Una bomba inductiva es una bomba de desplazamiento positivo regulada magnéticamente que se utiliza para bombear líquidos y gases. Es capaz de manipular muchos productos químicos corrosivos, así como disolventes y gases. Se caracteriza por un solo pistón que se mueve en vaivén dentro de un campo magnético y, por lo tanto, no requiere un sello dinámico para conectar el pistón a una fuente de energía mecánica externa. Las válvulas de retención se colocan en ambos extremos de la carcasa del pistón, lo que permite la succión y el bombeo simultáneos que se invierten con cada carrera. Se sabe que esto reduce las pulsaciones, especialmente a velocidades de flujo más altas. El pistón y la carcasa están construidos con materiales que son inertes a muchos líquidos y gases. Debido a que el pistón y la carcasa son materiales no plásticos, la cámara de desplazamiento positivo no cambia de dimensión por flexión y distorsión, lo que permite que las bombas inductivas sigan siendo muy precisas sin cambios significativos con el tiempo. Las bombas inductivas son extremadamente precisas ya que cada carrera contiene el mismo volumen creado por un pistón sólido dentro de una cámara sólida. La cantidad de carreras se puede contar o cronometrar para determinar el volumen total entregado. Se pueden utilizar en entornos estériles y controlados ya que no tendrán fugas al exterior de la carcasa incluso si el pistón ha sufrido desgaste.
Las bombas inductivas se consideran muy precisas y energéticamente eficientes. Las bombas inductivas utilizan dos parámetros principales para controlar el flujo: la velocidad y el tiempo de espera. La velocidad se utiliza para determinar la cantidad de golpes por segundo o en un intervalo de tiempo determinado. El tiempo de espera se utiliza para controlar el tiempo que la bobina de activación permanece encendida durante el ciclo de velocidad. Básicamente, si el pistón ha completado su carrera y está esperando que se produzca el ciclo inverso, no es necesario seguir activando la bobina, ya que la mayor parte de esta energía se convertirá en calor, ya que el pistón ya no realiza más trabajo. El ajuste de tiempo de espera permite ajustar este tiempo de encendido durante el ciclo de velocidad. Además, el ajuste de tiempo de espera permite un verdadero parámetro de control de presión para la bomba. Al reducir aún más el tiempo de espera, se puede reducir la energía total aplicada al pistón durante el ciclo de bombeo. Esto puede reducir la presión de salida máxima durante el bombeo. Esto difiere de muchas otras bombas, ya que normalmente reducen el flujo para reducir la presión en una circunstancia determinada; sin embargo, si se produce una oclusión en el canal de salida, otras bombas tienden a acumular presión hasta su máxima presión hasta que revientan el tubo o dañan su mecanismo interno. Las bombas inductivas se pueden apagar en la salida y no excederán la presión a la que están configuradas. Bombear contra una salida cerrada no causa daños a la bomba.
La bomba inductiva fue patentada por primera vez en los Estados Unidos por Laurence R. Salamey en 1998 con el número de patente estadounidense 5 713 728 y nuevamente en 1999 con el número de patente estadounidense 5 899 672. Salamey presentó una patente adicional en 2014. La bomba se diseñó originalmente como una mejora de las bombas peristálticas y de diafragma , ya que eran susceptibles a la fractura de la cámara de bombeo con el uso debido a la flexión de las piezas de plástico. Se descubrió que las bombas inductivas eran una mejora en la precisión y la duración del servicio antes de que se requirieran reparaciones. Con el tiempo, Salamey continuó desarrollando su comprensión de los campos magnéticos y su uso para la propagación de la fuerza con la bomba inductiva. Esto ha llevado a mayores refinamientos y una mayor eficiencia. Además, las bombas inductivas han desarrollado la capacidad de lograr presiones mucho más altas, superiores a 3000 psi. La misma tecnología de bombas inductivas se puede aplicar a bombas muy pequeñas que suministran volúmenes en el rango de microlitros hasta bombas mucho más grandes que suministran volúmenes en el rango de 10 galones por minuto. La comprensión de la propagación del campo magnético ha llevado a una mayor simplicidad del diseño, que es un sello distintivo de las bombas inductivas. Hay muy pocas partes móviles y no hay conexiones mecánicas. El pistón es la única parte móvil aparte de las válvulas de retención y es impulsado por un campo magnético controlado eléctricamente.
Las bombas inductivas se han utilizado en muchas aplicaciones diferentes, como las siguientes:
Las bombas inductivas utilizan ambos lados del pistón para bombear y succionar simultáneamente. Esto significa que ambos lados del pistón de la bomba siempre experimentan la presión de entrada como mínimo hasta el ciclo de presión que superaría la presión de entrada. Esto puede interpretarse como que la presión de carga neta en un circuito cerrado, al comienzo de un ciclo de carrera, siempre es cero. Por lo tanto, las bombas inductivas se pueden utilizar en circuitos cerrados de presión muy alta para hacer circular líquidos a presiones diferenciales muy bajas. Básicamente, la bomba inductiva no tiene que superar la presión del sistema cerrado para mover el líquido en el sistema. Esto da como resultado un uso mucho menor de energía para mover el líquido con el circuito. Esto también proporciona una circulación adicional sin sellos dinámicos que eventualmente podrían filtrarse al exterior del sistema.
Además, las bombas inductivas también se pueden conectar en serie para duplicar aproximadamente la presión sin aumentar el volumen. También se pueden conectar en paralelo para duplicar aproximadamente el volumen sin aumentar la presión. La mayoría de las bombas de desplazamiento positivo no pueden aumentar la presión de salida cuando se colocan en serie, ya que ambas se detienen cuando alcanzan su presión máxima de funcionamiento. Las bombas inductivas se suman entre sí debido al diferencial cero que se observa en la segunda bomba con respecto a la primera.
La base fundamental para el voltaje inducido en un campo magnético proviene de la ley de Faraday que describe una fuerza electromotriz inducida (FEM) de la siguiente manera: FEM = -N (∆Φb / ∆t) (Nave, CR 2011). Esta establece que a medida que aumenta o disminuye el número de líneas de flujo magnético, hay un cambio posterior en el voltaje inducido de polaridad negativa o positiva. Sin embargo, la relación de las fuerzas eléctricas y las fuerzas magnéticas se resumió en la Ley de Fuerza de Lorentz como: F = qE + qv x B. Aquí, se encontró que las tres fuerzas eran perpendiculares entre sí (Nave, a, 2011). Por lo tanto, Lorentz dio una dirección especialmente orientada a cada una de las fuerzas, lo que permitió la predicción de la dirección de las fuerzas dentro de la arquitectura de la bomba inductiva. Salamey investigó más a fondo la relación del flujo magnético con el área circunferencial alrededor del campo magnético donde se encontró que la mayoría de las fuerzas magnéticas creaban fuerzas mecánicas utilizadas para dirigir el movimiento del pistón. Salamey describe además, en su segunda patente, la incorporación de un espacio de campo magnético. El espacio se define como una región de conducción no magnética ubicada circunferencialmente en cada extremo del orificio del pistón. El espacio magnético permite una mayor propagación del flujo magnético a través del cuerpo del pistón magnético, lo que provoca una mayor fuerza que tira del pistón hacia el polo final magnético (Salamey, 1999).
Las bombas inductivas están diseñadas para aumentar la eficiencia y su objetivo era reducir el consumo de energía en un entorno que cada vez exige más ahorro de energía. La mayoría de los motores eléctricos tienen una eficiencia media de alrededor del 85 %, como lo demuestra la prueba de parada habitual, que muestra un marcado aumento del consumo de corriente cuando el motor se detiene mecánicamente. Las bombas inductivas no muestran ningún aumento del consumo de corriente cuando se detienen durante el funcionamiento, ya que más del 95 % de la corriente se utiliza para crear una fuerza sobre el pistón.
Existen muy pocas pérdidas mecánicas en comparación con las bombas de pistón convencionales y otras tecnologías porque no hay vínculos mecánicos entre el pistón y las fuentes de energía externas. El pistón de la bomba inductiva es impulsado directamente por el campo magnético formado dentro de la estructura del cuerpo alrededor del orificio y dentro del pistón. Hay pérdidas de fricción mínimas entre el pistón y el orificio debido a un campo magnético circunferencial que tira del pistón por igual en todas las direcciones hacia la pared del orificio. La fuerza resultante es más axial a lo largo del recorrido del pistón, lo que crea presión de salida. La mayoría de las demás bombas utilizan diferentes tipos de mecanismos de reducción de engranajes para reducir la rotación del motor al impulsar el pistón. Estos vínculos dan como resultado pérdidas de energía significativas además de las ineficiencias del motor. Las bombas inductivas utilizan varios recubrimientos patentados para reducir la fricción y aumentar la eficiencia. Los modelos específicos de bombas inductivas incorporan una interfaz de cerámica sin sello con interfaces de pistón y orificio de cerámica coincidentes rectificadas con tolerancias estrechas que no requieren el uso de sellos elásticos. Las interfaces de cerámica son inertes a los ácidos, álcalis y solventes industriales extremadamente cáusticos.