La compensación técnica detrás del caudal, la presión y el ruido

El flujo, la presión y el ruido son tres visiones de una misma compensación en lugar de tres características independientes. En una microbomba de desplazamiento positivo, la cifra de flujo supone una velocidad, la cifra de presión supone una carga y la cifra de ruido supone una distancia y una ponderación. Mueve cualquiera de ellos y los otros dos cambian.

Qué cubre este análisis

Lee las cifras publicadas para SC2201RPW y SC2301CPW como condiciones en lugar de promesas, con la unidad y la prueba detrás de cada una.

Pone un número a las dos cosas que una breve hoja de datos omite: potencia de entrada en las variantes de voltaje y salida hidráulica en el punto de servicio publicado.

Normaliza dos cifras de ruido que llevan la misma etiqueta de 60 dB pero que se midieron a diferentes distancias.

Se expone qué contiene un test de vida útil y una rutina de banco de cuatro instrumentos que reproduce cada curva.

Saltar a- 1 Comience con el punto de servicio|2 El caudal y la presión se publican por separado|3 La forma de la curva|4 El voltaje es el tercer eje|5 Adónde van los vatios|6 Ruido: un número, tres condiciones faltantes|7 La corriente nominal no es corriente de arranque

Saltar a (continuación)- 8 La temperatura mueve toda la curva|9 Qué contiene un número de vida útil|10 El mapa de compensaciones|11 Verificación en banco|12 preguntas de campo|Referencia rápida

1. Comience con el punto de deber, no con los números

Un punto de trabajo es una combinación de flujo, presión, voltaje y ciclo de trabajo en el que se le pide que trabaje la bomba. Cada clasificación publicada describe uno de esos puntos o una banda, por lo que una cifra citada sin sus condiciones no se puede comparar con ninguna otra cifra, incluida otra cifra para la misma bomba.

Tabla 1. Las cifras publicadas para dos familias de bombas y la condición que asume cada una.

No hay ninguna curva en ninguna parte de esa lista. Cada fila es un punto, una banda o un techo, y la última columna es lo único que hace que una fila sea utilizable. Un parámetro de rendimiento de una microbomba sin esa columna es un número de marketing: sobrevive a la cotización y no supera la comparación.

Nota de campo: cuando un proveedor cita un flujo o una figura de ruido, pregunte por las tres condiciones detrás de él: la carga, la distancia y la temperatura del fluido. Una figura que llega con sus condiciones adjuntas se puede comprobar en un banco; uno que no lo hace no se puede verificar en absoluto.

2. El flujo y la presión se publican por separado

El flujo y la presión se miden en extremos opuestos de la misma curva, por lo que una hoja de datos que enumera ambos describe dos bancos de prueba. La cifra de caudal proviene de una descarga abierta o ligeramente cargada; la cifra de presión proviene de una línea restringida donde el flujo ya ha disminuido.

Figura 1. Las dos bandas publicadas en un par de ejes. El sombreado es lo que indican las hojas de datos; el espacio entre las bandas no se publica como una curva medida.

Lea la Figura 1 como un mapa de reclamaciones, no como un mapa de desempeño. Las bandas son las declaraciones publicadas: a 100 ml/min o más con una presión de trabajo dentro de 40-150 kPa para el modelo de 24 V, y 20-50 ml/min con al menos 6 psi para las variantes de bajo voltaje. Un bucle que requiere 100 ml/min frente a 120 kPa solicita que una bomba se coloque en la parte superior de ambas bandas a la vez.

Por qué la cifra de flujo es mínima

Ambas cifras de flujo son bandas porque el flujo se establece por el desplazamiento por pasada y por la velocidad. Un mínimo significa que la bomba no caerá por debajo de él con el voltaje indicado contra una carga ligera; no significa que la bomba retenga ese flujo una vez que aumenta la resistencia del circuito.

¿Por qué la cifra de presión es una banda?

Las cifras de 40 a 150 kPa describen un rango de trabajo, no un pico. El flujo disminuye a medida que la carga sube entre los dos extremos. Para las variantes de bajo voltaje, "al menos 6 psi" es un piso en lugar de una banda, y debe leerse como la afirmación más débil que es.

El único número que los conecta

El flujo y la presión sólo se convierten en una única curva cuando llega con ellos una tercera figura: el deslizamiento. El flujo a una velocidad determinada es el desplazamiento menos cualquier fuga que pase por el elemento de sellado. El deslizamiento es pequeño mientras que el elemento de sellado se mantiene y crece rápidamente una vez que no lo hace, y esa rodilla es donde termina el rango utilizable. También es la cifra que con mayor frecuencia falta en una hoja de datos breve.

3. La forma de la curva en una bomba de desplazamiento positivo

Una microbomba de desplazamiento positivo mantiene el flujo casi plano a medida que aumenta la presión y luego lo pierde rápidamente una vez que el deslizamiento supera el desplazamiento. La rodilla, no cualquiera de los extremos, decide si un bucle de impresora funciona, y el lugar donde se asienta la rodilla depende completamente del elemento de sellado.

Tabla 2. De dónde viene la rodilla en cada familia de bombas

La consecuencia práctica es que una descripción de curva cubre dos vidas útiles diferentes. La curva de rendimiento de una bomba peristáltica es estable hasta que el tubo envejece, luego cambia de forma rápidamente y se puede restablecer con un consumible. La curva de una bomba de engranajes se desplaza con la temperatura y el desgaste, y la pieza de desgaste es la propia bomba.

El comportamiento de deslizamiento a nivel de componente está cubierto en nuestraPerfil de entrega de bomba de engranajes SC2301CPW, y el lado del tubo de la misma compensación en nuestroControl de bomba peristáltica SC2201RPWguía.

4. El voltaje es el tercer eje de la misma curva

El voltaje no agrega capacidad a una bomba fija; mueve toda la curva y la corriente junto con ella. En todas las variantes SC2201RPW, la corriente nominal aumenta de menos de 100 mA a 3 V a menos de 160 mA a 8 V, por lo que la variante de mayor voltaje es también la que pone más calor en el gabinete.

Tabla 3. Corriente nominal en las variantes de voltaje publicadas y la potencia de entrada que implica

La tercera columna es el voltaje multiplicado por la corriente nominal, por lo que es un límite superior en lugar de un consumo medido. Todavía muestra la forma de la compensación: de 3 V a 8 V el voltaje aumenta en un factor de 2,7 mientras que la potencia de entrada aumenta en 4,3 y la corriente aumenta sólo en 1,6. La corriente que crece más lentamente que el voltaje es lo que parece un devanado limitado por su propia temperatura, y es por eso que la variante de 8 V se calienta más que la variante de 3 V mientras ambas accionan el mismo tubo.

Figura 2. Corriente nominal para cada variante de tensión publicada, con la potencia de entrada que implica. Los valores se calculan a partir de las cifras de tensión y corriente publicadas, no se miden.

Para un fabricante de impresoras, este es un argumento a favor del control de corriente en lugar del control de voltaje: ejecutar la variante de 8 V con un ciclo de trabajo del 60% proporciona aproximadamente el flujo de una configuración intermedia con una entrada promedio más cercana a la cifra de 5 V, y tanto el motor como el tubo funcionan a menor temperatura. El tiempo de ciclo y el servicio mínimo son valores de firmware y están documentados para las salidas conmutadas de Klipper. En nuestro análisis se analiza si una salida de placa base puede soportar el transitorio en lugar del promedio.Coincidencia de voltaje y corriente de la bomba de la placa baseguía.

5. A dónde van los vatios

La salida hidráulica es una pequeña fracción de la potencia de entrada en una microbomba. En el punto de trabajo publicado de 24 V, 100 ml/min frente a 150 kPa, el fluido recibe aproximadamente 0,25 W de una entrada de hasta 4,80 W, por lo que el mejor de los casos es aproximadamente el 5 % de la entrada eléctrica y todo lo demás se convierte en calor, ruido y fugas internas.

Tabla 4. Salida hidráulica versus entrada eléctrica, calculada a partir de las cifras publicadas

De ello se desprenden dos conclusiones. Una microbomba es tanto una fuente de calor como un motor de fluido, por lo que la temperatura del recinto es un parámetro de rendimiento más que un detalle ambiental. Y el control del ruido y el control térmico son un problema, porque la energía que nunca llega al fluido tiene que ir a alguna parte.

La aritmética es una cota y no una medida. Ambas cifras de flujo son mínimas, por lo que la participación hidráulica real es menor y considerablemente menor en un circuito que funciona muy por debajo de la presión nominal.

6. Ruido: un número, tres condiciones faltantes

Un factor de ruido no significa nada sin su distancia, su ponderación frecuencial y su carga. Ambas bombas de esta serie publican un techo de 60 dB, pero una se mide a 30 cm y la otra a 50 cm, lo que hace que la cifra de 50 cm sea la medida más silenciosa de las dos.

Figura 3. Dos techos de ruido publicados tomados a dos distancias de medición, con la cifra de 30 cm referida a 50 cm para comparar.

La presión sonora cae aproximadamente 6 dB cada vez que la distancia se duplica, por lo que convertir entre dos distancias significa aplicar una relación logarítmica de 20 en lugar de restar dos números brutos. Respecto a 50 cm, la cifra de 30 cm se convierte en unos 55,6 dB; referido a 30 cm, la cifra de 50 cm se convierte en aproximadamente 64,4 dB. Las etiquetas publicadas son idénticas y las medidas no.

Faltan dos condiciones más en cualquier cifra de dB. La ponderación es importante, porque dB(A) filtra el espectro para que coincida con la audición, mientras que una cifra bruta de dB también cuenta la energía de baja frecuencia que la carcasa de una impresora absorbe de manera diferente; la especificación del medidor detrás de ese filtro es IEC 61672-1. La carga también importa, porque el ruido aumenta con la velocidad, y la propia guía del fabricante sitúa una microbomba peristáltica ligeramente cargada en la región de 30-50 dB.

Control de ruido de la bomba de engranajes: cuatro caminos hacia la misma queja

Tabla 5. Mecanismos de ruido en un circuito de fluido de impresora y a qué responde cada uno

Lea la tabla al revés a partir del síntoma: un tono que sigue la velocidad es mecánico o eléctrico, un silbido que sigue al flujo es hidráulico y un pico que aparece solo una vez montada la bomba es estructural.

Las lecturas de ruido, corriente y presión sólo significan algo cuando provienen de la misma plataforma, con el mismo fluido y a la misma distancia. Si elige la bomba contra una banda en lugar de un punto, envíe el dibujo del circuito, el fluido y el patrón de trabajo a través de nuestrosolicitud de cotización instantáneay confirmaremos el punto operativo que realmente se le solicita que mantenga.

7. La corriente nominal no es la corriente de arranque

La corriente nominal publicada para una bomba de agua de impresora 3D describe un funcionamiento constante bajo la carga indicada. Un motor de CC con escobillas consume varias veces esa cifra en los primeros momentos después del encendido, y más nuevamente si se mantiene el rotor, por lo que un suministro dimensionado solo según la clasificación disminuirá en el arranque y se presentará como una falla de fluido.

Tabla 6. A qué se aplica cada figura eléctrica

Para esta serie, la cifra publicada es un límite de corriente constante: menos de 100 mA, 120 mA y 160 mA para las tres variantes de bajo voltaje, y 200 mA o menos a 24 V, que el fabricante indica como menos de 5 W. Ninguno de esos números describe el transitorio de arranque y ninguno es una clasificación del controlador.

La prueba práctica es un comienzo en frío. Cebe el circuito con fluido a la temperatura que la máquina verá en una mañana de invierno y observe el riel de suministro mientras la bomba acelera. Un riel que desciende lo suficiente como para restablecer el controlador significa que el variador está dimensionado según la clasificación en lugar del transitorio, y el síntoma que sigue (una bomba que no se ceba) pertenece al sistema eléctrico y no al sistema de fluidos.

8. La temperatura mueve toda la curva

La viscosidad es la variable que desplaza una curva de bombeo entre dos días de impresión. El agua cae desde aproximadamente 1,00 mPa*s a 20 C hasta aproximadamente 0,55 mPa*s a 50 C, por lo que la misma bomba patina más en un circuito cálido y muere más en uno frío: dos fallas opuestas con dos soluciones diferentes.

Tabla 7. Viscosidad del agua en el rango operativo publicado y qué cambia

De la misma tabla se derivan dos comportamientos. En el lado del engranaje, un fluido más diluido reduce el efecto de sellado en las holguras, por lo que la eficiencia volumétrica cae en el momento en que el circuito es más difícil de empujar, razón por la cual el volumen entregado pertenece a un registro junto a la temperatura y no al lado del tiempo transcurrido. En el lado peristáltico, la oclusión establece el desplazamiento, por lo que la viscosidad apenas mueve la figura del flujo, pero aumenta el par que el motor debe suministrar, y el tubo transporta esa carga en forma de calor y fluencia.

El segundo efecto se encuentra en el extremo de succión. La presión de vapor aumenta marcadamente con la temperatura (aproximadamente 2,3 kPa a 20 C frente a aproximadamente 12 kPa a 50 C), por lo que una línea de succión fija tiene menos margen en la parte superior del rango que en la parte inferior, y un circuito que se ceba limpiamente cuando está frío puede cavitar cuando está caliente sin cambiar nada.

9. Qué contiene un número de vida útil

Un recuento de ciclos es un informe de prueba más que una predicción. Los 600.000 ciclos publicados para las variantes de bajo voltaje provienen de un patrón de 5 s encendido, 3 s apagado bombeando agua dentro de una ventana de 0-50 C, lo que equivale a aproximadamente 1.300 horas de funcionamiento, y el patrón es inseparable del número.

600.000 ciclos de 8 segundos cada uno equivalen aproximadamente a 1.333 horas. Con cuatro horas de bombeo al día, es decir, 1.800 ciclos al día y aproximadamente 330 días de impresión; a ocho horas diarias, unos 165 días. El número no cambió, la tarea sí, razón por la cual las pruebas de vida útil de la microbomba deben citarse con su patrón.

Tabla 8. Cifras de resistencia para la misma plataforma de bomba y condiciones adjuntas a cada una

La tercera fila es la útil, porque es la única que es deliberadamente vaga. En toda una gama de bombas, el mismo motor puede durar unos cientos de horas en un servicio abrasivo y caliente y varios miles en uno limpio y frío, por lo que una sola cifra de horas citada casi no contiene información. Un recuento de ciclos con un patrón de trabajo y un fluido nombrado es una medición; una esperanza de vida en años es una estimación con un punto decimal.

10. El mapa de compensaciones

Cada ajuste que mejora una cifra publicada gasta otra. La velocidad compra flujo y gasta corriente, calor, ruido y vida útil del tubo; una línea más estrecha compra resolución de medición y gasta margen de presión; un patrón de trabajo más suave compra vida y gasta rendimiento.

Tabla 9. Qué palanca mueve qué figura y cuánto cuesta

Ninguna configuración mejora el flujo, la presión, el ruido y la vida útil en conjunto, y una especificación que parece ofrecer los cuatro es comparar cuatro condiciones de prueba diferentes en lugar de una sola bomba. La pregunta útil no es qué bomba es mejor en abstracto, sino dónde se ubica una bomba determinada en esta tabla para un circuito en particular, y esa es una medición de banco.

11. Verificación de banco: cuatro instrumentos, cuatro números

Reproduzca la curva con cuatro instrumentos: una probeta graduada o escala de 0,1 g, un manómetro en línea en el punto de uso, una pinza amperimétrica con rango de CC y un sonómetro. Lea los cuatro con el mismo comando, fluido y temperatura, y regístrelos juntos.

Tabla 10. Lo que deposita cada instrumento y la trampa a su lado

La rutina es corta. Registre las cuatro lecturas en un circuito cálido y nuevamente en uno frío, y los dos conjuntos se convierten en dos puntos en una curva, que es la única forma de construir una curva a partir de una hoja de datos que publica puntos finales. Luego repita con una línea de descarga más larga o más estrecha: si el flujo cae más de lo que permite el margen de presión, el circuito está pidiendo más de lo que admite la banda publicada y la solución es un diseño en lugar de una bomba más grande.

Los fallos que aparecen durante las mismas mediciones son objeto de nuestraGuía de mantenimiento del sistema de fluidos de la impresora 3D, y la disciplina de medición coincide con nuestrarutina de inspección y verificación de flujo.

Nota de campo: la guía de prueba del propio fabricante para una bomba de agua de CC es oscilar la longitud y el diámetro de la línea de descarga y confirmar que las lecturas permanecen dentro de la banda publicada. Una lectura que se mantiene sólo con un tramo de manguera es un resultado de equipo y no de bomba.

12. Preguntas de campo

¿Qué caudal debo esperar de la bomba de agua de una impresora 3D a la presión de trabajo?

Las cifras publicadas describen condiciones separadas: 20-50 ml/min para las variantes de bajo voltaje y 100 ml/min o más para el modelo de 24 V, con presión cotizada frente a una carga. Espere que el valor de trabajo se encuentre entre esas declaraciones en lugar de en ambos extremos, y confírmelo en su propio bucle a la temperatura de funcionamiento de la máquina.

¿Cuánta corriente consume la bomba de agua de una impresora de 24 V?

El modelo de 24 V se publica a 200 mA o menos, que el fabricante indica como inferior a 5 W. Esa es una cifra constante al voltaje nominal mientras se bombea agua. Los transitorios de arranque y parada consumen más, por lo que el controlador, el conector y el fusible deben dimensionarse según el transitorio en lugar de la clasificación.

¿Por qué dos bombas con potencia nominal de 60 dB suenan diferente en la misma máquina?

Porque la distancia de medición es diferente. Una cifra tomada a 30 cm con referencia a 50 cm se convierte en aproximadamente 55,6 dB, mientras que una cifra tomada a 50 cm con referencia a 30 cm se convierte en aproximadamente 64,4 dB, por lo que las dos etiquetas describen mediciones con aproximadamente 9 dB de diferencia.

¿Un voltaje más alto siempre significa más flujo?

Dentro de una familia, más voltaje aumenta la velocidad y el flujo y aumenta la corriente y el calor con ello: las variantes publicadas pasan de menos de 100 mA a 3 V a menos de 160 mA a 8 V, y la potencia de entrada aumenta más rápido que el voltaje. No se trata de una comparación entre familias, porque un modelo de 24 V tiene un diseño hidráulico diferente.

¿Cuántas horas son 600.000 ciclos?

Aproximadamente 1.333 horas, porque un ciclo de 5 segundos encendido y 3 segundos apagado dura 8 segundos. En términos de calendario, esto equivale aproximadamente a 330 días con cuatro horas de extracción de leche al día y aproximadamente 165 días con ocho horas al día.

¿Puedo elegir entre una bomba de engranajes y una bomba peristáltica basándose únicamente en el factor de ruido?

No sólo en la figura. Primero normalice la distancia y la ponderación, luego compare a la misma velocidad y carga, y luego pregunte si el mecanismo importa: un pulso de oclusión de rodillo y un tono de engranaje ocupan diferentes partes del espectro y responden a diferentes correcciones.

Referencia rápida: lectura de la hoja de datos de una microbomba

Trate cada cifra publicada como un punto de servicio e indique la carga, la distancia y la temperatura con ella o no la incluya.

El flujo y la presión se miden en extremos opuestos de una curva, así que espere el valor de trabajo entre ellos.

La corriente nominal implica de 0,30 W a 1,28 W de potencia de entrada en las variantes de 3 V, 5 V y 8 V; El modelo de 24 V se publica bajo 5 W.

La producción hidráulica es sólo aproximadamente el 5 % de la potencia de entrada en el punto de servicio publicado, por lo que debe planificar tanto el calor como el flujo.

Primero, normalice las cifras de ruido a una distancia: una relación de distancias de 20 logaritmos, no una resta.

La corriente nominal es de estado estable; Dimensione el controlador, el fusible y el riel para el transitorio de arranque.

La viscosidad mueve la curva: aproximadamente 1,00 mPa*s a 20 C y 0,55 mPa*s a 50 C para el agua, con efectos opuestos sobre el deslizamiento y el torque.

Convierta el recuento de un ciclo en horas antes de compararlo: 8 segundos por ciclo a 5 s encendido y 3 s apagado.

Si el diseño del circuito, el fluido y el patrón de servicio ya están establecidos, envíelos a través de nuestrosolicitud de cotización instantáneay confirmaremos las cifras de flujo, presión y corriente que realmente se le pedirá que mantenga la bomba, a la temperatura a la que funcionará.