Pompa perystaltyczna

Inspiracją do zbudowania tego rodzaju pompy był prawdopodobnie przewód pokarmowy. Analizowano, jak to jest, że zjedzony pokarm się przemieszcza i to całkiem skutecznie, a przecież w jelitach nie ma żadnego tłoka ani membrany i zaworów. To tak zwany robaczkowy ruch jelit sprawia, że trawiony pokarm powoli przesuwa się do swojego nieuchronnego końca. W pompie przewodowej dzieje się trochę podobnie, tylko ciecz przepychana jest przez elastyczny przewód za pomocą toczących się po nim rolek. Pompa perystaltyczna, czyli przewodowa, charakteryzuje się pełną szczelnością. Przepompowywana ciecz nie styka się z żadnymi, oprócz elastycznego przewodu, elementami pompy.

W związku z tymi cechami pompy przewodowe stosowane są przede wszystkim jako sprzęt medyczny do pompowania cieczy sterylnych, czyli płynów infuzyjnych, lub przetłaczania krwi w urządzeniach do dializy. Stosuje się je również do pompowania cieczy agresywnych, które mogłyby doprowadzić do zniszczenia uszczelek i elementów mechanicznych pompy mających kontakt z tego rodzaju cieczą. Szerokie zastosowanie pompy perystaltyczne mają także w przemyśle spożywczym, gdzie trzeba dostarczyć z jednego miejsca na drugie substancje takie jak na przykład gęsty sok, krem z kawą i kawałkami migdałów czy orzeszków. Czyli istnieje możliwość pompowania cieczy o znacznej lepkości i z pewną zawartością ciał stałych bez naruszenia ich struktury.

Pompy perystaltyczne wykorzystuje się w przemyśle kosmetycznym do transportu pasty, kremów, emulsji. Pompy te są zdolne do przepompowywania i dozowania rzadkich i gęstych past, cieczy neutralnych i agresywnych, cieczy zanieczyszczonych lub ulegających spienianiu. Zwykła pompa nie podołałaby takim wyzwaniom. Do wad pomp perystaltycznych możemy zaliczyć stosunkowo niewielki czas pomiędzy wymianami przewodu roboczego. Za to do zalet należy możliwość łatwego i dokładnego oczyszczenia jej wnętrza, na przykład za pomocą przepompowania czynnika płuczącego, zwykłej lub destylowanej wody. Zwykła zmiana kierunku obrotów, czyli pompowania, ułatwia czyszczenie pompy perystaltycznej oraz opróżnianie instalacji za pompą. Pompy perystaltycznej nie trzeba zalewać jak innych.

Ma zdolność samozasysania. Działanie pompy przedstawia rysunek schematyczny. Trójrolkowy wirnik, obracając się powoli, powoduje przetaczanie się rolek po elastycznym przewodzie. Elastyczny przewód igelitowy, ułożony w korpusie pompy, ściskany jest cyklicznie przez rolki dociskowe obracające się po jego obwodzie. Poprzez cykliczne ściskanie węża na jego początku wytwarza się podciśnienie, a na końcu nadciśnienie, co powoduje przetłaczanie medium. Toczące się rolki przepychają kolejne porcje cieczy zamkniętej pomiędzy nimi.

Naszą pompę zbudujemy z materiałów odpadowych i łatwo dostępnych. Są to drewniana skrzynka, która kiedyś posłużyła jako opakowanie do butelki wina, rowerowa szprycha i fragment kija od szczotki. Do budowy niezbędny jest igelitowy wężyk od szpitalnej maski tlenowej lub podobny, ale o miękkich, elastycznych ściankach, no i jeszcze kilka gwoździ. Model wymaga jednak sporej dokładności i precyzji. Jeśli pokonamy te trudności, przyjemne będzie obserwowanie modelu w działaniu. Możemy na przykład przepompować trochę soku malinowego z butelki do szklanki z herbatą. Myślę, że to w zimowy wieczór zabrzmiało zachęcająco.

Narzędzia: elektryczna wiertarka na statywie, elektryczna wyrzynarka lub ręczna piłka włośnicowa, dremel z końcówkami odpowiednimi do obróbki drewna, glutownica z klejem na gorąco, silny klej ? epoksydowa żywica dwuskładnikowa, piłka do metalu, 3 brzeszczoty <<czy może to jest piłka z 3 brzeszczotami?>>, gruboziarnisty oraz drobny papier ścierny na obrotowej tarczy zamocowanej do wiertarki, wkrętak, a do malowania chromowy lub srebrny lakier w spreju. Mogą też być potrzebne imadło, młotek, cęgi do cięcia drutu.

Materiały: deseczka o grubości 10 mm, cienka sklejka o grubości 3 mm, klocek drewniany na podstawę, pręt drewniany, czyli kawałek kija od szczotki, szprycha rowerowa, metalowe podkładki, kołek meblarski, gwoździki, dwie sprężynki, miękki igelitowy wężyk o średnicy 6 mm.

Szablony. Pracę zaczniemy od narysowania w skali 1:1 na kartonie podstawowych elementów w pompy, czyli korpusu oraz wirnika. Wycięte z kartonu szablony ułatwią nam precyzyjne odrysowanie i wycięcie ich z drewna.

Korpus pompy. To najważniejszy wymagający precyzji element. Wytniemy go z deseczki o wymiarach 155 na 100 mm i grubości 10 mm. Najpierw odrysujemy go na desce według szablonu zrobionego na podstawie zamieszczonego rysunku. W widocznym wycięciu o kształcie okręgu będzie umieszczony igelitowy wężyk, po którym będą toczyć się rolki wirnika. Potrzebny kształt okręgu najszybciej wytniemy za pomocą elektrycznej wyrzynarki z brzeszczotem o małych ząbkach. Postarajmy się o jak najprecyzyjniejsze wycięcie tego okręgu, bo będzie on torem dla rolek i od niego zależy sprawne działanie pompy. Wszelkie powstałe niedokładności cięcia wyrównujemy pilnikiem i papierem ściernym. W prawej części korpusu widoczna jest szczelina o szerokości 3 mm i długości 25 mm. Delikatnie wytniemy ją tarczową piłą ukośnicą. Korpus w przyszłości będzie opierał się o gwóźdź wbity w suport korpusu, a tkwiący w tej szczelinie. Jeśli nie mamy piły tarczowej, szczelinę wytniemy za pomocą trzech złożonych ze sobą brzeszczotów do cięcia metalu albo możemy poszerzyć cięcie dremelem wyposażonym w odpowiednią tarczę do piłowania.

Suport korpusu. To prostokątna deska o wymiarach 190 na 100 mm i grubości 10 mm. Do tej deseczki przykleimy równo z lewą krawędzią wykonany z tego samego materiału mały prostokątny kawałek drewna o szerokości 15 mm. Gdy klej dobrze wyschnie, w tym klocku wiercimy dwa otwory o średnicy 3 mm. Proponuję dołożyć do tego boku korpus pompy, zamocować ściskami i wywiercić te otwory wspólnie. Wtedy będą doskonale pasować do siebie. W wywiercone otwory będą włożone gwoździe. Na nich będzie suwać się korpus pompy, tak jak jest to widoczne na fotografii. Trzecim punktem podparcia korpusu będzie gwóźdź zamocowany w suporcie korpusu, a tkwiący w wypiłowanej szczelinie. Pomiędzy korpusem a suportem umieścimy dwie sprężynki, które będą dociskać korpus do wirnika.

Podstawapompy. Wytniemy ją z prostokątnej deski lub łaty. Wymiary podstawy 200 na 50 mm. Grubość deseczki 20 mm. Powierzchnię drewna wyrównajmy papierem ściernym, jeśli jest to potrzebne. Podstawę przyklejamy do suportu korpusu.

Wirnik. Trójramienny wirnik wytniemy z cienkiej 3-milimetrowej sklejki według przygotowanego wcześniej szablonu. Szablon przygotujemy z tektury na podstawie zamieszczonego rysunku. Pamiętajmy o zaznaczeniu środka wirnika oraz trzech miejsc, w których wywiercimy otwory na osie rolek. Miejsca wyznaczone na drewnie cyrklem należy od razu napunktować, by potem wiertło trafiło precyzyjnie tam gdzie trzeba, a nie trochę obok. Wirnik wyrównamy pilnikiem i papierem ściernym. Centralnie do wirnika przyklejamy rolkę. Wiercimy otwór na oś oraz trzy pozostałe otwory, na których będą obracać się rolki. Osie rolek zrobimy z małych gwoździków, które jednak muszą mieć długość nieco większą niż grubość rolki i wirnika.

Rolki. Odetniemy je z kawałka drewnianego pręta, na przykład kija od szczotki. Średnica rolki 22 mm, a wysokość 10 mm. Potrzebujemy trzy rolki toczne oraz dwie dodatkowe, ustalające położenie korby i wirnika. Ponieważ powierzchnie powinny być równoległe do siebie, a grubość rolek jednakowa, to dobrze byłoby ciąć piłą ukośnicą. Oczywiście można to uzyskać piłą rozpłatnicą o drobnych zębach albo brzeszczotem do cięcia metalu. Jeśli macie skrzynkę uciosową (przyrżnię), najlepiej z rolkami mimośrodowymi, nie zawahajcie się jej użyć. Przyrżnia zapewni prostopadłość i równoległość cięcia potrzebnych elementów z taką samą precyzją jak ukośnica. W rolkach wiercimy centralnie otwory na osie. Zaczniemy od wyznaczenia środków rolek. Bardzo ułatwi tę pracę uprzednie narysowanie kółek o odpowiedniej średnicy na papierowym maskingu, przylepcu, jakiego używa się do ochrony powierzchni przed pomalowaniem. Rolkę starannie przykleja się do plastra i tak mamy precyzyjnie wyznaczony środek, który napunktujemy przed wierceniem.

Korba. Jest jednocześnie osią wirnika. Wygniemy ją ze szprychy rowerowej.Szprychę wygniemy w kształt korby za pomocą kombinerek, ale precyzyjniej jest to wykonać za pomocą imadła i młotka.Gięcie pod kątem prostym wykonamy w odległościach kolejno 60, 40 i 40 mm. Na uchwyt korby założymy rączkę z okrągłej listewki albo dużego kołka meblowego. W kołku (rączce) od czoła centralnie wiercimy otwór o średnicy 2,5 mm. Głębokość otworu około 50 mm. Długość rączki korby 100 mm, a średnica 10 mm.

Przewód perystaltyczny to rurka, igelitowy wężyk o średnicy 6 mm, który musi mieć cienkie elastyczne ścianki odporne na uszkodzenia, bo przecież będzie ciężko pracował. W wypadku gdyby posiadany wężyk miał znacząco inną średnicę, możliwe, że trzeba będzie zmienić wymiary korpusu pompy w naszym modelu. Wężyk trzymają dwa oczkowe uchwyty z drutu. Uchwyty te wklejone są do otworków w suporcie korpusu.

Uchwyty oczkowe. Zrobimy je z dwóch odcinków miękkiego drutu, każdy o długości około 150 mm. Zwiniemy je w imadle na drewnianym kołeczku z wywierconym otworem. Kształt tych uchwytów widzimy na zdjęciu. Drut daje się łatwo kształtować i gotowe oczka wkleimy do otworów w suporcie pompy w taki sposób, by przytrzymywały igelitowy wężyk na końcach bieżni korpusu pompy.

Montaż. Do otworów w boku suportu wkładamy gwoździe prowadnice. Na nie nakładamy dwie sprężynki pracujące na ściskanie. Teraz zakładamy korpus pompy w ten sposób, że gwoździe trafiają w jego dwa boczne otwory. Sprężyny mają być lekko ściśnięte. Delikatnie przyciskamy korpus i wyznaczamy miejsce na trzeci gwóźdź, ten który będzie w szczelinie. Najlepiej wgnieść gwoździem miejsce pod otwór. Otworek wiercimy, a gwóźdź skracamy tak, by jego łepek nieznacznie wystawał ponad korpus pompy. Widzimy teraz, że korpus pompy ma możliwość delikatnego przesuwania się względem suportu, ale wszystko trzyma się na trzech punktach podparcia. Aby pompa mogła poprawnie pracować, rolki pompy muszą przylegać do przewodu igelitowego. Ułóżmy przewód na jego miejscu w korpusie i przymierzmy, gdzie powinno być miejsce, w którym wywiercimy otworek na oś wirnika. Pamiętajmy, że rolki mają się toczyć po igelitowym przewodzie i go zgniatać, tak by za każdym razem powstawała osobna komora zawierająca pompowane medium. Korpus ma możliwość przesuwania się na prowadzących go gwoździach i będzie jednocześnie dociskany sprężynkami do toczących się rolek. Wiercimy potrzebny otwór o średnicy takiej, jaką ma posiadana szprycha.

Malowanie. Nim wszystko zmontujemy, jest jeszcze pora, by pomalować na dowolny kolor wybrane elementy pompy. Malowanie sprawi, że model będzie efektownie wyglądał. Bez problemów pomalujemy drewno farbą w aerozolu. Dobrze jest to zrobić na powietrzu a jeśli jest to niemożliwe, to w pomieszczeniu dobrze wietrzonym. Rolki osadzamy na ich osiach na wirniku. Główki gwoździ skierowane są w stronę suportu korpusu. Jeśli trzeba, można skrócić za długie gwoździe i końce mocujemy do wirnika klejem dwuskładnikowym. Pozostaje jeszcze wbić jeden gwóźdź w odległości 10 mm od osi wirnika. Na tym gwoździu opierać się będzie końcówka korby. Na wygiętą w kształt korby szprychę nakładamy drewniany krążek i wkładamy ją w otwór suportu korpusu. Na to wkładamy wirnik i zaginamy sam koniec szprychy od strony wirnika. Końcówka obracanej korby powinna oprzeć się na gwoździu wbitym w wirnik. Z drugiej strony na koniec korby nakładamy rączkę-uchwyt.

Działanie i zabawa. Nakładamy igelitowy wężyk w jego miejsce na korpusie pompy. Jeden koniec zanurzamy w soku malinowym, a drugi doprowadzamy do szklanki z herbatą. Jeśli wszystko prawidłowo zadziała, możemy sobie spokojnie wypić herbatę z sokiem, delektując się modelem pompy perystaltycznej. Gdy nas i naszych kolegów znudzi model i przestanie bawić picie herbaty, zawsze możemy zanieść nasz model do pracowni fizyki lub chemii, gdzie z pewnością zdobędziemy uznanie i dobrą ocenę.