MAGNÉTICO.

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN.

La bomba hidráulica de desplazamiento positivo con arrastre magnético de la presente invención se refiere a un dispositivo capaz de transformar la energía mecánica provista por un generador de movimiento externo en energía hidráulica. Esta energía se utilizará para desplazar un fluido a través de una tubería conectada a las bridas de la bomba. El uso de esta bomba puede ser destinado a diversas áreas en la industria, tales como la farmacéutica, alimenticia, biomédica, agraria, mecánica, de construcción, de transporte, de minería, etc. Esto se debe a su versatilidad para transferir la energía mecánica a fluidos de distintas viscosidades, con una dosificación proporcional al desplazamiento angular del eje del motor.

ANTECEDENTES.

En la actualidad existen dispositivos rotativos magnéticos que transforman la energía mecánica en energía hidráulica, tales como el de la patente EP1 172561 , la cual divulga una bomba de arrastre magnético para uso automotriz, la cual presenta un mecanismo de lóbulos internos. Este tipo de bombas se caracteriza por no ser balanceadas porque los ejes de los engranes no son concéntricos, lo que puede ocasionar vibraciones no deseadas, además de que en este tipo de bombas el desgaste que sufren las partes en movimiento es mayor pues existe un mínimo contacto entre las crestas de los lóbulos. La presión que este dispositivo es capaz de generar queda limitada a la fuerza de los magnetos. La configuración de magnetos con escudo magnético provista en la bomba hidráulica de desplazamiento positivo con arrastre magnético de la presente invención es capaz de mantener la conexión entre engrane y rotor, lo que provoca una mayor presión de salida con respecto a la energía de entrada. Esto proporciona una mayor gama de aplicaciones posibles; no sólo la automotriz.

Por otro lado, la patente US2010130327, está relacionada con una bomba de desplazamiento positivo cuyo accionamiento es por medios electromagnéticos. Su aplicación está en el ámbito automotriz. Su principio de funcionamiento permite hacer girar el segundo engrane mediante la polarización de las bobinas o devanados que están dispuestos fuera de la bomba y dentro de la carcasa principal. La cantidad de fluido desplazado, que se maneja en su interior, depende de las dimensiones de las cavidades generadas entre el engrane principal y el secundario. El espacio que se requiere para operar esta bomba, debido a todos los componentes que la conforman y la manera en que están distribuidos, representan una estructura voluminosa comparada con el volumen de fluido desplazado.

Parte de la energía eléctrica que no es aprovechada se transforma en calor inducido por los devanados. En este tipo de bombas es importante monitorear la temperatura de trabajo porque los imanes tienden a perder sus propiedades cuando son sobre-calentados, este calor también dilata los engranes internos provocando desgaste. Adicionalmente, el calentamiento generado en los devanados se transfiere al interior de la bomba, alterando las propiedades del fluido. Así mismo, la fuerza de los electroimanes se encuentra limitada porque el aumento del flujo de corriente provoca un aumento de temperatura, el cual puede llegar a fundir el aislante de los devanados provocando corto circuito, y por consecuencia una disminución de la capacidad de bombeo.

Al igual que en la patente EP1 172561 , en esta patente también se generan vibraciones no deseadas ya que sus ejes de rotación no son concéntricos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN.

La figura 1 , ilustra un despiece de la bomba hidráulica de desplazamiento positivo con arrastre magnético de la presente invención.

La figura 2, ilustra el rotor y un detalle del elemento magnético y su correspondiente escudo magnético desde una vista isométrica. Las figuras 3a y 3b, ilustran el detalle de un escudo magnético desde una vista lateral y una vista isométrica respectivamente.

La figura 4, ilustra a detalle la tapa de la carcasa de la bomba hidráulica de desplazamiento positivo con arrastre magnético desde una vista posterior.

La figura 5, ilustra una sección transversal de la bomba hidráulica de desplazamiento positivo con arrastre magnético y los detalles de las partes que la conforman.

La figura 6a, ilustra un ejemplo de aplicación de la tecnología, en particular aplicado a un proceso de elevación de fluido.

La figura 6b, ilustra un ejemplo de aplicación de la tecnología, en particular aplicado a una bicicleta hidráulica.

La figura 6c, ilustra un ejemplo de aplicación de la tecnología, en particular aplicado a un proceso de hemodiálisis.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE INVENCIÓN.

Con apoyo en las figuras, la bomba hidráulica de desplazamiento positivo con arrastre magnético de la presente invención se comprende de una única carcasa (1 ) fabricada de material resistente y con características no magnéticas e incluso paramagnéticas, tales como plásticos de ingeniería, polímeros compuestos y metales no ferrosos. Las características de forma y tamaño de la carcasa (1 ) pueden variar según la aplicación, asimismo la carcasa (1 ) en la modalidad preferida de la invención cuenta con un alojamiento de engrane conductor (1 d) y con al menos un alojamiento para un engrane conducido (1 e), una brida de entrada (1 a), al menos una brida de salida (1 b), un alojamiento para rotor independiente (1f) y un medio de fijación a proceso (1 c).

En su interior, la bomba hidráulica de desplazamiento positivo con arrastre magnético contiene un engrane conductor (2) fabricado de algún material con características de baja fricción en sus caras de contacto (maquinado con sus caras pulidas o acabado espejo) o de algún otro material con bajo coeficiente de fricción como el PTFE.

En la modalidad preferida de la invención, la bomba hidráulica de desplazamiento positivo con arrastre magnético se comprende de al menos un engrane conducido (3) fabricado de algún material con características de baja fricción en sus caras de contacto, con un maquinado pulido preferentemente acabado espejo o de algún otro material con bajo coeficiente de fricción como el PTFE. Las dimensiones del engrane conducido (3) son menores al engrane conductor (2), esto con la finalidad de reducir el espacio que comúnmente ocuparía una bomba de desplazamiento positivo con una capacidad de bombeo similar. Cada engrane conducido (3) se encuentra dispuesto en los alojamientos para engrane conducido (1 e) al interior de la carcasa (1 ).

El rotor independiente (6) está fabricado de un material sólido preferentemente de algún polímero compuesto o metal no ferroso y cuenta con una conexión (6b) dispuesta al centro para acoplarse a un generador de movimiento externo (G). Dicho rotor independiente (6) comprende en su periferia de una pluralidad de ranuras para cada elemento de una pluralidad de escudos magnéticos (7). Los escudos magnéticos (7) son fabricados de un material de alta permeabilidad magnética como puede ser el fierro dulce o aleaciones especiales de Fierro-Níquel- Cobre-Molibdeno. Asimismo cada elemento de la pluralidad de escudos magnéticos (7) cuenta con un alojamiento para magneto (7a). Los escudos magnéticos (7) se caracterizan además por tener un perfil trapezoidal mostrado en la Fig. 3a que está dado por un ángulo b que actúa como medio de aseguramiento con el rotor independiente (6), a su vez cada elemento de la pluralidad de escudos magnéticos (7) contiene un elemento de la pluralidad de magnetos (51 ) insertados en los alojamientos para magneto (7a).

El rotor independiente (6) con sus respectivos escudos magnéticos (7) y sus respectivos magnetos (51 ) es insertado en el alojamiento para rotor independiente (1f) de la carcasa (1 ); se considera una holgura o espacio de aire (D) ilustrado en la Fig. 5 en el Detalle C. Lo anterior es para que el rotor independiente (6) gire sin fricción en el interior del alojamiento para rotor independiente (1 f) de la carcasa (1 ). El engrane conductor (2) se comprende de una pluralidad de cavidades internas (2a) alrededor de su núcleo, las cuales tienen una forma transversal trapezoidal y tiene la función de recibir unos escudos magnéticos (4). Dichas cavidades internas (2a) están dispuestas en un arreglo circular equidistante en dónde se inserta cada elemento de la pluralidad de escudos magnéticos (4). Los escudos magnéticos (4) son fabricados de un material de alta permeabilidad magnética como puede ser el fierro dulce o aleaciones especiales de Fierro-Níquel-Cobre-Molibdeno, en dónde cada elemento de la pluralidad de escudos magnéticos (4) cuenta con un alojamiento para magneto (4a).

Los escudos magnéticos (4) se caracterizan además, por tener un perfil trapezoidal mostrado en la Fig. 3a que está dado por un ángulo oc que actúa como medio de aseguramiento entre el escudo magnético (4) y las cavidades internas (2a) del engrane conductor (2), a su vez cada elemento de la pluralidad de escudos magnéticos (4) contiene un elemento de la pluralidad de magnetos (5) insertados en los alojamientos para magneto (4a). Cabe señalar que pueden darse las dos siguientes combinaciones para los ángulos oc y b: oc = b o también oc <b.

La bomba hidráulica de desplazamiento positivo con arrastre magnético de la presente invención comprende una tapa (8) con una superficie interna plana y una superficie externa que contiene una pluralidad de estructuras de distribución de esfuerzo (8a). La tapa (8) tiene una abertura para engrane conducido y una abertura para rotor independiente, como es de apreciar, uno de los objetivos de la tapa (8) es cubrir de una manera altamente hermética los mecanismos internos de la bomba y que están descritos con anterioridad. Esta hermeticidad se logra por medio de barrenos situados en la periferia de la tapa (8) en conjunto con la pluralidad de estructuras de distribución de esfuerzo (8a), dicha pluralidad de barrenos situados en la periferia de la tapa (8) coinciden con una pluralidad de barrenos dispuestos en la periferia de la carcasa (1 ), de tal forma que se asegura el rotor independiente (6) en el alojamiento para rotor independiente (1f) de la carcasa (1 ) de la bomba hidráulica de desplazamiento positivo con arrastre magnético.

La tapa (8) comprende en su superficie externa una pluralidad de estructuras de distribución de esfuerzo (8a), que oprimen algún medio de hermetizado contenido en las ranuras (8b), (8c) y (8d), el cual puede ser de Vitón®, Neopreno®, Poliuretano o PTFE según lo requiera la aplicación de la tecnología.

En la bomba hidráulica de desplazamiento positivo con arrastre magnético se evita la contaminación del fluido de trabajo debido a que su carcasa se encuentra herméticamente sellada. La bomba hidráulica de desplazamiento positivo con arrastre magnético no hace uso de ningún tipo de sello mecánico y tampoco hace uso de engranes de tiempo, por lo que su diseño compacto permite aprovechar de una mejor manera el espacio a su alrededor.

La bomba hidráulica de desplazamiento positivo con arrastre magnético resuelve los problemas técnicos que se involucran con el uso de sellos mecánicos, como podrían ser: contaminación del fluido de trabajo, avería del sello mecánico por desfase de ejes, avería del sello mecánico por rotura de caras de contacto, etc.

La forma lobular aunada al acabado pulido de las caras de contacto entre el engrane conductor (2) y el engrane conducido (3) permite un ensamble perfecto, el cual se caracteriza por un punto de contacto tangencial (Fig. 5 Detalle B) que varía su posición sobre las superficies de contacto del lóbulo y de la cavidad. Cuando el rotor independiente (6) comienza a girar, éste arrastra al engrane conductor (2) por medio del conjunto de fuerzas magnéticas formadas entre la pluralidad de magnetos (5) y la pluralidad de magnetos (51 ) potenciado con sus respectivos escudos magnéticos (4) y (7).

Para que el rotor independiente (6) gire libremente, es indispensable un espacio de aire (D) que va de 0.05mm y hasta 1.5mm entre la carcasa (1 ) y el rotor independiente (6) como se observa en la Fig. 5 Detalle C. Una vez establecido el contacto magnético entre el rotor independiente (6) y el engrane conductor (2). El engrane conductor (2) entra en contacto con el engrane conducido (3) tal como se muestra en la Fig. 5 Detalle B.

En la modalidad preferida, la bomba hidráulica de desplazamiento positivo con arrastre magnético de la presente invención, cuenta con 3 principales etapas de funcionamiento y para efectos demostrativos, el generador de movimiento externo (G) es un motor que gira a ciertas revoluciones por minuto constantes en sentido horario, más específicamente, la presente invención, además proporciona un método de desplazamiento positivo de fluido con arrastre magnético por medio de la bomba ya descrita e ilustrada, en donde dicho método comprende las etapas de: Admisión, en donde en el instante en que comienza el movimiento angular del generador de movimiento externo (G) conectado al rotor independiente (6), quien a su vez arrastra magnéticamente al engrane conductor (2) generando una presión negativa debido a la separación entre crestas y valles de la forma lobular del engrane conductor (2) y el engrane conducido (3), esta presión negativa o presión de vacío introduce el fluido por el canal de la brida de entrada (1 a) llenando los valles entre los lóbulos del engrane conductor (2) y los correspondientes del engrane conducido;

Transporte, en donde mientras el fluido de trabajo continúa llenando los valles de los engranes conductor (2) y el engrane conducido (3), el fluido que previamente se depositó en los valles antes mencionados, es transportado periféricamente en los huecos que se generan entre los valles y la pared de la única carcasa (1 ) hacia el canal de la brida de salida (1 b);

Expulsión, en donde durante esta etapa, el fluido que se ha transportado por los valles del engrane conductor (2) se encuentra con el fluido que se ha transportado por los valles del engrane conducido (3), debido al engranaje entre ambos: engrane conductor (2) y engrane conducido (3) mostrado, el fluido transportado es forzado a reducir su volumen, provocando que la presión en el fluido aumente y sea expulsado por la brida de salida (1 b).

Cabe mencionar que las tres etapas a)-c) ocurren simultáneamente, es decir, que mientras una porción del fluido es forzada a ingresar a la bomba hidráulica de desplazamiento positivo con arrastre magnético, otra porción de fluido con características similares es transportada entre los valles periféricos de los engranes y a su vez otra porción del fluido es forzada a ser expulsada del mecanismo.

Por otro lado, en las figuras 6a-6c se ilustran algunos ejemplos de aplicación de la bomba hidráulica de desplazamiento positivo con arrastre magnético de la presente invención, en donde:

El ejemplo de la figura 6a se refiere a un sistema de elevación de fluido ubicado en un depósito subterráneo en dónde la bomba hidráulica de desplazamiento positivo (100), con ayuda de una válvula anti retorno admite el fluido del tanque inferior (T1 ), para su posterior depósito en un tanque elevado (T2).

En el ejemplo de la figura 6b se ilustra el sistema de transmisión de fluido de una bicicleta hidráulica. En dónde la bomba hidráulica de desplazamiento positivo con arrastre magnético (100) proporciona el caudal de aceite necesario hacia los actuadores (A1 , A2, A3, A4) desde un contenedor de aceite sintético (C1 ).

En el ejemplo de aplicación de la figura 6c se hace referencia a un sistema de hemodiálisis dónde la bomba hidráulica de desplazamiento positivo con arrastre magnético (100) transporta sangre desde una extremidad mediante un catéter intravenoso que pasa por el suministro de Heparina (B1 ) y un indicador de presión (11 ) hasta el dializador (D1 ). Posteriormente la sangre dializada pasa a través de una trampa y detector de aire (X1 ) junto con otro indicador (I2) para ser reingresada al torrente sanguíneo mediante la apertura de la válvula (V1 ).