Como as bombas de diafragma podem funcionar para dispositivos sensíveis

19 de março de 2020 Por Nancy Crotti

As bombas de diafragma funcionam como bombas de bicicleta, com um ciclo de entrada e um 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 vários recursos que podem ser valiosos para os projetistas de produtos que requerem a movimentação de gases e fluidos: são relativamente baratas; capaz de níveis de fluxo, 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 requerem entrada não pulsante. Uma de suas maiores vantagens é que o caminho do fluido é completamente vedado do ambiente, tornando-os ideais para o manuseio de gases e fluidos sensíveis. As 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 amostrar pequenas quantidades de ar ou gás. As bombas de diafragma industriais para serviço pesado podem pesar centenas de libras para aplicações de processo envolvendo produtos químicos, fluidos e gases.

A maneira como eles 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 em um pistão. O deslocamento resultante da extremidade livre da biela é usado para empurrar e puxar um diafragma elastomérico, muito parecido com 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 alteração volumétrica na cabeça e, assim, cria alternadamente um vácuo (quando o diafragma é puxado para fora) e pressão quando empurrado para dentro. Uma válvula de admissão garante que, durante o movimento externo do diafragma, o gás ou fluido entre no cabeçote. No curso interno, o gás ou fluido sai da válvula de escape. Assim, essas bombas podem ser usadas para criar vácuo ou pressão, dependendo de como são canalizadas. Eles também são inerentemente auto-escorvantes.

As bombas de diafragma têm uma ampla gama de usos, 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 em ventiladores médicos, que atendem pacientes que podem não conseguir respirar por conta própria. A Dynaflo recebeu 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 gama de pacientes ventilados.

A solução foi uma bomba de diafragma multicabeçote com 12 bombas orientadas radialmente acionadas por um excêntrico comum central. Essa abordagem faz com que cada bomba passe por seu ciclo normal uma vez por rotação, como nas bombas de cabeçote único. No entanto, com 12 cabeçotes conectados em série, qualquer uma das 12 bombas está a apenas 30 graus de distância de sua vizinha em qualquer ponto no tempo, 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.

As 12 cabeças radiais da bomba foram otimizadas para o fluxo de saída e a pressão necessária: 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 duração que pode operar em uma ampla faixa de velocidades. A carga simétrica do motor também permite que ele opere com mais eficiência do que com a carga desigual de um projeto de cabeça única ou dupla.

O fluxo e a pressão de saída sem pulso da bomba também facilitam o controle de circuito fechado, no qual um fluxo a jusante ou sensor de pressão pode ser usado como entrada para um circuito de controle para controlar cuidadosamente como o paciente é ventilado. Isso, além de seu peso leve (1,5 lbs./0,7 kg), 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.