Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych

z przedmiotu:

Implanty i sztuczne narządy

Ćw. 1. Temat: Pompa perystaltyczna

___________________________________________________________________

Wydział Informatyki i Nauki o Materiałach

Kierunek: Inżynieria Biomedyczna

Opracował: Piotr Duda

Zatwierdził: prof. Zygmunt Wróbel

Sosnowiec

1.  
Wstęp teoretyczny

Pompy

Pompy należą do przenośników cieczy. Przenośnik cieczy jest to maszyna lub urządzenie robocze służące do [4]:

·                     przenoszenia cieczy (i mieszanin cieczy z zawiesinami lub ciałami stałymi) z poziomu niższego na wyższy,

·                     przetłaczania z przestrzeni o ciśnieniu niższym do przestrzeni o ciśnieniu wyższym

·                     pokonywania oporów przepływu przez rurociąg.

Zwykle mają miejsce dwa z wymienionych lub wszystkie trzy przypadki jednocześnie. Praca związana z przenoszeniem cieczy jest wykonywana przez pompy kosztem energii doprowadzonej z zewnątrz. Zastosowania pomp są bardzo szerokie, związane praktycznie z wszystkimi gałęziami gospodarki. Stąd znaczna rozmaitość rodzajów pomp. W zależności od przeznaczenia odróżniamy pompy do wody zimnej, gorącej, do ścieków, do cieczy chemicznie agresywnych, do smarów, do cieczy lepkich i gęstych, do zawiesin, do transportu hydraulicznego ciał stałych, a także pompy górnicze itp. Zależnie od przeznaczenia pompy mają różną konstrukcję i są wykonywane z różnych materiałów. Działanie pompy polega na wytworzeniu różnicy ciśnień między stroną ssawna (wlotem) a tłoczną (wylotem z pompy). Sposób wytwarzania tej różnicy jest podstawą podziału pomp. Rozróżniamy więc:

·                     pompy wyporowe - przetłaczające określone dawki cieczy z przestrzeni ssawnej do tłocznej przez odpowiedni ruch organu roboczego,

·                     pompy wirowe, w których organem roboczym jest ułopatkowany wirnik zwiększający kręt stale przepływającej cieczy,

·                     pompy specjalne.

Zależnie od warunków pracy wyróżniamy pompy ssące, tłoczące i ssąco-tłoczące (najbardziej rozpowszechnione). Pompy pracują w połączeniu z przewodem ssawnym oraz tłocznym, tworząc układ pompowy; zespół współprac i pomp nazywamy instalacją pompową, łącznie zaś z urządzeniami i budynkiem - stacją pomp lub pompownią.

Pompa perystaltyczna

Pompa przewodowa (też pompa perystaltyczna) jest typem pompy wyporowej o specjalnej konstrukcji. W pompie przewodowej ciecz przepychana jest przez elastyczny przewód za pomocą karbowanego paska, karbowanego wałka, toczących się rolek lub wirnika z krzywkami przesuwającego się po przewodzie. W przypadku zastosowania wirnika z krzywkami stosuje się płyn smarujący zmniejszającego tarcie i ułatwiającego odprowadzania ciepła na korpus pompy.

Schemat przykładowej pompy perystaltycznej

Rys. 1.              Schemat przykładowej pompy przewodowej przedstawia rysunek. Trójrolkowy wirnik (1) obracając się powoduje przetaczanie się rolek (2) po elastycznym przewodzie (3) ułożonym w korpusie pompy (4), które przepychają porcje cieczy zamknięte pomiędzy dwoma rolkami [1]

Rys. 2.              Szkic złożeniowy i zdjęcie przykładowej pompy perystaltycznej [2]

Zasada działania

- ZASYSANIE (Rys. 3a)

Do zasysania medium wykorzystywane są elastyczne właściwości jelita, które zapewniają mu powrót do poprzedniego kształtu po przetoczeniu się rolek. Zwiększająca się wewnętrzna objętość jelita powoduje wytworzenie podciśnienia i zasysanie cieczy.

Rys. 3.              Zasada działania pompy perystaltycznej

- TRANSPORT CIECZY (Rys. 3b)

Transport cieczy odbywa się w przestrzeni zamkniętej między rolkami dociskającymi, zgodnie z kierunkiem obrotów rotora.

- PRZETŁACZANIE (Rys. 3c)

Rolka przetaczana po jelicie powoduje wypieranie

Zalety

Konstrukcja pompy perystaltycznej zapewnia szereg zalet:

·                     bardzo delikatne tłoczenie (bez naruszenia struktury pompowanego medium),

·                     skuteczne tłoczenie cieczy o rożnych lepkościach (i niskich – jak woda oraz wysokich jak mięso mielone),

·                     jedynym elementem roboczym jest wąż (brak innych elementów eksploatacyjnych),

·                     rożne wykonania materiałowe węża zapewniają szeroki zakres stosowalności pomp (można mieć

·                     jedną pompę z rożnymi wężami dla rożnych cieczy),

·                     szybka wymiana węża (minimalne przestoje, ale także możliwość pompowania np. rożnych kolorów farb – każdy wąż dedykowany jest do jednego koloru i nie ma problemów z myciem),

·                     skuteczne pompowanie cieczy zanieczyszczonych ciałami stałymi (np. zużyty olej z opiłkami metalu),

·                     brak jakichkolwiek uszczelnień dynamicznych, a co za tym idzie brak wycieków i awarii,

·                     bardzo łatwe do mycia (nie mają żadnych elementów wymagających do mycia prócz węża),

·                     możliwość pracy na sucho,

·                     samozasysanie, bez konieczności zalewania (bardzo przydatne np. przy rozładunku beczek) –

·                     zasysanie nawet do 9 metrów,

·                     odporne na media agresywne i ścierne,

·                     mogą tłoczyć mieszaniny ciecz z gazem (np. mocno napowietrzone białko – piana),

·                     wykonania higieniczne (dostępne są węże z dopuszczeniami PZH),

·                     możliwość pracy w obu kierunkach (po obróceniu kierunku pracy silnika pompa pracuje w drugą stronę bez konieczności zamiany węży – ciekawe rozwiązanie gdy jedna pompa używana jest do

·                     załadunku i rozładunku cystern),

·                     zmiana wydajności może się odbywać wariatorem lub falownikiem,

·                     dozowanie z dokładnością nawet do }1% (dzięki temu, że każdy obrót pompy daje dokładnie taką samą porcję cieczy),

·                     mogą zapewniać stosunkowo duże ciśnienia (są dostępne wykonania nawet do 15 bar),

·                     wydajność pompy jest niezależna od przeciwciśnienia w dużym zakresie.

Wady

Do wad pomp perystaltycznych należy zaliczyć stosunkowo niewielki czas pomiędzy wymianami przewodu roboczego (z tego powodu stosowane są specjalne materiały).

Zastosowanie

Przemysł papierniczy

Pompowanie płynów powlekających. Pompowanie dwutlenku tytanu. transport wody zanieczyszczonej, szlamów, mułów. Pompowanie żywic i klejów.

Przemysł spożywczy, rolnictwo

Pompowanie farb na bazie rozpuszczalników i wody, pompowanie osadów winnych i moszczu winogronowego. Transport pulpy owocowej. Pompowanie odpadów

ziemniaczanych. Transport osadów procesowych. Przepompowanie odpadów, zatłuszczonej wody, podrobów i krwi w rzeźniach.

Obróbka powierzchni

Transport chemikaliów w czasie wytrawiania, galwanizacji i odtłuszczania. Transport olei, smarów, chłodziw, płynów myjących i czyszczących, rozpuszczalników, odpadów.

Oczyszczanie wody

Dozowanie mleczka wapiennego. Transport osadu bakteriologicznego. Zasilanie pras filtracyjnych.

Budownictwo, przemysł ceramiczny

Pompowanie gęstwy. Transport płynów powlekających. Trałowanie mułów głębinowych. Pompowanie osadów ze zbiorników sedymentacyjnych. Transport cementu. Pompowanie klejów i emulsji.

Przemysł chemiczny

Odprowadzanie ścieków zawierających cząstki stałe. Pompowanie płynnej kredy, aluminianu sodu. Transport siarczanów i tlenków.

Medyczne

Pompy przewodowe zwykle stosowane są w sprzęcie medycznym do pompowania cieczy sterylnych - np. płynów infuzyjnych lub przetłaczania krwi w urządzeniach do dializy.

Literatura

[1]              http://www.naukowy.pl/encyklopedia/Pompa_perystaltyczna

[2]              http://www.ges.biz.pl

[3]              http://pl.wikipedia.org/wiki/Pompa_przewodowa

[4]              http://www.mechanik.piwko.pl/pompy/pompy.html

2.  
Ćwiczenie laboratoryjne

Badanie wydajności i mocy pompy perystaltycznej.

Dla zadanych prędkości organu roboczego należy zmierzyć czas przepływu i moc pobieraną przez pompę perystaltyczną Unipan typ 306.

Rys. 4. Wygląd stanowiska do badania pompy perystaltycznej

Temperatura wody [K]:                            ………………..

Gęstość wody w temp. [kg/m3]:              ………………..

8

Tabela 1. Wyniki pomiarów