la hace girar. Entre un paso y otro del rodillo impulsor, el tubo recupera su diámetro original generando un vacío que succiona el fluido circulante ayudando así a su avance. Es importante la adecuada colocación de los rodillos ya que si en algún momento dejan de presionar el conducto, el líquido podría retroceder. En el desarrollo del proyecto se fabrica un prototipo de laboratorio sobre el cual realizar los experimentos. En primer lugar se calcula y diseña la estructura de la bomba (soporte, motor, rueda de rodillos, rodillos, elementos auxiliares necesarios para la realización de los experimentos como fuentes de alimentación etc.). A continuación se investiga sobre el sistema de manguera. En la realización de la parte estructural hay que destacar la importancia del estudio de las distintas ruedas de rodillos que pueden ser empleadas, se enumeran sus ventajas e inconvenientes y se lleva a cabo un estudio práctico mediante experimentos sobre el prototipo. Un correcto análisis del material, forma y dimensiones de los rodillos que presionan el tubo así como de su adecuada colocación en la rueda es también de vital importancia. El sistema de manguera es un elemento clave en el funcionamiento de esta bomba peristáltica ya que se trabaja con presiones de hasta 30 bares. En la realización del proyecto se hace un exhaustivo análisis de los posibles materiales adecuados para la manguera, teniendo en cuenta tanto sus propiedades químicas como físicas. En cuanto a las propiedades físicas es necesario un material suficientemente elástico como para la rápida recuperación de forma del tubo tras su constante compresión. La manguera no sólo tiene que resistir la presión de hasta 30 bares sino también la constante fricción con los rodillos. Con todo ello se pretende con la realización de este proyecto desarrollar un prototipo que cumpla los requisitos establecidos y llevar a cabo las mediciones necesarias que lo corroboren. Índice 1. Introducción…………………………………………………………………… 2. Fundamentos teóricos………………………………………………………….. 2.1 Liposucción………………………………………………………………….. 2.2 Sistema de bombeo………………………………………………………….. 2.2.1 Bombas hidráulicas de aplicación en la medicina……………………….. …2.2.2 Bombas peristálticas……………………………………………………… 2.3. Pérdida de carga…………………………………………………………….. 3. Prototipo experimental…………………………………………………………. 3.1. Construcción del montaje experimental…………………………………….. 3.2. Sistema de tubos flexibles…………………………………………………... 4. Medición de los parámetros a controlar………………………………………... 5. Análisis experimental…………………………………………………………... 5.1. Selección de la rueda de rodillos……………………………………………. 5.1.1. Número de rodillos………………………………………………………. 5.1.2. Tamaño de los rodillos…………………………………………………... 5.2. Desarrollo del sistema de tubos…………………………………………….. 5.2.1. Influencia del diámetro interior del tubo flexible……………………….. 5.2.2. Selección del material del tubo…………………………………………. 5.3. Optimización del sistema de tubos flexibles………………………………... 5.4 Optimización de los rodillos………………………………………………… Anexo Anexo 1. Pérdida de carga………………………………………………………… Anexo 2. Instrumentos médicos empleados en operaciones de liposucción……… Anexo 3. Medición de los parámetros a controlar………………………………... 3.1. Estación de medición………………………………………………... 3.2. Medición de la presión………………………………………………. 3.3 Medición del caudal………………………………………………….. 3.4. Medición de la velocidad de rotación……………………………….. 3.5. Registro de datos con LabVIEW……………………………………. Anexo 4. Cálculo de la distancia necesaria entre empujador y rodillo…………… Anexo 5. Tamaño de los rodillos…………………………………………………. Anexo 6. Forma del rodillo……………………………………………………….. Anexo 7. Influencia del diámetro del tubo flexible……………………………….. Anexo 8. Observaciones en los materiales de Silicona y Norprene………………. Anexo 9. Análisis del efecto de la hendidura de los rodillos sobre la presión… Bibliografía 1 3 3 5 5 5 6 7 7 10 11 12 12 13 16 19 19 21 26 31 1 4 5 5 5 7 8 8 9 13 15 18 25 26 Índice de figuras Figura 2.1: Cánula de absorción con sus dos conductos……………………………….. Figura 2.2: Principio de una liposucción asistida por chorro de agua………………….. Figura 2.3: Diversos instrumentos empleados en las operaciones de liposucción……... Figura 2.4: Principio peristáltico de una bomba……………………………………….. Figura 3.1: Motor conectado a la fuente de alimentación externa…………………….. Figura 3.2: Prototipo experimental de la bomba………………………………………. Figura 3.3: Diagrama del sistema de tubos……………………………………………. Figura 3.4: Boquilla de 6 mm de longitud y 0,2 mm de diámetro interior…………….. Figura 5.1: Rueda con 5 rodillos y 6 rodillos de diámetro 14,7 mm y rueda con 4 dobles rodillos de diámetro 6 mm……………………………………………………… Figura 5.2: Comparación del número de rodillos utilizando un tubo de Silicona con un diámetro interior de 3,2 mm……………………………………………………………. Figura 5.3: Ruedas con rodillos cilíndricos con un diámetro de 6 mm………………… Figura 5.4: Comparación del número de rodillos utilizando un tubo de Tygon con un diámetro interior de 2,4 mm……………………………………………………………. Figura 5.5: Comparación del número de rodillos utilizando un tubo de Tygon con un diámetro interior de 2,4 mm……………………………………………………………. Figura 5.6: Tubo de Silicona…………………………………………………………… Figura 5.7: Tubo de Norprene…………………………………………………………. Figura 5.8: Izquierda: Tubo de Tygon DI=2,4mm. Derecha: Tubo de Tygon DI=3,2mm……………………………………………………………………………… Figura 5.9: Comparación de los cuatro tubos elegidos………………………………… Figura 5.10: Comparación del comportamiento del tubo reforzado al emplear las 3 ruedas de rodillos………………………………………………………………………. 5.11: Comparación del tubo reforzado con y sin recubrimiento protector. Empleada rueda con 6 rodillos…………………………………………………………………… Figura 5.12: Rueda de rodillos con 6 rodillos con una hendidura en la parte central que permite la adherencia del tubo……………………………………………………. 3 4 4 5 8 8 10 11 13 14 16 17 20 22 23 24 25 28 30 32 Índice de figuras anexo Figura A 2.1: Instrumento empleado en las operaciones de liposucción…………... Figura A 3.1: Efecto piezorresistivo……………………………………………….. Figura A 3.2: Esquema del método de distribución de calor ……………………… Figura A 4.1: Curvas Fuerza/Distancia de aplastamiento de los 4 tubos de ensayo. Elasticidad de los materiales……………………………………………………….. Figura A 5.1: Ruedas con 6 rodillos con un diámetro de 6 mm a la izquierda y un diámetro de 14,7 mm a la derecha…………………………………………………. Figura A 5.2: Comparación del comportamiento entre una rueda con 6 rodillos de 6 mm de diámetro y una rueda con 6 rodillos de 14,7 mm de diámetro…………… Figura A 5.3: Rodillo convexo a la izquierda y rodillo cilíndrico a la derecha……. Figura A 5.4: Comparación del comportamiento del caudal y la presión con respecto a la velocidad de rotación de la rueda empleando rodillos cilíndricos o rodillos convexos…………………………………………………………………… Figura A 5.5: Comparación del caudal y presión obtenidos con tubos de diferente diámetro interior. Rueda con 5 rodillos…………………………………………….. Figura A 5.6: Comparación del caudal y presión obtenidos con tubos de diferente diámetro interior. Rueda con 6 rodillos ……………………………………………. Figura A 5.7: Comparación del caudal y presión obtenidos con tubos de diferente diámetro interior. Rueda con 4 rodillos dobles …………………………………….. Figura A 5.8: Inestabilidad de la Silicona ante la presión………………………….. Figura A 5.9: Inestabilidad del Norprene…………………………………………... Figura A 5.10: Comparación de los valores de presión obtenidos con una rueda con 6 rodillos cilíndricos con y sin hendidura en la parte central …………………. Índice de tablas anexo Tabla A 5.1: Coordenadas de los puntos de flexión y de los puntos correspondientes a soportar 30 bares para las cuatro muestras de tubos elegidas….. Tabla A 5.2: Valores de caudal obtenidos en los experimentos a la velocidad de rotación para obtener teóricamente 100 ml/min……………………………………. 4 6 7 12 14 14 16 17 20 22 23 25 26 27 13 24 1 1. Introducción El siguiente proyecto de fin de carrera concluye mis estudios realizados en la Universidad de Zaragoza, con fecha del 15/04/2013 al 31/11/2013, en trabajo conjunto con la empresa World Of Medicine GmbH con emplazamiento en Berlín (a continuación denominada W.O.M.) en el departamento de investigación y desarrollo. W.O.M. es una empresa pionera y líder mundial en la medicina mínimamente invasiva. La empresa lleva desarrollando durante más de 40 años innovadores dispositivos médicos los cuales son comercializados a nivel internacional. Los productos desarrollados y fabricados por la empresa W.O.M. se dividen en cuatro grupos: “Flow & Fluid“, „Vision & Image“, „Disposables“ y „Cardiac-Thoracic Instruments“, en los cuales se desarrollan productos tales como bombas peristálticas, insufladores, productos para la visualización y la transmisión de datos en las operaciones, instrumentos de aplicación en el sistema cardiotorácico como endoscopios de disección vascular o retractores de capas pulmonares. Los productos recién mencionados encuentran su aplicación en la laparoscopia, histeroscopia, urología y en particular la artroscopia. [1] La empresa World Of Medicine pretende desarrollar una bomba peristáltica de alta presión cuya aplicación se encuentra en las operaciones quirúrgicas de liposucción. La liposucción se produce mediante la actuación de un chorro de agua que disuelve la grasa corporal situada en las zonas no deseadas del cuerpo, esta disolución es succionada y posteriormente desechada o reinsertada en otras zonas del cuerpo en caso de así desearlo. Todas las bombas peristálticas hasta ahora desarrolladas y producidas por W.O.M. trabajan siguiendo el principio peristáltico (bombas de rodillos). Estas bombas se caracterizan por ser de alta calidad y disponer de un funcionamiento sencillo. A lo largo del proyecto se pretende investigar si una bomba peristáltica de alta presión puede ser considerada una alternativa a las bombas de pistón utilizadas actualmente en las intervenciones de liposucción. El objetivo de este proyecto es el diseño, desarrollo y verificación de una bomba peristáltica, que sea capaz de proporcionar un caudal de 100 ml/min a una presión de en torno a 20-30 bares. Para ello será necesario el diseño y construcción de un prototipo experimental, la selección y prueba de los componentes más relevantes como son la rueda de rodillos y el tubo flexible a emplear. A partir del análisis de los resultados se perfecciona el sistema hasta llegar a uno óptimo que cumpla, en la medida de lo posible, con los objetivos. La bomba a desarrollar está basada en el mismo funcionamiento que poseen las actuales bombas peristálticas que la empresa W.O.M. desarrolla. Las bombas hidráulicas que actúan siguiendo el principio peristáltico son consideradas como alternativa debido sobre todo a su económico precio en comparación con el precio actual del mercado de las bombas de pistones destinadas para dicha aplicación. El sistema peristáltico posee además características muy ventajosas para su aplicación en la liposucción como por ejemplo la fácil esterilización de la bomba. En las bombas peristálticas el fluido solo está en contacto con el interior del tubo por tanto sólo es 2 necesario esterilizar dicho tubo, al evitar partes móviles en contacto con el fluido la esterilización resulta más sencilla. La producción y el mantenimiento de la bomba son por consiguiente más fáciles y baratos. 2. Fundamentos teóricos A continuación se describen los conceptos teóricos más significativos relativos al proyecto con el fin de ayudar a una mejor comprensión del mismo. 3 2.1 Liposucción La bomba peristáltica de alta presión a desarrollar en este proyecto está pensada para su aplicación en la liposucción. La liposucción o lipoaspiración es una tecnología sanitaria que se utiliza en cirugía estética mediante la cual las células adiposas de diversas zonas del cuerpo son absorbidas mediante una cánula o jeringa conectada a una máquina succionadora. Un tipo de liposucción es la Liposucción Asistida Water Jet, la cual debe su nombre al potente chorro de agua que se libera en la punta de la cánula. Este chorro de agua es lo suficientemente fuerte como para remover las células grasas sin traumatizar otros tejidos, nervios o vasos sanguíneos, las células de grasa liberadas son inmediatamente recogidas por la cánula para limitar la inflamación del tejido y los problemas asociados con los fluidos. La liposucción de chorro de agua se realiza a través de una cánula de aspiración que posee un segundo tubo en su interior (Figura 2.1). Un chorro de agua pulsante proveniente de la bomba peristáltica se inyecta a alta presión a través del conducto interior en el área del problema, la grasa es disuelta y posteriormente aspirada por el conducto exterior en la misma operación (Figura 2.2). Figura 2.1: Cánula de absorción con sus dos conductos Las ventajas empleando el chorro de agua con respecto al método tumescente convencional, en el cual se inyecta una mayor proporción de agua que de grasa a extraer, son las siguientes: reducción significativa de los tiempos de operación, mejor modelado 10 El sistema de tubos empleado en las pruebas experimentales se muestra esquemáticamente en el siguiente diagrama. (Figura 3.3). Figura 3.3: Diagrama del sistema de tubos El sistema de tubos está constituido por un tubo flexible. Tras la sección de tubo que actúa de segmento de la bomba se inserta un conector en Y que bifurca la salida en dos. De esta forma se puede tomar una de las bifurcaciones para medir la presión a la que se encuentra el fluido a la salida. El tubo flexible de una de dichas salidas es conectado a un sensor de presión, que a través de la instalación adecuada monitoriza la información en la pantalla del ordenador en forma de gráfica presión-tiempo. La otra salida actúa de conducto del fluido al exterior en forma de chorro de agua. En este trozo de tubo puede ser instalada una válvula que permite regular el caudal de salida en caso de así desearlo. La desventaja de la válvula empleada es que carece de escala indicadora de la apertura de salida en cada momento, desconociendo el diámetro de paso que está permitiendo. En los experimentos donde se fija un diámetro de salida determinado, se sustituye la válvula por una boquilla conectada de forma hermética al final del tubo. La boquilla tiene un diámetro de 0,2 mm, una longitud de 6 mm y está fabricada en metal. Depósito de agua Sensor de presión Válvula Boquilla Segmento de la bomba Conectores Conector en Y 11 Figura 3.4: Boquilla de 6 mm de longitud y 0,2 mm de diámetro interior En las operaciones de liposucción realizadas en la actualidad se emplean instrumentos médicos. (Más información en el Anexo 2. Instrumentos médicos empleados en operaciones de liposucción.) 4. Medición de los parámetros a controlar Para poder caracterizar la bomba que se está desarrollando y comprobar en qué medida se cumplen las condiciones establecidas, es necesario controlar y analizar los parámetros relevantes. Los parámetros principales a considerar son el comportamiento de la presión y del caudal en función de la velocidad de rotación. Para llevar a cabo los experimentos se dispone de un laboratorio habilitado en el área de investigación y desarrollo de la empresa W.O.M. Las mediciones son en todo experimento llevadas a cabo con agua. El agua es bombeada desde un recipiente conectado a la red de suministro, utilizada en cada medición a través del sistema de tubos del prototipo de bomba y recogida a su salida en otro recipiente conectado mediante una válvula a la red de aguas residuales. La estación de medición está equipada con un ordenador. Mediante una placa de conexiones los datos leídos por los sensores pueden ser enviados al ordenador y con la ayuda del programa LabVIEW interpretados y almacenados, dando como resultado gráficas tanto de presión como de caudal en función del tiempo. Esta estación dispone a su vez de un sensor de presión, y de un anemómetro, aunque este último no será empleado debido a su falta de precisión tal y como se explica en el anexo 3. Para la medición de la velocidad de rotación se emplea un tacómetro. Los sistemas de medición empleados son explicados con detalle en el Anexo 3.Medición de los parámetros a controlar.) 12 5. Análisis experimental En el análisis experimental se investiga y estudia los parámetros referentes a la bomba peristáltica que se consideran de mayor influencia. Es necesario tener siempre presente las dos variables a controlar: presión y caudal. Para este análisis se varían los distintos componentes de la bomba prototipo construida, incluyendo aquí tanto modificaciones de determinados elementos de la estructura como del sistema de tubos empleado. Para un exitoso estudio es necesario en primer lugar el cálculo teórico del prototipo con el fin de construir un ejemplar válido que permita llevar a cabo los experimentos. En el análisis experimental se incluye por tanto el cálculo para la construcción de la bomba prototipo de laboratorio así como los posteriores experimentos y mejoras realizadas a partir de la observación de los resultados obtenidos. Para comenzar los experimentos es necesario conocer el valor adecuado de fuerza a ejercer por el empujador en cada caso, es decir la distancia que resultará entre el empujador y el rodillo. Según el tipo de tubo bastará con una fuerza u otra, ejercer una fuerza insuficiente lleva consigo el mal aislamiento del tubo al ser presionado por los rodillos sin embargo ejercer un exceso de fuerza conlleva a un aumento de la fricción lo que reduce la vida útil del tubo. (El estudio queda detallado en el Anexo 4. Cálculo de la distancia necesaria entre empujador y rodillo.) 5.1. Selección de la rueda de rodillos La rueda es un elemento fundamental en el funcionamiento de la bomba, juega un papel esencial en el principio peristáltico ya que es la portadora de los rodillos que realizan dicha función. Además el diámetro de la rueda, junto con el diámetro interior del tubo y la velocidad de giro del rotor, influyen sobre el caudal a obtener a la salida de la bomba. Por todo ello es importante una correcta elección de la rueda a emplear así como de sus rodillos. Como queda reflejado en el apartado 3.1 Construcción del montaje experimental, la rueda elegida para el prototipo tiene un diámetro interior de 55 mm. Es importante recordar que este valor denominado como diámetro interior de la rueda es en realidad el diámetro de la circunferencia formada por los rodillos. Las ruedas están fabricadas en aluminio y conectadas a través de un eje al motor con el que giran solidariamente. A lo largo de este capítulo se pretende analizar la influencia del número de rodillos que se disponen en la rueda sobre los dos parámetros de estudio considerados importantes. También se analiza si la forma y tamaño de dichos rodillos puede resultar influyente. Dichos parámetros son presión y caudal. Para el estudio se llevan a cabo una serie de experimentos que determinarán a su vez si dicha influencia es dependiente del material y diámetro del tubo utilizado en el experimento o por el contrario el resultado varía de la misma forma con los cuatro tubos elegidos. 5.1.1. Número de rodillos 13 En la rueda o rotor se disponen los rodillos que van a presionar el tubo llevando a cabo el principio peristáltico en que se basa la bomba hidráulica a desarrollar. Los rodillos empleados están fabricados en polioximetileno (o su abreviatura POM), tienen una forma cilíndrica y una longitud de 14 mm. El número de rodillos que posee la rueda no es fijo, por tanto este es un parámetro a analizar en el proyecto de fin de carrera. Para el estudio de la influencia del número de rodillos sobre la presión y el caudal se ensayan tres ruedas con diferente número de rodillos. Para la elección del número de rodillos es importante tener en cuenta que los rodillos en ningún momento dejen de presionar el tubo en al menos un punto. Esto es necesario ya que si en algún momento los cilindros dejasen de presionar el conducto el líquido podría retroceder. El sentido de rotación del motor determina la dirección del flujo del contenido. La bomba peristáltica ideal debería tener un diámetro infinito del cabezal y el mayor diámetro posible de los rodillos. Esta bomba peristáltica ideal tendría una vida útil ilimitada del tubo y proporcionaría un flujo constante y libre de pulsaciones. Basándonos en esto se eligen como ruedas en el estudio las mostradas en la figura 5.1. 5 Rodillos 6 Rodillos 4 Rodillos dobles Figura 5.1: Rueda con 5 rodillos y 6 rodillos de diámetro 14,7 mm y rueda con 4 dobles rodillos de diámetro 6 mm La primera rueda tiene 5 rodillos, la segunda tiene 6 rodillos y por último en la tercera se han dispuesto 8 rodillos que a efectos prácticos actúan como 4 rodillos dobles. Tanto la rueda con 5 como 6 rodillos tienen rodillos de un diámetro de 14,7 mm (denominado D=14,7mm). En el caso de la última rueda, al disponer de un mayor número de rodillos, el diámetro es tan sólo de 6 mm (denominado D=6mm). Como objetivo en este apartado se pretende en primer lugar obtener una visión general del comportamiento de cada rueda observando la influencia del número de rodillos. A continuación se estudia si dicho comportamiento tiene dependencia del material y del diámetro del tubo. Como resultado final se pretende elegir, a partir de la información 14 obtenida, el número de rodillos a instalar en la rueda final con el que se obtengan resultados de caudal y presión más cercanos a los fijados como objetivo. Para la realización de la primera prueba se elige como sistema de tubos el primero, un tubo de Silicona con un diámetro interior de 3,2 mm y un espesor de pared de 1,6 mm. En el montaje del sistema de tubos se dispone de una válvula que permite regular la apertura de salida del tubo. En el diseño final la apertura permanecerá constante y puesto que no se dispone de válvulas con precisión suficiente para trabajar con diámetros del orden de décimas de milímetro se ha optado desde un primer experimento en mantener constante la apertura de la válvula, actuando así como una boquilla encargada de reducir el diámetro de la apertura de salida del conducto. La velocidad de rotación es regulada mediante la variación de la tensión de la fuente externa de alimentación del motor. Los valores de presión y caudal han sido anotados para diferentes valores de la velocidad de rotación. El experimento se lleva a cabo tres veces, cada vez con una rueda con un número de rodillos distinto e igual sistema de tubos. Los resultados quedan reflejados en las siguientes gráficas. 15 Figura 5.2: Comparación del número de rodillos utilizando un tubo de Silicona con un diámetro interior de 3,2 mm Se muestran las curvas de caudal/velocidad de rotación y las curvas de presión/velocidad de rotación de los tres ensayos. Se observa que en todas ellas, según lo esperado basándonos en la teoría, la presión actúa en función del caudal de salida. La presión aumenta al aumentar el volumen de fluido retenido a la salida en la boquilla debido a la reducción de sección del conducto. Comparando las tres curvas se aprecia un resultado ligeramente más elevado, tanto de caudal como por consiguiente de presión, en la rueda con 6 rodillos. Obteniéndose valores máximos de caudal de 52 ml/min y apenas una presión de 3,4 bares. Ambos alejados de los valores objetivo establecidos de 100 ml/min y 20-30 bares. Por contra los resultados obtenidos con la rueda que dispone de 4 rodillos dobles son los más bajos. Siendo la presión máxima de tan sólo 2,5 bares con un caudal de 38 ml/min. Las tres curvas muestran una tendencia positiva de caudal y presión hasta aproximadamente 100 rpm, valor a partir del cual se mantienen constantes los valores de ambos parámetros. La razón puede explicarse mediante la siguiente conjetura. Cuando la rueda alcanza velocidades de giro elevadas, el tiempo entre rodillos del que dispone el tubo para recuperar su forma inicial no es suficiente, por tanto, al no recuperar el diámetro de abertura inicial, el volumen de flujo efectivo disminuye impidiendo que el caudal de salida y por tanto la presión sigan aumentando. La presión y el flujo se mantienen constantes. La velocidad de recuperación del tubo depende del material y del espesor de la pared. La Silicona es un material blando y el espesor de pared es de sólo 1,6 mm por tanto las paredes del tubo no tienen fuerza suficiente para recuperar la forma en tan corto periodo de tiempo. 16 5.1.2. Tamaño de los rodillos Para resolver el problema mencionado en el apartado anterior se sustituyen los rodillos por unos de menor diámetro, de esta forma el tiempo entre rodillos queda aumentado ya que la superficie de estos es menor. Los rodillos con un diámetro de 14,7 mm quedan sustituidos por los que se muestran en la figura 5.4, donde las tres ruedas tienen ahora rodillos cilíndricos con un diámetro de 6 mm. 5 Rodillos 6 Rodillos 4 Rodillos dobles Figura 5.3: Ruedas con rodillos cilíndricos con un diámetro de 6 mm A continuación, empleando las ruedas con los nuevos rodillos de menor diámetro, se estudiar la influencia del material del tubo. Para ello se realiza de nuevo el experimento con un tubo de diferente material. Con ello se pretende comparar ambos resultados y analizar si cada rueda tiene el mismo comportamiento en ambos independientemente del material del tubo empleado. (Para más detalle sobre la influencia del tamaño de los rodillos sobre el caudal y presión ver el Anexo 5. Tamaño de los rodillos.) Se ha mencionado que la Silicona es un material blando y por ello las paredes no tienen fuerza suficiente para recuperar la forma en un tiempo breve. Puesto que es necesario seguir aumentando la velocidad de rotación para aumentar el caudal y con ello la presión, se elige ensayar un tubo de un material más duro. El siguiente experimento se lleva a cabo con un tubo de Tygon que tiene un diámetro interior de 3,2 mm y un espesor de pared de 1,6 mm al igual que el tubo de Silicona. Se trata de modificar sólo el material, dejando las dimensiones de tubo iguales para que sea posible la posterior comparación de resultados. El experimento se realiza 3 veces, cada vez con una rueda con un número distinto de rodillos (4 rodillos dobles, 5 rodillos y 6 rodillos). Se anotan los valores de presión y caudal al ir aumentando la velocidad de rotación de la rueda. La regulación de la velocidad de rotación se realiza mediante la variación de la tensión de la fuente de alimentación que alimenta el motor. 17 En este montaje se sustituye la válvula de salida que actuaba durante el experimento con un diámetro de abertura fijo por una boquilla cuyo diámetro interior es fijo y de valor 0,2 mm. Los comportamiento de caudal y presión en las tres mediciones son los que se muestran Figura 5.4: Comparación del número de rodillos utilizando un tubo de Tygon con un diámetro interior de 3,2 mm Los resultados de la curva perteneciente al experimento realizado con la rueda con 4 rodillos dobles y un tubo de Tygon DI=3,2mm muestran una tendencia similar al experimento con el tubo de Silicona. En este caso el único parámetro modificado es el material del tubo. Al sustituir la Silicona por un material más duro como es el Tygon se observa que los valores tanto de caudal como de presión son más elevados, lo cual confirma la conjetura descrita anteriormente sobre la velocidad de recuperación de a continuación en la figura 5.4 . 18 forma del tubo. Al emplear un material más duro las paredes del tubo tienen mayor fuerza y son capaces de recuperar mejor la forma en el mismo tiempo. Por tanto comparando valores a igual velocidad de rotación, en el experimento con Tygon la recuperación de la abertura del tubo es más rápida permitiendo el paso de un mayor volumen de fluido y así caudales y presiones mayores. A pesar de mejorar tanto presión como caudal permanecen constantes a partir de una cierta velocidad de rotación. Si comparamos las curvas pertenecientes a las ruedas con 5 y 6 rodillos hay que tener en cuenta que no sólo se emplea un material de tubo distinto sino también unos rodillos de menor diámetro que los empleados en las gráficas de la figura 5.2. Las curvas de caudal y presión obtenidas con la rueda con 6 rodillos muestran una tendencia similar con ambos materiales de tubo, Silicona y Tygon. Los valores son de nuevo ligeramente mayores por lo que se podría concluir que con el uso de un tubo de un material más duro se obtienen mejores resultados debido a que la fuerza de las paredes del tubo para la recuperación de forma es mayor. A pesar de ello a partir de una determinada velocidad de rotación se mantienen los valores constantes, esto significa que la rueda gira demasiado deprisa no dando tiempo al tubo a recuperar su abertura. La curva obtenida del experimento con la rueda con 5 rodillos muestra un comportamiento diferente al utilizar Tygon en vez de Silicona. En el caso de la Silicona no tenían las paredes del tubo fuerza suficiente para recuperar la forma a partir de unas 100 revoluciones por minuto. Sin embargo al emplear Tygon este problema ya no aparece siendo la tendencia del caudal y por consiguiente de la presión positiva en todo momento. De esta forma se llega a una presión de 4,4 bares con un caudal de 50 ml/min. (Se analiza una posible mejora a través de la modificación de la forma de los rodillos, el estudio está explicado en el Anexo 6. Forma del rodillo.) Las conclusiones obtenidas tras este segundo experimento son las siguientes: - El empleo de rodillos de menor diámetro (D=6mm) permite un mayor tiempo de recuperación de forma del tubo obteniéndose así mejores resultados. - Se confirma que empleando un tubo de un material más duro la velocidad de recuperación de forma del tubo aumenta y se obtienen resultados de caudal y presión más elevados. - Se demuestra que el número de rodillos tiene una influencia dependiente del material del tubo. Como se ha observado el comportamiento en los experimentos realizados con la rueda con 5 rodillos es diferente utilizando un material u otro del tubo. Por tanto no se puede obtener una conclusión referente a qué número de rodillos es más adecuado para el diseño puesto que varía al emplear diferentes materiales. Será necesario seguir probando las tres ruedas con cada material y diámetro de tubo para llegar a una conclusión fiable. Si bien 5 rodillos y Tygon es la combinación más productiva. 5.2. Desarrollo del sistema de tubos El tubo flexible juega un papel esencial en el funcionamiento de la bomba peristáltica. Hasta el momento el desarrollo de este proyecto ha estado centrado en analizar diferentes tipos de ruedas de rodillos aunque para ello haya sido necesario ayudarse también de un sistema de tubos. 19 A continuación se lleva a cabo un estudio más exhaustivo de los posibles tubos a utilizar. Los experimentos ya realizados han aportado una idea general del comportamiento de cada tubo de diferente material y diámetro, en el estudio más detallado se pretende justificar el descarte o la elección de cada material de acuerdo a su comportamiento de trabajo. Del mismo se analiza el diámetro del tubo más adecuado de acuerdo a un compromiso entre el cumplimiento de los requisitos y la reducción en lo posible de los problemas que puedan aparecer como rozamiento o corta vida útil del tubo. De acuerdo con los requisitos el tubo debe soportar una presión de aproximadamente 30 bares y a través de él fluir alrededor de 100 ml/min. Para lograr esto es necesaria una alta velocidad de rotación de la rueda que produce una fuerte fricción entre el tubo y los rodillos. Este es un problema a tener siempre presente en el siguiente estudio. Se requiere un material que no sólo resista la alta presión sino también el rozamiento constante. Además el tubo debe tener una elasticidad apropiada para realizar de forma rápida el cierre y consiguiente abertura que hace avanzar el fluido mediante el principio peristáltico. La importancia de la elasticidad queda reflejada y analizada en el Anexo 4 Cálculo de la distancia necesaria entre empujador y rodillo. Figura A 4.1.) El objetivo de la investigación es encontrar un tubo que cumpla en la medida de lo posible los requisitos anteriores. Teniendo también en cuenta los demás componentes que forman el sistema de tubos como conectores. En primer lugar se selecciona la longitud idónea del segmento de la bomba, a continuación se estudia el diámetro del tubo y por último su material. 5.2.1. Influencia del diámetro interior del tubo flexible Continuando con los experimentos se lleva a cabo un tercero que pretende probar la dependencia del comportamiento del caudal y de la presión con el diámetro interior del tubo empleado. Para ello se lleva a cabo un experimento similar a los dos anteriores realizados en el apartado 5.1.2. donde se anotan los valores de presión y caudal conforme se va aumentando la velocidad de rotación de la rueda. En este ensayo se elige el tubo de Tygon, ya que ha quedado demostrado que al ser un material más duro permite mejores resultados, con un diámetro interior de 2,4 mm y un espesor de pared de 1,6 mm. Se realiza el experimento tres veces, una con cada rueda con 4 rodillos dobles, 5 rodillos y 6 rodillos. No se ven más modificaciones con respecto a la prueba anterior por lo que los rodillos siguen teniendo un diámetro de 6 mm y la boquilla empleada a la salida un diámetro de 26 Cuanto más duro y de menor diámetro es el material, mayor es la presión máxima alcanzada. El uso de materiales blandos y elásticos como la Silicona no resulta efectivo. La razón se puede encontrar en las paredes del tubo, al ser de un material blando son aplastadas con facilidad pero no consiguen recuperar su forma natural con rapidez. Este efecto es fundamental para el funcionamiento de la bomba puesto que si el caudal efectivo disminuye, la presión permanece constante. La presión máxima alcanzada con el tubo de Silicona es de 2,5 bares con una distancia de aplastamiento de en torno a 3,6 mm. El diámetro del tubo es un factor influyente tal y como se muestra en la gráfica. Comparando tubos con el mismo espesor de pared se observa que las paredes tienen más fuerza con menor diámetro de tubo. Esa fuerza permite recuperar la abertura del tubo rápidamente. Las curvas obtenidas con tubos de Tygon DI=3,2mm y Tygon DI=2,4mm tienen una forma similar aunque desplazada en el eje X en torno a 0,6 mm debido a la diferencia de diámetros. La forma de la curva es debida a la elasticidad de cada material. Conforme a los resultados obtenidos se concluye que el material y diámetro más adecuado es el Tygon con un diámetro interior de 2,4 mm. Con este tubo se alcanza una presión máxima de 4,2 bares con una distancia de desplazamiento de aproximadamente 2,8 mm. Finalmente se puede concluir que la Silicona y el Norprene no son materiales adecuados (Ver más información en el Anexo 8. Observaciones en los materiales de Silicona y Norprene.) En la realización de los experimentos con Tygon no se ha observado ninguna inestabilidad o anomalía. Además se alcanzan con este material los valores más elevados de presión aunque hasta el momento son de tan solo 4,5 bares. Este valor de presión es muy inferior al objetivo de 20-30 bares por lo que será necesaria la investigación de nuevos materiales o el rediseño de la construcción para poder alcanzar mejores resultados. 5.3. Optimización del sistema de tubos flexibles A partir de los resultados obtenidos en los experimentos realizados hasta el momento se pretende construir un sistema de tubos flexibles optimizado, pudiendo así mejorar los valores tanto de presión como de caudal. Como ha quedado demostrado los tubos empleados hasta el momento tienen limitaciones físicas que impiden alcanzar los requisitos de caudal y presión establecidos, por tanto se busca un nuevo tubo a partir de la información recogida que sea capaz de producir un caudal y una presión mayores resistiendo tanto la carga mecánica por la fricción con los rodillos como la ejercida por la alta presión del interior del tubo flexible. Dado que con el tubo con menor diámetro se han obtenido resultados más favorables, se escoge un tubo flexible de diámetro aún menor. El material tiene que resistir una presión de al menos 30 bares y tener una elasticidad tal que se cierre y abra en un periodo de tiempo mínimo ya que al ser el tubo de un diámetro pequeño requiere una gran velocidad de rotación para obtener un caudal de 100 ml/min. 27 El sistema de tubos se compone de varios conectores que permiten bifurcar el tubo tras el segmento de la bomba hacia el sensor de presión y hacia la boquilla de salida. Los conectores han de ser por tanto también los adecuado evitándose fugas. El tubo flexible escogido es fabricado por la empresa GORE, modelo HPBT (High Pressure Braided Tubing), tiene un diámetro interior de 1,6 mm y un espesor de pared de 1 mm. Está fabricado en una base de silicona reforzada en su interior con una malla de fibras poliméricas. Dicho tubo está testado para soportar presiones de 117 bares, lo cual asegura un buen funcionamiento ante la presión trabajando en la bomba peristáltica que se está desarrollando. En los experimentos realizados con dicho tubo flexible se comprobará su resistencia ante el rozamiento con los rodillos lo cual determina su duración. Los conectores empleados son conectores Luer y la boquilla situada en la salida que actúa en el lugar del instrumento de operación sigue siendo una boquilla con una longitud de 6 mm y un diámetro interior de 0,2 mm. A continuación se realiza un experimento con el sistema de tubos flexibles optimizado en el cual se ensayan las tres ruedas de rodillos puesto que no ha quedado demostrado que el funcionamiento de una sea superior al de las demás. Se lleva a cabo el experimento tres veces, con la rueda con 5 rodillos, 6 rodillos y 4 rodillos dobles. Se anotan los valores de caudal y presión obtenidos al ir aumentando la velocidad de rotación mediante la regulación de la tensión del sistema auxiliar de alimentación del motor. En este caso la velocidad de rotación es elevada al máximo que el tubo es capaz de resistir antes de romperse. Al trabajar con un tubo reforzado capaz de resistir altas cargas mecánicas y presiones se trabaja con velocidades de rotación mucho más elevadas que en los experimentos anteriores. Las dos gráficas siguientes reflejan el comportamiento del caudal y la presión de los tres experimentos llevados a cabo. 28 ruedas de rodillos En el experimento se va aumentando la velocidad de rotación de la rueda de rodillos hasta la aparición de fisuras en el tubo que producen fugas de agua y por tanto fuerzan la finalización del experimento. Se aprecia en las tres curvas que los valores de presión obtenidos son mayores que los obtenidos con los tubos empleados hasta el momento. Esto confirma que las características del sistema de tubos optimizado son más adecuadas para la obtención de altas presiones. El problema de la resistencia por parte del tubo flexible a la alta presión desaparece, si bien persiste el causado por el rozamiento, que incluso se ve incrementado al trabajar con velocidades de rotación superiores. En el caso de la prueba realizada con la rueda de rodillos con 5 rodillos el tubo no es capaz de soportar más de 300 rpm, valor a partir del cual aparecen fisuras en la superficie del Figura 5. 10 : Comparación del comportamiento del tubo reforzado al emplear las 3 29 tubo que impiden con la continuación del experimento. Por tanto el caudal máximo alcanzado es de tan solo 22 ml/min y la presión de 13 bares. A pesar de haber alcanzado un valor de presión muy superior al obtenido hasta el momento, el valor del caudal es todavía muy inferior al de 100 ml/min establecido como requisito. Analizando la curva que representa el experimento realizado con la rueda con 4 rodillos dobles se observa una mejora de la resistencia al rozamiento en comparación con el experimento realizado con la rueda con 5 rodillos. El tubo flexible es capaz de permanecer intacto hasta las 335 rpm, velocidad a partir de la cual aparecen fisuras en el tubo que de nuevo obligan a finalizar el experimento. Los valores alcanzados de caudal y presión son 64 ml/min y 10 bares respectivamente. Con esta rueda de rodillos se aprecia que la curva permanece constante en los últimos valores medidos de modo que se intuye una tendencia constante que impediría la obtención de caudales y presiones mayores. Por último se analiza la curva que mejores resultados muestra. Se trata del experimento realizado empleando la rueda con 6 rodillos. El tubo flexible en este caso ha resistido velocidades de rotación de hasta 900 rpm sin sufrir daños. El caudal alcanzado para dicha velocidad de rotación es de 60 ml/min y la presión 17,8 bares. Dichos resultados son muy positivos a pesar de no llegar a alcanzar los valores mínimos fijados como objetivo. Se considera por tanto que el tubo reforzado con fibras poliméricas trabajando junto con la rueda con 6 rodillos es la combinación óptima. La disposición de los 6 rodillos resulta ser la más adecuada para minimizar la fricción entre el tubo y los rodillos. A pesar de la minimización de la fricción, esta sigue siendo elevada y causando como consecuencia una corta duración del tubo. Por ello en este proyecto fin de carrera se sigue estudiando la posibilidad de reducir dicha fricción con el fin de obtener un sistema capaz de proporcionar dichos resultados durante un mayor periodo de tiempo. Se considera la posibilidad de recubrir el tubo con otro tubo concéntrico que actúe como protector. Este tubo protector tiene la finalidad de absorber el rozamiento, minimizando así el roce entre el tubo flexible óptimo y los rodillos. Para el tubo que actúa como recubrimiento se elige un tubo de silicona ya que se dispone de tubos de silicona de diversos diámetros. La silicona se considera además un material adecuado debido a que no se precisa que resista las altas presiones por no estar en directo contacto con ellas. En el siguiente experimento se prueba el tubo reforzado con fibras poliméricas recubierto con un tubo de silicona que actúa como protector frente al rozamiento entre el tubo y los rodillos. Se emplea la rueda de rodillos con 6 rodillos y el sistema de tubos flexibles descrito en la optimización, incluyendo los conectores Luer y la boquilla de salida con un diámetro interior de 0,2 mm. 30 En las siguientes gráficas se muestran los datos recogidos en las dos pruebas, comparando los resultados con y sin recubrimiento protector. Empleada rueda con 6 rodillos Las dos curvas obtenidas en los experimentos con y sin recubrimiento muestran un comportamiento similar aunque desplazado en el eje de ordenadas. Los valores tanto de caudal como de presión son menores al emplear el recubrimiento. La causa puede residir en la falta de contacto directo entre los rodillos y el tubo que impide el aplastamiento total del tubo reduciéndose el volumen efectivo de fluido de trabajo. El doble tubo, tubo reforzado más tubo protector, hace que las paredes del tubo necesiten mayor tiempo para recuperar su forma natural. 5.1 1 : Comparación del tubo reforzado con y sin recubrimiento protector. 31 Recubriendo el tubo se pretendía protegerlo de la fricción alargando así su duración. Sin embargo se observa que en la práctica el recubrimiento, al ser de silicona, queda dañado enseguida al trabajar la bomba a revoluciones tan elevadas. Una vez dañado el recubrimiento, el tubo interior queda expuesto al rozamiento de los rodillos y acaban apareciendo fisuras que traen consigo fugas de agua. Queda demostrado que el recubrimiento de silicona no es una solución válida al problema del rozamiento, empeorando además los resultados de caudal y presión. Sería necesario hacer un estudio para probar distintos materiales que actuaran como recubrimiento protegiendo el tubo interior. En el ámbito de este proyecto final de carrera no se dispone de tiempo necesario para ello. Analizando la curva del experimento con el tubo sin recubrimiento se observa que el caudal obtenido es menor que en el experimento anterior con la misma rueda con 6 rodillos, sin embargo la presión es mayor, y ambos permanecen constantes a partir de en torno a 500 rpm. Los valores máximos de caudal y presión son de 58 ml/min y 20,5 bares respectivamente. Esta diferencia de valores de un experimento a otro con los mismos componentes indica que el experimento no es reproducible. La razón reside en la falta de precisión al medir la distancia de aplastamiento o la fuerza ejercida por el empujador. Para una precisión adecuada sería necesario un sistema de regulación mucho más sofisticado y por tanto costoso. En el ámbito de este proyecto fin de carrera se utilizan los elementos de medida disponibles, por tanto hay que aceptar la no reproducibilidad de los resultados, sabiendo sin embargo que habría que estudiarla en una futura investigación con los elementos de medida adecuados ya que se trata de un punto importante en el desarrollo de un producto de comercialización en el mercado. 5.4 Optimización de los rodillos En el capítulo anterior queda demostrado que la opción más adecuada para el tubo flexible es el tubo de silicona reforzado con fibras poliméricas con un espesor de pared de 1 mm y un diámetro interior de 1,6 mm. Sin embargo los rodillos cilíndricos utilizados hasta el momento no permiten una buena adherencia del tubo, el cual se desliza hacia uno de los extremos mientras la bomba está en funcionamiento. Si el tubo flexible no está perfectamente centrado sobre el rodillo, el rodillo no puede comprimirlo correctamente de modo que el principio peristáltico no se lleva a cabo. Por eso es de vital importancia que el tubo se mantenga centrado en todo momento. Para solucionar dicho problema se realizan en los rodillos unas hendiduras en la parte central que facilitan al tubo su adherencia. En la siguiente figura se muestra la rueda de rodillos con los 6 rodillos con una muesca en la parte central. 32 Figura 5.12: Rueda de rodillos con 6 rodillos con una hendidura en la parte central que permite la adherencia del tubo Los resultados del experimento realizado para analizar la influencia de la hendidura se muestran en el Anexo 9. Análisis del efecto de la hendidura de los rodillos sobre la presión. Como conclusión se emplean los rodillos con hendidura central ya que a pesar de acarrear una ligera disminución de presión a igualdad de velocidad de rotación, permiten un funcionamiento adecuado de la bomba peristáltica mejor y a mayores velocidades de rotación de la rueda de rodillos. 6. Conclusión 6.1 Resumen El objetivo de este proyecto fin de carrera era el desarrollo, producción y verificación de una bomba peristáltica de alta presión capaz de proporcionar un chorro de agua con un caudal de 100 a 120 ml/min y una presión de 20 a 30 bares. Dicha bomba basa su funcionamiento en el principio peristáltico utilizado hasta el momento en las bombas que la empresa W.O.M. ha desarrollado. Para lograr esto ha sido necesario el estudio de los componentes tanto de la estructura de la bomba como del sistema de tubos utilizado. A continuación se desarrolla un prototipo de laboratorio gracias al cual se puedan llevar a cabo los experimentos que permiten desarrollar el proyecto. El análisis de los resultados ha ido permitiendo una optimización de los componentes, siguiendo la dirección más adecuada hasta lograr una bomba peristáltica capaz de proporcionar algo más de 20 bares y un caudal de en torno a 60 ml/min. A pesar de no cumplir con los objetivos fijados, los resultados son considerados muy positivos y queda demostrado que es posible, mediante el sistema peristáltico, el desarrollo de una bomba que cumpla con dicho fin. Si bien queda abierto a la continuación de su desarrollo. A lo largo del desarrollo del proyecto se han ido resolviendo innumerables problemas tanto constructivos: fugas en conectores, mejora de piezas, búsqueda y elección adecuada de adhesivo correspondiente a cada material etc. como problemas de medida de los parámetros o problemas de concepto en el diseño inicial. La correcta evolución del 33 proyecto ha dado como resultado el prototipo capaz de conseguir los valores nombrados anteriormente. Dicho prototipo se compone de un motor de corriente continua conectado a una fuente de alimentación externa el cual hace girar la rueda de rodillos, una rueda de rodillos con 6 rodillos cilíndricos con una hendidura en la parte central que facilita la adherencia del tubo, un sistema de tubos formado por un tubo flexible de silicona reforzado con fibras poliméricas con un diámetro interior de 1,6 mm y un espesor de pared de 1 mm, conectores Luer que permiten una hermética conexión entre segmentos de tubo, un sensor de presión capaz de medir presiones de hasta 100 bares conectado a un ordenador en el que aparece la información medida, una boquilla para la reducción de la sección a la salida que aporta la oposición necesaria al fluido que permite el aumento de presión y por último un empujador que ejerce la presión necesaria para el aplastamiento del tubo, todo ello construido sobre un soporte que da robustez y firmeza a la bomba peristáltica. También hay que añadir los componentes auxiliares de medida empleados que permiten la realización de los experimentos como el depósito de agua, probetas, cronómetro, tacómetro así como las diversas herramientas empleadas. 6.2. Futuras investigaciones La realización de este proyecto fin de carrera está limitada a un periodo de tiempo de 7 meses. Consecuentemente no es posible el estudio exhaustivo de todas las posibilidades que podrían suponer una mejora en el sistema. Sin embargo considero importante nombrar dichas posibles opciones de mejora para futuras investigaciones. La fricción entre los rodillos y el tubo siempre ha resultado un problema a tener en cuenta. Dicho rozamiento reduce la vida del tubo flexible hasta incluso menos de 15 minutos lo cual lo imposibilita para su utilización en la aplicación a la que está destinada la bomba peristáltica, una operación de liposucción asistida por chorro de agua, la cual tiene una duración media de entre 30-45 minutos. Sería necesario el estudio de nuevos materiales con propiedades que los doten de resistencia frente a dicho rozamiento conservando a su vez la elasticidad que permite el cierre y abertura en tiempos mínimos. También sería recomendado el estudio de un recubrimiento que, empleando el mismo tubo reforzado, lo proteja de la fricción aumentando así su duración. Dicho recubrimiento podría ser otro tubo concéntrico o una capa de una sustancia protectora. Con las mejoras anteriores se podría aumentar la velocidad de rotación y con ello la presión alcanzando los valores fijados como objetivo. Sin embargo al emplear un tubo con un diámetro interior de tan sólo 1,6 mm es más costoso alcanzar los valores objetivo para el caudal. Con el fin de resolver dicho problema se podría estudiar la posibilidad de colocar dos tubos trabajando en paralelo, de esta forma el caudal se duplicaría llegando sin problema a los objetivos. Mediante una modificación de la estructura del empujador y de los rodillos así como una sencilla adaptación en el sistema de tubos se podría conseguir un caudal total que sea la suma del caudal que proporcionan ambos tubos, a una presión que es la alcanzada por el fluido en ambos tubos flexibles. 34 Otra posible idea a llevar a estudio sería la realización de una bomba en varias etapas. De esta forma la diferencia de presión entre la entrada y salida sería la mitad, supongamos que para obtener una presión final de 30 bares se realiza una bomba en dos etapas, es decir, dos bombas peristálticas colocadas consecutivamente. Cada bomba debe aumentar el fluido sólo 15 bares de presión, siendo menores los problemas de fugas en conectores o resistencia del tubo a altas presiones en la etapa inicial. 1 Anexo 1. Pérdida de carga Las pérdidas de carga o pérdidas de presión están presentes en el desarrollo de este proyecto por lo que es importante conocer su origen y hacer los cálculos que ayuden al correcto diseño. Las pérdidas pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, accidentales o localizadas, debido a circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de una válvula, etc. Al primer grupo, pérdidas primarias, pertenecen las “pérdidas de superficie” en el contacto del fluido con la superficie (capa límite), rozamiento de unas capas de fluido con otras (régimen laminar o las part culas de fluido entre s régimen tur ulento Tienen lugar en flujo uniforme y por lo tanto, principalmente se producen en tramos de tuberías de sección constante. Al segundo grupo, perdidas secundarias, pertenecen las “pérdidas de forma” que tienen lugar en las transiciones (estrechamiento o expansiones), en codos, válvulas y en toda clase de accesorios de tuberías [1]. El cálculo de las pérdidas de carga debido tanto a la fricción en la tubería como a las resistencias individuales que encuentre el fluido a lo largo de la tubería (válvula, boquilla, codo, etc.) se realiza teniendo en cuenta el tipo de fluido, tratándose de un fluido compresible o incompresible. La bomba a diseñar encuentra su aplicación en operaciones de liposucción asistida con chorro de agua. En estas operaciones el fluido a bombear es siempre agua, o en su defecto, una disolución acuosa con características similares en lo que respecta a tipo de fluido, por tanto el medio puede considerarse para el estudio de esta bomba como incompresible. En primer lugar se ha de calcular la pérdida de presión debida a la fricción con las paredes del tubo. Esta pérdida es dependiente del diámetro interior y de la longitud de la manguera. En tubos de mayor longitud, se encontrarán pérdidas de carga mayores, así también se ven aumentadas las pérdidas al disminuir el diámetro interior del tubo. La fórmula mostrada a continuación indica esta relación con mayor precisión. Se trata de la ecuación de Darcy-Weisbach obtenida de forma empírica. Ec.:1. siendo: hƒ = pérdida de carga debido a la fricción (m) l = longitud del tubo (m) d = diámetro interior del tubo (m) v = velocidad media de la sección del tubo (m/s) g = constante gravitatoria (m/s2) ƒ = factor de fricción o coeficiente de resistencia de DarcyWeisbach (adimensional) El factor de fricción o coeficiente de resistencia de Darcy-Weis ach ƒ es un parámetro adimensional que se utiliza para calcular la pérdida de carga en una tubería debida a la fricción. 8 El caudal objetivo impuesto para la bomba peristáltica a desarrollar es un caudal bajo, de tan solo 100 ml/min, debido a esto y al tipo de experimentos a realizar se puede prever que el caudal de salida puede ser en algunas de las mediciones casi nulo. Con caudales tan bajos el sensor de caudal del que se dispone en la estación de medida no proporciona datos suficientemente fiables, el margen de error del sistema no puede considerarse despreciable trabajando con caudales pequeños. Por esta razón, el caudal es medido manualmente en todos los experimentos realizados a lo largo de este proyecto de fin de carrera. El caudal se determina manualmente como una relación entre el volumen y el tiempo. Para la medida del volumen se utiliza un cilindro de medición graduado y para la medición del tiempo se emplea un cronómetro. La siguiente ecuación muestra el caudal como relación volumen-tiempo. Caudal [ml / min] = Volumen [ml] / tiempo [min] Ec. 7. Para mayor facilidad a la hora de trabajar se expresa el volumen en mililitros (ml), y el tiempo en minutos (min). De esta forma en cada medición se registra el volumen de agua procedente de la salida de la bomba que se recoge en el cilindro de medición en un minuto de tiempo cronometrado con exactitud. 3.4. Medición de la velocidad de rotación Para la medida de la velocidad de rotación se emplea un tacómetro de mano modelo DT 2L/k fabricado por la marca Conrad Elektronik. La transmisión del movimiento de rotación se lleva a cabo a través de una continua emisión y recepción de un haz de luz. En este dispositivo se encuentran tanto el emisor como el receptor. Un diodo láser actúa como emisor emitiendo un haz de luz de color rojo sobre un punto fijo del rotor del cual se pretende medir la velocidad de rotación. Sobre dicho rotor es necesario colocar previamente una pequeña tira adhesiva que gira con él y refleja a su encuentro el haz de luz en cada rotación. El tacómetro registra el número de vueltas efectuado por el rotor en un minuto y lo muestra en un display. Las unidades mostradas en pantalla son revoluciones por minuto (rpm). Con el tacómetro es posible medir sin contacto la velocidad de 5 a 99.999 revoluciones por minuto a una distancia de medición máxima de 1 m. [5] 3.5. Registro de datos con LabVIEW Para la recogida y registro de datos se ha empleado un programa denominado LabVIEW(acrónimo de "Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench"). LabVIEW es una plataforma y entorno de desarrollo para diseñar sistemas, con un lenguaje de programación visual gráfico. Este programa fue desarrollado por National Instruments en 1986 siendo disponible su última versión en el año 2013. 9 Los programas desarrollados con LabVIEW se llaman Instrumentos Virtuales. Entre sus objetivos están el reducir el tiempo de desarrollo de aplicaciones de todo tipo (no sólo en ámbitos de Pruebas, Control y Diseño) y el permitir la entrada a la informática a profesionales de cualquier otro campo. Este programa es recomendado para sistemas hardware y software de pruebas, control y diseño, simulado o real y embebido, pues acelera la productividad. En el marco de este proyecto final de carrera el programa LabVIEW es empleado principalmente como ayuda para la visualización en forma gráfica de los datos de presión obtenidos del sensor. Siendo posible su registro tanto en formato digital como en papel. El programa se compone de dos partes, el diagrama de bloques y la pantalla frontal que transmite la información visual al usuario. El diagrama de bloques debe ser diseñado previamente representando la información del sistema que se va a estudiar. Gracias a este programa se puede llevar un seguimiento y control de la presión a la salida de la bomba peristáltica en cada instante, dato de vital importancia junto con el caudal recogido a la salida. Anexo 4. Cálculo de la distancia necesaria entre empujador y rodillo La parte de tubo correspondiente al segmento de la bomba está situada sobre los rodillos bajo presión ejercida por el empujador. El empujador opone resistencia a los rodillos, favoreciendo así una mejor oclusión del tubo. Es importante destacar que la oclusión es sólo una fase del proceso peristáltico, para completarlo con éxito es imprescindible la consiguiente apertura y recuperación de la forma inicial permitiendo el paso del fluido. Por tanto el empujador debe ejercer una fuerza mínima pero suficiente de manera que los rodillos sean capaces de cerrar el tubo a su paso recuperando a su vez la apertura inicial cuando ningún rodillo esté enfrentado al empujador. La fuerza recién mencionada varía dependiendo del material del tubo y de su diámetro. Esta fuerza determinará la distancia entre el empujador y el rodillo enfrentado. Dicha distancia es denominada rendija. La rendija debe ser la máxima posible para minimizar la fricción que sufre el tubo. En la realización de los experimentos es más sencillo medir la distancia que recorre el empujador cuando desciende comprimiendo el tubo, a dicha distancia se la denomina distancia de aplastamiento. La distancia de aplastamiento será aquella distancia que haya recorrido el empujador desde la posición de referencia cuando el tubo está en su forma natural hasta que está comprimido en su forma de trabajo. A continuación se analiza mediante la siguiente prueba el valor de la rendija teóricamente adecuada para soportar en cada caso la presión máxima fijada como objetivo de 30 bares. 10 Estos valores se calculan para cuatro tubos de diferente tamaño y material que han sido escogidos para un primer análisis. Estos cuatro tubos han sido seleccionados de entre todos los que se ofrecen en el mercado tras comparar sus propiedades. Todos los materiales son similares a los de los tubos utilizados en la actualidad por la empresa W.O.M. en sus bombas peristálticas, exceptuando la capacidad de resistir altas presiones que necesariamente tiene que ser más elevada. Los tubos empleados en las sucesivas pruebas son brevemente descritos a continuación. Silicona Uno de los tubos elegidos es de silicona y tiene un diámetro interior de 3,2 mm y un espesor de pared de 1,6 mm. La silicona es un material blando, la dureza según la escala A de Rockwell de dicho tubo es de 40 A. Norprene El siguiente tubo elegido es de un material conocido como Norprene.Tiene un diámetro interior de 3,2 mm y un espesor de pared de 1,6 mm. El Norprene es también un material blando cuya dureza según la escala A de Rockwell es 50 A. Dos de los tubos elegidos son del mismo material por lo que se denominan con el diámetro interior para diferenciarlo a lo largo del proyecto. El material se conoce como Tygon, es un material más duro que los dos anteriores siendo su dureza según la escala A de Rockwell de 75 A. Tygon_DI = 3,2 mm El tercer tubo está hecho de Tygon. Su diámetro interior es de 3,2 mm y su espesor de pared de 1,6 mm. Tygon_DI = 2,4 mm Por último se ha elegido un tubo del mismo material y distinto diámetro. En este caso el diámetro interior es de 2,4 mm y el espesor de pared de 1,6 mm. En primer lugar se calculan, a partir de las gráficas obtenidas en las siguientes mediciones, los valores teóricos de rendija que serían necesarios para cada tubo, teniendo en cuenta su diámetro y material. Las mediciones se realizan mediante una máquina estática para ensayos a compresión fabricada por la empresa Zwick Roell, modelo Z 0.5. Se realizan cuatro ensayos, cada uno tomando una muestra de uno de los cuatro tubos escogidos. En cada ensayo se coloca el tubo sobre la rueda con rodillos, esta rueda es una de las que será empleada en los experimentos con el prototipo de laboratorio. El número de rodillos en este caso no es relevante puesto que la rueda se coloca estáticamente de forma que el rodillo quede enfrentado con el brazo prensador del aparato, que actúa representando al empujador de la bomba prototipo. 11 El brazo prensador que representa al empujador tiene una terminación plana y está conectado a una célula de carga capaz de soportar 500 N de fuerza. La máquina para ensayos de compresión se programa para que descienda comprimiendo la muestra a una velocidad de 10 mm / min. 12 La distancia de aplastamiento se divide en dos, la debida a la compresión del tubo cuyo valor se corresponde con el diámetro interior y la debida al aplastamiento de las paredes del tubo, valor dependiente tanto de la fuerza ejercida como de las características del material. En el aplastamiento de la primera parte el empujador no realiza apenas fuerza sobre el tubo, es en esta segunda parte, cuando el empujador ha recorrido la distancia correspondiente al diámetro interior del tubo, cuando la fuerza requerida por el empujador para continuar descendiendo a la velocidad establecida aumenta exponencialmente. Las gráficas reflejan claramente estas dos secciones. De ellas se podrá extraer el valor de la distancia de aplastamiento que se requiere en cada caso. En primer lugar se calcula de forma teórica el valor de fuerza necesario para que el cierre del tubo soporte una diferencia de presión de 30 bares entre ambos lados. A partir de dicha información se obtiene de la gráfica el valor de la distancia de aplastamiento. La presión deseada (p) es de 30 bares. 1 bar = 0,1 N/mm2  30 bar = 3 N/mm2 La superficie (A) de contacto es dependiente del diámetro exterior del tubo (dA ) y se aproxima de acuerdo con la ecuación : A = dA * dR Ec. 8. donde dR representa el diámetro de los rodillos . Para el cálculo de la superficie de contacto es suficiente con una aproximación, para ello se considera el contacto entre el rodillo y el tubo un rectángulo el cual se corresponde al formado cuando la fuerza ejercida por el empujador es la máxima. La fuerza requerida (F) se calcula mediante la siguiente ecuación: F = p * A Ec. 9. La rueda empleada en el ensayo de compresión es una rueda con 4 rodillos dobles, a efectos prácticos solo es relevante el tamaño del rodillo que tiene un diámetro de 6 mm. Distinguimos dos valores de fuerza dependiendo del valor del diámetro. Los tubos Silicona, Norprene y Tygon ID=3,2mm tienen un diámetro interior de 3,2 mm y un diámetro exterior de 6,4 mm. El cálculo de fuerza requerida es el siguiente: dR = 6 mm dA = 6,4 mm A = 6,4 mm * 6 mm = 38,4 mm2 F = 3 N/mm2 * 38,4 mm2 = 115,2 N El cálculo para el tubo Tygon ID = 2,4 mm, con un diámetro interior de 2,4 mm y un diámetro exterior de 5,6 mm es el que se muestra a continuación: dR = 6 mm dA = 5,6 mm A = 5,6 mm * 6mm = 33,6 mm2 F = 3 N/mm2 * 33,6 mm2 = 100,8 N 13 Las siguientes curvas Fuerza/Distancia de aplastamiento se corresponden con los cuatro Figura A 4.1: Curvas Fuerza/Distancia de aplastamiento de los 4 tubos de ensayo. Elasticidad de los materiales Cada valor de la fuerza ejercida por el empujador se corresponde con una distancia de aplastamiento. Gracias a las curvas extraemos los valores de las distancias de aplastamiento necesarias para obtener la fuerza calculada anteriormente de forma teórica como fuerza requerida para soportar 30 bares de presión. Las distancias de aplastamiento resultantes son las siguientes para cada tubo: Silicona : Distancia de aplastamiento = 5,6 mm Norprene : Distancia de aplastamiento = 4,8 mm Tygon_ID = 3,2 mm : Distancia de aplastamiento = 4,1 mm Tygon_ID = 2,4 mm : Distancia de aplastamiento = 3,4 mm tubos mencionados. Tygon DI=2,4mm Tygon DI=3,2mm Silicona Norprene 14 Se observa que las curvas llegan hasta 120 N en todos los casos, esto es debido a que la máquina de ensayo de compresión es programada para detenerse automáticamente cuando la fuerza ejercida es de 120 N. El punto de flexión de la curva representa el momento en el que las paredes del tubo entran en contacto produciendo un aumento exponencial de la fuerza a ejercer por el empujador. En la figura 5.1 se puede apreciar que para los materiales más blandos como la Silicona y el Norprene la fuerza ejercida para poner en contacto las paredes del tubo es mucho menor que para el material más duro, Tygon. Es decir, los puntos de flexión tienen sus coordenadas más bajas en el eje de ordenadas. También se puede destacar que el punto de flexión en la curva del Tygon ID = 2,4 mm no está claramente definido, mientras los puntos de flexión en materiales más blandos se aprecian claramente. Para mayor exactitud se muestran en la siguiente tabla los valores de las coordenadas tanto de los puntos de flexión como de los puntos correspondientes a soportar los 30 bares de presión establecidos como objetivo máximo. Punto de flexión Punto de resistencia a 30 bares Tubo Distancia de aplastamiento [mm] Fuerza [N] Distancia de aplastamiento [mm] Fuerza [N] Silicona 3,6 11 5,6 115,2 Norprene 3,3 13 4,8 115,2 Tygon DI=3,2mm 3,4 41 4,1 115,2 Tygon DI=2,4mm 2,8 46 3,4 100,8 Tabla 5.1: Coordenadas de los puntos de flexión y de los puntos correspondientes a soportar 30 bares para las cuatro muestras de tubos elegidas Anexo 5. Tamaño de los rodillos Anteriormente se ha observado que el tamaño de los rodillos afecta al comportamiento del caudal y la presión. A continuación se pretende analizar dicho efecto comparando las curvas tanto de caudal como de presión de experimentos realizados con el mismo montaje, tan sólo variando el tamaño del rodillo. De esta forma se quiere confirmar que los rodillos de menor diámetro resultan favorecedores en el funcionamiento de la bomba peristáltica obteniéndose mejores resultados. 15 En las siguientes figuras se muestran las dos ruedas a comparar. Ambas tienen 6 rodillos, a la izquierda se muestra la rueda con 6 rodillos con un diámetro de 6 mm y a la derecha la rueda con 6 rodillos con un diámetro de 14,7 mm. 16 Figura A 5.1: Ruedas con 6 rodillos con un diámetro de 6 mm a la izquierda y un diámetro de 14,7 mm a la derecha Los ensayos son llevados a cabo con el tubo que ha resultado ser el más adecuado hasta el momento, esto es el tubo de silicona con un diámetro interior de 2,4 mm y un espesor de pared de 1,6 mm. La boquilla conectada a la salida tiene una longitud de 6 mm y un diámetro interior de 0,2 mm. La velocidad de rotación es controlada mediante la regulación de la tensión de la fuente de alimentación externa conectada al motor. 17 Figura A 5.2: Comparación del comportamiento entre una rueda con 6 rodillos de 6 mm de diámetro y una rueda con 6 rodillos de 14,7 mm de diámetro Las gráficas anteriores reflejan el diferente comportamiento de ambos rodillos. Se aprecia claramente el aumento del caudal con los rodillos de 6 mm de diámetro mientras que con los rodillos de 14,7 mm de diámetro permanece constante a partir de 100 rpm. Este suceso es debido a la falta de tiempo que hay para la recuperación de la forma del tubo. El tubo, al no tener fuerza suficiente en las paredes para recuperarse en el periodo de tiempo entre dos rodillos, no se abre completamente reduciéndose el volumen de fluido que avanza. Al disminuir el volumen efectivo el efecto peristáltico no se puede realizar y la presión deja de aumentar. Se confirma que el tamaño influye en el funcionamiento de la bomba siendo mejor con rodillos de menor diámetro, por tanto a partir de ahora serán utilizados los rodillos de 6 mm de diámetro. Anexo 6. Forma del rodillo Se observa que los resultados obtenidos hasta el momento están bastante alejados de los valores establecidos como objetivo. Se trata de buscar alternativas o modificaciones que sirvan de solución a los posibles problemas que impiden alcanzar mayores valores tanto de caudal como de presión. La forma cilíndrica del rodillo podría provocar un mal aislamiento del tubo cuando este se cierra por acción del rodillo. Al trabajar con un material duro como el Tygon se considera la posibilidad de que el volumen efectivo de fluido se vea reducido debido a la falta de vacío que provoca la succión del fluido. Al haber un gran estrés en la superficie exterior del tubo, las zonas laterales en la parte interior no se ponen en contacto por lo que el aislamiento no es completo. 24 Trabajar con un volumen efectivo menor implica un menor caudal lo que conlleva a su vez a una menor presión. A continuación se realiza el mismo experimento con la rueda de rodillos con 6 rodillos cilíndricos para comprobar si el comportamiento de ambos tubos es el mismo independientemente de la rueda de rodillos empleada. diámetro interior. Rueda con 6 rodillos Los resultados obtenidos con la rueda que dispone de 6 rodillos son similares a los obtenidos en el experimento anterior donde la rueda empleada disponía de 5 rodillos. Figura A 5.6 : Comparación del caudal y presión obtenidos con tubos de diferente 25 De nuevo se observa que el tubo de menor diámetro produce menor caudal para una misma velocidad de rotación pero sin embargo la tendencia es creciente, lo cual implica que el principio peristáltico se está llevando a cabo correctamente. En el caso de Tygon DI=3,2mm el caudal, y por tanto la presión, permanecen constantes debido a la disminución del volumen efectivo causado, como se ha explicado para el experimento anterior, por la insuficiente velocidad de recuperación de las paredes del tubo. Los valores de caudal obtenidos en la práctica son de nuevo menores que los calculados teóricamente. En este caso con el tubo de mayor diámetro, Tygon DI=3,2mm, se alcanza un caudal de 31 ml/min para la velocidad de rotación de 72 rpm que se corresponde teóricamente a un caudal de 100 ml/min. Mientras que para el Tygon DI=2,4mm el caudal es de 26 ml/min a una velocidad de rotación de 128 rpm. Siendo incluso mayor la diferencia con los teóricos 100 ml/min. Este experimento demuestra que en la práctica hay factores que determinan numerosas pérdidas, las cuales no están tenidas en cuenta en los cálculos teóricos. Se puede demostrar también que el tubo con diámetro interior 2,4 mm, a pesar de obtener un caudal menor que el teórico, tiene un mejor funcionamiento pudiendo seguir aumentando la velocidad de rotación para obtener un caudal mayor. Por último se realiza el experimento con la rueda con 4 rodillos dobles. Los resultados se muestran en los siguientes gráficos. 26 Figura A 5.7: Comparación del caudal y presión obtenidos con tubos de diferente diámetro interior. Rueda con 4 rodillos dobles Las curvas muestran de nuevo un comportamiento similar a los casos anteriores. El Tygon DI=2,4mm muestra una curva creciente mientras que la curva del Tygon DI=3,2mm permanece constante a partir de en torno a 100 rpm. También los valores de caudal obtenidos son menores que los calculados teóricamente. En el caso de Tygon DI=3,2mm para una velocidad de rotación de 72 rpm se obtiene un caudal de 32 ml/min en vez de los 100 ml/min teóricos. En el caso de Tygon DI=2,4mm para una velocidad de rotación de 128 rpm se obtienen 35 ml/min en vez de los 100 ml/min que deberían obtenerse de acuerdo a la teoría. La siguiente tabla recoge los valores prácticos obtenidos en los tres experimentos anteriores. De esta forma se puede comparar con facilidad los valores de caudal obtenidos a la velocidad de rotación a la que teóricamente deberían obtenerse 100 ml/min. 5 Rodillos 6 Rodillos 4 Rodillos dobles Tygon DI=3,2mm 42 ml/min 31 ml/min 32 ml/min Tygon DI=2,4mm 32 ml/min 26 ml/min 35 ml/min Tabla A 5.2: Valores de caudal obtenidos en los experimentos a la velocidad de rotación para obtener teóricamente 100 ml/min Queda demostrado en las tres pruebas que el tubo con diámetro interior 2,4 mm muestra una tendencia más favorable ya que por tener menor diámetro las paredes del tubo flexible 27 tienen mayor fuerza para recuperar la forma en el escaso periodo de tiempo entre rodillos. A pesar de observar en la tabla anterior que los valores alcanzados con el Tygon DI=3,2mm son mayores, es importante fijarse en que la tendencia del caudal es constante y por tanto no se podrían obtener mayores caudales aumentando la velocidad de rotación. Anexo 8. Observaciones en los materiales de Silicona y Norprene Durante el transcurso de los experimentos se observan otros problemas que llevan al inmediato descarte del material para su uso en esta aplicación. En el caso del tubo de Silicona se observa que las propiedades elásticas del material lo hace inestable ante la presión. Debido a un taponamiento del tubo en la zona del segmento de la bomba, el fluido no puede avanzar acumulándose para formar una burbuja que deforma el tubo (ver figura 5.8). Figura A 5.8: Inestabilidad -------- -de la Silicona ante la presión Dicha inestabilidad ante la presión junto con las limitaciones físicas del material para alcanzar presiones mayores de 7 bares caracterizan a la Silicona como material no válido para la fabricación del tubo de la bomba peristáltica de alta presión a desarrollar. Del mismo modo al llevar a cabo un experimento con un tubo de Norprene, se observa una anomalía de este material. Se produce un ligero ensanchamiento del tubo en una zona sin ser sometida a mayor presión (ver figura A 5.9). Acumulación de agua 28 Aunque el problema que resulta determinante para su descarte es la aparición de pequeñas partículas procedentes del interior del tubo. La bomba peristáltica encuentra su aplicación en la medicina, por ello es esencial el uso de un material que cumpla con los requisitos establecidos por la ley para la seguridad del paciente. El desprendimiento de partículas imposibilita el uso del Norprene como material para la fabricación del tubo flexible. Anexo 9. Análisis del efecto de la hendidura de los rodillos sobre la presión Se lleva a cabo un nuevo experimento para comprobar la eficacia de los nuevos rodillos tras la optimización y cómo esta hendidura central repercute en los resultados obtenidos de presión. Se comparan los resultados obtenidos del experimento con la rueda de rodillos cilíndricos con los resultados obtenidos en dicho experimento, en el cual los rodillos están modificados con una hendidura central. El sistema de tubos es el obtenido tras la optimización. Se comparan en el siguiente gráfico las presiones alcanzadas en ambos experimentos. Acumulación de agua Figura A 5.9 : Inestabilidad del Norprene 29 Figura A 5.10: Comparación de los valores de presión obtenidos con una rueda con 6 rodillos cilíndricos con y sin hendidura en la parte central El gráfico muestra la comparación entre rodillos cilíndricos con y sin hendidura en la parte central. Ambas curvas muestran un comportamiento similar. La curva perteneciente al experimento con rodillos con hendidura está ligeramente desplazada hacia abajo en el eje de ordenadas lo cual indica que para una misma velocidad de rotación de la rueda de rodillos se obtiene un valor de presión algo menor. La ventaja de esta modificación de los rodillos es la capacidad de obtener presiones más altas ya que, al permanecer el tubo fijo en el centro, es posible aumentar la velocidad de rotación y con ello la presión. El experimento se ha finalizado para valores de 500-550 rpm debido a que el tubo, en el caso de los rodillos sin hendidura, se desliza hacia los extremos del rodillo dejando así de ser comprimido por el empujador y por tanto dejando de funcionar la bomba peristáltica. Bibliografía [1] Página web de la empresa World of Medicine; http://www.world-of-medicine.com/; (Acceso 17.04.2013) [2] Bombas peristálticas; www.clarksol.com/html/peristaltic_pump.htm ; (Acceso 24.04.2013) [3] Amy Ebelhack; Peristaltic Pumps – Matching the Tubing to the Fluid – Considering peristaltic pump tubing performance parameters; Chemical Processing Magazine, Oktober 2001 [4] Wikipedia, Silicona; http://es.wikipedia.org/wiki/Silicona; (Acceso 02/01/2014) Bibliografía Anexo [1] Universidad de Valladolid, Master en automoción; https://www5.uva.es/guia_docente/uploads/2012/389/51453/1/Documento6.pdf; (Acceso 18.09.2013) [2] Wikipedia, Número de Reynods; http://es.wikipedia.org/wiki/Número_de_Reynolds; (Acceso 10/12/2013) [3] Völklein Friedemann, Thomas Zetterer; Praxiswissen Mikrokomputertechnik (Grundlagen Technologien Anwendugen); 2 Auflage; Vieweg; Verlag; Wiesbaden; Januar 2006; ISBN 3-528-13891-2 [4] J.Niebuhr, G.Lindner; Physikalische Messtechnik mit Sensoren; Oldenbour-Verlag; 1996; ISBN 3-486-23614-8 [5] Manual del usuario (Bedienungsanleitung); Conrad Elektronik; Handdrehzahlmesser DT 2L/k [6] Norprene https://us.vwr.com/store/catalog/product.jsp?product_id=4638160; (Acceso 14.10.2013)