ES2110933T3 - Recipiente a presion abombado y metodo para optimizar el mismo. - Google Patents
Recipiente a presion abombado y metodo para optimizar el mismo.Info
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Abstract
ESTA INVENCION PROPORCIONA UNA CAMARA DE PRESION CON FORMA DE CUPULA (36), CONTENIDA EN UN SEGMENTO DE BOMBEO (10) PARA SU INCORPORACION EN UN SISTEMA DE DISTRIBUCION DE FLUIDOS, CON UNA FORMA OPTIMA PARA INTERACTUAR CON UN ELEMENTO SENSIBLE A LA PRESION (200), QUE ES CAPAZ DE DISTRIBUIR UNIFORMEMENTE LA PRESION POR SU ESTRUCTURA DE INTERACCION (130) Y QUE ES PRECARGADO DE MANERA OPTIMA CONTRA EL ELEMENTO SENSIBLE A LA PRESION. EL SEGMENTO DE BOMBEO (10) INCLUYE UNA LIMITACION LATERAL (150) PARA INHIBIR LA RUPTURA DE LA CAMARA DE PRESION DESCARGADA (36) CUANDO SUFRE PRESIONES INTERNAS ALTAS.
Description
Recipiente a presión abombado y método para
optimizar el mismo.
Generalmente, esta invención se refiere a
sistemas de suministro de fluidos y, más particularmente, a una
superficie de contacto para la transferencia de presión a un
detector de presión.
En muchos sistemas de suministro de fluidos, es
deseable controlar la presión de los tubos que funcionan para
suministrar un fluido a un individuo. La presión del tubo para
fluidos puede controlarse por varias razones. En varias aplicaciones
industriales y médicas, puede resultar importante suministrar
cantidades precisas de fluido a velocidades predeterminadas. En
tales casos, la presión del tubo para fluidos puede controlarse para
garantizar que se suministran volúmenes precisos de fluidos a las
velocidades apropiadas. Asimismo, puede ser importante para la
consistencia de un proceso que el fluido se suministre a una presión
específica. De manera similar, puede ser importante mantener la
presión dentro de un intervalo específico por razones de
seguridad.
Cuando se espera una presión específica del tubo
para fluidos pero la presión real difiere del valor esperado, puede
que haya una oclusión u otro problema en el tubo. Al controlar la
presión del tubo para fluidos y al observar variaciones de presión
inesperadas, el operario puede llevar a cabo las etapas necesarias
para eliminar la oclusión o solucionar el otro problema o problemas
existentes en el tubo para fluidos.
Los sistemas tradicionales de suministro de
fluidos toman las mediciones de la presión directamente desde los
tubos cilíndricos convencionales utilizados para conducir el fluido
parenteral al paciente. Debido a las variaciones de fabricación al
realizar dichos tubos y a la posibilidad de deformación de los tubos
en uso que dan como resultado un cambio de su forma, existe
generalmente una superficie de contacto inferior a la óptima entre
la presión del tubo para fluidos y el elemento detector. Una
superficie de contacto pobre puede dar como resultado una precisión
disminuida de las indicaciones de la presión.
Adicionalmente, el posicionamiento del detector
de presión en la bomba de infusión durante la fabricación puede
variar debido a las tolerancias y procedimientos de fabricación
estándar. Esta variación en la posición del detector del instrumento
también puede contribuir a una precisión disminuida ya que el tubo
puede no estar colocado de manera óptima con respecto al detector
cuando está en uso. Sería deseable proporcionar un sistema que
compense tales tolerancias de fabricación para obtener una
superficie de contacto óptima.
Una consideración adicional es la uniformidad de
las características de la superficie de contacto en el detector
cuando se instala el conducto. Específicamente, en los sistemas
tradicionales de suministro de fluidos, la forma del elemento de
transferencia de presión produce frecuentemente una distribución no
uniforme de las tensiones a través del mismo al acoplarlo con un
detector de presión, disminuyendo de este modo la precisión de la
información de presión transmitida.
Además, tales sistemas tradicionales carecen con
frecuencia de una característica de carga previa, donde el conducto
se disponga frente al detector de presión con fuerza suficiente, de
manera que pueda detectarse toda la gama de posibles presiones
negativas que puedan experimentarse en el conducto. Una carga previa
de este tipo puede aplicar una tensión aumentada sobre el elemento
de transferencia de presión y puede reducir la uniformidad de la
tensión a través del elemento. La optimización de la superficie de
contacto para tales condiciones de carga previa también es
deseable.
Otro sistema utilizado para transferir la presión
a un detector, es un diafragma alojado en un recipiente rígido que
está incorporado en tubos convencionales. Los niveles de presión en
un conducto de infusión pueden alcanzar niveles relativamente
elevados y el diafragma debe formarse de manera que tales presiones
no produzcan una rotura. Cuando se coloca en contacto con un
detector de presión, el detector proporciona apoyo para el
diafragma, disminuyendo de este modo las posibilidades de rotura.
Sin embargo, pueden producirse casos en los que el diafragma esté en
el estado "libre" o no cargado, en el cual no está en contacto
con el detector. El diafragma está sometido a un mayor riesgo de
rotura cuando está sometido a elevadas presiones internas.
El aumento del espesor o la rigidez del diafragma
puede reducir la posibilidad de rotura en la configuración libre
pero también puede reducir su sensibilidad a las presiones internas,
disminuyendo de este modo la precisión de las indicaciones de la
presión. Sería deseable aumentar la resistencia a la rotura de un
diafragma mientras no se disminuyan sus características de
superficie de contacto con el detector de manera que puedan tomarse
indicaciones precisas de la presión.
El documento
US-A-4.488.702 describe una válvula
dosificadora que incorpora una disposición de diafragma oscilante.
El diafragma oscilante es actuado por una cubeta flotante que es
accionada por un diferencial de presión entre la entrada de fluido a
la válvula y una cámara intermedia de control de actuación. El
diseño de la válvula está destinado para garantizar que las
presiones dinámicas a través del diafragma oscilante estén
esencialmente en equilibrio durante la actuación y cierre, de manera
que el empuje de cierre pueda establecerse con un mecanismo de
muelle relativamente blando.
El documento
US-A-4.303.376 describe un cartucho
dosificador del flujo y un controlador para controlar el flujo de
fluido a través de un conjunto de distribución mientras mantiene un
sistema de fluido cerrado. Dentro del cuerpo del cartucho está
definida una cavidad interna rígida de un volumen predeterminado con
un diafragma flexible e impermeable que se extiende por la cavidad.
Un conducto de control comunica con la cavidad interna en el lado
opuesto del diafragma desde el fluido para ejercer alternativamente
una presión positiva y negativa en el diafragma. La presión negativa
está destinada para provocar que el diafragma configure la forma de
la cavidad interna cuando la válvula de entrada se abra para llenar
el diafragma con forma de cavidad con fluido desde un conducto de
entrada. La presión positiva en el diafragma descarga fluido desde
la cavidad a través de un conducto de salida cuando se abre una
válvula de salida.
El documento
US-A-5.302.093 describe un cartucho
desechable para su uso en una bomba de infusión de fluidos. El
cartucho desechable tiene una entrada, una salida y una cámara para
el fluido entre las mismas. La cámara de fluidos está parcialmente
definida por un diafragma móvil. Cuando el cartucho está instalado
en la bomba de infusión, un actuador está dispuesto en la bomba para
confrontar el diafragma móvil de una manera recíproca. El fluido se
descarga desde la cámara de fluidos durante el avance del actuador y
se introduce positivamente en la cámara de fluido cuando el actuador
se retrae.
El documento
EP-A-0403254 describe un elemento de
presión que incluye una membrana flexible. Un muelle empuja un disco
de impulsión contra la membrana flexible para proporcionar una
presión normal inicial contra la membrana que está en contacto con
un detector de presión.
El documento
US-A-4.535.635 describe un elemento
que transmite la presión, que comprende una entrada para recibir el
fluido cuya presión va a medirse y un elemento de pared que
transmite la presión en comunicación fluida con la entrada. El
elemento de pared que transmite la presión contacta con el elemento
que detecta la presión y se proporciona una fuente de vacío para
empujar el elemento de pared que transmite la presión contra el
elemento que detecta la presión.
Por consiguiente, existe una necesidad de un
segmento, a utilizar en un sistema de suministro de fluidos, que
tenga un elemento que transfiera la presión con una forma optimizada
para distribuir uniformemente la tensión creada por la presión a
través de su cara, una superficie de contacto óptima con un elemento
de detección, y un desplazamiento óptimo de carga previa en el
acoplamiento con un elemento de detección. También existe una
necesidad de un elemento de transferencia de presión que sea capaz
de recibir las presiones internas relativamente elevadas sin
romperse o combarse, mientras sea capaz simultáneamente de
transferir con precisión presiones internas al detector. La presente
invención cumple esas necesidades.
Según la presente invención, se proporciona un
recipiente a presión en comunicación fluida con un conducto para
transferir la presión de un fluido alojado dentro del conducto a un
detector que tiene una superficie de detección; el recipiente a
presión está dispuesto para presionarse contra la superficie del
detector, de manera que el detector pueda detectar las presiones
reducidas y aumentadas del fluido en el conducto;
el recipiente a presión incluye una corona hueca
formada para colocarse en contacto con la superficie de detección y
dispuesta de manera que la parte hueca reciba la presión de fluido
del fluido alojado dentro del conducto, teniendo la corona hueca una
pared lateral y una superior cerrada dispuesta para colocarse en
contacto con la superficie de detección; en el que
el recipiente a presión comprende una zona
periférica elásticamente deformable, que se extiende desde una parte
inferior de la pared lateral de la corona hueca, dispuesta para
mantener en suspensión la corona y colocar la corona en contacto con
el detector con una carga previa seleccionada.
Preferiblemente, la zona periférica está
dispuesta para empujar la corona hacia la superficie de detección
para establecer la carga previa seleccionada.
Ventajosamente, la pared y la zona periférica
tienen tamaños seleccionados de manera que cuando el recipiente a
presión está acoplado al detector de presión, ambos están en
contacto, por lo que el recipiente de presión está previamente
dispuesto contra la superficie de detección suficientemente como
para evitar el movimiento desde la superficie de detección debido a
la presión reducida del fluido dentro del conducto.
Convenientemente, la zona periférica se extiende
radialmente hacia el exterior desde la parte inferior de la pared
lateral.
Preferiblemente, la pared lateral es cilíndrica y
está dispuesta perpendicularmente a la parte superior cerrada de la
corona.
Ventajosamente, las características físicas de la
pared lateral cilíndrica se seleccionan para proporcionar
características de transferencia de presión aceptables mientras se
lleva a cabo la carga previa seleccionada con la superficie de
detección y mientras se llevan a cabo las presiones reducidas y
aumentadas del fluido dentro del conducto.
\newpage
Convenientemente, un tope lateral está dispuesto
alrededor de la corona está dispuesto alrededor de la corona para
limitar la deflexión lateral de la corona, estando separado el tope
lateral de la corona.
Preferiblemente, el tope lateral está separado
hacia el exterior de la corona por una distancia seleccionada para
evitar el acoplamiento entre la corona y el tope lateral durante la
exposición de la corona a las presiones del fluido pero acoplando y
soportando la corona cuando experimentan presiones de fluido
elevadas.
Ventajosamente, el tope lateral comprende un
elemento rígido que tiene una abertura dentro de la que está
dispuesta la corona, el lado de la abertura está dispuesto para
limitar el movimiento lateral de la pared lateral.
Convenientemente, la parte superior cerrada de la
corona hueca tiene un contorno abombado con el contorno seleccionado
de tal manera que la parte superior se aplana contra la superficie
de detección bajo condiciones de la carga previa y la exposición a
las presiones de fluido, de manera que se genera una distribución
uniforme de la tensión a través de la parte superior de la corona
por la presión fluida, por lo que sustancialmente se transmite la
misma presión a la superficie de detección en todas las partes de la
parte superior cerrada de la corona.
Preferiblemente, la parte superior cerrada de la
corona hueca tiene un diámetro que es al menos el doble de grande
que la superficie de detección, por lo que se tolera el
desplazamiento lateral de la corona durante el montaje de la corona
a la superficie de detección.
La figura 1 es una vista en perspectiva de la
realización preferida de la presente invención, que ilustra un lado
superior de un segmento diseñado para el bombeo;
la figura 2 es una vista en despiece del segmento
diseñado para el bombeo de la figura 1 que muestra la base, la
membrana, la cubierta, y la guía de deslizamiento desde la
perspectiva de una vista lateral inferior;
la figura 3 es una vista parcialmente montada del
segmento diseñado para el bombeo mostrado en la figura 1, que
muestra el lado inferior y que muestra la guía de deslizamiento
distal al segmento;
la figura 4 es una vista en despiece del segmento
diseñado para el bombeo de la figura 1 desde la perspectiva de una
vista lateral superior y sin la guía de deslizamiento;
la figura 5 es una vista aumentada en corte
transversal tomada a lo largo de las líneas 5-5 de
la figura 1;
la figura 6 es una vista esquemática aumentada de
la parte de regulación de fluidos de la base del segmento diseñado
para el bombeo en despiece mostrado en la figura 2;
la figura 7 es una vista aumentada esquemática en
corte transversal de la zona de regulación de flujo del segmento que
muestra la guía de deslizamiento con una bola en una posición
próxima;
la figura 8 es una vista lateral en alzado del
segmento diseñado para el bombeo de la figura 1, mostrada en corte
transversal parcial;
la figura 9 es una vista esquemática aumentada de
la vista en corte transversal de la figura 7;
la figura 10 es una vista en corte transversal
parcial de la parte de expulsión de aire del segmento de bombeo;
la figura 11 es una vista superior del aparato de
expulsión de aire de la figura 10;
la figura 12 es una vista en perspectiva del
segmento diseñado para el bombeo de la figura 1, mostrado al
colocarse en un sistema de infusión;
la figura 13 es una vista esquemática aumentada
de la figura 12, que muestra el segmento diseñado para el bombeo y
la parte correspondiente del sistema de infusión;
la figura 14 es una vista aumentada en corte
transversal tomada a lo largo de la línea 14-14 de
la figura 1;
la figura 15 es la vista transversal de la figura
14, que muestra el segmento diseñado para el bombeo acoplado a un
detector de presión;
la figura 16 es una representación esquemática en
corte transversal de la parte de recipiente a presión del segmento
diseñado para el bombeo de las figuras 14 y 15, que muestran las
presiones aplicadas al mismo; y
la figura 17 es una vista lateral de un dedo
peristáltico de un mecanismo de bombeo utilizable con la membrana y
la ranura mostradas en la figura 5.
Tal como se muestra en los dibujos, que se
proporcionan para fines de ilustración y no a título de limitación,
la invención se realiza en un segmento diseñado para el bombeo que,
en un dispositivo único, facilita un bombeo eficaz y preciso de
fluidos en un sistema de bombeo, regula el flujo del fluido, y
proporciona una superficie de contacto eficaz para detectar la
presión del fluido.
A continuación, con referencia a los dibujos, y
más particularmente la figura 1, se muestra un segmento 10 diseñado
para el bombeo. Generalmente, el segmento 10 diseñado para el bombeo
es un dispositivo que está montado de manera separable a un sistema
de bombeo (mostrado en la figura 10) que funciona para controlar la
transferencia de un fluido desde un depósito a un emplazamiento de
suministro. El sistema de bombeo suministra fluido desde el depósito
a un extremo 15 próximo del segmento 10 de bombeo mediante un tubo
convencional. El fluido atraviesa el segmento 10 de bombeo y sale
por un extremo 17 distal del segmento 10 de bombeo. Unido al extremo
17 distal se encuentra un tubo convencional adicional del sistema de
bombeo que transporta el fluido lejos del segmento 10 de bombeo y
hacia el emplazamiento de suministro.
El segmento 10 diseñado para el bombeo incluye
tres componentes básicos. Tal como se observa mejor en la figura 5,
que es una vista en corte transversal, la realización preferida del
segmento 10 diseñado para el bombeo incluye una membrana 12 de
elastómero que está intercalada entre una base 14 y una cubierta 16.
Cuando están unidos, la cubierta 16 está o bien nivelada o bien bajo
la altura de la base 14. Tal como se muestra en la figura 5, la
cubierta está nivelada con el saliente de la base. Generalmente, la
trayectoria que toma el fluido a través del segmento 10 de bombeo
está definida por la membrana 12 y la base 14. Generalmente, la
cubierta 16 funciona para retener de manera estanca la membrana 14
contra la base 14, así como contra sí misma. Las configuraciones de
la membrana 12, la base 14 y la cubierta 16 se describirán
detalladamente a continuación.
El segmento 10 de bombeo realiza tres funciones
distintas. Cerca del extremo 15 próximo del segmento 10 diseñado
para el bombeo, se encuentra una estructura que funciona para
regular las velocidades de flujo a través del segmento 10 de bombeo.
En una parte 13 intermedia del segmento 10 de bombeo, existe una
estructura adaptada para cooperar con el sistema de bombeo para
bombear de manera peristáltica fluidos a través del segmento 10 de
bombeo. Cerca de su extremo 17 distal, el segmento 10 de bombeo
tiene una estructura adaptada para cooperar con el sistema de bombeo
para detectar la presión del fluido que atraviesa el segmento 10 de
bombeo.
Generalmente, la regulación del flujo de fluido
se lleva a cabo en el segmento 10 de bombeo mediante la cooperación
del uso de una guía 18 de deslizamiento. A continuación se
describirá detalladamente la configuración de la guía 18 de
deslizamiento. Cerca del extremo 15 próximo del segmento 10 de
bombeo, la cubierta 16 proporciona un acceso a la membrana 12 de
elastómero. Por medio del acceso proporcionado por la cubierta 16,
la guía 18 de deslizamiento funciona para apretar la membrana 12
contra la trayectoria del flujo de fluido, por lo que la zona
transversal a través de la cual el fluido puede fluir se ve
alterada. Según se desplaza la guía 18 de deslizamiento a lo largo
de la base 14, ésta aprieta la membrana 12 de manera estanca contra
la base 14, ocluyendo de este modo el flujo excepto en la ranura 60
variable transversal. Al alterar la trayectoria de flujo del fluido
y al hacerlo en grados variables, la guía 18 de deslizamiento regula
el flujo del fluido a través del segmento 10 de bombeo.
Volviendo ahora al bombeo peristáltico de fluidos
a través del segmento 10 de bombeo, el bombeo peristáltico se
facilita principalmente mediante la cooperación de la membrana 12 y
la base 14 del segmento 10 de bombeo. En la parte 13 intermedia del
segmento 10 de bombeo, la cubierta 16 proporciona un acceso
adicional a la membrana 12, mediante la cual funciona un mecanismo
de bombeo peristáltico (no mostrado) del sistema de bombeo.
Generalmente, el mecanismo de bombeo peristáltico funciona para
apretar secuencial y alternativamente partes adyacentes de la
membrana 12 contra la trayectoria de flujo del fluido contra la
ranura en la base 14 para hacer avanzar de este modo el fluido a
través del segmento 10 de bombeo.
La detección de la presión de los fluidos que
fluyen a través del segmento 10 de bombeo está facilitada
principalmente mediante la cooperación de la membrana 12 y la
cubierta 16 del segmento 10 de bombeo. Cerca del extremo 17 distal
del segmento 10 de bombeo, la cubierta 16 vuelve a proporcionar
acceso a la membrana 12. En esta zona, la membrana 12 está formada
en un cilindro cerrado generalmente hueco y flexible que tiene una
corona, parte de la cual incluye una parte con forma abombada. Para
favorecerla descripción, se hace referencia al recipiente 36 como un
recipiente 36 de presión abombado. El recipiente actúa como un
diafragma a presión para transferir la información sobre la presión
respecto al fluido que fluye a través del segmento 10 de bombeo.
Ahora que se han identificado las funciones y
componentes básicos del segmento 10 diseñado para el bombeo, le
seguirá una descripción más detallada de la estructura del segmento
10 de bombeo. La configuración global del segmento 10 de bombeo se
describe primero por descripciones básicas de las configuraciones
globales de los componentes del segmento 10 de bombeo. A partir de
entonces, los detalles de los componentes y sus funciones se tratan
individualmente, así como su cooperación con una estructura asociada
del sistema de bombeo al que está montado de manera separable el
segmento 10 de bombeo.
En la realización preferida, tal como se muestra
en la figura 1, el segmento 10 diseñado para el bombeo es de forma
alargada con ejes 111, 113 lateral y longitudinal. La longitud del
segmento 10 de bombeo alargado es mayor que su anchura y que su
altura y la anchura del segmento 10 de bombeo es mayor que su
altura.
La longitud global del segmento 10 de bombeo
mostrado fue seleccionada según estudios antropométricos para que
fuese aproximadamente igual a la anchura media de una mano de una
mujer adulta (cincuenta percentil), de manera que el segmento 10
pueda presionarse con algunos dedos a la palma y que el dedo gordo
pueda manipular la guía 18 de deslizamiento. De este modo, se
facilita en gran medida el funcionamiento con una mano del segmento
10 de bombeo.
La configuración externa global del segmento 10
de bombeo, cuando se observa de manera que puede verse la totalidad
de su anchura, se aproxima generalmente a un óvalo alargado con uno
de sus extremos truncado. El extremo 15 próximo del segmento 10 de
bombeo incluye la parte truncada del óvalo alargado y el extremo 17
distal incluye el extremo redondeado del óvalo alargado.
Extendiéndose desde el extremo 15 próximo y
paralelo al eje 111 longitudinal del segmento 10 de bombeo alargado
se encuentra una pieza 44 de conexión de tubo cilíndrico que está
adaptada para acoplarse a tubos convencionales de los sistemas de
bombeo y que define una entrada para el paso de fluido al segmento
10 de bombeo. De manera similar, extendiéndose desde el extremo 17
distal y paralelo al eje 111 longitudinal del segmento 10 de bombeo
se encuentra otra pieza 45 de conexión de tubo cilíndrico que
también está adaptada para acoplar tubos convencionales de un
sistema de bombeo y que define un orificio de salida para el paso de
fluido a través del segmento 10 de bombeo.
A continuación, se describen las configuraciones
globales de la base 14, la cubierta 16, la membrana 12 y de la guía
18 de deslizamiento. A continuación, con referencia a la figura 2,
que es una vista en despiece del segmento 10 de bombeo, la base 14
generalmente define la configuración global ovalada truncada del
segmento 10 de bombeo, tal como se describe anteriormente, e incluye
las piezas 44, 45 de conexión de tubo cilíndrico. La base 14 está
formada de una parte 34 inferior y una pared 19 lateral que se
extiende sustancialmente alrededor de un perímetro 63 de la parte 34
inferior. La pared 19 lateral y la parte 34 inferior definen una
zona 42 interior de la base 14. Una ranura 21 formada en la parte 34
inferior de la base 14 y paralela al eje 111 longitudinal del
segmento 10 de bombeo define una parte inferior de un canal 22
(véase la figura 5) para el flujo del fluido. Tal como se tratará
más detalladamente a continuación, el canal 22 se comunica con las
piezas 44, 45 de conexión de tubo.
A continuación, con referencia a la figura 4, que
es una vista en despiece desde el lado inferior del segmento 10 de
bombeo sin la guía 18 de deslizamiento, se describe la configuración
global de la cubierta 16. Generalmente, la cubierta 16 tiene una
configuración ovalada truncada generalmente de ajuste (con respecto
a la base 14), con una parte 47 superior relativamente plana y una
pared 49 lateral que se extiende desde la misma de una manera
sustancialmente perpendicular sustancialmente alrededor de un
perímetro 65 de la misma para definir una zona 52 interna dentro de
la cubierta 16. En un extremo 50 próximo de la cubierta 16, en lugar
de seguir el perímetro 65 truncado ovalado de la cubierta 16, la
pared 49 lateral forma una configuración semicircular que simula una
forma semicircular de la pared 49 lateral que se extiende desde un
extremo 51 distal de la cubierta 16. Como tal, la pared 49 lateral
tiene una configuración ovalada alargada que no es truncada.
La configuración global de la cubierta 16 es
ligeramente más pequeña que la de la base 14 y está adaptada de
manera que el perímetro 65 y la pared 49 lateral de la cubierta 16
se ajusten fácilmente dentro de la pared 19 lateral de la base 14
cuando la cubierta 16 está colocada dentro de la base 14, con la
zona 52 interior de la cubierta 16 orientándose en la zona 42
interna de la base 14. Adicionalmente, la pared 49 lateral de la
cubierta 16 está adaptada para ajustarse alrededor de un perímetro
28 de la membrana 12.
La configuración global de la membrana 12 está
representada en la figura 2. El perímetro 28 de la membrana 12 tiene
una configuración global ovalada generalmente alargada que está
adaptada para asentarse de manera estanca dentro de la zona 42
interna de la base 14 y la zona 52 interna de la cubierta. La
membrana 12 ovalada incluye un extremo 24 terminal redondeado
próximo, un extremo 25 terminal distal redondeado y una zona 23
central plana. Se incluye una concavidad 33 adyacente al extremo 24
próximo. En la realización mostrada, es ovalada en forma global y la
membrana es más delgada, aunque el lado inferior de la membrana
permanece plano. La bola 20 de la guía de deslizamiento, tal como se
expone detalladamente a continuación, se ajusta en la concavidad 33
en la posición de flujo completa. La cantidad reducida de material
de membrana en su posición reduce las posibilidades de que la bola
apriete la membrana en la ranura y rediciendo de este modo la
cantidad de flujo. El resto de los detalles de su configuración, que
incluyen aquellos relativos al recipiente 36 de presión flexible
abombado, se describirán más detalladamente a continuación.
Tal como puede observarse, la membrana es
flexible y un cambio en la altura principal puede provocar que se
mueva lejos o más cerca del conducto 22, lo que da como resultado un
cambio en el volumen de llenado del conducto. La distancia a lo
largo de la membrana, anchura y profundidad de la ranura se
seleccionaron de manera que únicamente se produciría un cambio del
cuatro por ciento del volumen de llenado de un segmento de bombeo si
el tanque de fluido se moviera para dar como resultado un cambio de
presión de 762 mm (30 pulgadas) de agua. En una realización, esto
dio como resultado un cambio de 2,4 \mul.
Asimismo, en la realización preferida, el
segmento 10 diseñado para el bombeo incluye la guía 18 de
deslizamiento. La guía 18 de deslizamiento está adaptada para
ajustarse alrededor y desplazarse a lo largo de una parte del
segmento 10 de bombeo cerca de su extremo 15. El movimiento de la
guía 18 de deslizamiento a lo largo del segmento 10 de bombeo es
paralelo al eje 111 longitudinal.
Tal como se muestra en la figura 2, la
configuración global de una realización de la guía 18 de
deslizamiento se aproxima generalmente a un manguito rectangular
hueco, y ya que se ajusta alrededor del segmento 10 de bombeo, la
guía 18 de deslizamiento también tiene una anchura que es mayor que
su altura. Adicionalmente, la longitud de la guía 18 de
deslizamiento es menor que su anchura y es similar en magnitud a su
altura. La guía 18 de deslizamiento está adaptada para alojar una
bola 20.
A continuación, se describirán detalles
adicionales de los componentes individuales del segmento 10 de
bombeo. La membrana 12 puede producirse por moldeo de inyección de
líquido o mediante otros métodos y puede comprender un material de
elastómero, tal como silicona GE 6030 realizada por General
Electric, que tiene suficiente resistencia y elasticidad de manera
que pueda realizar repetidamente funciones deseadas eficazmente y
con precisión durante un periodo de tiempo relativamente largo. Con
referencia a la figura 2, se ve mejor la superficie 26 superior de
la membrana 12. La superficie 26 superior incluye una zona 23 plana
central. Extendiéndose a lo largo de la totalidad del perímetro 28
de la superficie 26 superior y proyectándose desde la zona 23 plana
central de la membrana 12, se encuentra una pared 29 lateral. La
pared 29 lateral está configurada de manera que forme una primera
relación de estanqueidad con la cubierta 16. Situado cerca del
extremo 25 distal de la membrana 12 y proyectándose desde su zona 23
central plana, se encuentra el recipiente 36 a presión flexible
abombado, que funciona como el diafragma a presión. El recipiente 36
a presión abombado tiene una pared 126 lateral cilíndrica y se
extiende a una distancia predeterminada desde la superficie 26
superior de la membrana 12 para crear una superficie de contacto que
pueda disponerse previamente contra y en contacto directo con un
detector de presión (mostrado en la figura 12 y expuesto además a
continuación).
Ahora, con referencia a la figura 4, se muestra
una superficie 27 inferior de la membrana 12. La superficie 27
inferior también incluye una zona 23 central plana. Extendiéndose a
lo largo de la totalidad del perímetro 28 de la membrana 12 y
proyectándose desde la zona 23 central plana de la superficie 27
inferior se encuentra la pared 30 lateral inferior. La pared 30
lateral inferior está configurada de manera que forma una segunda
relación de estanqueidad con la base 14. Formados en los extremos
24, 25 terminales de la membrana 12 y en la pared 30 lateral
inferior se encuentran arcos 32 semicirculares que acoplan al canal
22 la estructura asociada de la base 14 que define la entrada y
salida para el flujo de fluido. La superficie 27 inferior de la
membrana 12 también incluye una cavidad 37 que forma la parte
inferior del recipiente 36 hueco y flexible abombado.
Volviendo nuevamente a la figura 2, se describen
detalles adicionales de la base 14. El interior 42 de la base 14
incluye una estructura que está configurada para recibir y ajustarse
con la pared 49 lateral de la cubierta 16 y la pared 30 lateral
inferior de la membrana 12. Por consiguiente, formado en el interior
42 de la base 14 se encuentra un rebaje 46 ovalado de membrana
adaptado para recibir y sellarse con la pared 30 lateral inferior
ovalada de la membrana 12. Adicionalmente, un rebaje 48 ovalado de
la cubierta adaptado para recibir la pared 49 lateral ovalada de la
cubierta 16 está formado en el interior 42 de la base 14. Por tanto,
los rebajes 46, 48 de la cubierta y la membrana forman depresiones
concéntricas similares a óvalos en la base 14, con el rebaje 46 de
la membrana colocándose en el interior del rebaje 48 de la
cubierta.
Formados cerca de cada extremo 40, 41 de la base
14 y en cualquier extremo del rebaje 48 ovalado de la cubierta, se
encuentran salientes 31 alargados redondeados que descansan en
paralelo con un eje 115 longitudinal de la base 14. Los salientes 31
redondeados tienen cada uno un agujero 67 interior (únicamente puede
observarse en los dibujos el agujero en el saliente 31 redondeado
próximo) y cada uno está en comunicación fluida con una pieza 44, 45
de conexión de tubo asociada para proporcionar de este modo entradas
y salidas al interior 42 de la base 14. Adicionalmente, cerca del
extremo 41 distal de la base 14 y de la ranura 21, el interior 42 de
la base 14 tiene formado en el mismo una protuberancia que se
extiende hacia arriba que actúa como un expulsor 64 de burbujas.
La pieza 45 de conexión de salida tiene una
longitud seleccionada para dar como resultado una curvatura inferior
del conducto de fluido acoplado cerca del segmento 10 de bombeo. Tal
como se muestra en la figura 12, el segmento 10 de bombeo se está
montando en una bomba 300. La pieza 45 de conexión de salida tiene
un tubo 334 flexible de conducto de fluido que está dirigido hacia
un sistema 336 de detección del aire en el conducto y que se
pretende que se capture por el sistema de aire en el conducto según
gira en posición. Debido a que la pieza 45 de conexión de salida es
relativamente rígida, el tubo 334 de fluido no origina ninguna
curvatura que pueda adquirir del montaje hasta cierto punto
corriente abajo desde su punto de conexión con la pieza 45 de
conexión de salida. La longitud de la pieza de conexión de salida se
selecciona para mover este punto de curvatura lo más lejos posible
corriente abajo, de manera que haya menos probabilidad de que el
tubo se curve gravemente antes del detector de aire en el
conducto.
Con referencia a las figura 2 y 6, cerca de un
extremo 40 próximo de la base 14, la ranura 21 tiene un corte
elevado que funciona como una zona 59 de control del fluido. En la
zona 59 de control del fluido y extendiéndose paralela a un eje 115
longitudinal de la base 14 se forma otra ranura 60 que tiene una
profundidad y/o anchura variable (tamaño de corte transversal
variable) y una zona transversal que oscila de cero 310 a cierta
profundidad 312 deseada apropiada para permitir una velocidad máxima
deseada de flujo.
La base 14 también incluye un saliente 62 que se
extiende sustancialmente de manera perpendicular desde la parte
superior de la pared 19 lateral de la base 14 y lejos del interior
42 de la base 14. El saliente 62 está formado alrededor del extremo
41 distal y o bien en el lado de la sección media de la base 14 y
termina en posiciones longitudinales paralelas en el lado de la base
14 distal a la posición longitudinal de la zona 59 de control de
fluidos. Adicionalmente, las ranuras 63 rectangulares se cortan en
el saliente 62 en posiciones paralelas longitudinales a lo largo de
la base 14 cerca del extremo 41 distal de la base 14.
Tal como se muestra en la figura 4, formados en
una parte 117 externa de la base 14 se encuentran dos topes 80 de
retención, que son dos salientes de bajo perfil que se extienden
hacia arriba. Los topes de retención están separados lateralmente en
la misma posición longitudinal a lo largo de la base 14 y están
situados cerca de donde termina el saliente 62. Unos salientes 314,
que se extienden hacia arriba del tope de retención correspondiente,
también están situados en la guía de deslizamiento (figura 2). La
interacción de estos topes 80 y 314 de retención proporciona una
indicación afirmativa sensorial a un operario de que la guía 18 de
deslizamiento que alcanza una posición predeterminada, en este caso,
la posición de tope de flujo. También genera un sonido audible.
Continuando con la referencia a la figura 4, a
continuación se describen los detalles de la cubierta 16. La
cubierta 16 es alargada y tiene extremos 50, 51 terminales próximo y
distal, y una parte 52 interior generalmente cóncava y una parte 53
exterior generalmente convexa. Formados en la pared 49 lateral en
cada extremo 50, 51 terminal de la cubierta 16 se encuentran rebajes
54 de cubierta que se aproximan semicírculos y que están adaptados
para alojar los salientes 31 redondeados alargados de la base 14.
Dentro de la parte 52 interior de la cubierta 16 se encuentra un
diente 55 ovalado de la membrana configurado para recibir y
ajustarse con la pared 29 lateral superior generalmente ovalada de
la membrana 12.
En la realización preferida, la cubierta 16
también tiene aberturas que, cuando el segmento 10 de bombeo está en
su forma montada, proporcionan acceso a varias partes de la membrana
12. Una abertura 56 circular está formada cerca del extremo 51
terminal distal y sustancialmente en el centro de la anchura de la
cubierta 16. Rodeando la abertura 56 se encuentra un saliente 152
que ayuda a centrar la membrana durante el montaje del segmento 10 a
presión. El saliente 152 avanza completamente alrededor de la
abertura 56 e interactúa con el recipiente 36 a presión de la
membrana para centrarla en la abertura 56 durante el montaje del
segmento 10. Sin el saliente, el recipiente puede tender a moverse
longitudinalmente durante la fabricación y salirse del centro cuando
se monta.
Formada en una parte intermedia de la cubierta y
también sustancialmente centrada en su anchura, se encuentra una
abertura 57 intermedia alargada. Finalmente, una abertura 58
alargada de control del fluido está centrada en la cubierta 16 cerca
del extremo 59 próximo terminal de la cubierta 16.
A continuación, con referencia a la figura 2, se
forma un canal 338 entre la parte 340 de bombeo de la base y la
parte del recipiente 36 a presión. Este canal 338 tiene dimensiones
seleccionadas para disminuir la transmisión de ruido de bombeo desde
la parte 340 de bombeo a la parte 36 de detección de presión. En la
realización mostrada, se seleccionó que la longitud del canal 338
fuese tres veces su anchura. Se encontró que estas dimensiones
reducían la cantidad de ruido de bombeo que alcanza un detector
acoplado al recipiente 36 a presión.
La base y la cubierta se realizaron, en una
realización, de polímero acrílico, tal como acrílico Cyro XT250 de
Cyro Industries, 100 Valley Road, Mt. Arlington, NJ.
A continuación, con referencia a la figura 2, se
describen detalles adicionales de la guía 18 de deslizamiento. Tal
como se ha mencionado anteriormente, en la realización preferida, la
guía 18 de deslizamiento está adaptada para alojar una bola 20. En
una realización, la bola se formó de acero inoxidable y la guía de
deslizamiento se formó de acetal polímero, tal como BASF W2320 de
BASF, 100 Cherry HillRoad, Parsippany, NJ. La guía 18 de
deslizamiento es generalmente una estructura hueca que tiene
generalmente un corte transversal rectangular y una longitud
suficiente para facilitar la manipulación manual. La guía 18 de
deslizamiento tiene un primer lado 68 largo y un segundo lado 69
largo y un par de lados 61 cortos que completan la forma transversal
generalmente rectangular. El exterior de la guía de deslizamiento es
liso sin bordes afilados, de manera que es menos probable que se
enganche en algo su entorno de uso (tal como la prenda del operario)
y moverse inadvertidamente.
Formada sustancialmente en el centro del primer
lado 68 largo se encuentra una ranura 74. La configuración de la
ranura 74 parece una vista de la palma de una mano derecha sin
dedos, pero que incluye un dedo gordo que señala hacia uno de los
lados 61 cortos y que incluye una parte de la que puede describirse
como una muñeca que se extiende desde la misma. Formada
sustancialmente en el centro del primer lado 68 largo y dentro de la
ranura 74, se encuentra una cavidad 71 que está adaptada para alojar
y retener la bola 20. El diámetro de la cavidad 71 es menor que el
diámetro de la bola 20; por tanto, una vez que la bola se ha
presionado en la cavidad 71, la cavidad retiene la bola entre ésta y
la membrana. Adicionalmente, formados en los lados 61 cortos de la
guía 18 de deslizamiento y extendiéndose a lo largo de la guía 18 de
deslizamiento y sustancialmente perpendicularmente desde el mismo,
se encuentran salientes o asas 82 de perfil bajo redondeado.
Tal como se observa mejor en la figura 3, la
parte central del segundo lado 69 largo incluye un saliente 79 en
pendiente que se extiende desde el mismo en un ángulo a la longitud
de la guía 18 de deslizamiento. El saliente 79 en pendiente tiene
una forma cóncava muy apropiada para recibir el dedo gordo de un
operario. Una pluralidad de resaltes 72 paralelos que se extienden
lateralmente por el saliente 79 en pendiente está formada en el
saliente 79 en pendiente con forma cóncava, que funcionan para
ayudar al operario a sujetar la guía 18 de deslizamiento.
Tal como se observa en las figuras 1, 2, 3, 7 y
13, la guía de deslizamiento incluye una muesca 316 de liberación de
tensión que tiende a inhibir la cavidad y la guía 18 de
deslizamiento de la rotura durante el montaje de la bola 20 a través
de la cavidad. En una característica mostrada en la figura 7, la
cavidad 71 incluye un agujero 318 escariado en su superficie
superior. Este agujero escariado facilita el montaje de la bola a
través de la cavidad ya que ahora la bola debe atravesar menos
material para alcanzar su último destino. El material restante de la
guía de deslizamiento entre la bola y el agujero escariado es
suficiente para soportar las presiones que pueden experimentarse
durante el funcionamiento.
Ahora que se han descrito los detalles de los
componentes individuales del segmento 10 de bombeo, se tratarán su
interacción y montaje. Con referencia a la figura 2, para montar el
segmento 10 de bombeo, la membrana 12 se coloca dentro de la base 14
con el recipiente 36 a presión flexible ovalado apuntando fuera de
la parte 42 interior de la base 14 y sobresaliendo del expulsor 64
de burbujas de la base 14. A continuación, la cubierta 16 se coloca
dentro de la base 14 de manera que la abertura 56 circular de la
cubierta 16 se ajusta alrededor del recipiente a presión con forma
ovalada y de manera que la parte 52 interior de la cubierta 16 se
orienta a la parte 42 interior de la base 14. Tal como se ha
mencionado anteriormente, el saliente 152 ayuda al centrado de la
membrana en la cubierta.
Adicionalmente, tal como puede apreciarse desde
la figura 3, una vez que la membrana 12 está intercalada entre la
base 14 y la cubierta 16, la guía 18 de deslizamiento puede
colocarse alrededor de la base 14 y la cubierta 16. La guía 18 de
deslizamiento está orientada de manera que su segundo lado 69 largo
sobresale la parte 117 exterior de la base 14 y de manera que la
parte más elevada del saliente 79 en pendiente se coloque más cerca
del extremo 40 próximo del segmento 10 de bombeo. Finalmente, para
completar el montaje del segmento 10 de bombeo, la bola 20 se
presiona a través del agujero 318 escariado y la cavidad 71 que
ahora se va a colocar en posición entre la cavidad 71 y la membrana.
Debido a que la bola ahora se encuentra entre la guía de
deslizamiento y la membrana, ésta retiene la guía de deslizamiento
en la base montada cuando la guía de deslizamiento se mueve hacia el
extremo próximo del segmento 10 porque la bola va a encontrarse con
la pared 81 extrema de la cubierta y evitará que se mueva más.
Tal como se muestra en la figura 5, en la
realización preferida, la membrana 12 y la base 14 forman un canal
22 sellado para el flujo del fluido. Tal como se ha mencionado
anteriormente, la base 14 incluye una ranura 21 que se extiende
longitudinalmente a lo largo y sustancialmente por la longitud de la
base 14. Cuando se monta el segmento 10 de bombeo, la membrana 12 se
coloca entre la base 14 y la cubierta 16 con sus paredes 29, 30
superior e inferior asentadas de manera estanca dentro del rebaje 46
de la membrana de la base 14 y el diente 55 de membrana de la
cubierta 16 respectivamente, y con su superficie 27 inferior
sobresaliendo de la ranura 21. Cuando el segmento 10 de bombeo está
montado de este modo, existe un espacio para el flujo del fluido
entre la superficie 27 inferior de la membrana 12 y la ranura 21 de
la base 14 en forma de un canal 22 sellado. (Hay que destacar que
todas las referencias adicionales a la estructura del segmento 10 de
bombeo y de los componentes del mismo, serán de un segmento 10 de
bombeo montado.)
Ese canal está sellado por medio de la
configuración del borde de la membrana y las formas de la base y de
la cubierta que reciben el borde de la membrana. Debido a esa
configuración, se forma una junta auto-activable.
Ahora, con referencia a las figuras 5, 14 y 15, se muestra el borde
28 de la membrana 12. En las figuras 14 y 15, puede observarse ese
borde en su forma relajada. En la figura 5, el borde está comprimido
en su forma operativa entre la base 14 y la cubierta 16. Aunque las
figuras 14 y 15 muestran la membrana montada con la cubierta y la
base, el borde 28 de la membrana no se muestra comprimido únicamente
por motivos de claridad de la ilustración. La base 14 incluye un
elemento 320 de junta elevado que tiene una superficie 322 en
pendiente para su acoplamiento con el borde 28 de la membrana 12. La
punta del elemento 320 de junta que interactúa con la membrana
proporciona una primera junta al fluido en la ranura 21. Si la
presión del fluido supera la primera junta intentará desplazarse
entre la superficie 322 en pendiente y el borde 28 de la membrana.
Sin embargo, la superficie 322 en pendiente recibe la fuerza del
borde 28 comprimido contra ésta y funciona como una junta tórica
evitando las fugas adicionales. Por esta razón, se hace referencia a
la junta como una junta auto-activable.
A continuación, se describirá la trayectoria para
el flujo de fluido a través del segmento 10 de bombeo montado. Con
referencia a la figura 8, la pieza 44 de conexión de tubo formada en
el extremo 40 próximo del segmento 10 de bombeo define la entrada al
segmento 10 de bombeo. La entrada del fluido en la pieza 44 de
conexión de tubo se encuentra primero con la parte del canal 22
definida por la zona 59 de control del fluido formada en la ranura
21 y la parte de la membrana 12 que sobresale la zona 59 de control.
Desde ahí, el fluido avanza a través de la parte 13 intermedia del
segmento 10 de bombeo.
A continuación, se describirá la interacción de
la guía 18 de deslizamiento con el resto de los componentes del
segmento de bombeo. Tal como se ha mencionado anteriormente, la guía
18 de deslizamiento está adaptada para desplazarse longitudinalmente
a lo largo del segmento 10 de bombeo cerca de su extremo 40 próximo.
Ahora, con referencia a la figura 9, el movimiento longitudinal de
la guía 18 de deslizamiento hacia el extremo 41 distal del segmento
10 de bombeo está limitado por los extremos 119 terminales del
saliente 62 de la base 14. Asimismo, la guía 18 de deslizamiento
hace que los topes 80 y 314 de retención (figuras 2 y 4) se acoplen
según se aproxima la guía 18 de deslizamiento a los extremos 119
terminales del saliente 62, provocando un "click" audible y una
sensación identificable, que indican que la guía de deslizamiento se
ha movido al centro del segmento 10 de bombeo o a su posición más
distal, es decir, hacia el extremo 41 distal del segmento 10 de
bombeo.
Tal como se muestra en las figuras 7 y 9, la bola
20 de la guía 18 de deslizamiento está adaptada para desplazarse
dentro de la abertura 58 de regulación de fluido de la cubierta 16 y
funciona para apretar la membrana 12 de manera estanca contra la
zona 59 de control de la base 14, evitando, de este modo, el flujo
excepto a través de la ranura 60 de corte transversal variable
(véase figura 6). Debido a que la zona 59 de regulación tiene la
forma aproximada de la bola 20 y de la membrana comprimida por la
bola, el fluido no fluirá a través de la parte excepto a través de
la ranura 60 de corte transversal. De este modo, al moverse la bola
a lo largo de la parte 59 de regulación se dejará al descubierto más
o menos una zona de la ranura, controlando de este modo el flujo. Un
movimiento de este tipo funciona para controlar la velocidad de
flujo del fluido a través del segmento 10 de bombeo. Cuando la guía
18 de deslizamiento se coloca en su posición más distal, la bola 20
aprieta la membrana 12 contra la parte de la parte 324 de regulación
que no tiene ranura, deteniendo de este modo completamente el flujo
a través del segmento 10 de bombeo. También hay que destacar que,
adicionalmente a los extremos 119 del saliente 62 que limitan el
movimiento de la guía 18 de deslizamiento en la dirección distal,
según la guía 18 de deslizamiento se mueve dentro de la abertura 58
de regulación de fluido, el movimiento longitudinal de la guía 18 de
deslizamiento a lo largo del segmento 10 de bombeo en la dirección
próxima también está limitado por el acoplamiento de la bola 20 con
paredes 81 y 83 longitudinalmente separadas de la abertura 58 de
regulación del fluido.
En otra realización (no mostrada), la guía 18 de
deslizamiento tiene una estructura que sustituye la bola 20 y
funciona para apretar la membrana 12 contra la base 14. Por ejemplo,
se contempla que la guía 18 de deslizamiento puede llevar a cabo un
saliente que tiene una anchura predeterminada y que se extiende a
una distancia predeterminada desde la parte inferior del primer lado
de la guía 18 de deslizamiento, de manera que una parte suficiente
de la membrana 12 interactúa con la zona 59 de control de la base
para controlar de este modo el flujo de fluido.
Tal como se muestra en las figuras 8, 10 y 11,
el fluido se encuentra con un canal 120 pequeño que es esa parte del
canal 22 formada por el expulsor 64 de burbujas que se proyecta
desde la base 14 y el recipiente 36 a presión abombado formado en la
membrana 12. El recipiente 36 a presión abombado está montado de
manera que recibe el fluido del conducto pero no en la trayectoria
de flujo directa de ese fluido. Por tanto, las burbujas de aire en
el conducto pueden recogerse en el recipiente a presión debido a la
falta de flujo para salir. El sistema expulsor de burbujas de aire
redirige el flujo del fluido a través del conducto de manera que
éste atraviesa el recipiente 36 para salir sin ninguna burbuja de
aire que puede entrar en el recipiente. Hablando de manera general,
el expulsor 64 de burbujas coopera con la parte 37 interior del
recipiente 36 a presión para eliminar el espacio muerto y para
inhibir la producción de burbujas en el fluido que hace que fluya a
través del canal 120 pequeño. De este modo, se inhibe la acumulación
de burbujas de aire comprimible en el recipiente de detección de
presión y se mejora la precisión. Debido a que el aire es
comprimible, la precisión de una indicación de la presión tomada
desde el recipiente que tiene burbujas de aire dentro del mismo
puede comprimirse. El fluido atraviesa el canal 120 pequeño y a
continuación sale del segmento 10 de bombeo a través de la pieza 45
de conexión de tubo formada en el extremo 41 distal de la base
14.
La paleta 64 está colocada en el conducto bajo el
recipiente 36 para guiar el flujo del fluido desde el conducto hacia
el recipiente de manera que ahora el recipiente descansa
directamente en la trayectoria de fluido a través del conducto. El
fluido redirigido elimina del recipiente 36 cualquier burbuja de
aire que pueda haberse acumulado allí. La paleta está formada de
manera que el fluido redirigido desde el conducto alcance todas las
partes del recipiente para eliminar cualquier burbuja. En las
realizaciones mostradas, la paleta 64 tiene la apariencia de un
reloj de arena con los bordes redondeados. Se ha descubierto que su
forma hace que el fluido que fluye en la paleta 64 se dirija hacia
arriba en la parte 37 interior del recipiente donde alcanza todas
las partes del recipiente antes de fluir hacia abajo del lado distal
de la paleta y fuera de la pieza 45 de conexión de salida.
En la realización mostrada, la paleta está
dispuesta en un ángulo recto al conducto 22 y tiene un tamaño que
varía según su altura, de manera que la trayectoria de flujo a lo
largo de la paleta y a través de la parte 37 interior del recipiente
36 tenga una zona transversal aproximadamente constante. La altura
se selecciona para dar como resultado una zona de flujo transversal
aproximadamente constante a través del canal 120 pequeño cuando la
caperuza 36 se deforma hacia dentro durante la instalación estándar
de carga previa en un detector de presión. Una deformación de este
tipo se muestra en la figura 15 y se describe detalladamente a
continuación.
Tal como se observa mejor en la figura 10, la
paleta 64 del expulsor de burbujas se alinea con la parte central
del recipiente 36. Adicionalmente, la paleta 64 está formada para
proporcionar transiciones de flujo de fluido graduales y no bruscas
mientras mantiene todavía una zona 120 de paso del fluido uniforme.
Las transiciones de la zona de flujo están definidas por superficies
curvadas sustancialmente lisas que se extienden a lo largo de
aproximadamente noventa grados a través de la dirección de flujo del
fluido. Se han añadido nervios para alisar el ángulo de curvatura y
para proporcionar transiciones no abruptas y graduales. Las
transiciones graduales se proporcionan para dar como resultado un
flujo de fluido más controlado y para reducir la cantidad de
turbulencias generadas.
Con referencia particularmente a la figura 11, la
paleta 64 no abarca completamente la anchura del conducto 22 y se
producirá cierto flujo alrededor de la paleta. Sin embargo, se
dirige una cantidad suficiente de flujo hacia arriba en la parte 37
interior del recipiente para eliminar las burbujas.
En una realización preferida, el expulsor 64 de
burbujas está formado del mismo material y como parte integral de la
base 14 del segmento diseñado para el bombeo. Sin embargo, aquellos
expertos en la técnica apreciarán que pueden utilizarse otros
materiales y métodos de fabricación.
A continuación, con referencia a la figura 14, se
dirige la atención a la cooperación del recipiente 36 a presión
abombado de la membrana 12 y la cubierta 16. En la realización
preferida del segmento 10 de bombeo, la cubierta 16 incluye una
estructura que funciona como un tope 150 lateral. El tope 150
lateral rodea y soporta el recipiente 36 a presión abombado cuando
existen presiones internas presentes en el recipiente 36 a presión y
el recipiente 36 a presión no está acoplado a un detector.
Cuando se acoplan a un detector, el detector
proporciona un soporte estructural sustancial a la caperuza de
presión que le da la capacidad de soportar presiones internas de
fluido muy elevadas. Sin embargo, cuando el segmento de bombeo no
está acoplado a la bomba, la caperuza de presión no tiene el soporte
estructural del detector. La caperuza en este estado "libre"
debe portar la totalidad de la carga de presión interna de la
caperuza. La caperuza en este estado "libre" debe tener la
presión interna de toda la caperuza cargada. La caperuza debe
mantener la integridad estructural y no agrietarse o romperse bajo
estas condiciones.
Se ha descubierto que únicamente limitando el
desplazamiento lateral de la zona de pared lateral de la caperuza,
se obtiene una ganancia importante en resistencia al agrietamiento y
a la rotura de la totalidad de la zona de caperuza. Al proporcionar
un huelgo limitado entre la pared lateral de la caperuza y la
característica de limitación lateral de la cubierta, la deflexión
lateral de la zona de pared lateral de la caperuza no está inhibida
de responder a las presiones normales de fluido pero se evita la
ruptura cuando experimenta presiones de fluido elevadas. De este
modo, el rendimiento lineal de la detección de presión no impactará
con presiones de fluido en el intervalo de funcionamiento
normal.
Esencialmente, el tope 150 lateral incluye esa
parte de la cubierta 16 que forma la abertura 56 circular que rodea
el recipiente 36 a presión abombado que también puede observarse en
la figura 2. Existe un huelgo 151 lateral, por ejemplo (305 \mum)
entre la pared 126 lateral cilíndrica (mostrada en corte transversal
en la figura 11) del recipiente 36 a presión abombado y el tope 150
lateral. Asimismo, el tope 150 lateral incluye un saliente 152 que
se extiende desde el tope 150 lateral y lo dirige hacia la parte 42
interior de la base 14. El saliente 152 de tope lateral también
rodea el recipiente 36 a presión. El saliente 152 incluye un bisel
de 45!91! formado en el extremo del mismo que se extiende lejos
desde y que ayuda a soportar el recipiente 36 a presión abombado. El
bisel evita una interferencia con el funcionamiento normal del
recipiente a presión mediante el tope 150 lateral, continúa todavía
hasta proporcionar una cantidad suficiente de material para su uso
como el tope lateral.
En funcionamiento, tal como se muestra en la
figura 12, el segmento 10 de bombeo se coloca dentro de una cavidad
199 alargada de recepción de un sistema 300 de bombeo peristáltico
que funciona para bombear fluido de forma peristáltica a través del
segmento 10 de bombeo así como para controlar el flujo de fluido y
medir la presión de fluido del conducto. La forma exterior variada
del segmento 10 ayuda a la carga apropiada del segmento. Debido a
que es redondeado en un extremo y a que es plano en otro, puede
instalarse sólo en una orientación. Adicionalmente, tal como se
observa mejor en la figura 13, las muescas 63 rectangulares en el
saliente 62 del segmento 10 de bombeo cooperan con lengüetas 263
laterales en la cavidad 199 de recepción. Las lengüetas 263
laterales tienen una configuración que está adaptada para ajustarse
con las muescas 63 rectangulares y garantizar que el segmento 10 de
bombeo esté colocado apropiadamente en la cavidad 199 de
recepción.
El segmento 10 de bombeo también incluye caras
planas para ayudar al montaje apropiado en la cavidad 199 de
recepción. Una cara 326 plana próxima se encuentra con un reborde
328 en la cavidad para ayudar al alineamiento. Una cara 330 plana
distal también se encuentra con un reborde 332 distal en la cavidad
199. Estas combinaciones de caras planas/rebordes controlan la
distancia a la que puede insertarse el segmento de bombeo en la
cavidad 199.
Adicionalmente, muescas 282 redondeadas cooperan
de manera similar y se ajustan con asas 82 que se extienden desde la
guía 18 de deslizamiento del segmento 10 de bombeo para garantizar
que el segmento 10 de bombeo se coloque en el sistema 300 de bombeo
con su guía 18 de deslizamiento en la posición de tope de flujo
aunque en la figura 13 la guía 18 de deslizamiento se muestra en su
posición completa de flujo. De este modo, la guía 18 de
deslizamiento puede moverse a su posición de tope de fluido o más
distal antes de que el segmento 10 de bombeo pueda colocarse en la
cavidad 199 de recepción, porque sólo en esta posición las asas 82
se reciben dentro de las muescas 282 redondeadas. Con la guía 18 de
deslizamiento en su posición de tope de flujo, se colocan uno o más
salientes 220 de la bomba/guía de deslizamiento que se extienden
perpendicularmente desde una placa 274 circular giratoria incluida
en la cavidad 199 alargada de recepción del sistema 300 de bombeo
peristáltico se colocan dentro de la ranura 74 formada en la guía 18
de deslizamiento. Un brazo 259 de cerrojo del sistema 300 de bombeo
peristáltico, que está mecánicamente conectado a la placa 274
circular giratoria, está cerrado para retener el segmento 10 de
bombeo en el sistema 300 de bombeo. Según se cierra el brazo 259 de
cerrojo, la placa 274 circular giratoria gira y el movimiento se
traslada desde la placa 274 circular giratoria a la ranura 74 para
hacer que la guía 18 de deslizamiento se mueva a su posición más
próxima a lo largo del segmento 10 diseñado para el bombeo. En esta
posición, está permitido el flujo máximo contemplado excepto cuando
el segmento de bombeo está instalado en una bomba, en cuyo caso, uno
o más dedos peristálticos ocluirían la trayectoria de flujo
corriente abajo. Cuando la guía de deslizamiento se mueve en la
dirección próxima, las asas 82 se mueven bajo rebordes 334 situados
en cada lado de la cavidad 199. Los rebordes 334 retienen la guía 18
de deslizamiento y de este modo el segmento de bombeo en la cavidad
199, de manera que no pueda extraerse a menos que la guía de
deslizamiento se mueva a su posición de tope de flujo.
Una vez que el segmento 10 diseñado para el
bombeo está colocado dentro del sistema 300 de bombeo peristáltico,
los dedos 230 de bombeo peristáltico que se proyectan
sustancialmente de manera perpendicular desde la cavidad 199
alargada de recepción puede funcionar dentro de la abertura 57
intermedia formada en la cubierta 16 y sobre la zona 23 plana
central de la membrana 12 que sobresale de la ranura 21. Los dedos
230 de bombeo peristáltico suben y caen sistemáticamente en un
movimiento perpendicular con respecto a la membrana 12 y aprietan
partes adyacentes de la membrana 12 contra la ranura 21, para forzar
de este modo el fluido a través del segmento 10 diseñado para el
bombeo.
La detección de la presión también se desarrolla
cuando el segmento 10 diseñado para el bombeo se ha colocado en el
sistema 300 de bombeo peristáltico. Con el fin de llevar a cabo la
detección de la presión, el recipiente 36 a presión abombado entra
en contacto continuo y directo con una zona sensible a la presión de
un detector 200 montado dentro de la cavidad 199 alargada de
recepción para formar una superficie de contacto eficaz para
detectar presiones producidas por el flujo de fluido a través del
segmento 10 diseñado para el bombeo.
Tal como se muestra en la figura 15, en la
realización preferida, el recipiente 36 a presión está acoplado a un
detector 200 esencialmente plano de manera que las indicaciones de
la presión del fluido pueden tomarse del flujo del fluido a través
de una parte 37 interior del recipiente 36. La configuración
estructural del recipiente 36 a presión se selecciona para
garantizar la superficie de contacto óptima con el detector 200, tal
como se describirá más detalladamente a continuación. Generalmente,
se obtiene un contorno superior óptimo inicial del recipiente 36 a
presión utilizando un método novedoso. Adicionalmente, se utiliza
otro método novedoso para optimizar el desplazamiento de carga
previa del detector/caperuza. Al cargar previamente un recipiente 36
a presión con una forma óptima contra una zona sensible a la presión
de un detector con un desplazamiento de carga previa óptimo, se
garantiza una tensión apropiada de contacto de la superficie de
contacto con el detector 200, garantizando de este modo la
comunicación de la presión desde el recipiente 36 al detector
incluso en situaciones en las que existe una presión negativa
existente en el segmento 10 de bombeo.
Nuevamente, con referencia a la figura 14, se
describe la configuración detallada del recipiente 36 a presión
abombado. En la realización preferida, el recipiente 36 a presión
abombado tiene una corona 122 y una zona 124 periférica de membrana,
que conecta la corona 122 al perímetro 28 y a la parte plana de la
membrana 12. La corona 122 tiene paredes 126 laterales cilíndricas
que se extienden sustancialmente perpendiculares desde las partes
planas de la membrana y que definen una zona 128 de borde exterior.
La zona 128 de borde exterior está definida por la parte superior de
las paredes 126 laterales cilíndricas y es en sí misma de forma
circular. Completando la corona 122 se encuentra una zona 130
central de caperuza. La zona 130 central de la caperuza es la tapa
del recipiente 36 o esa parte del recipiente que cierra un extremo
de las paredes 126 laterales cilíndricas. Desde su conexión a las
paredes 126 laterales, la zona 130 central de la caperuza tiene un
contorno de superficie arqueado que se extiende gradualmente lejos
de las partes planas de la membrana 12 y configura una forma similar
a una caperuza.
La zona 124 periférica de la membrana es una
parte curvada de la membrana 12 que se extiende lejos de las paredes
126 laterales para proporcionar una zona de transición a las paredes
29, 30 laterales superior e inferior formadas en el extremo 25
terminal distal de la membrana así como una zona de tránsito a la
zona 23 central plana (no mostrada en la figura 14) que se extiende
hacia el extremo 26 terminal próximo de la membrana. La zona 124
periférica de membrana funciona como un resorte de arandela plana.
Tal como se ejecutará, la zona 124 periférica de la membrana
proporciona rigidez elástica mientras permite a la zona 130 central
de la caperuza aplanarse y a la zona 128 de borde cargarse
previamente contra el detector 200.
También se contempla que la altura, espesor y
módulo de elasticidad de la corona se seleccionarán para
proporcionar características aceptables de transferencia de presión.
Asimismo, al igual que el de la zona 124 periférica de la membrana,
el espesor y el módulo de elasticidad de la pared 126 lateral se
seleccionarán con tales características en mente. Particularmente,
pueden elegirse las características físicas de la zona 124
periférica de la membrana para evitar la separación de la
caperuza/detector bajo condiciones de presión de fluido negativa IV.
Adicionalmente, se contempla que el diámetro de la zona 130 central
de caperuza sea más del doble que la dimensión más grande de la
parte 231 de detección del detector 200 de presión, minimizando de
este modo el efecto de los errores de posición lateral en la
precisión del detector.
En la realización preferida, el espesor de pared
de la corona 122 y la zona 130 central de la caperuza oscila de
00838-00889 mm (0,033-0,035
pulgadas). El radio de la parte de corona desde el exterior de las
paredes 126 laterales hasta un eje longitudinal que se desplaza a
través de la corona es 2,718-2,769 mm
(0,107-0,109 pulgadas). La altura de las paredes 126
laterales cilíndricas desde un punto próximo en el que la zona 124
periférica de la membrana se encuentra con la pared 29 lateral
superior es 2,667.2,718 mm (0,105-0,107 pulgadas).
La curvatura del lado 26 superior de la zona 124 periférica de la
membrana en la que se encuentra con las paredes 126 laterales
cilíndricas tiene un radio de aproximadamente 0,813 mm (0,032
pulgadas), mientras que la curvatura del lado 27 inferior tiene un
radio de aproximadamente 1,829 mm (0,072 pulgadas). Por
consiguiente, el espesor de la pared de la zona 124 periférica de
la membrana aumenta desde 0,965-1,016 mm
(0,038-0,040 pulgadas) hasta aproximadamente 1,651
mm (0,065 pulgadas). La zona 130 central de caperuza se inclina
gradualmente a una altura de 0,279-0,33 mm
(0,011-0,013 pulgadas) por encima de la zona 128
exterior de borde. A continuación, se resume una descripción de un
contorno de la zona 130 central de caperuza preferida en términos de
posición radial y altura sobre la zona 128 exterior de borde.
El recipiente 36 a presión abombado tiene un
contorno inicial de la superficie superior no acoplada de manera
que, en el acoplamiento a una cara del detector, la distribución
relativamente uniforme de la tensión de contacto de la zona central
de caperuza dará como resultado la superficie de contacto entre el
detector 200 y la caperuza 130 para cualquier presión de fluido
interno. Al aproximar una distribución uniforme de la tensión de
contacto, se obtiene una transferencia de información de presión de
fluido más precisa desde la caperuza 130 al detector 200, ya que la
parte 130 completa de la caperuza proporciona al detector 200 la
misma información. Esta característica compensa varias tolerancias
de fabricación. Por ejemplo, si el detector de presión se montara en
una posición desplazada desde su posición prevista durante la
fabricación de una bomba, las posibilidades de que el sistema de
detección de presión funcione con precisión aumentan debido a la
distribución uniforme de la tensión de contacto dispuesta por el
recipiente. Asimismo, el recipiente de presión puede acoplarse al
detector de presión en una posición desplazada desde la posición
prevista y funcionar aún con precisión debido a la distribución
uniforme de la tensión de contacto dispuesta por el contorno con
forma de caperuza del recipiente.
Con el fin de determinar un contorno inicial
apropiado, se utiliza una realización preferida que se proporciona
en la tabla anterior, un método novedoso para proporcionar el
recipiente 36 a presión abombado con un contorno superior óptimo. Lo
que viene a continuación es una descripción de este método.
Para determinar un contorno superior óptimo
(véase la figura 16), se apreciará que se aplican una primera
tensión P_{r} 134 de contacto uniforme (representada por flechas)
y una segunda tensión P_{r} 136 de contacto uniforme (representada
por flechas) a la zona 128 de borde y a la zona 130 central de
caperuza, respectivamente. Las tensiones P_{r} 134 y P_{r} 136
de contacto uniformes simulan las fuerzas aplicadas al recipiente 36
a presión abombado en el acoplamiento con un detector 200. Las
tensiones P_{r} 134 y P_{r} 136 son necesariamente distintas
debido a las diferencias en la resistencia o rigidez de las zonas
130 de caperuza central y de borde 128 y, P_{r} 134 es
sustancialmente mayor debido a la rigidez superior del borde 128.
Adicionalmente, es importante que las tensiones sean uniformes,
especialmente para la tensión P_{r} 136 de la caperuza central,
porque se desea contactar el detector 200 con una distribución de la
tensión uniforme. Al aplicar tensiones suficientes o al acoplarse al
detector 200, la parte superior del recipiente 36 a presión abombado
va a aplanarse sustancialmente contra la cara del detector. Hay que
entender que el simple acoplamiento de una superficie irregular
deformable contra una superficie de detección plana para aplanar la
superficie con forma irregular, no da como resultado necesariamente
una distribución uniforme de la tensión a través de la superficie
irregular deformable. Probablemente, una superficie formada de este
modo tiene zonas de distribución de tensión variada a través de su
superficie aplanada ya que probablemente requeriría varias tensiones
para aplanar distintas zonas de la superficie. Adicionalmente, al
acoplar una superficie plana, soportada por paredes laterales que se
proyectan perpendicularmente desde las mismas, contra una superficie
de detección plana probablemente dará como resultado partes de la
superficie plana próxima a las paredes laterales que tengan una
tensión de distribución distinta que la de la parte central de la
superficie plana. Por consiguiente, el método de optimización del
contorno de la superficie superior inicial del recipiente 36 a
presión abombado da como resultado una provisión del segmento 10
diseñado para el bombeo con medios superiores para transferir
información sobre la presión a un detector.
Para establecer el contorno superior óptimo, se
selecciona un contorno h(d_{c}, d_{r}) 140 inicial
(representado por los puntos conectados en la figura 16), donde
d_{c} 142 y d_{r} 144 (ambos representados con flechas en la
figura 16) representan las coordenadas de deflexión del centro 130
de la caperuza y del borde 128 de la caperuza, respectivamente. En
este método, y(d_{c}, d_{r}) 141 representa el
desplazamiento absoluto respuesta de h(h_{c}, h_{r}) 140
a la aplicación de tensiones P_{r} 134 y P_{c} 136 uniformes.
Para entender la relación entre y(d_{c}, d_{r}) 141 y
h(d_{c}, d_{r}) 140 debe trazarse de nuevo
conceptualmente h(d_{c}, d_{r}) como una línea 143
recta, donde tanto d_{c} 142 como d_{r} 141 son iguales a cero,
y visualizar una respuesta del desplazamiento y(d_{c},
d_{r}) como una expresión de los cambios de las coordenadas de
deflexión d_{c} 142 y d_{r} 144 a las tensiones aplicadas. Se
desea que, en respuesta a las tensiones aplicadas, el contorno
inicial h(d_{c}, d_{r}) 140 sea igual a la respuesta de
desplazamiento relativo y(d_{c}, d_{r}) 652 de manera que
la zona 130 central de la caperuza esté sustancialmente aplanada.
Tras la observación de una respuesta relativa y(d_{c},
d_{r}) 141 (representada por flechas en la figura 16) de la parte
superior a las tensiones P_{r} 134 y P_{c} 136 uniformes, puede
requerirse determinar un contorno h(d_{c}, d_{r})'
revisado. Es decir, el contorno inicial revisado h(d_{c},
d_{r})' puede ser necesario donde y(d_{c}, d_{r}) 141
no es la respuesta deseada relativa de la parte superior del
recipiente a presión a las tensiones P_{r} 134 y P_{c} 136
uniformes aplicadas. Una vez que h(d_{c}, d r) 140, o más
precisamente algunos cálculos h(d_{c}, d_{r})' revisados
de h(d_{c}, d_{r}) 140, se iguala a y(d_{c},
d_{r}) 652, se obtiene el contorno óptimo de la parte superior del
recipiente 36.
Al acoplar el detector 200 o mediante la
aplicación de tensiones P_{r} 134 y P_{c} 136 uniformes de
contacto, la parte superior formada de manera óptima se desviará lo
suficiente para aplanar la zona 130 central de la caperuza (véase la
figura 15). Adicionalmente, la zona 124 periférica de la membrana,
al funcionar como un muelle de arandela plana, deforma una cantidad
correspondiente a la deflexión de la zona 128 de borde, absorbiendo
de este modo las fuerzas aplicadas a la zona 128 de borde y
permitiendo a las paredes 126 laterales permanecer sustancialmente
rectas. Generalmente hablando, en un recipiente 36 a presión
abombado de manera óptima, donde la zona 130 central de la caperuza
está suficientemente aplanada en respuesta a tensiones uniformes, a
través de la zona 130 central de la caperuza existe una distribución
relativamente uniforme de las tensiones. Por tanto, en el
acoplamiento, la caperuza 130 transfiere una presión precisa y
uniforme a la parte 131 de detección del detector 200.
Para aumentar la precisión, es deseable
proporcionar un recipiente a presión que entre en contacto con un
detector de presión, de manera que las tensiones de contacto entre
el recipiente y el detector sean lineales a través de toda la
variedad prevista de presiones internas del recipiente. La presente
invención también incluye un método para optimizar el desplazamiento
de la carga previa del recipiente 36 a presión abombado de manera
que, cuando se acople al detector 200 (véase las figuras 15 y 16) la
zona 128 de borde aisle la zona 130 central de caperuza de las
condiciones externas, y de manera que exista una zona de contacto
para todas las desviaciones de tolerancia mecánica esperadas y para
las peores condiciones de presión negativa, es decir, -4 psi. Para
llegar a un desplazamiento de carga previa óptimo, se supone una
presión interna cero y las tensiones resultantes entre las zonas
128, 130 central de caperuza y de borde y el detector 200 se
determinan para las peores condiciones de presión negativa
esperadas. Si se calculan tensiones resultantes de compresión
positivas, entonces el desplazamiento supuesto de carga previa se
considera optimizado. Por otra parte, si las tensiones resultantes
no son suficientemente positivas, se lleva a cabo una nueva
suposición para el desplazamiento inicial nominal y las tensiones
resultantes se controlan de nuevo hasta ser suficientes. Con el fin
de obtener otras suposiciones para el desplazamiento inicial
nominal, puede ser necesario modificar la resistencia de la membrana
añadiendo material o cambiando su composición.
Para llevar a cabo un desplazamiento óptimo de la
carga previa para todas las presiones esperadas del fluido interno,
se selecciona un desplazamiento de carga previa inicial para la zona
130 de borde y la zona 128 central de caperuza bajo condiciones de
presión interna cero. A continuación, se determinan las tensiones
existentes en las zonas central y de borde de la caperuza para este
desplazamiento de carga previa inicial. A continuación, se
desarrolla una expresión que representa la relación entre las
tensiones P_{c} 134 y P_{r} 136 de contacto resultantes para
todas las presiones internas esperadas y, los valores de tensión de
contacto para una presión P_{co} y P_{ro} interna de cero y
coeficientes C_{c} y C_{r} de transferencia de presión.
Finalmente, se evalúan las tensiones resultantes hasta ser
suficientes.
Los valores P_{co} y P_{ro} de tensión se
aproximan inicialmente desde las siguientes ecuaciones que
representan cálculos lineales de las tensiones de la zona 128 de
borde y 130 central de la caperuza bajo condiciones de presión
interna cero para pequeñas desviaciones d_{c}, d_{r} de
desplazamiento a partir de la nominal.
P_{co} = P_{co,nom} +
(dP_{co}/dd_{c}) x (d_{c} -
d_{c,nom})
P_{ro} = P_{ro,nom} +
(dP_{ro}/dd_{r}) x (d_{r} -
d_{r,nom})
En las dos ecuaciones anteriores, se conocen las
deflexiones d_{c,nom} y d_{r,nom} de precarga nominales
iniciales supuestas bajo condiciones de presión interna cero. Se
determinan sabiendo el contorno de superficie superior inicial
óptimo, según se obtiene utilizando el método anteriormente
descrito, y observando el cambio en el contorno de superficie
superior inicial óptimo al acoplarse al detector 200 hasta el grado
supuesto. Para una deflexión de carga previa nominal inicial
supuesta, se conocen tensiones P_{co,nom} y P_{ro,nom} nominales
en el borde y centro de la caperuza asociadas. Sin embargo, debido a
las desviaciones de tolerancia mecánica, las tensiones reales de
contacto entre el recipiente 36 a presión abombado y el detector
200, P_{co} y P_{ro} no se igualarán a los valores nominales.
Las ecuaciones anteriores se utilizan para tener en cuenta pequeñas
desviaciones de desplazamiento del nominal que son más probables que
se produzcan en las tensiones de contacto de la zona P_{ro} de
borde y la zona P_{co} central de la caperuza bajo condiciones de
presión interna cero. Esto se lleva a cabo añadiendo a los valores
de tensión de contacto nominales las pequeñas desviaciones en el
desplazamiento del nominal que se producen en los valores de
tensiones de contacto. A continuación, se calculan las tensiones
P_{co} y P_{ro} reales de contacto de la zona de borde y central
de la caperuza para varias desviaciones d_{c} y d_{r} de
desplazamiento nominales que son representativas de desviaciones
esperadas y para varios cambios conocidos asociados en las tensiones
reales de contacto de la zona de borde y central de la caperuza con
respecto a las desviaciones esperadas en los desplazamientos
dP_{co}/dd_{c} y dP_{ro}/dd_{r} del borde y del centro de la
caperuza. Hay que señalar que dP_{co}/dd_{c} y
dP_{ro}/dd_{r} se conocen al observar el cambio en las tensiones
de contacto de la zona de borde y central de la caperuza bajo
condiciones internas cero para varios desplazamientos de las zonas
130, 128 de borde o de la caperuza central. Por tanto, lo que se
obtiene es una mejor aproximación y más realista de las tensiones
reales de contacto bajo condiciones de presión interna cero.
Una vez que se han calculado P_{co} y P_{ro},
éstas se utilizan para calcular las tensiones P_{r} 134 y P_{c}
136 de contacto resultantes para cada presión P_{int} interna
esperada del recipiente de las siguientes relaciones.
P_{c} = P_{co} + C_{c}
x
P_{int}
P_{r} = P_{ro} + C_{r}
x
P_{int}
Con el fin de realizar un cálculo de este tipo,
se calculan los coeficientes C_{c} y C_{r} de transferencia de
presión, en base a la respuesta del recipiente 36 a la aplicación de
tensiones P_{r} 134 y P_{c} 136 utilizando un análisis finito de
tensiones de elementos, por ejemplo el programa de análisis finito
de tensiones de elementos MARC Analysis Research Corporation, Palo
Alto, California, para un desplazamiento de carga previa dado. Por
tanto, pueden determinarse para cualquier presión P_{int} interna,
P_{c} 136 y P_{r} 134.
Cuando se calculan las tensiones P_{c} 136 y
P_{r} 134 de contacto de compresión lo suficientemente positivas,
es decir, mediante la aplicación de las tensiones de contacto, la
zona 130 central de la caperuza está suficientemente aislada por la
zona 128 de borde bajo las condiciones de presión negativa esperadas
en el peor caso, a continuación el desplazamiento supuesto del
recipiente 36 a presión utilizado en el análisis es óptimo. Por otro
lado, la membrana de la zona adyacente de caperuza puede aumentarse
en espesor (o resistencia) y utilizarse un valor de desplazamiento
de carga previa más alto. En un caso de este tipo, entonces se
ejecutaría de nuevo el análisis de optimización completo descrito
utilizando los nuevos supuestos con las tensiones P_{c} y P_{r}
controlándose nuevamente hasta que sean adecuadas.
Debe señalarse que los métodos de desplazamiento
de carga previa óptima y de contorno óptimo anteriormente descritos
dependen de la aplicación específica y de las características
físicas del elemento de transferencia de presión objetivo. Aunque
distintas aplicaciones tendrán resultados variables, el método
expuesto proporcionará medios para optimizar el rendimiento de un
elemento de transferencia de la presión.
Ahora dirigimos nuestra atención a otra función
básica del segmento 10 de bombeo, particularmente la regulación del
flujo de fluido. Brevemente, con referencia a la figura 13, para
regular las velocidades de flujo mediante el segmento 10 de bombeo,
el segmento 10 de bombeo debe extraerse del sistema 300 de bombeo y
la guía 18 de deslizamiento deben manipularse manualmente. Tal como
puede recordarse, cuando se cierra el brazo 259 de cerrojo para
retener el segmento 10 de bombeo dentro del sistema 300 de bombeo,
la guía 18 de deslizamiento se mueve hasta su posición más próxima
donde el flujo de fluido a través del segmento 10 de bombeo es
máximo. Adicionalmente, puede recordarse que para colocar la guía 18
de deslizamiento dentro del sistema 300 de bombeo, la guía 18 de
deslizamiento debe estar en su posición de tope de flujo o más
distal, sólo para moverse más tarde a su posición de flujo máximo
cuando se cierra el brazo 259 de cerrojo. Por tanto, ya que la
posición de la guía 18 de deslizamiento está obligada a estar en su
posición de flujo máximo cuando está retenida contra el sistema 300
de bombeo, la guía 18 de deslizamiento debe extraerse del sistema
300 de bombeo y manipularse con la mano si se desea la regulación
del flujo. Bajo tales condiciones, la gravedad provoca que el
fluido, que viene del depósito (no mostrado), atraviese el segmento
10 de bombeo, cuya velocidad del flujo de fluido viene determinada
por la guía 18 de deslizamiento.
A continuación, con referencia a la figura 17, se
muestra la forma de un dedo 342 peristáltico que es utilizable con
el segmento 10 de bombeo presentado. Tal como se muestra, el dedo
342 tiene una curva compleja en su extremo distal para comprimir la
membrana 12. Mientras la punta comprende una curva convexa, las
partes de la punta del dedo entre el centro y los bordes 344
comprenden curvas cóncavas. Se ha descubierto que esta forma del
dedo 342 da como resultado un menor desgaste de la membrana durante
la acción de bombeo.
A partir de lo anterior, se apreciará que la
presente invención proporciona un segmento 10 diseñado para el
bombeo, que tiene un diseño simple y que en un dispositivo único
facilita un bombeo peristáltico eficaz y preciso del fluido durante
largos periodos de tiempo, que proporciona una superficie de
contacto eficaz para detectar la presión de fluido bajo todas las
condiciones de la presión del conducto, y que proporciona una
regulación del flujo de fluido mientras minimiza las imprecisiones
del sistema.
Aunque se han descrito e ilustrado varias formas
particulares de la invención, resultará evidente que pueden
realizarse varias modificaciones. Por consiguiente, no está previsto
limitar la invención, excepto por la reivindicaciones adjuntas.
Claims (11)
1. Recipiente (36) a presión en comunicación de
fluido con un conducto, para transferir la presión de un fluido
contenido dentro del conducto a un detector (200) que tiene una
superficie de detección; el recipiente (36) a presión está dispuesto
para presionarse contra la superficie del detector (200) de manera
que el detector (200) pueda detectar tanto las presiones aumentadas
como disminuidas del fluido en el conducto;
el recipiente (36) a presión incluye una corona
(122) hueca formada para colocarse en contacto con la superficie de
detección y dispuesta de manera que la parte hueca reciba la presión
de fluido del fluido contenido dentro del conducto, teniendo la
corona (122) hueca una pared (126) lateral y una parte (130)
superior cerrada dispuesta para colocarse en contacto con la
superficie de detección; caracterizado porque:
el recipiente (36) a presión comprende una zona
(124) periférica elásticamente deformable que se extiende desde una
parte inferior de la pared (126) lateral de la corona (122) hueca,
dispuesta para suspender la corona (122) y colocar la corona en
contacto con el detector (200) con una carga previa
seleccionada.
2. Recipiente (36) a presión según la
reivindicación 1, caracterizado adicionalmente porque la zona
(124) periférica está dispuesta para empujar la corona (122) hacia
la superficie de detección para establecer la carga previa
seleccionada.
3. Recipiente (36) a presión según la
reivindicación 2, caracterizado adicionalmente porque la
pared (126) y la zona (124) periférica tienen tamaños seleccionados,
de manera que cuando el recipiente a presión está acoplado al
detector (200) de presión, ambos están en contacto, por lo que el
recipiente (36) a presión está cargado previamente contra la
superficie de detección lo suficiente como para evitar la separación
de la superficie de detección debido a la presión disminuida del
fluido dentro del conducto.
4. Recipiente (36) a presión según cualquier
reivindicación anterior, caracterizado adicionalmente porque
la zona (124) periférica se extiende radialmente hacia fuera de la
parte inferior de la pared (126) lateral.
5. Recipiente (36) a presión según cualquier
reivindicación anterior, caracterizado adicionalmente porque
la pared (126) lateral es cilíndrica y está dispuesta perpendicular
a la parte (130) superior cerrada de la corona (122).
6. Recipiente (36) a presión según la
reivindicación 5, caracterizado adicionalmente porque las
características físicas de la pared (126) lateral cilíndrica están
seleccionadas para proporcionar características de transferencia de
presión aceptables, mientras se somete a la carga previa
seleccionada con la superficie de detección y mientras se somete a
las presiones aumentadas y disminuidas del fluido dentro del
conducto.
7. Recipiente (36) a presión según cualquier
reivindicación anterior, caracterizado adicionalmente porque
un tope (150) lateral está dispuesto alrededor de la corona (122)
para limitar la deflexión lateral de la corona (122), estando
separado el tope (150) lateral de la corona (122).
8. Recipiente (36) a presión según la
reivindicación 7, caracterizado adicionalmente porque el tope
(150) lateral está separado hacia fuera de la corona (122) por una
distancia (151) seleccionada para evitar el acoplamiento entre la
corona (122) y el tope (150) lateral durante la exposición de la
corona (122) a las presiones del fluido para acoplar y soportar la
corona (122) cuando experimenta elevadas presiones de fluido.
9. Recipiente (36) a presión según las
reivindicación 7 u 8, caracterizado adicionalmente porque el
tope (150) lateral comprende un elemento rígido que tiene una
abertura (56) dentro de la cual está dispuesta la corona (122),
estando dispuesto el lado de la abertura (56) para limitar el
movimiento lateral de la pared (126) lateral.
10. Recipiente (36) a presión según cualquier
reivindicación anterior, caracterizado adicionalmente porque
la parte (130) superior cerrada de la corona (122) hueca tiene un
contorno abombado con el contorno seleccionado de manera que la
parte (130) superior se aplana contra la superficie de detección
bajo condiciones de carga previa y exposición a las presiones del
fluido de manera que la distribución uniforme de la tensión a través
de la parte (130) superior de la corona (122) se genera por la
presión de fluido, por lo que se transmite sustancialmente la misma
presión a la superficie de detección en todas las regiones de la
parte (130) superior cerrada de la corona (122).
\newpage
11. Recipiente (36) a presión según cualquier
reivindicación anterior, caracterizado adicionalmente porque
la parte (130) superior cerrada de la corona (122) hueca tiene un
diámetro que es al menos el doble de grande que la superficie del
detector (200), por lo que se tolera el desplazamiento lateral de la
corona durante el montaje de la corona a la superficie de
detección.
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