Sobre el autor

Iñigo Sanz Fernandez

Ingeniero Industrial del I.C.A.I., especialidad mecánica, promoción de 2000. Máster en Gestión, Tratamiento y Depuración de Aguas. Profesor del Laboratorio de Turbomáquinas y Mecánica de Fluidos del ICAI. CEO y fundador de Lomeda Medioambiente S.L. Ha trabajado en los grandes fabricantes de bombas: ABS, SULZER, SIHI, FLOWSERVE participando en la ejecución de innumerables proyectos a nivel nacional e internacional.

Resumen del artículo

El ser humano, en su condición de usuario y portador de una formidable bomba, siempre ha buscado las formas más diversas para poder trasegar los fluidos.  Desde hace miles de años  se utilizan rudimentarias norias que en la actualidad siguen en funcionamiento en parte del tercer mundo (fig.1)

Los egipcios ya tenían a su alcance primitivas jeringuillas o bombas de doble efecto. Arquímedes de Siracusa (287 a. C.- 212 a. C.)  diseñó su famoso tornillo todavía en uso en infinidad de instalaciones de depuración a nivel mundial.

Las bombas fueron mejorando y las pérdidas iban siendo controladas utilizando diversos sistemas de cierre radial o empaquetaduras, cierres mecánicos y cierres dinámicos. La penúltima revolución se desarrolló con las bombas de acoplamiento magnético, donde la fuga a través del eje transmisor quedaba eliminada al realizarse en dos tramos.

En el presente artículo el bombeo es realizado por un elemento elastomérico que efectúa el cierre completo sin posibilidad alguna de fugas. Bienvenidos a los dispositivos de estructura polimérica elástica confinada con deformación programada estanca y con recuperación de forma en el punto de reposo, para bombeo. DEP DPE

ABSTRACT

The human being, in his condition of user and bearer of an incredible pump, has always looked for the most diverse forms to be able to transfer the fluids. Thousands of years ago rudimentary water wheels were used with considerable head losses.The Egyptians already had at their disposal primitive syringes or double effect pumps. Archimedes of Syracuusse ((287 b. C.- 212 b. C.) designed his famous screw still in use in countless WWTP worldwide. The pumps were improved and the losses were being controlled using various radial closure systems or gaskets, mechanical seals and dynamic closures. The penultimate revolution was developed with the magnetic coupling pumps, where the leakage through the transmitting axis was eliminated when realized in two sections. What if the elastomeric pumping element itself does the complete closing without any possibility of leaks? Welcome to PSS2 (Polimeric Self-Sealed Pre-Shaped Structure)

KEYWORDS: BOMBA , ELÁSTOMERO, LIMPIEZA, INODORO,

Reinventando el bombeo

fig. 1Rudimentarias norias que en la actualidad siguen en funcionamiento en parte del tercer mundo

fig. 01 Rudimentarias norias que en la actualidad siguen en funcionamiento en parte del tercer mundo

 

Imagen 2

Fig. 02 Bomba centrífuga de acoplamiento magnético

 

1.- Presentación

LADI es la marca comercial registrada por Lomeda Medio Ambiente S.L. con la PCT/ES2015/070783 de un dispositivo innovador, diseñado y desarrollado íntegramente en España, para  la dosificación de fluidos en múltiples usos.

Fig. 03 bomba peristáltica

Fig. 03 bomba peristáltica

Desarrolla ventajas competitivas, tanto técnicas como económicas, frente a las bombas peristálticas y a las bombas de membrana.

En las bombas peristálticas el fluido es desplazado dentro de un tubo flexible por un rotor con un número de rodillos (entre dos y seis), que comprimen y descomprimen sucesivamente el tubo flexible. Mientras que el rotor da la vuelta, la parte del tubo bajo compresión se estrangula forzando al fluido a moverse a lo largo del tubo. Al mismo tiempo la sección de manguera situada detrás del punto de compresión recupera su forma circular original, creando un efecto de succión en la boca de aspiración de la bomba. Se utilizan para bombear fluidos limpios o estériles porque la bomba no puede contaminar el líquido, o para bombear fluidos agresivos porque el fluido no puede dañar la bomba, de sus aplicaciones destacan: máquinas de diálisis, bombas de bypass para operaciones a  corazón abierto, fabricación de alimentos, dispensadoras de bebidas, producción farmacéutica, dosificación en la depuración de aguas residuales.

Desafortunadamente, el tubo va perdiendo elasticidad y disminuye el caudal con el tiempo, momento en el que hay que reemplazar el tubo, estas bombas sólo funcionan con accionamiento eléctrico a través de un rotor.

Las bombas de membrana consiguen el aumento de presión por el empuje de unas membranas que modifican aumentando y disminuyendo alternativamente el volumen de la cámara de bombeo. Unas válvulas de retención anti retorno, controlan que el movimiento del fluido se realice desde la zona de menor presión a la de mayor presión. El accionamiento de estas bombas puede ser eléctrico o neumático.

Fig. 03 Bomba de membrana

Fig. 04 Bomba de membrana

Las bombas de doble diafragma funcionan bajo el mismo principio que las bombas de membrana, pero tienen dos cámaras con un diafragma cada una, de forma que cuando una membrana disminuye el volumen de su cámara respectiva, la otra membrana aumenta el volumen de la otra cámara y viceversa. Debido a la resistencia a la corrosión de estas bombas y al ser auto-cebantes, son utilizadas en las diversas aplicaciones industriales que precisan trasiego de ácidos, derivados del petróleo y concentrados. (ver fig. 4 bomba de doble membrana). Pero pueden presentar problemas como: fallo o rotura de la membrana, desgaste de las juntas tóricas, mantenimiento complicado, la membrana suele ser de precio elevado, muchas piezas en la fabricación y sólo funcionan con aire comprimido limpio, las bolas que actúan como válvulas de un solo sentido se manchan y no hacen el cierre correcto  produciéndose  pérdidas.

 

2.- La alternativa

Fig. 05 Bomba LADI

Fig. 05 Bomba LADI

LADI puede trabajar con presión hidráulica, neumática o mecánica; aplicada sobre una estructura (DEP DPE) confinada que sella y a la vez divide a la bomba en dos partes: la cámara de accionamiento y la cámara dispensadora. Al introducirse presión en la primera, el contenido de la segunda es expulsado hacia el medio receptor. Al desaparecer la presión, la cámara dispensadora se recarga de fluido, y así, en un proceso cíclico.

No es necesario el uso de muelles de recuperación, ni elementos de estancamiento como cierres mecánicos con una vida útil superior a las máquinas de desplazamiento positivo convencionales.

Se eliminan complejidades mecánicas, minimizando las actuaciones de mantenimiento correctivo, en comparación con las requeridas por las máquinas de desplazamiento positivo convencionales.

Las variaciones de presión en la cámara de accionamiento, pueden ser producidas por cualquier sistema auxiliar a tal efecto.

Cabe la posibilidad que un mismo dispositivo tenga más salidas, si hay más de un medio receptor. La cámara de accionamiento, tiene una conexión con el medio que aporta la presión. El sistema se completa con válvulas anti retorno.

Fig. 06 Presión Vs Caudal en las válvulas utilizadas

Fig. 06 Presión Vs Caudal en las válvulas utilizadas

En comparación con los otros sistemas, destacamos que se trata de:

  • Es un dispositivo “low cost”
  • No hace ruido.
  • No le afecta la humedad ni interior ni exteriormente, pudiendo funcionar sumergido.
  • Puede funcionar en cualquier posición, no estando condicionado por la acción gravitatoria.
  • Al no existir ni fricción ni engranajes en el cuerpo de impulsión no se hace necesaria la lubricación.
  • Elevada sencillez mecánica en el cuerpo principal. El número de piezas que lo componen son dos, una sola pieza interior y el continente, que podrá ser de plástico o metálico,

Dependiendo de la presión que se desee de empuje disminuyendo significativamente la posibilidad de fallos. MTBF muy elevado.

  • Fig. 07 Esquema bomba LADI

    Fig. 07 Esquema bomba LADI

    La forma se puede adaptar fácilmente a cualquier espacio disponible.

  • En su fabricación, no requiere la utilización de componentes metálicos, eliminando posibles episodios de corrosión.
  • Es auto-cebante.
  • No genera calor.
  • Soporta temperaturas extremas en ambos sentidos.
  • No contamina el fluido que bombea.
  • Un mismo dispositivo puede conectarse indistintamente a un accionamiento hidráulico o a un accionamiento neumático, sin modificaciones.
  • En accionamiento neumático, no se necesita un filtro para evitar la humedad del aire comprimido.
  • No posee cierres mecánicos, que son los principales orígenes de los fallos de los equipos de trasiego de fluidos. La vida de los cierres mecánicos limita el MTBF de muchos equipos de bombeo.
  • Cuando el accionamiento directo no es eléctrico, pueden trabajar en ambientes peligrosos, pudiendo ser catalogadas como antichispa (ATEX Clases 0, I y II).
  • Tiene excelentes propiedades de aislamiento eléctrico.
  • Recuperación muy rápida.

En líneas generales todas las aplicaciones prácticas para bombas peristálticas y de membrana, se pueden resolver con ventaja con el dispositivo descrito, como ser el trasvase y/o dosificación de distintos tipos de fluidos.

Pudiéndose aplicar en múltiples sectores:

  • Sector Primario (minería, agricultura y ganadería)
  • Sector Secundario (Industria química, alimentación y bebidas, fabricación de materiales de construcción, fabricación de papel y cartón, industria farmacéutica, industria naval, sector automoción, máquina-herramienta, fabricación de equipos industriales, fabricación de equipos para medicina)
  • Sector Terciario (depuración de aguas, lavandería e higiene industrial).

 

 3.- Ejemplo de la primera aplicación práctica: LADI

LADI (Limpieza automática de inodoros) ya se comercializa, acoplado a una válvula universal de llenado de la cisterna del inodoro para dosificar en el agua de la cisterna un fluido higienizante biodegradable ad-hoc, con notable mejora en la estética e higiene de los inodoros. Funciona con la propia presión de la red de abastecimiento y únicamente cada vez que se descarga la cisterna. Si no se hace uso del inodoro no hay gasto de fluido.

Imagen 6

Fig.08 Formulación de la silicona empleada

 

LADI consigue una dosificación extraordinariamente baja (< 0,5 ml). Es decir un litro corresponde a más de 2.000 dosificaciones idénticas. El fluido dosificado es además antical, lo que hace al sistema especialmente recomendable en aquellas zonas con aguas duras, que suelen generar esas desagradables manchas amarillas en las paredes de la taza del inodoro.

El dispositivo es antivandálico ya que puede ir instalado 100% dentro de la cisterna. Genera una delgada capa de espuma en el fondo del inodoro, brillo en sus paredes internas, a la vez que aporta un ligero y agradable perfume.

Además se consigue reducir los consumos de agua potable ya que el “agua sola no limpia” y LADI dispensa un producto de limpieza altamente concentrado, contribuyendo a la limpieza. Contribuye a la preservación el medio ambiente, no solo con el ahorro de agua -al hacer innecesaria la muy habitual descarga preventiva de limpieza por parte del usuario-, sino que además ahorra en productos muy agresivos  de limpieza: para limpiar se gasta por inodoro de media al año más de 5 litros de lejía o productos parecidos, mientras que utilizando LADI entre 5 a 6 veces al día, en un año se gastaría solo un litro de fluido.

Fig. 09 Dispositivo LADI al completo

Fig. 09 Dispositivo LADI al completo

 

El dispositivo acumula ya más de 800.000 horas de pruebas satisfactorias desde el mes de enero del año 2015, con rango de  presiones verificadas entre 0,5 bar y 7 bar.

 

 

 

 

4.- Medio ambiente y costes

Según la encuesta del INE sobre el suministro y saneamiento del agua, el consumo medio de agua de los hogares españoles se situó en 130 l por habitante y día, en un hogar medio un cuarto del volumen total del agua consumida se va sencillamente por el inodoro) según se ve en la figura 10.

 

Figura 10 Distribución del consumo de agua en el hogar español

Figura 10 Distribución del consumo de agua en el hogar español

 

De ese volumen de agua consumida se requiere agua potable o “de boca” (como es denominada en muchas partes): Ducha-bañera (32.73%), Lavabo (17.17%), Beber y cocinar (5.16%) y Lavavajillas (5.45%), haciendo un total de 60.51% el resto (39.49 %) no requieren de esa agua tratada y apta para el consumo humano.

El agua es un bien muy escaso en muchos países. El dispositivo objeto de este artículo, puede colaborar a la reducción de los consumos de agua potable relacionados con el uso y mantenimiento de los inodoros. El mero hecho de colaborar con la auto-limpieza del conjunto colabora en la reducción del uso del número de descargas innecesarias. Está comprobado que en la limpieza de los inodoros el agua sola no limpia, por las cantidades incluidas de cal en la propia red de suministro, el propio agua facilita las incrustaciones, por lo que se consumen elevadas cantidades de productos químicos agresivos al medioambiente.

Además de colaborar con el medio ambiente con una reducción en el consumo de agua y en el de productos de limpieza, el ahorro de agua significa también ahorro de costes, cuya magnitud va a depender de la situación geográfica, sirva como muestra el precio del agua en 11 ciudades europeas (del informe  de la ACA “El precio del ciclo del agua en España y Europa 2016)

Figura 11 El precio unitario total de uso doméstico por un consumo de 10 m3/mes en 11 ciudades europeas

Figura 11 El precio unitario total de uso doméstico por un consumo de 10 m3/mes en 11 ciudades europeas

 

5.- Acciones futuras: I+D+i

Una configuración ausente de partes mecánicas y sin necesidad de usar metales, que puedan dañar el continente, corroerse o perjudicar el contenido; le da unas características técnicas excelentes para continuar proyectando diversos tipos de dosificadores.

Figura 12 Posible aplicación cardíaca

Figura 12 Posible aplicación cardíaca

La bomba que gobierna el dispositivo se pueda accionar por la propia presión de agua de la red de abastecimiento, sin gasto energético alguno, con una válvula hidráulica se puede excitar no solo una bomba sino decenas, con una velocidad de respuesta excelente  de aproximadamente de 3 ciclos por segundo (siempre y cuando haya presión de red superior a 2 bar), es una bomba ideal para aquellos sitios que el agua sea un medio de alimentación como puede ser las piscinas y lavanderías industriales. Esta última instalación en actual estudio, puede llegar a utilizar hasta 6 bombas peristálticas en paralelo.

 

 

 

En los casos concretos de lavanderías industriales y piscinas se aprovecha el propio agua que es utilizada, en un caso para llenar la piscina y en el otro la lavadora, con lo cual no existe desperdicio de agua, sino ahorro en energía eléctrica.

Los tamaños de la bomba, pueden ser de volúmenes inferiores a 1cm3, siendo apta para introducirse en seres vivos, movidos por un impulso exterior (bien eléctrico, porque se podría incorporar una bobina en el propio dispositivo, de manera de que quede aislada del entorno, haciendo el dispositivo totalmente aséptico) o interior (una vena podría ser suficiente) ya que puede trabajar con impulsos extremadamente reducidos.

Figura 12 Posible aplicación como bomba de insulina

Figura 13 Posible aplicación como bomba de insulina

Las bombas internas dentro de un cuerpo humano se pueden activar o ser impulsadas no solo eléctricamente, sino también hidráulicamente con una perilla que se comunique por mediación de un tubo hidráulico al interior del cuerpo. Dicho líquido seria suero y la perilla sería la encargada de impulsar la bomba, permitiendo al usuario apretar la perilla cuando desee, o bien con un mecanismo que se active al andar o al hacer ejercicios y tener por la noche un sistema mecánico que active toda la noche la perilla y por tanto la bomba.

Tenemos intención de contactar con especialistas en este tema, para determinar que alcance podría tener un nuevo tipo de bombas con estas características.

La bomba LADI no se ve afectada por los efectos gravitatorios: el impulso del líquido o gel viscoso, puede trabajarse en cualquier posición con válvulas de pico de pato.

Con su bajo peso y la ausencia de mantenimiento, le otorga propiedades inigualables para vehículos interplanetarios o laboratorios fuera de la tierra.

La dosificación es exacta mientras se mantenga por encima de unas presiones mínimas de 1.5 bar.

Una misma bomba puede someterse a un campo muy variado de presiones, y la dosificación apenas variará. Estas bombas dosifican con una exactitud elevada: desde 0 a 0,3 bar está en reposo, desde 0,3 a 0,5, empieza el tanteo del bombeo, y desde 1 bar hasta 7 se mantiene plano. Según se puede ver en la figura 14

Figura 14 Rango de presiones (bar) Vs caudales (ml)

Figura 14 Rango de presiones (bar) Vs caudales (ml)

En otros campos, se abren posibilidades para bombas con aplicaciones especiales.

Eliminación de patógenos peligrosos en hospitales que estén en las heces humanas. Cada vez que el paciente haga una deposición en un wc., una bomba de forma automática puede inyectar un líquido en cantidad suficiente para desinfectar e inhabilitar la extensión de dichos patógenos. No requiere mantenimiento por personal cualificado, ya que el único requisito seria el rellenar o cambiar un depósito del producto químico a utilizar.

Cada vez que se abra y cierre cualquier aparato con presión (por ej. una ducha, un grifo, un motor que mueva un circuito en presión -aire acondicionado-), esa variación de presión valdría para bombear cualquier producto que se necesite: colonias, geles o esencias para eliminar los elementos patógenos.

Sin necesidad de aporte de corriente eléctrica ni accionamientos motorizados para bombear, tan solo se requiere presión en un punto y una posterior caída de la presión.

 

6.- COROLARIO

Estos dispositivos de estructura polimérica, están constituidos en una sola pieza, pueden funcionar millones de ciclos sin alterar su configuración, pueden estar sumergidos en agua y no se ven afectados por cambios bruscos de temperatura. En la actualidad, no hay en el mercado nada parecido con estas características técnicas.

 

 

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  • Técnicos o de Investigación


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    One thought on “Reinventando el bombeo

    • me interesa muchisimo mas informacion y deseos de probar el dispositivo; soy medico de Dialisis y desde hace algun tiempo vengo experimentando con otros tipos de bombeo de la sangre. El dispositivo de ustedes me parece genial. Por favor deseo entrar en contacto ,

      ATT
      Dr. Cesar Vasconez
      MD.Nefrologia

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