Descubriendo los entresijos del flujo suave con Daniel Kohli

¿Cómo visteis la necesidad de desarrollar bombas de baja pulsación?

En KNF queremos que las innovaciones ofrezcan a nuestros clientes el máximo valor añadido posible. Por esta razón, desarrollamos y producimos plataformas de productos robustos y flexibles que se pueden adaptar a las necesidades de cada cliente y cada aplicación. Durante un taller de innovación estudiamos los puntos críticos dentro del mercado. Nos llamaron la atención dos factores que impulsaron la necesidad de desarrollar nuestras bombas de flujo suave: En primer lugar, al igual que todas las bombas de desplazamiento positivo, las bombas de diafragma generan pulsación. Nosotros queríamos eliminar esta desventaja aprovechando nuestro liderazgo tecnológico. En segundo lugar, en el mercado de la impresión digital había una fuerte demanda en relación a una bomba con una velocidad de flujo de 4 l/min y una muy baja pulsación. De hecho, un cliente de Italia estaba pidiendo esta solución. 

¿Cómo funcionan las bombas de flujo suave?

Antes de explicar nuestra tecnología de flujo suave tengo que aclarar qué es la pulsación. En bombas de diafragma para líquidos hay una membrana que se mueve hacia arriba y hacia abajo por efecto de un excéntrico. El movimiento hacia abajo hace que el líquido sea aspirado y el movimiento hacia arriba hace que sea impulsado hacia fuera. Esto sucede alrededor de 50 veces por segundo durante el funcionamiento nominal y da lugar a un movimiento intermitente del líquido tanto en el lado de entrada como en el de salida. A esto se le llama pulsación del flujo. La resistencia existente en el sistema de un cliente derivada de mangueras, tamices o filtros puede provocar que la pulsación del flujo genere pulsos de presión que pueden acortar la vida útil de la bomba y también del sistema del cliente.

Nuestra tecnología de flujo suave utilizada en nuestras bombas FP reduce al mínimo la pulsación en sistemas de transferencia de líquidos. Esto se consigue mediante dos enfoques distintos:

Las bombas de flujo suave como la FP 150 y la FP 400 están diseñadas con cinco diafragmas conectados en serie. Todas las membranas trabajan a la misma velocidad pero con un desfase de una quinta parte respecto a la siguiente. Esto da lugar a un movimiento intermitente que se produce con una frecuencia cinco veces mayor con volúmenes de carrera cinco veces más pequeños y reduce la pulsación aproximadamente en un factor de diez.

En nuestras bombas FP más pequeñas, como la FP 7, la FP 25 o la FP 70, incorporamos elementos de amortiguación pasiva en el lado de entrada y de salida de la bomba. Durante el proceso de descarga, el amortiguador del lado de salida almacena parte del líquido y lo expulsa de nuevo durante el proceso de succión. Esto reduce la pulsación aproximadamente en un factor de 100 y diseños especiales han reducido la pulsación de presión en el sistema de clientes incluso a menos de 1 milibar. Esto es un hito en la historia de las bombas de diafragma.

¿Qué ventajas ofrecen las bombas de flujo suave?

Pese a la avanzada tecnología de las bombas de diafragma, la pulsación ha sido un punto problemático en determinadas aplicaciones de transferencia de líquidos. Las ventajas de las bombas de diafragma para líquidos incluyen el autocebado y la capacidad de funcionar en seco, la elevada resistencia al medio, la baja necesidad de mantenimiento y el funcionamiento limpio y sin fugas La tecnología de flujo suave combina estas ventajas con una baja pulsación y, en comparación con otros sistemas de transferencia de líquidos como las bombas de engranajes, confiere a las bombas FP una importante ventaja. Los clientes se benefician de una velocidad de flujo constante con una baja pulsación, lo que minimiza el ruido y las vibraciones. Todavía estoy impresionado de lo silenciosas que son nuestras bombas multidiafragma.

Además, el flujo constante y predecible reduce los picos de presión generados por la resistencia en el sistema del cliente. Esto no solo alarga la vida útil de la bomba, sino también la de todo el sistema y sus componentes, lo que en última instancia aumenta la Eficiencia Global del Equipo (OEE) del sistema del cliente.

¿Qué industrias se aprovechan de las ventajas de las bombas de baja pulsación?

En un principio vimos que la tecnología de flujo suave tenía un gran potencial en la impresión digital, por ejemplo en la impresión por gotas a demanda (DoD) y en la impresión por inyección de tinta continua (CIJ), lo cual se ha confirmado. Pero ahora veo que hay clientes en todos los sectores industriales que se benefician en gran medida de nuestras bombas FP. Entre esos sectores están por ejemplo el de los dispositivos médicos, el de las lavanderías y el del equipamiento para laboratorios.

¿Puede describirnos un caso específico en el que las bombas de flujo suave de KNF marquen la diferencia?

Puedo hablaros de un caso en el sector de la impresión digital que utiliza una bomba FP personalizada. En las impresoras digitales, los cabezales de impresión expelen pequeñas gotas de tinta que se combinan para formar un producto impresión de alta resolución, por ejemplo un póster. Para garantizar que esas gotitas sean expulsadas con una calidad constante, la tinta debe ser transportada hasta y desde el cabezal de impresión sin pulsación. El cabezal de impresión suele estar equipado con un sistema de transferencia de líquido a presión que resulta bastante complejo y costoso porque requiere componentes adicionales para garantizar la recirculación constante del flujo y un vacío estable. Con la utilización de una bomba de flujo suave podemos cumplir los estrictos requisitos de pulsación sin necesidad de instalar componentes adicionales que la amortigüen. Esto permite a nuestros clientes diseñar un sistema de impresión por inyección de tinta más económico y sencillo. En nuestro blog bombas para inyección digital de tinta por gotas a demanda se explican detalladamente los avances en los sistemas de suministro de tinta.

Volviendo la vista atrás, ¿tuvo el flujo suave un impacto positivo en proyectos de desarrollo futuros?

Sin duda. Me di cuenta de que el uso específico de herramientas de simulación en el diseño, por ejemplo, de amortiguadores de pulsación o de accionamientos acelera significativamente el desarrollo de productos. Utilizamos por ejemplo una herramienta propia desarrollada por mi compañero Raphael Frey para modelar sistemas hidráulicos, junto con herramientas adicionales para el análisis de elementos finitos no lineales, dinámica de fluidos computacional (CFD) y cálculos de rodamientos. Nuestros prototipos aún están en período de pruebas en numerosos experimentos, pero las simulaciones nos permiten explorar los límites y determinar si algo va a funcionar antes incluso de empezar a crear el prototipo.

Además, las primeras muestras con los clientes resultaron muy valiosas. Ver cómo funcionan nuestros prototipos en una aplicación ya existente nos permitió tener un intercambio entre ingenieros del que obtuvimos un profundo conocimiento de la aplicación. A partir de ahí pudimos incorporar las exigencias concretas de nuestro cliente directamente en el desarrollo del producto. Colaboraciones de este tipo requieren un gran nivel de confianza por ambas partes y no es algo que demos por hecho. Esa confianza se basa en duraderas relaciones con nuestros clientes que han salido aún más reforzadas.

Desde el punto de vista de la innovación, ¿por qué es importante el flujo suave?

Porque allana el camino hacia nuestra primera bomba inteligente. Al reducir al mínimo la pulsación en sistemas de transferencia de líquidos marcamos un hito en la tecnología de bombas de diafragma. Ahora queremos ir aún más allá y permitir a nuestros clientes que especifiquen y fijen ellos mismos la velocidad de flujo que deseen. La bomba que estamos desarrollando en estos momentos combina nuestras bombas FP con sensores, lo que le permite regular la velocidad de flujo automáticamente, incluso con condiciones ambientales cambiantes como la presión o la temperatura. La combinación con un sensor solo es posible gracias a la importante reducción de la pulsación conseguida con nuestras bombas de flujo suave. Con bombas de diafragma estándar, la pulsación sería demasiado elevada como para medir la velocidad de flujo. 

¿Refleja el desarrollo del flujo suave lo que KNF entiende por innovación?

En KNF, una innovación es mucho más que una solución técnica sobresaliente. Solo consideramos que un producto es una innovación genuina si ofrece a nuestros clientes un valor añadido evidente. Creo firmemente que esto es exactamente lo que hemos conseguido con nuestras bombas de flujo suave, ya que la gran reducción de la pulsación del flujo ha redefinido los límites del rendimiento de las bombas de diafragma.