Projeto e desenvolvimento de minibomba peristáltica usando medição de vazão, aplicada a biossensores

Abstract

A minibomba peristáltica de roletes é uma boa alternativa para sistemas que requeiram o transporte de fluidos de forma laminar, contínua e controlada, como é o caso do sensoriamento biológico baseado na ressonância de plásmons de superfície ou SPR (Surface Plasmon Resonance). Nesse sentido, este trabalho apresenta o projeto e desenvolvimento de uma minibomba peristáltica de roletes, acionada por um motor de passo conectado a uma caixa de redução mecânica, associando-os a programação de sua estrutura de acionamento, de modo a possibilitar o ajuste dos parâmetros do motor para um controle em malha aberta da vazão de saída para esses sistemas. Foram desenvolvidos projetos de três diferentes atuadores, com 2, 3 e 4 roletes, usando o software Solidworks em plástico ABS, bem como atuadores de nylon com as mesmas características. A implementação utilizou uma impressora 3D usando plástico ABS para a sua prototipagem, e usinagem para os atuadores de nylon. A estrutura da minibomba de roletes possui dimensões de 100 milímetros quadrados em sua superfície e 55 mm de altura, sendo realizados de forma otimizadas em função da vazão volumétrica. Foram realizados testes com água e álcool diluído em água (álcool 20%) com os atuadores de plástico ABS, a uma rotação de 10 a 100 RPM, sendo percebido um melhor comportamento da minibomba à uma de 80 RPM (sendo esta utilizada para ajuste do motor para os tubos de látex e de silicone). Com uso do tubo de látex, obteve-se uma vazão máxima, para 2 roletes, de 22,5 ml/min com água e 20,5 ml/min com álcool diluído na água (álcool 20%, sendo esta a proporção usada para todos os casos), para o atuador com 3 roletes, obteve-se 20,5 ml/min com água e 18,5 ml/min com álcool diluído na água e, para 4 roletes, foi obtido 20,5 ml/min com água e 18,0 ml/min com álcool diluído em água. Uma segunda estrutura foi montada para a obtenção das vazões máximas para os atuadores usando o tubo de silicone, obtendo uma vazão máxima, para 2 roletes, de 27,5 ml/min com água e 22,0 ml/min com álcool diluído em água, com o atuador de 3 roletes, obteve-se 27,5 ml/min com água e 22,5 ml/min com álcool diluído em água e, para 4 roletes, foi obtido uma vazão máxima de 17,5 ml/min com água e 16,0 ml/min com álcool diluído em água. Contudo, para uma rotação superior a 80 RPM, para os dois casos (tubo de látex e silicone) não foram observadas quaisquer variações da vazão para nenhum dos protótipos. O sistema proposto para mensurar a vazão é composto de um microcontrolador para aquisição e processamento dos dados e circuitos de condicionamento do sinal. Na mesma estrutura também foi desenvolvida uma interface para visualizar e permitir a interação com a minibomba no tocante à indicação da vazão, calibrada em função da rotação do motor. A interface com o usuário é realizada usando um display tipo LCD e botões que permitem indicar a vazão desejada. Foram realizados, ainda, testes com a pressão hidrostática e sua correlação com a vazão medida. Finalmente, a minibomba peristáltica de roletes proposta apresenta características dimensionais que possibilitam a portabilidade e um baixo consumo de potência, pois a fonte utilizada para a alimentação da minibomba é a mesma que alimenta o Arduino, sendo esta uma fonte externa de 12V com uma corrente de 1A, tendo assim uma potência consumida de 12W.