Determinarea parametrilor neelectrici [604749]

Determinarea parametrilor neelectrici
cu ajutorul unei pompe Peristaltice

Propusă de Departamentul
Energetică Industrială

Lucrare de licență
la Facultatea de Inginerie Electrică,Electronică și Tehnologia Informației
Universitatea VALAHIA din Târgoviște

susținută de
Bercu Nicolin Alin
Specializarea – Energetică Industrială

SUPERVIZATĂ DE
dr.ing. conf. Otilia Nedelcu

2

Facultatea de Inginerie Electrică,Electronică și Tehnologia Informației
Universitatea VALAHIA din Târgoviște

Bercu Nicolin Alin
Specializarea – Energetică Industrială

Determinarea parametrilor neelectrici
cu ajutorul unei pompe Peristaltice

Coordonator lucrare
Otili Nedelcu

1.Tema proiectului : Determinarea parametrilo r neelectrici cu ajutorul unei
pompe p eristaltice
2.Tipul Proiectului : Aplicativ
3.Implementare : Diverse industrii
4. Domeniul : Hidraulic

3
Cuprins
1.Introducere – scurt istoric _________________________ 5
2.Generalitati ale pompelor _________________________ 8
2.1 Definitie __________________ ________________ 8
2.2 Clasificare ________________________________ 8
3.Caracteristici generale ale pompelor ________________ 10
3.1 Pompa centrifuga ___________________________ 10
3.2 Pompe volumice ___________________________ 17
3.2.1 Pompe cu pistoane ______________________ 19
3.2.2 Pompe cu roti dinta te____________________ 22
4. Studiu de caz Pompa Peristaltica __________________ 26
4.1 Principiu de functionare ______________________ 26
4.2 Istoric ____________________________________ 26
4.3 Caracteristici constructive _____________________ 27
4.4 Clasificare _________________________________ 29
4.5 Compatibilitati chimice – Tubul _________________ 31
4.6 Functionare ________________________________ 32
4.7 Pompa peristaltica PP01 ______________________ 34
4.8 Ocluzia _________ __________________________ 36
4.9 Debitul ____________________________________ 41
4.10 Inaltimea de pompare ________________________ 47
4.11 Inaltimea de aspiratie ________________________ 48
4.12 Puterea si randamentul ________________________ 49
5.Concluzii _______________________________________ 53
6.Aplicatii _______________________________________ 55
7.Bibliografie _____________________________________ 56

4

Abstract
În lucrarea de fața vom prezenta realizarea și testarea unei pompe peristaltice rotative.În
capitolul generalități vom prezenta câteva tipuri de pompe folosite pe scară largă și
caracteristicile acestora. În studiul de caz vom urmări determinarea acestor parametri și
utilitatea lor pentru pompele peristaltice.Este o preze ntare generală a principiului de bază, a
felului construcției și caracteristicile funcționarii acestui tip de pompă.S -a parcurs
literatura de specialitate pentru a ști unde s -a ajuns cu proiectarea și realizarea pompelor
peristaltice. Sunt prezentate calcule teoretice pentru debit, presiune și rezultatele testelor
efectuate.Calculele de proiectare , alegerea materialelor și construcția sunt realizate de
autor. În studiile viitoare dorim să realizăm teste cu acest tip de pompă pentru a determina
practic caracteristicile de curgere a mateialelor vâscoase, abrazive și granulare. Vom păstra
tubul încercând să schimbăm diametrul rolelor, forma carcasei ,elementele de comandă , și
vom stabili noile caracteristici.
Cuvinte cheie : pompa peristaltica, caract eristici de curgere, parametrii de proiectare ai
pompei peristaltice.

Coordonator lucrare
Otili Nedelcu

5
1. Introducere – Scurt istoric

Încă de la începuturile omenirii , oamenii au avut nevoie de transportul celui mai prețios
lichid – APA. Astfel putem considera că fiind prima pompă artificială din lume un om
deplasând un vas cu apă de la sursa de apă (rău,izvor, lac,etc) la locul de consum. Ne
referim aici la pompele artificiale, pentru că cel mai important sistem de pompare c reat de
natură este inima .Inima se
găsește în mai toate organismele vii și este cel mai important organ pentru menținerea
vieții.

Fig.1 Circulația sângelui prin inimă umană

După clasificările pompelor ,am putea să o încadrăm în categoria pompelor
volumetrice.;pompa ce transforma energia electrochimică în energie cinetică pentru
circulația sângelui.

Ca și mecanism de pompare se poate considera și bătrâna "Cumpănă" inventat ă de egipteni
cu 2000 de ani înainte erei noastre. Sistemul consta într -o bară lungă ,suspendată ,având la

6
un capăt o găleată și la celalat capăt niște grautati.Cumpănă poate fi văzută în stare de
funcționare și în zilele noastre în anumite localități rura le.

Fig.2 Cumpănă din Egipt Fig.3Cumpana Budești -Valcea

După scrierile lui Diodor din Sicilia ,Grădinile Suspendate ale Semiramidei , construcție a
anilor 600 -550 i.Hr. erau udate cu ajutorul unor pompe cilin drice, al căror mecanism nu îl
cunoaștem încă.
O altă invenție cu adevărat revoluționară pentru lumea antică a fost șurubul lui
Arhimede -"Cochlea Archimedis".

Fig.4 Șurubul lui Arhimede Fig.5 Șnec pentru cerale

Invenția consta d intr-un tub cilindric , care avea la interior o spirală ce se putea roti cu
ajutorul unei manivele aflată la capătul superior, capătul inferior era scufundat în apă.Când
se rotea spirală din interior , apa urca prin tubul cilindric și ieșea din cilindru pe partea
superioară.Aceasta pompa cu șurub fără sfârșit – cum i se mai spunea, a fost folosită pe
scară largă în lumea antică pentru irigarea suprafețelor agricole.Acum acest sistem de
transport se utilizează pe scară largă mai ales pentru materiale gran ulare cum ar fi cerealele
în silozuri, sau agregatele minerale.

7

În anul 200 înaintea erei noastre , matematicianul și inventatorul grec Ctesibius, a
inventat un mecanism cu piston și supape numit "Organ de apă" .Mecanismul era compus
dintr -un cilindru ca re avea pe fund niște supape și niște țevi ,apa fiind aspirata datorită
vidului format la acționarea unui piston situat în interiorul cilindrului.Tot acestui
inventator i se atribuie și costructia unei pompe cu două pistoane folosită de pompieri
pentru st ingerea incendiilor, și câteva lucrări în domeniul pneumaticii .

Fig.6 Pompa lui Ctesibius
În istoria omenirii mai mulți oameni și -au adus contribuția, în mai mare sau mai mică
măsură pentru dezvoltarea acestui domeniu , de acum indispensabil pentru omenire.Printre
aceștia putem aminti pe: Francesco di Giorgio Martini care în 1475 realizează o mașină de
ridicare a noroiului pe principiul centrifugării; Agostino Ramelli în 1588 descrie
tehnologia pompei cu palete alunecoase; Papenheimin,inginer German, în 1636 inventează
pompa cu roți dințate și listă ar putea continua.
În timp , din cauza cererii tot mai mari de apă și a creșterii inaltimiii de depozitare a apei
, pomele acționate de om au fost înlocuite de motoarele cu abur. Cerințele lor și
condi țiile de aplicare ale acestora au devenit mai diverse astfel încât pompele cu piston și
cele rotative au început să creeze
o varietate de dispozitive de evacuare și circulație a fluidelor .
Astfel istoric vorbind au existat trei domenii de dezvoltare a po mpelor:
pompe cu piston
pompe rotative
pompe centrifugale.

8
2. Generalități ale pompelor
2.1 Definiție
Pompa este o mașină hidraulică care transforma energia dintr -una din formele sale
,(mecanica sau electrică) în energia fluxului de fluid (lichid sau gaz) care servește la
deplasarea fluidului, la modificarea presiunii fluidului sau la amestecarea mai multor
substanțe.
Diferența de presiune dintre conducta de aspirație și cea de refulare face ca fluidul să se
deplaseze dinspre zona cu presiune mai mică către zona cu presiune mai mare.

Simbolul pentru pompa

2.2Clasificare
Pompele se clasifica după următoarele criterii:
– după principiului de funcționare avem următoarele tipuri: turbo -pompe (pompe
centrifuge), pompe volumice (pompa cu pistoane ,pompa cu membrană, cu paleți
,peristaltica ,cu roți dințate ,etc) ,pompe cu fluid motor,pompe electromagnetice și
elevatoare hi draulice.
În figurile de mai jos sunt redate câteva tipuri de pompe

Fig.7 Turbopompa Fig.8Pompa cu paleți

9

Fig.9 Pompa cu m embrana Fig.10 Pomopa cu pistn

Fig.11 Pompa cu roți dințate ( cu angrenaje)

– după construcție: pompe centrifuge monoetajate sau multietajate, pompe cu
angrenaje,pompe cu piston,pompe cu membrană,pompe cu rotor excentric,pompe cu canal
lateral ,etc.
– după starea de agregare a fluidului pompat: pompe hidraulice (pentru fluid lichid) și
pompe pneumatice( pentru fluid gazos).
– după numărul de fluide pot fi cu un fluid (cel transportat) sau cu două fluide(cel
transportat și cel motor)Pompele cu două fluide sunt cunoscute și sub numele de
ejectoaresi pot fi cu vâna de apă ,folosite ca pompa de vid, cu vâna de abur folosite ca
injectoare de apă în abur la cazane, cu vâna de aer folosit pentru pomparea apei în sistem
"airlift".
-dupa numărul de curse active pot fi cu simplu efect(de exemplu la pompa cu membrana
lichidul est pompat la la acțiunea într -un sens o membranei,în celalat sens având loc
admisia)sau cu dublu efect(pompa cu piston -lichidul este pompat de ambele fete ale
pistonului)

10
În practică curentă se întâlnesc și alte tipuri de clasificări cum ar fi ; după destinație, după
poziția de funcționare ,după părțile udate de lichid , reversibi le sau ireversibile(
funcționare ca pompa sau ca motor hidraulic), cu un sens sau dublusens etc.
Despre popmpele pneumatice putem spune că sunt acele pompe care deplasează un gaz.
Aceste pompe se numesc compresoare (dacă gazul se comprimă), sau pompe p e vid (atunci
când pompa creează o presiune mai mică dăcât cea atmosferică). Ca și tipuri constructive
acestea pot fi cu pistoane (exemplu pompa de bicicletă), pompe rotative (cu palete, cu
rotoare profilate) pompe cu membrană,pompa cu rotor(exhaustoare de gaze arse)
Cea mai importantă clasificare, după părerea mea, este clasificarea după modul cum se
creează diferența de presiune , astfel avem două mari categorii : pompe hidrodinamice
(pompe centrifugale) și pompe volumice (pompa cu piston, cu membrana cu roți dințate
etc.)
3. Caracteristici generale ale pompelor
3.1 Pompa centrifugă
În instalațiile de alimentare cu apă, dar și în diverse ramuri ale industriei cele mai folosite
tipuri de pompe sunt cele centrifugale
În mare acestea sunt alcătuite din : racord de aspirație, racord de refulare și corpul
pompei.

Fig.12 Pompa centrifugala – Părți componente:

11
1.rotorul,format dintr -o coroană pe care sunt fixate paletele și un inel
2.corpul pompei sau statorul care are rol de dirijare a curentului și de transformare a
energieicinetice în energie de presiune;
3.rețeaua de palete;
4.arbore de antrenare;
5.racord de aspirație;
6. racord de refulare
Aceste pompe au o funcționare foarte simplă, l ichidul fiind aspirat ,axial prin centrul
pompei,și refulat radial, paletele fiind înclinate invers față de sensul de rotație pentru a
asigura curgerea laminară a fluidului. Rotorul acestor pompe schimba direcția de curgere a
fluidului.
Viteza fluidului aj unge în interiorul palelor la 9 -16 m/s. Pentru micșorarea vitezei și
mărirea presiunii racordul de refulare are un diametru mai mare,astfel viteza ajungând la
doar 4 -6 m/s
Pompele cu un singur etaj se construiesc pentru debite cuprinse între 0.5 -10 mc/s și
presiuni relativ mici până la 20 bar.Pompele de acest fel sunt cuplate direct cu arborele
motorului electric .
Au turații standardizate , unde rețeaua electrică are 50Hz(neglijând alunecarea) avem: 500
; 600;750;1000;1500;3000 rot/min.
Pentru că forța c entrifugă este determinată de viteză de rotație a rotorului,rezultă că o
pompă cu un singur rotor poate funcționa cu o caracteristică maximă limitată de factorul
viteza periferică.
Există și pompe de fabricație specială cu turații de 6000 – 7000 rot/min, d ar trebuie
menționat faptul că o turație prea mare înrăutățește condițiile de aspirare.
Pentru creșterea presiunii , fără a mări diametrul rotorului sau al turației, se utilizează
soluția cu mai multe rotoare montate în serie. Acest fel de pompă se cheamă
"multietajata",considerând că fiecare rotor este un etaj.

12
Fig.13 Secțiune printr -o pompă multietajata

Parametrii de funcționare :

– Debitul (Q) [m3/h] reprezintă cantitatea de lichid pompată în unitate de
timp. Debitul (volumic) al pompei este debitul măsurat la refularea pompei.

Um = [m3/s]
ΔV reprezintă volumul de lichid care trece prin racordul de refulare în intervalul de timp Δt

– Înălțimea (sarcina) de pompare – reprezintă înălțimea coloanei de apă pe care o
creează pompa pentru că lichidul să înfrângă rezistentele hidraulice și să ajungă la
destinație cu o anumită presiune .
Energia de pompare este distribuită uniform masei de fluid în interiorul pompei, crestera
specifică având o creștere liniara:

Deci H reprezintă înălțimea de pompare sau lucrul mecanic transferat lichidului pentru
creșterea
energiei specifice exprimate î n unități de lungime în ȘI[ J/Kg] adică m.
v1,v2 – reprezintă vitezele de intrare și de ieșire
z1,z2 – diferențele de nivel față de planul de referință
p1,p2 – presiunile de intrare și de ieșire din pompa

13
ρ – densitatea lichidului; g – accelerația gravitațională
Uzual planul de referință se ia planul care trece prin axul rotorului

– Puterea utilă reprezintă puterea transferată lichidului la trecerea prin pompa ( P u )
Știind că lucrul mecanic cedat de pompă pentru ridicarea unei mase de lichid d e volum V,
la înălțimea H este
L=mgH=ρgVH
– Puterea utilă Pu = ρgHQ
– Puterea absorbită (P 0) este puterea furnizată axului pompei de un motor elelectric
,spre exemplu.
– Randamentul η=P u / Po
Din punct de vedere al funcționării pompelor centrifuge, curbele cele mai utile sunt:
– curba H=f(Q), reprezintă curba caracteristică a înălțimii de pompare,curba de sarcină
– curba P=f 2(Q) ,exprima variația puterii absorbite în funcție de debit
– curba η= f3(Q) reprezintă randamentul funcție de debit

Fig.14 Caracteristica internă a pompei

14
Fig.15 Caracteristica externă a pompei
Trasând caracteristica H R reprezentând înălțimea de refulare și caracteristica internă
H=f(Q) obținem punctul de funcționare F. Modificând caracteristica instalației , de
exemplu se închide o vană ,punctul de funcționare se deplasează în F' .
O altă caracteristică foarte importantă pentru pompele centrifugal e este înălțimea de
aspirație.Urcarea lichidului de la nivelul de absorție la nivelul de alimentare are loc
prin creearea unui vid ce se formează în rotorul pomopei în timpul funcționării.
În figură 16 este reprezentat traseul de aspirație al unei pompe centrifuge ce aspiră
dintr -un rezervor având presiunea atmosferică interioară p i ; dacă p b este presiunea
atmosferică, presiunea la nivelul de aspirație este : p a = p i + p b .
Fig .16 aspir atia pompei centrifuge
Luând ca plan de referință nivelul lichidului din rezervorul de aspirație, sarcina hidraulică

15
la intrarea în circuitul de aspirație va fi:

Concret avem
unde
 hra – pierderile liniare și locale de sarcină prin frecare hidraulică pe traseul de aspirație
hrir – pierderea de sarcina la intrarea lichidului în canalele rotorului; aceste pierderi pot fi
scrise sub forma :

coeficient de rezistență locală
Pentru că limita reală a depresiunii într -un lichid în mișcare este impusă de apariția
fenomenului de cavitație, avem înălțimea maximă de aspirație definită de condiția p 1 = p v
unde p v este presiunea absolută de saturație a lichidului la intrarea în pompă.
Un alt parametru al pompelor este coeficientul de cavitație , ' ', parametru ce este
proporțional cu turația pompei.
Așadar:

În urma cercetărilor experimentale s -a ajuns la concluzia că , coeficientul de cavitație,
este proporțional cu turația specifică a mașinii:

a – coeficient de pr oporționalitate
S-au propus diferite valori pentru coeficientul de proporționalitate, ca de exemplu:
a = 2,29  0,0001 – THOMA
gvp
Ha a
a22


 hv pp
H raa
aspg212
1 1
gvhrir22
1


 hpp
H rav a
asp Hmax
nsa3/4

16
a = 2,20  0,0001 – STEPANOFF
a = 2,16  0,0001 – ESCHER -WYSS
Dar coeficientul de cavitație  are o semnificație mult ma i precisă decât ceea ce apare în
relația

fiind – în realitate – un raport între înălțimea de aspirație disponibilă și înălțimea de
pompare a agregatului.

Pentru funcționarea corectă a pompei , trebuie c a presiunea la aspirație să nu fie mai
mică decât presiunea de vaporizare a lichidului . Deci, pentru a defini performanțele pe
aspirație în afara lui în ultima vreme se utilizează și o altă mărime, anume NPSH
(Net Positive Suction Head). Acest NPSH reprezintä rezerva de energie pe care lichidul
trebuie să o aibe la intrarea în rotor, în așa fel încât să nu apară cavitația.

unde – reprezintă energia totală a fluidului la intrarea în pompă
ps – reprezintă pierderile de sar cina pe conducta de aspirație
Dacă se reprezintă grafic dependenta principalilor parametri funcționali ai unei mașini
(Q,H,) funcție de NPSH observăm că valoarea lui NPSH unde parametrii încep să
cadă ,caracterizează începutul cavitației. Dacă NPSH scade și mai mult, curba se întrerupe
și regimul de cavitație se generalizează. O pompă cu caracterisitici bune de aspirație are
valoarea NPSH adm mic. Această condiție se poate obține la pompele care au prerotor sau
rotor extins, la care (NPSH) cr <NPSH < (NPSH) adm..
rezerva de energie la cavitație depinde de:
– presiunea atmosferică
– presiuea vaporilor saturați la anumită temperaturä;
– condițiile de cuplare a pompei;
nsa3/4
HHaspdisp
max
vH
SA
A pvp NPSH 22

22
A
Avp

17
– pierderile hidraulice pe tubulatura de aspirație.
În figură 17 este reprezentată influența înălțimii de aspirație asupra parametrilor de
lucru ai unei pompe centrifuge funcționând la turație constantă n = constant.
Din diagramă se observă că până la o anumită valoare limită admisibilă a înă lțimii de
aspirație, caracteristicile de debit, sarcină și randament rămân constante.
Fig.17 Influenta inaltimii de aspiratie asupra parametrilor de lucru

În instalații se impune un reglaj al parametrilor de absorție , reglaj impus de
modificarea caracterisiticilor pompa – rețea.
Cel mai la îndemâna mod este să se închidă o vană pa calea de refulare . În felul
acesta se realizează o sarcină suplimentară în conducta de refulare , modificându -se
caracteristică de funcționare a rețelei. O altă met odă ar fi modificarea turației rotorului
pompei, fiind o metodă economică , condiția necesară fiind că pompa să permită
acest lucru .Caracteristică de funcționare a rețelei se mai poate realiza și prin by -pass.
Această metodă nu este bună pentru pompele m ultietajate pentru că se pierde o parte
din energia acumulată , o parte din lichid ajungând înapoi în conducta de aspirație.

3.2Pompe volumice
La acest tip de pompe energia cinetică a fluidului rămâne practic constantă ,energia
mecanică fiind transform ată în energie hidrostatică(presiune).Funcționarea acestor
pompe se bazează pe modificarea și deplasarea de volum al unui organ al pompei
ce se afla în contact cu lichidul, acesta executnd o mișcare periodică .Deci procesul de

18
admisie – evacuare ,are loc volum cu volum O particularitate a acestor pompe consta
în faptul că ,conducta de aspirație nu este în legătură directă cu conducta de
refulare.Transferarea lichidului dint -ro încăpere în alta se realizează prin deplasarea
volumelor, iar sensul de circul ație se realizează cu ajutorul unor supape, clapete (la
pompele cu piston și cele cu membrana),iar la cele cu roți dințate ,cu lobi,cu palete
racloare separația între admisie și refulare se realizează de către mecanisnul ce
deplasează volumul în interiorul pompei și sensul de curgere este dat de sensul de
rotație al rotoarelor.
Acest tip de pompe se folosesc atunci când se doresc presiuni mari până la
150-300bar(chiar 1000 bar la unele pompe de injecție ale automobilelor), și debite
relativ mici până la 1 00 l/min.
Se pot clasifica după mai multe criterii cum ar fi:
– după mecanismul de angrenare – cu piston,cu roți dințate,cu palete
racloare,cu membrana , cu șurub ,pompa peristaltica, pompa cu lobi ,etc.
– după sensul pompării lichidului pot fi unisens sau dublu -sens
– după sensul de transformare al energiei pot fi : pompe, motoare sau
transformatoare.
La acesta pompe debitul teoretic se poate scrie sub forma :

unde Q t – reprezintă debitul teoretic al pompei
V – volumul unui spațiu ce se află între mecanismele pompei
z – numărul de volume
n – turația axului pompei (rot/min)
Vu =V· n reprezintă volumul de lichid transportat la o rotație completă

19
3.2.1 Pompa cu piston .
La acest tip de pompă , admisia – refularea se realizează prin deplasarea unui piston
în interioarul unui cilindru,pistonul fiind acționat de un meca nism biela -manivela ,o
camă sau un excentric. Mecanisme de acest tip întâlnim și la pompa cu membranasau
cu plunjer.
În figură 18 este reprezentată schematic o pompă cu piston cu dublă acțiune.Prin
deplasarea pistonuluiintr -o parte se realizează admisia și în cealaltă refularea

Fig.18 Pompa cu piston cu dublu efect Fig.19 Pompa cu piston cu simplu efect

De regulă aceste pompe sunt prevăzute cu ventile autoreglabile în funcție de presiunea
de lucru.Sepot obține puteri mari dacă sunt consrtr uite pentru poziția orizontală – până
la 1500 KW cu debite de 1m3/min.Prin varianta verticală se obțin debite mai mici
,până la 0.15m3/min cu puteri de 150Kw .volumul constructiv al acestor pompe este
mai mare decât la pompele centrufugale(pentru acelas debit),fiind și mai complicate
din punct de vedere constructiv.Aceste pompe funcționează la turații relativ mici,
debitul având pulsatii mari.
Pentru ameliorarea acestei situații se construiesc în variante cu două pistoane sau cu
tri pistoane.
Pentru aplic ații unde se cer presiuni mari de ( >100bari) s -au construit pompe cu
pistonase mai mici dispuse radial în jurul unei axe ,de aici și numele de pompe axiale,
și sunt acționate de un disc montat înclinat.Odată cu rotirea discului se rotește și
blocul cilind rilor.

20

Fig.20 Pompa cu pistonase axiale – părți componente :1.blocul cilindrilor; 2.pistonase;
3.biele; 4.discinclinat ;5.axul de antrenare ;6.aspirație ;7.refulare

Pentru calcularea debituli pompei cu z pistonașe, observăm că la rotirea blocului
1 și a discului 4, cu unghiul ϕ, pistonașul 2 are o deplasare axială : x = (R − R coș ϕ )
sinα ,iar pentru o ratație de 180o, pistonașul are cursa completă h = 2 R sin α .
Debitul pentru o turație n se poate calcula cu relația

Unde Vp este varia ția elementară de volum

Lao mașina la care cunoaștem D,R,z,n = constant, debitul variază sinusoidal cu
unghiul φ între limita minimă și limita maximă impusă de acest unghi.

Fig.21 Graficul pulsațiilor .
Se observă că avem un debit maxim Q max și un debit minim Q min..Aprecierea

21
uniformității debitului se realizează cu expresia :

unde σ este coeficientul de pulsație și se exprimă în procente.[%]
Se poate deduce faptul că mărind numărul de pistonase reducem gradul de
discontinuitate al debitului.Un aspect interesant la acest tip de pompe este faptul că o
pompă cu un număr impar de pistonase are un coeficient de pulsație mai bun(în
practică se realizează pompe cu trei,cinci, saptesau noua pistonase).
Acest tip de pompe se construiesc în diverse moduri cum ar fi :
cu volum unitar reglabil;cu tambur port -pistoane înclinat ; cu volum fix;cu volum
reglabil;cu pistonase dispuse înclinat în tambur.

Fig.22 Pompa cu pistonase dispuse Fig.23 Pompa cu tambur înclinat cu
volum fix
înclinat în tambur

Fig.24 Pompa cu tambur înclinat Fig25. Pompa cu disc fulant
cu volum reglabil cu volum variabil

22

O variantă a pompelor cu pistonase este și pompa cu p istonase radiale acționate de un
ax excentric.

Fig .26 Pompa cu pistonase radiale,părți componente: 1. rotor; 2.pistonase; 3 stator;
4.diafragma

3.2.2 Pompa cu roți dințate

Simbol

Pompele cu roți dințate sunt formate din două sau mai multe roți dințate numite și
pinioane.

23

Fig.27 Pompa cu roți dințate – construcție 1. carcasă; 2si3 pinioane (de obicei cu dinți
drepți)
4.golul dintre dinți – cavitatea ce transporta lichidu l de la orificiul de aspirare la
orificiul de refulare.
Funcționare: prin rotirea pinioanelor,se produce o depresiune care absoarbe lichidul
,acesta fiind apoi transferat către orificiul de ieșire prin golul format între dantura și
carcasa pompei, refulare a are loc datorită strivirii lichidului dintre un dinte și un gol ,
bineînțeles o parte din lichid se va întoarce înapoi pentru că între pinioane există
anumite jocuri constructive.
Volumul vehiculat de această pompa este dat de golurile danturilor. Astfel avem

Unde – D este diametrul primitiv al danturii
– m este modulul dinților
– b este lățimea danturii
Iar

unde Vu este volumul golurilor dintre dinți
h – este înălțimea dintelui ; z – este numărul de dinți

24

Deci debitul pompei va fi:

Practica a demonstrat că numărul de dinți este bine să fie între 6 și 12, și un modul cât
se poate de mare.Aceste pompe au deb ite între 0.15 – 1200cm3 și presiuni până la 200
bar.

Se utilizează pe scara largala mașinile unelte la instalațiile de ungere,suportând o
gamă mare de vâscozități ale lichidului .

În tabelul ce urmează sunt sistematizate principalele tipuri de pompe vo lumice cu
mărimile ce le caracterizează.
Se observă că din această sistematizarea lipsește o categorie de pompe mai speciale și
anume pompele cu membrana și pompele peristaltice.
Acestea se aseamama între ele prin faptul că fluidul pompat nu atinge organele în
mișcare ale pompei, pentru acest fapt fiind folosite la aplicații speciale în industria
chimică , în industria alimentară , în medicină și chiar în construcții.
Datorită construcției și caracteristicilor lor speciale sunt mai puține ca număr față de
celelalte tipuri de pompe, mai cu seamă că și instalațiile pe care le deservesc sunt
strict specializate.

25

Fig.28 Sistematizare tipuri de pompe volumice
Cu deplasare alternativa
Turatii uzuale
[rot/min]
Vascozitate
remanenta [cSt]
Randamente
totalePresiuni
uzuale
[bar]0
100
200
300
400
500Tipul de pompaSchita
constructiva
A
B
C
D
E
F
G
H
I
JCu dantura
exterioara
Cu dantura
interioara
Cu surub
Palete
rotitoare cu o
excentricitate
Palete
rotitoare dubla
excentricitate
Palete fixe
Cu disc
inclinat
Cu bloc
inclinat
Cu pistoane
radiale
Cu pistoane
in liniePompe cu
excentricPompe cu
pistoane axialePompe cu palete Pompe cu angrenajeCu deplasare continua1500
3000 8040
0,75
3500 10050 1500
0,7
5000 20080 1000
0,75
1500 5030 500
0,8
3000 5030 500
0,82
1500 5030 500
0,8
3000 5030 1000
0,85
1500 5030 500
0,85
2000 5020 1000
0,88
2000 5020 1000
0,88

26

4. Studiu de caz Pompa peristaltica
4.1Principiu

Peristaltismul reprezintă o acțiune de contracție (care este urmată e o relaxare) a unei
cavități tubulare și care se propagă sub formă de unde și realizează deplasarea
conținutului acesteia .
Acest sitem este întâlnit la structurile anatomice tubulare ,de exemplu tractul tubului
digestiv.
Pompa peristaltica este o mașină care aplica principiul peristaltismului, unde o
strangulare deplasată în lungul tubului produce o schimbare de presiune.

4.2 Istoric
A fost patentata pentru prima dată în anul 1881, în SUA,de Eugene Allen,dar
popularizarea ei o realizează Dr.Michael DeBakey fiind student la medicină în anul
1932.
La nivel comercial , pompele peristaltice au fost produse prin anii '50ai secol ului
XX.Printre primii producători ai acestor pompe au fost Graco(SUA), ASF de
Thomas(Germania).Watson -Marlow (Marea Britanie),Welco
(Japonia),Brightwell(Canada).Deși principiul de bază al pompei peristaltice nu se
schimbă, elementele structurale sunt îmb unătățite permanent datorită progresului
tehnologic.Ca exemplu ,firma Watson -Marlou a realizat un mecanism numit
Flip-top care are posoibilitatea să înlocuiască instantaneu tubul pompei.Și celelalte
firme au
realizat propriile sisteme de schimbare al tub ului,această operație durand 1 -2
minute.

27

4.3 Caracteristici – constructie
Piesa de bază la acest tip de pompe este tubul, care trebuie să reziste la strivire și să
aibe o comportare cât mai elastică.
Tocmai această elasticitate face posibilă funcționarea acestui tip de pompă, și asigură
aspirația fluidului în interiorul tubului.
Ca și construcție , tubul flexibil al pompelor peristaltice poate avea forma literei
"C"(cel mai frecvent ) , poate fi un tu b liniar,sau circular.

Fig.29 Schema pompa Fig.30 Stand experimental pentru
pompa
peristaltica liniara peristaltica liniara

Pompele cu tub liniar cu electromagn eți necesita un programator electronic.Din
acest programator se poate regla presiunea de presare , viteza ,ordinea acționarii
electromagneților

28

Fig.31 Pompa peristaltica circulară

La pompele peristaltice circulare presiunea exercit ată pe tubul elasic se realizează de o
singură rola și are o mișcare epicicloida. circulația fluidului este relativ bună , având o
singură pulsație la o rotație a rolei presoare.
Pot fi monobloc sau modulare.Cele modulare pot fi cu cu un rotor care acțione ază pe
mai multe furtune,sau un singur motor și două capete de pompare cu câte un tub.

Fig.3 2 Pompa modulara cu roto r Fig 33. Pompa modulara cu 2 capete de
pompare cu un furtun cu mai multe tuburi

29

Fig.29 Pompa peristaltica cu tub în formă "C" .Părți componente :
1-Tub flexibil; 2 -Rotorul pompei; 3si4 -Role presoare; 5si6-Racorduri admisie
-refulare ;7 – Carcasa pompei;8 – Motor electric;9 – Reductor;10 – Postament de fixare

4.4 Clasificare

Pompele peristaltice le putem clasifica în două grupe ș i anume pompele de înaltă
presiune și pompele de joasă presiune.
Pompele de joasă presiune folosesc tuburi nearmate ,extrudate ,rolele presează tubul
pe uscat.Pot funcționa până la 6 bari, în funcție de natura materialului din care este
realizat tubul.
Se mai numesc și "pompa tub " sau "pompa de tubulatura".Pe rotor sunt montate
minim 2 role dispuse la 180o , dar pot avea până la 8 sau 12 role.Creșterea numărului
de role mărește frecventa pulsului presiunii lichidului de pompat,scăzând
amplitudinea.Mărirea numărului derole produce mărirea proporțională a numărului de
striviri ceea ce duce la scăderea debitului.
Pompele peristaltice de înaltă presiune pot lucra pâ nă la 16 bari în flux continuu
acestea având tubul realizat din materiale armate, numit furtunur i.Strivirea furtunului

30
se realizează de niște patine, și au sisteme de lubrifiere pentru a împiedica abraziunea
furtunului și a disipa cadura.

Fig.30 Pompa peristaltica cu sistem de lubrifiere al patinelor
Mai există o categorie de pompe peristaltice , asanumitele pompe
"Microfluidic"Aceste pompe sunt de construcție specială,se folosesc în laboratoare de
cercetări pentru micșorar ea volumulor de fluid circulant din exteriorul sistemeleor
pe care le dservesc

Există două moduri de a se realiza ocluzia la pompele peristaltice
– ocluzie fixa – unde rolele sau lobii sunt fixați rigid pe rotor (fig.29si fig. 30).Este o
construcție simplă, dar prezintă dezavantajul că ocluzia variază în funcție de variația
grosimii peretelui tubului.prin urmare o grosimemai mare a peretelui tubului dar în
limitele toleranței de fabricație,va produce o uzură mai mare în acea zonă reducând
durata de vi ață a tubului.
Astăzi variația grosimii peretelui tuburilor se încadrează în procente foarte mic
,astfel ca acest neajuns nu mai este luat în calcul.
– role cu arc – această variantă este mai complexă deacat prima variantă dar oferă
avantajul că preseaz ă tubul cu aceeași forță ,indiferent de variația de grosime a
tubului. Arcul este ales pentru a depăși puterea de revenire împreună cu presiunea
fluidului pompat.

31
4. Compatibilități chimice – Tubul
Marele avantaj al acestui tip de pompă este faptul că fluidul intra în contact doar cu
suprafața interioară a tubului,astfel nu vom mai avea alte elemente cum ar fi
garnituri,supape,care ar putea fi incompatibile cu fluidul care este pompat.
Tubul trebuie să fie elasticpentru ași menține secțiunea transversal ă cât mai circulară
chiar și după milioane de cicluride strangulări.Cele mai folosite mater iale pentru
tuburiși furtunuri suntNBR(nitril) ,Hypalon, Viton, silicon, PVC, EPDM,
EPDM+polipropilena, poliuretan și cuciuc natural.Dintre toate aceste materiale c ea
mai bună rezistență laoboseala o are cauciucul natural,iar EPDM siHypalon au cea
mai bună compatibilitate chimică. Siliconul se folosește în special la lichide pe bază
de apă. Dacă se dorește o compatibilitate chimică mai bună se folosesc tuburi sau
furtunuri care au o căptușeală subțire la interior care să reziste la acțiunea lichidului
pompat. Căptușeala este fabricată dintr -un material cum ar fi poliofelina și PTFE.
Când se folosesc astfel de tuburi trebuie avute în vedere câteva lucruri importante:
orice gaură în căptușeala duce la vulnerabilitatea stratului elastic de la exterior; dacă
nu este suficient de elastică și de rezistență la oboseală ,în timpul funcționarii se vor
face crăpături prin care materialul din exterior este supus atacului chimic; o altă
problemă întâlnită la toate tuburile căptușite este exfolierea datorită flexărilor repetate
( cand se ajunge la acest lucru este necesara înlocuirea tubului)
Pentru aplicații unde trebuie să fie compatibilitate chimică mare aceste tuburi oferă o
soluție destul de bună.
Pentru o compatibilitate chimică bună și o rezistență mare la stres se folosesc
fluoroelastomer și perfluoroelastomer, care au cea mai largă compatibilitate chimică,
și totodată dau o viață destul de lungă a tuburilor datorită tehnolog iilor de
armare.Costul acestor materiale este foarte ridicat ,valoarea totală a investiției
derivând din durata de viață a tuburilor, costuri care uneori presupun alte metode de
pompare.
Există multe tabele și diagrame pentru a verifica dacă un material es te compatibil sau

32
nu cu fluidul pompat,tabele realizatede către producătorii de tuburi.Totuși dace exista
un fluid care nu se regăsește în nici un tabel , sepoate realiza un test de
compatibilitate.Se scufundă în fluidul de pompat o bucată de tub de 4 -5 cm lungime și
se lăsă de la 24 la 48 ore.Compatibilitatea se verifică prin măsurarea greutății
eșantionului înainte de imersie și după.Dacă schimbarea de greutate este mai mare de
10% din geutatea initaiala, atunci tubul nu este compatibil.Dar acest test nu oferă o
garanție integrală pentru că tubul trebui să reziste și la solicitarea mecanică
(încovoiere,strivire).

Fig.30 Furtun pentru pompa peristaltica – vizualizare straturi

4.6 Funcționare
Pasul 1 Fig.32
Prin deplasarea rolelor,ocluzia se va muta odată cu
acestea dinspre aspirație spre evacuare ,lăsând în urma tubul strivit.Elasticitatea

33
tubului face ca acesta să revină la forma inițială aspirând în interiorul lui o cantitate de
fluid din conductă de asp irație.

Pasul 2 Fig.33
Continuând mișcarea de rotație, următoarea rola
presează tubul,cantitatea de fluid aspirat între cele două role consecutive,fiind
deplasată în sensul de inaintatre al rolelor și tot odată în urma celei de -a doua role se
realize ază aspirația unei noi cantități de fluid.

Pasul 3 Fig.34
Fluidul conținut între cele două role se deplasează o
dată cu acestea, până când prima rolă eliberează tubul și cantitatea de fluid poate trece
în conducta de refulare împinsă de rola din urmă având ca rezultat creșterea presiunii
în această zonă.
Ciclul se repeta de două ori la fiecare rotație în cazul pompelor cu două role și de n
ori la cele cu un număr n de role.

34

4.7 Pompa peristaltica PP01
Pentru determinarea parametrilor neelectrici trebuie să avem pompa și să o testăm .
Pentru că sunt destul de scumpe (prețuri începând de la 500 euro) , am ales să o
confecționez artizanal (toate piesele componente au costat aproximativ1000lei)
Fig. 35 Stand pentru experimentare relizat din teva pătrată 20x20x1.5
Îmbinările sunt sudate prin procedeul MMA, acoperire împotriva coroziunii este
realiza tă cu spray cu zinc .
Fig.36 Carcasa pompei. Estre realizată dintr -o mufă de îmbinare de
160mm ,capacul din spate și inelul din fata din plăci de p vc de 8mm , racorduri
admisie – refulare ț eava ppr .
Prelucrarea și asamblarea sunt realizate manual.Pentru îmbinări s -au folosit adezivi
pe bază de cianocrilat și ră șini poliesterice .
Fig.37 Rotorul cu două role presoare. Părțile metalice sunt reali zate din
diverse deșeuri metalice,cele două role sunt de teflon(PTFE – polifluoroetilena) .
Confecționarea a necesitat procedee de debitare cu pânza abbraziva,găurire,sudură
(MMA),strunjire,nituire.
Fig.38 Motor cu reductor melc roata melcată

35
(de la un șt ergător de parbriz de RABA) 24Vcc .
Fig.39 Standul de probă asamblat, pregătit
pentru un prim test.
Se poate observa că atât pe conducta de refulare cât și pe conducta de admisie
sunt montate manometre cu indicarea presiunii pozitive și a presiunii ne gative până la
1 bar penrtru a v erifica reversibilitatea. Alimentatorul de 24 Vcc este recuperat de la un
lap-top și reparat (pentru teste inițiale am folosit o sursă de tensiune reglabilă) .

Fig.40 Pompa peristaltica PP01 – desen de ansamblu

36

Fig. 41 Schema standului :1 -pompa paeristaltica PP01; 2si 3 manometre cu indicarea
presiunii negative și pozitive; 4 și 5 robineți; 6si 7 recipienți gradați de 2500 mml;8
motoreductor de curent continuu

4.8 Ocluzia "z"
Ocluzia (z) reprezintă distanța minimă dintre rola presoare și corpul pompei astfel
încât rola să determine obturarea maximă a tubului fără să -l deterioreze.
Fig.42 Distanta rola – carcasă
Fig.43 Grosimea peretelui tubului

37

z =2g – y exprimată ca valoare absolută de obturare
z = (2g – y/2g) x100 exprimat ca procent din grosimea pereților tubului
Acest decalaj dintre rola și carcasa este foarte important si afectează în mod direct
funcționarea pompei și durata de viață a tubului. Dca z este prea mic , tubul va fi strâns
prea tare și s e va uza prematur ,iar dacă z este prea mare atunci există posibilitatea ca
fluidul pompat să alunece înapoi, mai ales la presiuni ridicate.Pentru tuburi moi de
silicon de exemplu ,ocluzia este mai mare , iar pentru furtunuri ocluzia trebuie să fie
mai mic ă pentru că acestea sunt mai rigide.
Astfel pentru o pompă ,dimensiunea cea mai importantă este grosimea peretelui
tubului, diametrul nefiind un parametru important de proiectare .
Pentru pompa PP01 am ales varianta constructivă cu role cu arc pentru că presiunea
exercitată pe tub să fie constantă chiar dacă rotorul nu este perfect centrat față de
carcasa pompei. Din aceasta cauza presiunea ce se poate crea cu aceasta pompa este
limitata de forta de actiune a arcurilor.
Tubul folosit pentru PP01 are: Dexterior =20 mm , d interior =14mm și g=3mm
Forța elastică (F e) pentru apăsare este produsă de 4 arcuri ,câte două pentru fiecare
rolă.
Determinarea constantei elastice k am ralizat -o prin măsurare cu ajutorul unui cântar
digital cu scala până la 5Kg indexata din gram în gram. Măsurarea comprimării s -a
făcut cu un șubler cu posibilitatea de măsurare până la 0.05mm.
Dimensiuni inițiale tub silicon D=20 mm;d=14 mm;g=3mm
Tubul îl vom comprima 14 mm , fiind un tub moale de silicon ,pentru o strivire cât mai
etanșă vom avea un y=5mm
Deci z=[(2×3 -5)/2×3]x100 = 16.66 %
Forța cu care acționează arcurile asupra rolelor influențează în mod direct presiunea
maximă în tubul de silicon pe partea de refulare.
Vom considera mecanismul din Fig.44 ca fiind un mecanism cu pârghie de gradul I .

38
La un capăt acționează arcurile în direcția F A(fig43) iar la celălalt capăt presiunea
creată în tub după direcția F P.
Deducem că pentru a avea o obturare bună , fără scăpări de presiune trebuie, că
momentul creat de F u să fie mai mare decât momentul creat de F pr .
Prin urmare trebuie îndeplinită condiția: R x F pr < r x F u
În acest calcul nu vom lua în considerare forța elastică produsă de tubul de silicon
pentru că aceasta acționează asupra rolei înspre axul cen tral al mecanismului, iar cele
ce acționează radial pe rola se reduc pe principiul simetriei.

Fig.44 Forța utilă a arcurilor -modelarea matematică

Constantă elastică am determinat -o experimental rezultând un k=2.074N/mm
Lungimea inițială a arcurilor L0=25 mm
Lungimea arcurilor în poziția de lucru L= 45mm
∆L=L -L0
FA=k x (L -L0) =2.074 x(45 -25)= 41,48N
FA reprezintă forța unui arc pe direcția de întindere .Forța utilă ce acționează
mecanismul tangent la traiectorie este F u= 2xF A x coș u (avem 2xF Apentru că
avem două arcuri ce acționează în paralel)

39
Unghiul u este determinat prin măsurătoare cu un raportor, u=150
Rezultă că F u=41,48x coș 150 = 2×41,48 x 0,7596
Fu=63,016 N
Prin măsurare directă îl aflăm pe r=31mm ,rezultă
MFu= r x F u=31 x 63.016=1953.496 Nmm
MFu=1.953496 Nm

Este necesar să cunoaștem mărimea, direcția și sensul forței ce acționează asupra
rolelor si din partea tubului.
Știind că presiunea are aceeași valoare în interiorul unui recipient, vom trasa un plan
de referință asupra căruia presiunea acctioneaza ca o forță uniform distribuită.,chiar
dacă contactul dintre rola presoare și tub generează o suprafață eliptică curbată după
generatoarea ro lei. Din această elipsă ne interesează doar jumătatea din aval, cealaltă
jumatat nepunând presiune pe rola , în acel segment fiind creată depresiunea pentru
absortia fluidului.
Fig.45 Forma petei de contact dintre rola și tub –

40

Fig.46 Determinarea presiunii maxime funcție de F u

Fig.46 Dimensiunile suprafeței de contact dintre
rola și tub
R= 41 mm dimensiune rezultată prin măsurare
unghiul y=40o valoare obținută pri n măsurare cu raportorul , cos y = 0.6669
Fpr x R< M Fu
Fpr x 41 < 1593.496 Nmm
Fpr < 1593,496/41= 38,8657 N
FPr < 38,8657 N rezulta F p= F pr / coș y
Fp < 38.8657/ 0,6669 =58.2781 N
Raportând această forța la suprafață pe care o apasa rezulta presinea maximă care se
poate crea fără pierderi
Selipsa = Π/4 x Dx d unde D= diametrul mare și d= diametrul mic

41
Din măsurători au rezultat d=25mm și D=15+15= 30 mm
Selipsa=3.14/4 x 30×25=588.75 mm2
Suprafață care ne interesează este jumătate din cea a elipsei, deci
S=588.75/2=294.375mm2
S= 0.000294375 m2
notând cu P m presi unea maximă, rezulta
Pm = F p / S =58,2781/0.000294375=197972.314 N/m2 sau Pa
Pm = 197972.314 Pa x 10-5=1.9797231 bar

Rezultă că presiunea maximă ce se poate realiza în tub cu acest mecanism de
obturare
este de 1.979 bari

4.9 Debitul "Q"

Debitul este un parametru important pentru orice tip de pompă. Într -o pompă
peristaltica debitul este determinat de mai mulți factori cum ar fi:
Q=f(A) – un diametru mai mare al tubului determina o arie (A) mai mare a
secțiunii interioare a tubului și produce un debit mai mare
Q= f(D) – diametrul corpului pompei – pe un diametru mai mare al corpului popei se
poate instala un tub mai gros și mai lung,deci un volum mai mare care implică un debit
mai mare
Q=f(n) – turația n – o turație mai mare a roto rului înseamnă un debit mai mare
Creșterea numărului de role nu crește debitul, ci dimpotrivă ,îl micșorează prin
dezlocuirea volumului în zona de obturare.

Mărirea numărului de role face să scadă pulsația debitului dar contribuie la crește
presiunii pe care pompa o poate genera .

42

Calcularea debitului maxim teoretic Q 0
Acest debit este dat de volumul util al tubului V u ,cuprins între două role consecutive
,de turația maximă a rotorului n max și de numărul de role m
Q0=V u x n max x m
În pompa peristal tica PP01 datorită faptului că tubul sta încovoiat forma secțiunii nu
este tocmai circulară ci eliptică.Probabil un diametru mai mare al carcasei nu va mai
genera acest fenomen. Calculul ariei elipsei se face cu formula A= (Πx D xd)/4

Fig.48 Secțiunea interioară a tubului montat în
pompa

Pentru ușurința transformărilor de la dm3 în litri în calcule vom transforma
dimensiunile din milimetri în decimetri
15mm=0.15 dm; și 10mm=0.10 dm , astfel avem:
A= Π/4 x0.15×0.10=0. 011775 dm2
A=0.011775 dm2
Dispunerea tubului în corpul pompei este realizată pe 2/3 din circumferința carcasei
corpului

43
Fig.49 Tubul se așează pe 2/3 din
circumferința
Dimensiunea D = 160 ,din imagine este dimensiunea carcasei,pentru calcularea
volumului interior al tubului vom folosi un diametru mediu d=148mm , adică
diametrul ce trece prin axa tubului.
Rezultă o lungime a tubului L= 2/3 x (Π x d) = 2/3x(3.14 x1 .48) dm=2/3 x 4.6472
dm
L = 3.0981 dm
Volumul V – tubului este: V=L x A =3.0981 x 0.011775 =0.03648 dm3
V= 0.03648 dm3
Volumul util V u este volumul cuprins între cele două role dispuse la 180o
Vu= 3/4xV=3/4 x0.03648=0.02736 dm3
Vu=0.02736 dm3
Rotorul cu cele două role (m=2) are o turație maximă n max = 33rot/min valoare
obținută prin măsurare.
Deci debitul maxim posibil( fără pulsații) este : Q 0=V u x n max x m = 0.02736 x 33 x
2=1.80576 dm3/min
Q0=1.80576 litri/min =0.00180576 m3/sec
Dar debitul are caracter pulsatoriu dat de dezlocuirea volumului tubului prin presiunea

44
rolelor.
Acest volum este important în determinarea cât mai precisă a debitului și a mărimii
pulsației .Amplitudinea și forma pulsului depind de dia metrul rolei,diametrul corpului
pompei,diametrul interior al tubului ,de caracteristicile de deformare ale tubului și de
vâscozitatea lichidului transportat. Deformarea tubului depinde de materialul din care
este făcut tubul,grosimea peretelui,viteza de în aintare și forța de apăsare a rolei pe
tub.
În funcție de acești parametri, în unele cazuri debitul în timpul pulsului poate fi și
negativ, adică lichidul poate curge în direcție opusă sensului de înaintare al rolei.
Cea mai mare problemă în calculul fo rmei pulsului consta în a estima geometria râla a
deformării tubului.
Forma volumului dezlocuit de o rolă este ceva mai complexă , dar pentru o
aproximare suficient de bună vom considera volumul ca fiind creeat prin secționarea a
câte unui "cilindru" situ ate de o parte și de alta a rolei, cu generatoarea o elipsă.
Secționarea se va face cu un plan ce trece prin cele mai depărtate puncte ale corpului
astfel creat, iar diagonală mare a elipsei
este conținută în acest plan chiar la jumătatea înălțimii.

Fig.50 Volumul dezlocuit de rola
Acest volum V d va fi V d ~ (Π/4 x 0.15 x 0.1 x 0.3 )/2=0.00176625 dm3
Penrtru aflarea debitului real al pompei PP01 am realizat o serie de
măsurători (lichidul folosit este apa) în urma cărora au rezultat următoarele:

45
– debit real la turația maximă Qr=1.6836 litri/minut=0.000028 m3/sec (la H=0m)
– turația maximă n max = 33 rot/min
Din aceste date rezultă că pentru o rotație (3600) avem
1.6836/33=0.05101litri/rotație ,deci 0,025509 litri/1800. Cum rola ocupa 120
(dimensiune obținută prin măsurare cu raportorul) rezultă că volumul total al tubului
pentru o cursă de 1800 ar fi:
Vt180 =0.025509+V d=0.025509+0,00176625=0,02727525dm3 , această valoare
este foarte apropiată de calculul teoretic care este V u=0.02736 dm3.

Fig.51Actiunea rolelor
Se observă că debitul are o componentă constantă și una variabilă:
componenta constantă este dată de deplasarea unei role din punctul A în punctul
B,iar componenta variabilă este dată de trecerea rolei din punctul B în punctul C adică
eliberarea tubului din strangulare și începutul cursei moarte pentru rola.
Știind că o rotație completă are loc în 60sec/33rot = 1.8181 secunde de unde rezultă că
pentru a se roti cu un grad rotorul are nevoie de 1.8181/3600 = 0.005050 secunde timp
în care împinge prin tub 0,000151839 litri de lichid
Parcurgând unghiul x=120 ,deplasare ce corespunde cu eliberarea completă a tubului,
rola împinge 0.000151839×12=0,001822068 litri.

Cum V d =0,00176625 < 0,001822068 rezultă că pulsa ția este aproape de zero dar nu

46
este negativă.În acelas timp trebuie să ținem cont și de inerția masei de lichid ce se afla
în mișcare pe coloana de refulare și viteza de înaintare a rolei pentru că de acești
parametri depinde debitul în momentul pulsației .Dacă rola din amonte se mișca cu o
viteză foarte mică atunci lchidul de pe conducta de refulare are timp să se întoarcă
înapoi și să umple cavitatea creată prin eliberarea tubului de rola din aval, astfel
debitul fiind negativ.

Pulsația "ω" ( viteza cu care ceste faza oscilației ) este
ω=2Π/T [radiani/secundă]
Dacă o rotație completă se realizează în 1.8181 secunde, și știm că la o rotație ai
corespund două perioade T rezultă că T=0.9 s.
Putem calcula ω=2Π/T =360/0.9=400 ra d/sec vitaza destul de mare pentru că debitul
să fie pozitiv.
În cazul de fat a , și testele la viteză maximă au arătat că debitul nu este negativ,deci
putem calcula debitul minim .
Qmin=0,001822068 -0.00176625=0,000055818 l/sec = 0,055818 ml/sec

Cum deb itul este definit ca și cantitate de volum sau masă ce străbate o anumită
distanță în unitatea de timp , putem trasa graficul debitului cu pulsațiile aferente.

47
Fig.52 Graficul debitului corespunzător unei turații n= 33 rot/min cu pulsațiile
aferente

Fig.53 Variația debitului Q în timp

Pompele ce au debit pulsatoriu sunt caracterizate de coeficientul de pulsați "σ"
σ = (Q max- Qmin)/Q med x 100 coeficient ce se exprimă în [%]
Qmed= (Q max+Q min)/2 = (28.06+0,05443)/2 =14,057215 ml/s =0.014057215 litri/ s
Qmax=28.06 ml/s=0.02806 l/s
Qmin=0.05443ml/s =0.00005443 l/s
σ = [(0.02806 -0.00005443)/0.014057215] x 100= 199.205 %
Observăm că debitul are un coeficient de pulsație foarte mare ,ca și la pompele cu 1
sau 2 pistoane cu simplu efect.
Din această cauză , acolo unde se dorește un debit cât mai uniform se montează în
circuit acumulatoare hidraulice cu rol de atenuator de pulsații.

4.1 Î nălțimea de pompare "H"
Înălțimea de pompa re reprezintă lucrul mecanic transferat unui lichid pentru a mări
energia sp ecifică a acestuia și se măsoară în ȘI în [J/Kg] adică în unități de lungime
[m]
Pentru determinarea înălțimii de pompare vom proceda în felul următor : vom pune

48
pompă în funcțiune după care vom închide complet robinetul de pe conducta de
refulare, lasan d-ul deschis pe cel de la admisie. Astfel pompa va debita la presiunea
maximă iar , presiunea indicată de manometru ne va ajuta să calculăm înălțimea
maximă posibilă cu formula:
p = ρgH
unde : – p este presiunea indicată de manometru – hidrostatica î n acaest caz,
– ρ densitatea lichidului vehiculat de pompă
– H înălțimea coloanei de lichid

Prin urmare testele au aratat ca avem p max = 1.2 bar = 1.2x 105=12 x104 Pa
ρapa=1000Kg/m3
g = 9.81 m/s2
12×104=103 x 9.81 x H de unde rezultă H=12×104/103×9.81
Hmax=12.2324 m

4.11 Înălțimea de aspirație
Pentru apa înălțimea teoretică de aspirație este H apa=Pb /ρg
unde P b reprezintă presiunea barometrică deci P b= 1atm = 9.81×104 N/m2
Hapa=9.81x 104/9.81×103 = 10 m
În general pentru alte lichide se folosește o înălțime de aspirație de 6m.La acest tip
de pompe înălțimea de aspirație este direct proporțională cu constant a elastică a
tubului.
Hasp= f(k)
Unde k= constantă de elasticitate a tubului.
Este cunoscut fa ptul că aplicațiile unde sunt folosite acest tip de pompe nu necesită
nici înălțimi mari de refulare și nici adâncimi de aspirație deosebite (>10m ) , astfel că
măsurătorile ce le vom face în continuare pentru trasarea graficelor H=f(Q),P=f(Q)
și η=f(Q) ne vor arăta caracteristicile interne ale pompei.

49

4.12 Puterea "P" și randamentul "η"
În general puterea reprezintă lucrul mecanic efectuat(sau consumat) într -o anumită
periada de timp.
P=L/t și se exprimă în [W]
Puterea utilă ( P u ) necesară transportului lichidului o putem defini că lucrul mecanic
necesar pentru transportul fiecărei unități de volum
Pu = ρgHV/t unde V/t reprezintă debitul volumic măsurat deci P u=ρgHQ
Randamentul total al sistemului (ηt) reprezintă ra portul între puterea utilă P u și
puterea electrică absorbită de motor de la sursa P e.
η=P u/Pe
Evident randamentul se poate determina și că produs între randamentele diverselor
elemente ale lanțului cinematic
ηt=ηm x η r x ηp unde ηm este randamentul motorului; ηr este randamentul
reductorului; ηp este randamentul pompei

Știind că debitul acestui tip de pompă este funcție de turație Q= f(n) pentru trasarea
graficelor pompei PP01 vom realiza 3 seturi de măsurători pe ca re le vom centraliza în
tabelele următoare. Modificarea turației motoreductorului se va face cu ajutorul unui
PWM .

Schema instalației electrice este următoarea:

50

Fig.54 Schema electrică a standului de probă
i -intrerupator ; A -ampermetru digital;V – Voltmetru digital; PWM – modulator de
putere pentru modificarea turației motorului M.
Pentru a ne face o imagine completă asupra caracterisitcilor pompei PP01 vom face
măsurători la 33rot/m; 24 rot/min:12 rot/min.

Pentru 33 rotații/minut avem următoare le date:
H (m) Q (m3) U (V) I (A) Pu (W) Pe (W) η (%)
1 0.0000280 22.7 1.50 0.274 34.05 0.008
3 0.0000241 22.7 1.45 0.711 32.91 0.021
5 0.0000186 22.7 1.35 0.913 30.64 0.029
7 0.0000171 22.7 1.16 1.176 26.44 0.044
9 0.0000119 22.7 1.46 1.056 33.14 0.032
11 0.00000965 22.7 1.54 1.041 34.94 0.029

Tab.1 Valori corespunzatoare la n=33 rot/min
Graficul corespunzător acestor date este următorul

51

Fig.55 Curbele caracteristice la n =33 rot/min
Pentru n=24 rotații/min avem următoarele date:
H (m) Q (m3) U (V) I (A) Pu (W) Pe (W) η (%)
1 0.00002365 16.1 1.04 0.232 16.744 0.0138
3 0.00002241 16.1 1.06 0.659 17.066 0.0386
5 0.00001931 16.1 1.075 0.947 17.307 0.0547
7 0.00001888 16.1 1.09 1.296 17.540 0.0738
9 0.00000626 16.1 1.12 0.553 18.032 0.0306
11 0.00000433 16.1 1.12 0.467 18.032 0.0258
Tab.2 Valori corespunzatoare pentru n=24 rot/min
și graficul corespunzător:

52

Fig.56 Curbele caracteristice pentru n=24 rot/min
Pentru n=12 rot/min tabelul cu date este următorul
H (m) Q (m3) U (V) I (A) Pu (W) Pe (W) η (%)
1 0.00001230 9.3 0.77 0.120 7.16 0.016
3 0.00001240 9.3 0.78 0.345 7.25 0.047
5 0.00001141 9.3 0.825 0.560 7.62 0.073
7 0.00000923 9.3 0.83 0.630 7.71 0.081
9 0.00000481 9.3 0.84 0.425 7.81 0.054
11 0.00000395 9.3 0.84 0.421 7.81 0.053
Tab.3 Valori corespunzatoare pentru n=12 rot/min
și graficul aferent

53

Fig. 57 Curbele caracteristice pentru n=12 rot/min

5 Concluzii
Dezavantaje:
În urma analizării acestor grafice observăm că aceasta pompa are un randament foarte
mic.Acest randament mic este dat de faptul că energia este consumată, nu atât pentru
transportul fluidului, cât pentru strivirea tubului.Cu cât tubul are o constantă elastică
mai mare și o vâscozitate proprie mai mare , cu atât forță de apăsare a r olei va trebui
să fie mai mare și deci , și energia consumată va fi mai mare . O altă pierdere
importantă de energie se realizează în reductorul pompei. Curba randamentului se
menține la un nivel mai ridicat la debite de 50 -70% din capacitatea maximă , iar la
capacitatea maximă randamentul este cel mai mic.
Presiunea de lucru pentru aceste pompe nu poate fi mai mare de 7 bari pentru
pompele cu tub , și 16 bar pentru pompele cu furtun . Aceasta limitare se datoraza
tehnologiilor prezente pentru fabricare a tuburilor și a furtunelor.
Fluxul este pulsat, mai ales la turații mici.Acest lucru îngreunează folosirea lor în
aplicații unde se cere un debit constant . Pentru atenuarea pulsațiilor se folosesc

54
atenuatoare hidraulice crescând astfel costul instalați ei.Tot pentru diminuarea
pulsatilor se încearcă noi designuri asimetrice ale corpului pompei sau inserarea de
patine pentru schimbarea traiectoriei circulare a rolelor.
Un alt mare dezavantaj îl constituie tubul care datorită frecărilor și strivirilor rep etate
se uzează în timp și trebuie înlocuit.Dacă tubul se sparge înainte de termen pagubele
pot fi foarte mari.
Un alt dezavantaj il constituie faptul ca nu pot functiona la temperaturi mai mari de
900 C.Acest lucru se daoreaza tubului care este realizat d in materiale care se pot
dteriora la aceste temperaturi
Comparativ cu pompele centrifuge au debite mai mici.

Avantaje:
O primă observație este faptul că presiunea are o evoluție constantă la turații
diverse, și înălțimea de pompare poate ajunge la va loarea maximă oricât de mică ar fi
turația.
Repetabilitatea – adică cantitatea de fluid pompată între două role consecutive nu are
fluctuații,acest lucru racomandandule pentru diverse aplicații unde este necesară o
dozare
precisă a substanțelor vehiculat e.
Puterea electrică nu are fluctuații foarte mari ,fiind un consumator previzibil și
relativ ușor de automatizat.
Se autoamorseaza ca și majoritatea pompelor volumice. și nu are nevoie se supape ,
clapete ,garnituri, etc,nu are nevoie de întreținere deo sebită.Previne refluxul și
sifonarea .
Este cu dublu sens , adică sensul curgerii fluidului poate fi schimbat prin schimbarea
sensului de deplasare a rolelor.
Nu contaminează fluidul pompat , și nu modifica structura internă a acestora, pentru
că nu produc turbulențe ca alte tipuri de pompe cum ar fi cele centrifuge.Lichidul nu

55
vine în contact cu piese metalice, tubul fiind rezistent la o gamă largă de substanțe
chimice cum ar fi acizi, baze, saruri etc., sau alte substanțe agresive chimic.
Tubul sau furtunul se poate schimba foarte repede fiind necesare puține unelte.
Datorită turaiilor mici au zgomot redus în timpul funcționării.
Pot funcționa și în gol ,ceea ce altor pompe nu le este permis (pompele care se ung
chiar cu fluidul pompat).
Fluidul pompat poate fi cu vâscozitate mare , granular sau abraziv.
Au putere de absortie foarte buna si pot functiona la o oarecare dis tanta fata de locul
de absortie.

6. Aplicatii
Cu avantaje le enumerate mai inainte , pompele pe ristaltice își găsesc utilitate a în
diverse aplicaț ii din domenii diferite.
In principal se folosesc pentru doua materiale total diferite fluide sterile si namoluri
.
In industria farmaceutica :pentru deplasarea fluidelor sterile ,pentru dozarea
diferitelor substante
In medicina : pentru pompele de dializa, pompele de perfuzii,pompe de by -pas
pentru opera tii pe cord deschis.
In cercetare : pentru monitorizarea monoxidului de carbon, analizoare de gaze
,experimente chimice analitice absortia mediilor de cultura,
In industria chimica :pentru vehicularea combustibililor,vopselelor , rasinilor , acizi,
baze
In constructii; pompe pentru mortar,pentru noroi.
In industria alimentara :dozatoare de sucuri, industria conservelor ,etc.

56
7.Bibliografie
1. "Bazele hidraulicii" Otilia Nedelcu
2. "Msini și acționari hidraulice" Otilia Nedelcu
3. "Note de curs pentru uzul studenților" Iulian Florescu
4. "Acționari hidraulie clasice" Universitatea Tehnică – Cluj-Napoca
4. http://en.wikipedi a.org/wiki/Peristaltic_pump
5. IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering (IOSR -JMCE) ISSN:
2278 -1684, PP:19 -24 / www.iosrjournals.org
6. Internațional Journal of Science and Advanced Technology (ISSN 2221 -8386)
Volume 2 N o 4 April 2012 http://www.ijsat.com
7. "Transportul lichidelor 1" Lucian Gavrilă
8. "Peristaltic Pump Notebook" Anjit Fageria
9. http://www.referat.ro/ Pompe volumice_0acf_8