Como as bombas de diafragma podem funcionar para dispositivos sensíveis

Jun 04, 2024

19 de março de 2020 Por Nancy Crotti

As bombas de diafragma funcionam como bombas de bicicleta, com um ciclo de entrada e um ciclo de saída por revolução do motor de acionamento, o que produz um fluxo inerentemente pulsátil. A Dynaflo desenvolveu um para os militares dos EUA que praticamente elimina esse efeito.

Lorenzo Maine, Dynaflo

(Imagem da Dynaflo)

As bombas de diafragma oferecem uma série de recursos que podem ser valiosos para projetistas de produtos que exigem a movimentação de gases e fluidos: são relativamente baratas; capaz de níveis de vazão, pressão e vácuo adequados para aplicações móveis ou estacionárias; e são configuráveis, eficientes e duráveis, sem vedações deslizantes.

Essas bombas são usadas em ventilação e podem funcionar em outras aplicações de compressores que exigem entrada não pulsante. Uma de suas maiores vantagens é que o caminho do fluido é completamente vedado do meio ambiente, tornando-os ideais para o manuseio de gases e fluidos sensíveis. Os menores têm cerca de 30 mm (1”) de comprimento e cabem na palma da sua mão, pesando apenas uma dúzia de gramas (menos de meia onça) para mover ou coletar pequenas quantidades de ar ou gás. As bombas de diafragma industriais para serviços pesados ​​podem pesar centenas de quilos para aplicações de processos que envolvem produtos químicos, fluidos e gases.

A maneira como funcionam é bastante simples: um motor elétrico de velocidade variável converte o movimento rotacional em movimento linear (bombeamento), acionando uma biela de um local descentralizado, como um virabrequim automotivo e a biela para um pistão. O deslocamento resultante da extremidade livre da biela é usado para empurrar e puxar um diafragma elastomérico, da mesma forma que empurrar e puxar uma parede flexível de uma caixa rígida.

Esta caixa é comumente chamada de “cabeça” da bomba. O movimento do diafragma causa uma mudança volumétrica na cabeça e, portanto, cria alternadamente vácuo (quando o diafragma é puxado para fora) e pressão quando empurrado para dentro. Uma válvula de admissão garante que durante o curso externo do diafragma, o gás ou fluido entre no cabeçote. No curso interno, o gás ou fluido sai pela válvula de escape. Assim, estas bombas podem ser utilizadas para criar vácuo ou pressão, dependendo de como são canalizadas. Eles também são inerentemente autoescorvantes.

As bombas de diafragma têm uma enorme variedade de utilizações, desde cafeteiras a aspiradores médicos, sistemas de amostragem de ar e instrumentos de medição de pressão arterial. Mas eles também têm desvantagens:

Para a maioria das aplicações, a natureza pulsátil do fluxo não é um problema, mas é o caso nos ventiladores médicos, que auxiliam pacientes que talvez não consigam respirar por conta própria. Foi apresentado à Dynaflo o desafio de projetar um compressor para um ventilador com as vantagens das bombas de diafragma, mas sem pulsação, e com a capacidade de operar em uma ampla faixa de fluxo de saída para atender a uma ampla variedade de pacientes ventilados.

A solução foi uma bomba de diafragma de cabeçote múltiplo com 12 bombas orientadas radialmente acionadas por um excêntrico central comum. Esta abordagem faz com que cada bomba execute seu ciclo normal uma vez por rotação, como nas bombas de cabeçote único. No entanto, com 12 cabeças ligadas em série, qualquer uma das 12 bombas está apenas a 30 graus de distância da sua vizinha em qualquer momento, criando assim um efeito de média de 12 pontos no fluxo de saída. O design simétrico e balanceado praticamente elimina a vibração e apresenta uma carga de torque relativamente constante no motor.

Os 12 cabeçotes radiais da bomba foram otimizados para a vazão de saída e a pressão necessárias: 140 l/min (4,9 cfm) e 140 mbar (~2 psi), respectivamente. Esse design radial e simétrico resolveu efetivamente os problemas de pulsação e vibração e facilitou a implementação do motor: um motor CC sem escovas de baixo perfil e longa vida útil que pode operar em uma ampla faixa de velocidades. A carga simétrica do motor também permite que ele funcione com mais eficiência do que seria contra a carga desigual de um projeto de cabeçote único ou duplo.

O fluxo e a pressão de saída não pulsante da bomba também facilitam o controle de circuito fechado, no qual um sensor de fluxo ou pressão a jusante pode ser usado como entrada para um circuito de controle para controlar cuidadosamente como o paciente é ventilado. Isso, somado ao seu peso leve (0,7 kg/1,5 lb), o torna ideal para aplicações móveis nas quais os dispositivos alimentados por bateria precisam durar o máximo possível, especialmente em dispositivos médicos baseados em campo, como ventiladores.