Le pompe peristaltiche rispondono alla sfida del pompaggio multicanale

Le pompe peristaltiche sono la soluzione flessibile ed economica per le applicazioni di trasferimento di fluidi multicanale.

Introduzione alle pompe peristaltiche multicanale

I tecnici dei laboratori di ricerca e degli impianti di processo hanno spesso bisogno di pompare diversi canali di fluidi contemporaneamente. Soluzioni economiche e poco ingombranti per queste applicazioni possono far risparmiare tempo e risorse, migliorando notevolmente l’efficienza del processo.

Il controllo sincrono di più canali può offrire diversi vantaggi. Variando la velocità del motore, il flusso varia simultaneamente e proporzionalmente in tutti i canali. L’uso di un singolo motore di azionamento può ridurre significativamente il costo per canale. Inoltre, può ridurre il fabbisogno energetico totale, il numero di parti mobili e le dimensioni e l’ingombro del sistema di pompaggio. Il risultato combinato sarà un sistema di manipolazione dei fluidi economico in termini di acquisto, funzionamento e manutenzione.

Le pompe peristaltiche sono un’opzione estremamente efficiente ed economica per il pompaggio a più canali. Le pompe peristaltiche sono disponibili con un’ampia gamma di teste, azionamenti e tubi intercambiabili.

Le pompe peristaltiche multicanale sono utilizzate con successo in diversi settori, tra cui quello farmaceutico, chimico, biotecnologico, alimentare, della stampa, agricolo e del trattamento delle acque. Le applicazioni, oltre al trasferimento generale di fluidi, comprendono il dosaggio e l’erogazione.

Il vantaggio più significativo della pompa peristaltica è l’uso di tubi flessibili come camera di pompaggio. Il fluido pompato rimane sempre all’interno del tubo, che è l’unica parte bagnata della pompa. Questa caratteristica riduce notevolmente il rischio di contaminazione e offre un controllo straordinario sul contenuto e sulla purezza del fluido e sull’integrità del processo.

I tempi di manutenzione, pulizia e cambio del fluido sono tutti ridotti al minimo e una pompa può trasferire diversi fluidi semplicemente cambiando il tubo. La pompa peristaltica consente di trasferire delicatamente fluidi sensibili e difficili, come gas, liquidi viscosi e fluidi in fase mista, come combinazioni di gas/liquido e solido/liquido.

Le specifiche e i criteri di selezione della pompa includono: portata del fluido, caratteristiche del fluido, compatibilità chimica del tubo, facilità di sostituzione del tubo, flessibilità nel design della pompa (per esempio, teste impilabili o a cartuccia), precisione complessiva e precisione tra i canali, requisiti di coppia e caratteristiche di controllo dell‘azionamento. Continua a leggere per approfondire alcuni di questi criteri di selezione.

Caratteristiche dei tubi e del fluido della pompa

La portata e la dinamica del fluido attraverso una pompa peristaltica sono influenzate dalle dimensioni del tubo, dal design del collettore della pompa, dalla geometria del letto di occlusione del tubo, dal numero di rulli e dal diametro complessivo del gruppo di rulli. Di conseguenza, ogni combinazione di tipi di tubo e testa della pompa presenta un insieme unico di caratteristiche di prestazione.

Tubo della pompa

Le dimensioni dei tubi (in particolare il diametro interno o DI) sono direttamente proporzionali alla portata in tutte le teste delle pompe. Tubi di dimensioni maggiori e rotori di diametro più grande hanno un volume maggiore di “cuscino” (lo spazio fluido nel tubo tra i rulli adiacenti della testa della pompa). Questo volume determina il flusso per giro della testa della pompa.

Per garantire la precisione, è importante utilizzare tubi di precisione ad alta tolleranza e calibrare la pompa. “Alta tolleranza” significa che il diametro interno e lo spessore della parete del tubo sono stati mantenuti entro limiti di tolleranza molto stretti durante la produzione. Variazioni minime nelle dimensioni del tubo si traducono direttamente in variazioni minime nella portata. La calibrazione della pompa, regolando la velocità del motore, il tempo di funzionamento o l‘occlusione (la forza di compressione applicata al tubo), ridurrà ulteriormente le variazioni e migliorerà la ripetibilità. Calibrare sempre la pompa nelle condizioni reali di applicazione (tipo di fluido, temperatura, ecc.).

La maggior parte dei materiali dei tubi ha un periodo di rodaggio, durante il quale la memoria di forma del tubo e la portata del fluido si adattano e si stabilizzano. La durata di questo periodo di rodaggio varia a seconda delle dimensioni e del materiale del tubo. Per ottenere un‘elevata precisione, far funzionare una pompa dotata di tubi nuovi per almeno 10-15 minuti prima di calibrare il flusso attraverso i singoli canali.

Collettori

È possibile utilizzare i canali di flusso delle pompe multicanale in modo indipendente, oppure collegarli tra di loro con connettori a Y. Quando si costruisce un collettore per fornire un ingresso o un‘uscita comune a più tubi, si riduce il numero di linee idrauliche dalla sorgente o dal recipiente ricevente. Quando i canali sul lato di scarico vengono combinati, la portata aumenta. Con una speciale testa della pompa deviata, una combinazione di canali può ridurre le pulsazioni del flusso. Ricorda di utilizzare tubi di diametro maggiore sul lato monocanale del collettore (a monte o a valle della pompa), in modo da ridurre al minimo la cavitazione della pompa e la contropressione.

Per queste applicazioni sono disponibili gruppi di tubi a doppia Y che utilizzano tubi in silicone Masterflex® polimerizzati al platino.

Tipo di fluido

Le considerazioni sui fluidi sono le stesse per le applicazioni con pompe monocanale e multicanale. I fluidi a bassa viscosità, simili all’acqua, si muovono facilmente attraverso tubi di diverse dimensioni. I fluidi a viscosità più elevata possono richiedere tubi di diametro maggiore e una velocità di pompaggio (rpm) relativamente più bassa. I tubi con un rapporto più elevato tra spessore delle pareti e diametro interno (tubi a parete spessa) generano un maggiore sollevamento in aspirazione (rispetto ai tubi a parete sottile dello stesso DI) e sono consigliati per i fluidi più viscosi.

Tipi di teste per pompe peristaltiche

Tre tipi di teste delle pompe si adattano facilmente alle applicazioni multicanale: teste monocanale impilabili, teste multicanale e teste a cartuccia. Le teste multicanale e a cartuccia consentono di ottenere il massimo numero di canali di tubazione in uno spazio relativamente ridotto.

Il cambio frequente dei tubi incide notevolmente sui tempi di installazione e manutenzione della pompa. Alcune teste impilabili devono essere smontate o rimosse dall’unità per sostituire il tubo. Altri modelli di teste impilabili, tra cui le pompe Masterflex® Easy-Load® e la maggior parte delle teste a cartuccia e multicanale, sono più facili da installare e da sottoporre a manutenzione. Gli operatori possono rimuovere e sostituire i tubi senza smontare la testa della pompa.

Teste di pompaggio monocanale impilabili

Le teste monocanale impilabili possono essere aggiunte o rimosse in base alle esigenze delle diverse applicazioni. Le teste impilabili sono quindi molto apprezzate per le applicazioni che richiedono la flessibilità di riconfigurare frequentemente il design della pompa. Le teste impilabili sono preferibili per tubi di dimensioni maggiori e quando l’applicazione prevede un’elevata pressione di aspirazione e/o di scarico.

In genere è possibile montare due o quattro teste impilate su un’unità, a seconda della gamma di velocità e della potenza dell’unità. La testa di pompaggio Masterflex® L/S® Easy-Load® II a doppio canale può offrire fino a 8 canali con quattro teste impilate su un singolo azionamento.

È possibile montare singole teste di pompaggio con altre dello stesso tipo o con teste di pompaggio che accettano una gamma diversa di dimensioni di tubi. Si tratta di un vantaggio prezioso per le applicazioni a flusso proporzionale, poiché consente di combinare le dimensioni dei tubi o le teste delle pompe per ottenere le portate proporzionali richieste. Sono possibili portate proporzionali superiori a 100:1.

Le teste impilabili che incorporano un design a rulli separati limitano il carico di coppia sul circuito di azionamento quando due o più teste sono montate insieme. Le teste impilate con rulli sfalsati erogano volumi leggermente diversi da un canale all’altro quando vengono utilizzate per brevi tempi di erogazione/bassi volumi (a seconda della posizione finale dei rulli). Questa limitazione scompare quando le pompe funzionano in modo continuo o con volumi di erogazione di diverse centinaia di millilitri o più.

Teste delle pompe multicanale

Le teste multicanale sono l’opzione più recente per le applicazioni a canale multiplo. Queste teste combinano molte delle migliori caratteristiche delle teste a cartuccia e delle teste monocanale impilate.

Queste teste offrono un flusso di pulsazioni relativamente basso da due, quattro o otto canali senza cartucce. Sono inoltre impilabili fino a 32 canali, a seconda delle dimensioni del tubo, della formulazione e della potenza di azionamento. Il flusso tra i canali è sincrono, senza regolazione dell’occlusione. Queste caratteristiche conferiscono alle teste multicanale la flessibilità di configurazione delle teste monocanale impilate, nonché il flusso sincrono e la capacità dei canali delle teste a cartuccia.

Le teste multicanale Masterflex® L/S® sono disponibili per tubi microforati e per tubi Masterflex® L/S®.

Teste delle pompe a cartuccia

Le teste delle pompe a cartuccia accettano un numero massimo predeterminato di canali; è possibile utilizzare qualsiasi numero di questi canali, fino alla capacità della testa e dell’azionamento. Le teste delle pompe a cartuccia sono disponibili separatamente o integrate nel design della pompa. Le teste a cartuccia Masterflex® L/S® sono di tipo modulare e possono essere montate sulla maggior parte degli azionamenti Masterflex^® L/S^® . Fino a 12 canali individuali sono montati su un’unica testa con portate a partire da 0,0005 mL/min per canale.

Le pompe a cartuccia sono dotate di rulli lunghi che garantiscono un’erogazione sincrona del fluido tra le cartucce. Queste teste delle pompe hanno anche un numero maggiore di rulli rispetto alle teste a canale singolo, il che si traduce in un flusso di pulsazioni più basso e in una maggiore precisione a bassi volumi e basse portate. Queste pompe sono consigliate per applicazioni di trasferimento di fluidi a basso volume/bassa portata.

Le teste a cartuccia con occlusione regolabile offrono la massima precisione tra i canali di tutti i tipi di teste di pompa. Le regolazioni fini dell’occlusione nei singoli canali possono compensare efficacemente le piccole variazioni delle dimensioni dei tubi che determinano lievi variazioni di flusso.

Selezione dell’azionamento della testa di pompaggio

Seleziona un azionamento con coppia (e/o cavalli) e velocità sufficienti a soddisfare i requisiti di portata e prevalenza della pompa. Gli azionamenti che funzionano a una gamma di velocità inferiore offrono in genere una coppia maggiore e possono pilotare un numero più elevato di teste e canali di tubi impilati.

Gli azionamenti a velocità fissa vanno bene per le applicazioni di trasferimento di base. Le diverse velocità e i diversi rapporti di trasmissione forniscono una gamma di coppie in uscita e le diverse dimensioni dei tubi consentono di ottenere portate diverse.

Gli azionamenti a velocità variabile consentono di regolare la portata simultaneamente per tutti i canali, con la portata nei canali secondari proporzionata al primo canale. È possibile ottenere un’ampia gamma di portate regolando la velocità dell’azionamento e scegliendo tubi di dimensioni diverse.

Gli azionamenti digitali offrono il controllo della velocità più accurato e ripetibile e quindi la massima precisione della portata. A seconda delle caratteristiche e del livello di prestazioni, gli azionamenti digitali offrono anche la visualizzazione della portata, della velocità della pompa (rpm), del volume erogato e del volume cumulativo (volume totale erogato su più cicli di erogazione). Nota che la visualizzazione della portata e del volume si riferisce in genere a un solo canale, a meno che non siano stati integrati nel sistema diversi flussimetri.

Applicazioni dei fluidi

Le pompe a velocità fissa e a occlusione fissa sono apprezzate per la ripetibilità della portata, il caricamento costante del tubo e la facilità d’uso in generale. Utilizzate con tubi estrusi di precisione, queste pompe possono erogare fluidi con un’accuratezza compresa tra il 3 e il 5% tra i canali. Questo livello di prestazioni è adeguato per il trasferimento di fluidi sfusi, gli scambiatori di calore e il trasferimento di inchiostro nelle applicazioni di stampa, per citarne alcune. Sistemi completi di pompe a velocità fissa Masterflex^® I/P^® che sono adatti al lavaggio per applicazioni di processo, sono disponibili in configurazioni a 3 e 4 canali.

Le teste di pompaggio a cartuccia e multicanale sono molto diffuse per il campionamento, l’erogazione e la misurazione accurati dei fluidi. I rulli sincroni forniscono un’erogazione coordinata del fluido tra ciascun canale della testa di pompaggio. Le teste multicanale offrono precisioni di flusso tra i canali comprese tra l’1,5 e il 2%. Con l’occlusione regolabile, le teste delle pompe a cartuccia possono fornire precisioni di flusso dell’1% tra i canali. L’erogazione e il dosaggio precisi, le tecniche analitiche nella ricerca e nell’assicurazione della qualità, il campionamento e il monitoraggio ambientale richiedono questo elevato livello di prestazioni e accuratezza.

Riepilogo

Le pompeperistaltiche offrono una combinazione unica di caratteristiche di gestione dei fluidi e di flessibilità di configurazione per le applicazioni a più canali. Una varietà di dimensioni, materiali, teste delle pompe e azionamenti intercambiabili dei tubi consente di personalizzare il sistema di pompe al prezzo più economico possibile. I sistemi di pompaggio peristaltici multicanale vengono adattati a un’ampia varietà di applicazioni con un enorme risparmio di tempo, spazio e risorse.

 

Scritto da Phil Nyren, Product Manager Fluidics