Caratterizzazione di una pompa centrifuga

ETUP SPERIMENTALE

2.1.1 Dispositivi o campioni oggetto dei test......................……………….................................…...................2

2.1.2 Banco sperimentale (circuito idraulico, attrezzature di prova, ecc.)……..............................…............2

2.1.3 Strumentazione di misura...............…………….......................................................................…............3

2.2 P .............................................................................................................................4

ROTOCOLLI DI PROVA

3 .RISULTATI...................................……....................................................................................................6

3.1 R ...........................................................................................................6

ISULTATI SPERIMENTALI GREZZI

4. DISCUSSIONE....................................……...............................................................................................8

5. APPENDICI.....……...................................................................………..................................................10

1. Introduzione

Il presente lavoro si basa sulla caratterizzazione di una pompa centrifuga per

CEC (circolazione extra corporea) tramite un banco prova idraulico.

Nell’esperimento si sono usati due fluidi con differente viscosità (1-3 cp) per

ricavare le curve caratteristiche della pompa (Q, ∆P) al variare del numero di giri

motore.

2. Materiali e metodi sperimentali

2.1 Setup sperimentale

2.1.1 Dispositivi o campioni oggetto dei test

L’oggetto testato e’ una pompa centrifuga commerciale a palette, modello

“Revolution” (n. serie CP40WT), prodotta dalla “Cobe”, Irvine, California.

Il dispositivo presenta un foro centrale sul rotore per evitare il ristagno del

sangue nella parte inferiore della pompa.

2.1.2 Banco sperimentale (circuito idraulico, attrezzature di prova, ecc.)

Manometro U

Siringhe 1 e 2

Vaschette 1 e 2

Resistenza Flussimetro Port 1 Port 2

Pompa + Centralina

In figura 1 e’ rappresentato il circuito idraulico utilizzato per la caratterizzazione

della pompa. In particolare sono presenti un reservoir a pelo

Reservoir Fig. 1

libero,un flussimetro, la pompa centrifuga in questione e un

morsetto stringitubo come resistenza variabile. I tubi sono in 2

PVC da 3/8” con port in policarbonato per collegarsi al manometro. Per tale

connessione e’ stato necessario inserire 2 vaschette e 2 siringhe la cui funzione

sara’ chiarita nel protocollo di prova.

Il moto alla pompa è fornito attraverso una centralina dedicata.

2.1.3 Strumentazione di misura

Come strumenti di misura sono stati usati:

1) Manometro a hg ad U: Ghiarioni serie 1000, Milano, Italia

E’ uno strumento di misura differenziale della pressione usato per rilevare

la prevalenza della pompa. Si collega in parallelo al circuito tramite due

port posizionati ad una certa distanza a monte e a valle della pompa, tale

da garantire la condizione di moto completamente sviluppato. Questo

strumento è utile in condizioni stazionarie o con una dinamica molto lenta

come nel presente lavoro dove la pompa centrifuga genera una portata

continua.

2) Flussimetro: Transonic H6XL, Transonic Sistem Inc, Ithaca, NY, USA.

E’ uno strumento di misura della portata ,si può collegare in un qualunque

punto del circuito che garantisca la condizione di moto completamente

sviluppato. Il flussimetro è a tempo di transito basato sull‘emissione e

ricezione di ultrasuoni. Questi modelli non richiedono un contatto diretto

della sonda con il tubo, per ottimizzare l’accoppiamento si usa un gel

conduttivo per ultrasuoni.

3) SCPC Console : “Cobe”, Irvine, California.

Questa centralina è utilizzata sia per fornire il moto alla girante della

pompa, che per mostrarne il numero di giri al minuto. La stessa console è

in grado di visualizzare la portata tramite l’acquisizione del segnale del

flussimetro.

4) Viscosimetro: serie 200, Cannon-Fenske 3

E’ uno strumento di misura della viscosita’ del fluido, la cui preparazione si

richiama in appendice.

5) Densimetro ad immersione: E’ uno strumento per la misura della densità,

utilizzato per la preparazione del fluido.

2.2 Protocolli di prova

L’esperimento è stato condotto per diversi numero di giri usando 2 fluidi differenti.

Le grandezze da misurare sono la portata Q e la pressione ∆P al variare della

chiusura del tubo tramite la morsa. Le modalità di esecuzione dell’esperimento si

possono cosi’ riassumere.

Una volta montato l’intero circuito si è provveduto al suo riempimento con una

soluzione di acqua e saccarosio con viscosità di 3 cp, facendo attenzione a

debollare completamente tutto l’apparato. Si è impostato il numero di giri al

minuto della pompa centrifuga (1600 rpm) e si è portata la resistenza variabile in

condizione di completa occlusività, condizione verificata dalla lettura a zero della

portata. Tramite le siringhe visibili in figura 1 si è provveduto a portare il livello del

liquido a metà altezza nelle due vaschette; tramite correzioni sempre effettuate

con le stesse si è cercato di tenere allo stesso livello il battente delle due

vaschette per tutta la durata dell’esperimento, questo per non alterare la misura

rilevata dal manometro.

A questo punto si è misurata la prevalenza della pompa (come ∆P) tramite lettura

diretta del manometro ad U. Senza modificare la velocità di rotazione della

pompa si è lentamente ridotta la resistenza idraulica variando così la portata

circolante. Aiutandosi con le letture di portata si è scelto di misurare la variazione

di pressione generata dalla pompa ad intervalli regolari di circa 1,5 litri/minuto.

Nel passare da una portata nulla sino ad un massimo di circa 7 litri /minuto sono

state considerate cinque coppie di valori ∆P / Q (facendo attenzione sempre al

livello nelle vaschette e avendo cura di leggere i dati a transitorio esaurito).

Una volta arrivati a tale soglia si cerca di ripercorrere il cammino al contrario per

una o due coppie di valori, aumentando la resistenza, per verificare l’attendibilità

dei dati misurati in precedenza.

L’esperienza sopra descritta si ripeterà per diversi numeri di giri (2000, 2300,

2500) per garantire che il valore di pressione massimo misurato sia paragonabile

alla prevalenza di un’applicazione per CEC(400-500 mmhg). Per ogni regime

sono state considerate 5 coppie di valori ∆P / Q con le modalità

precedentemente indicate.

La seconda parte dell’esperimento è sostanzialmente una ripetizione della prima

parte, con la differenza che il fluido utilizzato nel circuito è questa volta acqua

distillata con una viscosità pari ad 1 cp. I regimi di rotazione della pompa sono

4

stati solamente due: 1600 e 2000 rpm. Le coppie misurate ∆P / Q sono state

scelte con modalità uguali a quelle della prima parte, in aggiunta abbiamo

effettuato una misura supplementare a circa 3 litri /minuto.

E’ importante notare che al momento dell’inserimento del secondo fluido, il

circuito non è stato lavato. La viscosità finale del fluido circolante era

presumibilmente maggiore di 1 cp

3. Risultati 5

3.1 Risultati sperimentali grezzi

acqua e saccarosio (μ=3 cp) acqua distillata (μ=1 cp)

RPM Q [l/min] ∆P (mmhg) 2,98 237

1600 0 166 3,18 236

1,6 166 4,55 230

3,07 163 6,45 218

4,65 152

6,13 134

RPM Q [l/min] ∆P (mmhg)

2000 0 266

1,46 264

3,06 260

4,48 252

6,59 230

RPM Q [l/min] ∆P (mmhg)

2300 0 352

1,44 352

3 346

4,55 338

7,08 314

RPM Q [l/min] ∆P (mmhg)

2500 0 417

1,4 417

3 410

4,97 400

6,65 388

RPM Q [l/min] ∆P (mmhg)

1600 0 154

1,56 154

2,92 150

3 150

4,74 142

6,11 130

RPM Q [l/min] ∆P (mmhg)

2000 0 240

1,5 240 6

Caratteristica Pompa (Viscosita' 3 cp)

450

400

350

300 ng 1600

[mmhg] 250 ng 2000

ng 2300

200 ng 2500

P

∆ 150

100

50

0 0 2 4 6 8

Q [l/min]

Caratteristica Pompa (Viscosita' 1 cp)

300

250

200

[mmhg] ng 1600

150 ng 2000

P

∆ 100

50

0 0 2 4 6 8

Q [l/min] 7