Peristaltická čerpadla jsou řešením výzvy vícekanálového čerpání

Peristaltická hadicová čerpadla jsou flexibilním a ekonomickým řešením pro vícekanálový přenos kapalin

Úvod do vícekanálových peristaltických čerpadel

Technici ve výzkumných laboratořích a procesních zařízeních často potřebují čerpat přes několik kapalinových kanálů současně. Cenově dostupná, prostorově úsporná řešení těchto aplikací mohou ušetřit značný čas a zdroje a zároveň výrazně zlepšit efektivitu procesu.

Synchronní ovládání více kanálů může poskytnout několik výhod. Změna rychlosti motoru bude současně a úměrně měnit průtok ve všech kanálech. Použití jediného pohonu může významně snížit náklady na jednotlivé kanály. Může také snížit celkové energetické požadavky, počet pohyblivých součástí a také velikost a prostorové nároky čerpacího systému. Kombinovaným výsledkem bude systém pro manipulaci s kapalinami, jehož pořízení, provoz a údržba budou velmi ekonomické.

Peristaltická hadicová čerpadla jsou extrémně účinnou a nákladově efektivní možností vícekanálového čerpání. Peristaltická čerpadla jsou k dispozici se širokou nabídkou vyměnitelných čerpacích hlav, pohonů a hadic.

Vícekanálová peristaltická čerpadla se úspěšně používají v různých průmyslových odvětvích včetně farmaceutického průmyslu, chemického zpracování, biotechnologií, potravinářského průmyslu, tisku, zemědělství a úpravy vody. Použití, kromě obecného přenosu kapaliny, zahrnují měření a dávkování.

Největší výhodou peristaltického čerpadla je, že flexibilní hadice slouží jako komora čerpadla. Čerpaná kapalina zůstává po celou dobu uvnitř hadice, která je jedinou smáčenou součástí čerpadla. Tato funkce výrazně snižuje riziko kontaminace a poskytuje mimořádnou kontrolu nad obsahem a čistotou kapaliny a také nad integritou vašeho procesu.

Doby potřebné pro údržbu, čištění a výměny kapalin jsou minimalizovány a jedno čerpadlo může přenášet až několik různých kapalin jednoduchou výměnou hadic. Peristaltické čerpadlo umožňuje šetrný přenos citlivých a náročných kapalin včetně plynů, viskózních kapalin a kapalin se smíšenou fází, např. směsí plynu/kapaliny a pevné látky / kapaliny.

Specifikace čerpadla a kritéria pro výběr zahrnují: průtoky kapaliny, charakteristiku kapaliny, chemickou kompatibilitu hadic, náročnost výměny hadic, flexibilitu v konstrukci čerpadla (například stohovatelné hlavy nebo kazetové hlavy), celkovou přesnost a mezikanálovou přesnost, požadavky na točivý moment a ovládací prvky pohonu. Níže najdete podrobnosti několika z těchto kritérií výběru, čtěte dál.

Charakteristiky hadic a kapalin

Rychlost průtoku a dynamika kapaliny procházející peristaltickým čerpadlem je ovlivněna rozměry hadice, konstrukcí rozvodů čerpadla, geometrií okluzního hadicového lůžka, počtem válečků a celkovým průměrem sestavy válečků. Výsledkem je, že každá kombinace hadic a typu hlavy čerpadla má jedinečnou sadu výkonnostních charakteristik.

Hadice čerpadla

Velikost hadice (konkrétně vnitřní průměr) je přímo úměrná průtoku ve všech hlavách čerpadla. Větší velikosti hadic a rotory s větším průměrem mají větší objem „polštáře“ (prostoru pro kapalinu v hadici mezi sousedícími válečky v hlavě čerpadla). Tento objem určuje průtok na jedno otočení hlavy čerpadla.

Pro zajištění přesnosti je důležité používat přesné hadice s vysokou tolerancí a čerpadlo zkalibrovat. „Vysoká tolerance“ znamená, že vnitřní průměr a síla stěny hadice byly během výroby udržovány ve velmi úzkých tolerančních mezích. Minimální odchylky v rozměrech hadice se přímo promítají do minimálních odchylek v průtoku. Kalibrací čerpadla, tj. úpravou otáček pohonu, doby chodu nebo okluze (stlačovací síla přenášená na hadici), dojde k dalšímu snížení odchylek a zlepšení opakovatelnosti. Čerpadlo kalibrujte vždy za aktuálních podmínek použití (pro daný typ kapaliny, teplotu atd.).

Většina materiálů hadic má dobu záběhu, během které se tvarová paměť hadice a průtok kapaliny upravuje a stabilizuje. Délka této doby záběhu se liší v závislosti na velikosti hadice a materiálu. Pro dosažení vysoké přesnosti nechejte čerpadlo s novými hadicemi pracovat po dobu alespoň 10 až 15 minut, poté je možné provést kalibraci průtoku jednotlivými kanály.

Rozdělovací kusy

Průtokové kanály vícekanálových čerpadel je možné používat samostatně nebo provést společný rozvod pomocí Y konektorů. Když je rozvod konstruován tak, aby sloužil jako společný vstup nebo výstup pro několik hadic, snižuje se počet nutných instalatérských vedení směrem od zdroje nebo do sběrné nádoby. Pokud jsou kanály na výtlačné straně spojené, zvýší se průtok. Se speciální ofsetovou hlavou čerpadla může spojení kanálů snížit pulzaci průtoku. Na jednokanálové straně rozvodu vždy používejte hadice o větším průměru (buď před nebo za čerpadlem), minimalizujete tak kavitaci čerpadla a protitlak.

Pro tato použití jsou k dispozici sestavy hadic typu dvojité Y využívající platinou tvrzené silikonové hadice Masterflex®.

Typ kapaliny

Faktory související s kapalinami jsou stejné pro jedno i vícekanálová čerpadla. Kapaliny podobné vodě s nízkou viskozitou se snadno pohybují mnoha různými velikostmi hadic. Kapaliny s vyšší viskozitou mohou vyžadovat větší průměr hadice a relativně nižší rychlost čerpání (ot/min). Hadice s vyšším poměrem tloušťky stěny k vnitřnímu průměru (tlustostěnné hadice) budou generovat větší sací zdvih (ve srovnání s tenkostěnnými hadicemi se stejným vnitřním průměrem) a doporučují se pro viskóznější kapaliny.

Typy hlav pro peristaltická čerpadla

Tři typy čerpacích hlav se snadno přizpůsobí vícekanálovým použitím: stohovatelné jednokanálové hlavy, vícekanálové hlavy a kazetové hlavy. Vícekanálové a kazetové hlavy poskytují maximální počet hadicových kanálů na relativně malém prostoru.

Časté výměny hadic mají značný vliv na dobu nutnou pro nastavení čerpadla a údržbu. Některé stohovatelné hlavy čerpadel musí být demontovány nebo vyjmuty z pohonu, aby bylo možné hadice vyměnit. Údržba i nastavení je jednodušší u jiných typů stohovatelných hlav, včetně řady Masterflex® Easy-Load® a většiny kazetových a vícekanálových hlav čerpadel. Obsluha čerpadla může hadici vyjmout a vyměnit bez nutnosti demontáže hlavy.

Stohovatelné jednokanálové hlavy čerpadel

Počet stohovatelných jednokanálových hlav je možné pro různé aplikace přidat nebo odebrat. Proto jsou stohovatelné hlavy čerpadel oblíbené pro aplikace, které vyžadují flexibilitu při častých přestavbách konstrukce čerpadla. Stohovatelné hlavy jsou lepší volbou v případě větších velikostí hadic a tam, kde aplikace vyžaduje vysoký sací zdvih nebo výtlak.

Na pohon lze obvykle nainstalovat dvě nebo čtyři stohovatelné hlavy v závislosti na rychlostním rozsahu a výkonu pohonu. Dvoukanálová hlava čerpadla Masterflex® L/S® Easy-Load® II vám při použití jednoho pohonu může poskytnout až 8 kanálů se čtyřmi stohovatelnými hlavami.

Jednotlivé hlavy je možné nainstalovat na jiné hlavy stejného typu nebo na hlavy, které umožňují instalaci různých velikostí hadic. To je přínosné pro aplikace vyžadující proporcionální průtok, protože umožňuje pro dosažení požadovaných proporcionálních průtoků kombinovat velikosti hadic nebo typy hlav. Dosažitelné jsou i proporcionální průtoky nad 100:1.

Pokud jsou nainstalovány dvě nebo více hlav, stohovatelné hlavy s ofsetovým válečkem omezují zatížení hnacího okruhu točivým momentem. Při krátkodobých dávkováních nebo nízkých objemech dodávají stohované hlavy s ofsetovými válečky kanál od kanálu mírně odlišné objemy (v závislosti na konečné poloze válečků). Toto omezení vymizí, pokud čerpadla běží nepřetržitě nebo s objemem dávkování nad několik set mililitrů.

Vícekanálové hlavy čerpadel

Vícekanálové hlavy jsou nejnovější možností vícekanálových použití. Tyto hlavy čerpadel často kombinují nejlepší vlastnosti kazetových hlav a stohovaných jednokanálových hlav.

Nabízejí relativně nízký pulzační tok ze dvou, čtyř nebo osmi kanálů bez kazet. Jsou také stohovatelné až pro 32 kanálů v závislosti na velikosti a formulaci hadic a výkonu pohonu. Mezikanálový průtok je synchronní bez úpravy okluze. Tyto vlastnosti poskytují vícekanálovým hlavám flexibilitu konfigurace stohovaných jednokanálových hlav, stejně jako synchronní průtok a kapacitu kanálů kazetových hlav.

Vícekanálové hlavy Masterflex® L/S® jsou dostupné pro použití s mikrohadičkami a hadicemi Masterflex® L/S®.

Kazetové hlavy čerpadel

Kazetové hlavy umožňují připojení pouze předem stanoveného maximálního počtu kanálů – použít lze libovolný počet, a to až do kapacity hlavy a pohonu. Kazetové hlavy jsou k dispozici samostatně nebo integrované v konstrukci čerpadla. Kazetové hlavy Masterflex® L/S® jsou modulární a lze je nainstalovat na většinu pohonů Masterflex^® L/S^® . Na jednu hlavu je možné nainstalovat až 12 samostatných kanálů s průtoky od 0,0005 ml/min na kanál.

Kazetová čerpadla mají dlouhé válečky, které zajišťují synchronní dodávání kapaliny mezi kazetami. Tyto hlavy mají také oproti jednokanálovým hlavám vyšší počet válečků, což má za následek nižší pulzační průtok a vyšší přesnost při malých objemech a nízkých průtocích. Tato čerpadla se doporučují pro aplikace, které vyžadují malé objemy/nízké průtoky kapaliny.

Hlavice s nastavitelnou okluzí nabízejí ze všech typů hlav nejvyšší mezikanálovou přesnost. Jemná regulace okluze v jednotlivých kanálech může účinně kompenzovat jakékoli drobné odchylky v rozměrech hadic, které způsobují odchylky průtoku.

Výběr pohonu hlavy čerpadla

Zvolte pohon s dostatečným točivým momentem (nebo výkonem) a rychlostí tak, aby vyhovoval provozním požadavkům hlavy a požadavkům na průtok aplikace. Pohony, které pracují v nižším rychlostním rozsahu, obvykle umožňují vyšší točivý moment a jsou schopné pohánět větší počet stohovaných hlav a hadicových kanálů.

Jednotky s pevnou rychlostí jsou vhodné pro základní přenosové aplikace. Odlišné rychlosti a převodové poměry umožňují řadu výstupů točivého momentu a různé velikosti hadic umožňují různé průtoky.

Pohony s proměnnou rychlostí umožňují současně nastavit průtok pro všechny kanály, přičemž průtok v sekundárních kanálech je úměrný průtoku prvního kanálu. Změnou rychlosti pohonu a výběrem různých velikostí hadic je možné získat široký rozsah průtoků.

Digitální pohony dodávají nejpřesnější a opakovatelné ovládání otáček a tím i nejvyšší přesnost průtoku. V závislosti na funkcích a úrovni výkonu nabízejí digitální pohony také zobrazení průtoku, otáček čerpadla (ot/min), dávkovaného objemu a kumulativního objemu (celkový objem vydaný během více dávkovacích cyklů). Pokud do systému není zabudováno několik průtokoměrů, bude průtok/objem typicky zobrazen pouze pro jeden kanál.

Aplikace pro manipulaci s kapalinami

Čerpadla s pevnou rychlostí a pevnou okluzí jsou oblíbená pro svou opakovatelnost průtoku, konzistentní způsob vkládání hadic a obecně snadné použití. Při použití s přesně extrudovanými hadicemi mohou tato čerpadla mezikanálově dodávat kapaliny s přesností 95–97 %. Tento stupeň výkonu je dostatečný například pro velkoobjemový přenos kapalin, tepelné výměníky a přenos inkoustu v tiskových aplikacích. Kompletní systémy Masterflex^® I/P^® s pevnými otáčkami, které jsou určené pro procesní aplikace, jsou k dispozici v konfiguracích se 3 nebo 4 kanály.

Kazetové a vícekanálové čerpací hlavy jsou oblíbené pro přesné vzorkování, dávkování a odměřování kapalin. Synchronní válečky zajišťují koordinované dodávání kapalin mezi jednotlivými kanály v hlavě čerpadla. Vícekanálové hlavy poskytují mezikanálovou přesnost průtoku 98–98,5 %. S nastavitelnou okluzí mohou kazetové hlavy zajistit 99% mezikanálovou přesnost průtoku. Takto vysokou úroveň výkonu a přesnosti vyžadují aplikace pro přesné dávkování a odměřování, analytické techniky ve výzkumu a kontrola kvality, vzorkování a monitorování životního prostředí.

Shrnutí

Peristaltickáhadicová čerpadla nabízejí jedinečnou kombinaci charakteristik pro manipulaci s kapalinami a flexibility konfigurace pro vícekanálové aplikace. Rozmanitost vyměnitelných velikostí hadic a materiálů, hlav čerpadel a pohonů vám umožňují přizpůsobení čerpacího systému za co nejvýhodnější cenu. Vícekanálové peristaltické čerpací systémy jsou přizpůsobovány široké škále aplikací, kde nabízejí ohromnou úsporu času, prostoru a zdrojů.

 

Autor: Phil Nyren, produktový manažer pro fluidiku