Solució de control de flux i pressió d'alta-precisió per a sistemes de fluids estèrils que utilitzen vàlvules de pressió elèctrica

El control de pressió i flux d'alta-precisió en sistemes de fluids estèrils sempre ha estat un requisit tècnic crític en camps com els biofarmacèutics, els aliments i begudes i les anàlisis de laboratori. En aquest document es proposa una solució de control de-bucle tancat basada en una vàlvula de pinçament elèctrica i explora mètodes alternatius per complir els requisits de control precisos en diferents condicions de funcionament.

 

I. Antecedents tècnics i reptes
La vàlvula de pinçament, com a component de control de fluids sense -contacte, funciona utilitzant una força mecànica externa per alterar el diàmetre intern d'un tub elàstic, aconseguint així l'activació/desactivació del flux i la regulació del flux. Com que el cos de la vàlvula no entra directament en contacte amb el fluid, aquesta tecnologia és especialment adequada per a escenaris de manipulació de fluids estèrils, corrosius o d'alta -puresa. No obstant això, les vàlvules elèctriques tradicionals no tenen mecanismes de retroalimentació automàtica, cosa que fa que sigui difícil d'aconseguir un control precís de pressió i flux.

 

II. Disseny del sistema de control de-bucle tancat
Aquesta solució construeix un sistema de control de bucle tancat-complet que consta d'una unitat d'accionament, una unitat de detecció, una unitat d'accionament i una unitat de control:

1. Unitat d'accionament:Utilitza una bomba com a font d'energia del fluid per assegurar un flux continu del mitjà a través del tub.

Unitat de detecció:

• Sensor de pressió: supervisa la pressió de la canonada en-temps real i la converteix en un senyal estàndard.
• Sensor de flux: detecta amb precisió els canvis de flux de fluid.

2.Unitat d'accionament:Vàlvula de pinçament elèctrica (tensió de funcionament 24VDC, suporta senyals de control de 0-5V/0-20mA), compatible amb tubs amb un diàmetre exterior inferior o igual a 7 mm i un gruix de paret de 0,5-2 mm, amb una bretxa ajustable de 0,5-2 mm.

3.Unitat de control:Utilitza el controlador programable PID d'alta-precisió de la sèrie VPC2021, que admet 47 tipus d'entrades de senyal de sensor, equipat amb funcions avançades com el control en cascada i el control de-range dividit, i amb mòduls de conversió AD de 24 bits / DA de 16 bits amb una precisió de sortida del 0,01%.

Flux de treball del sistema: el fluid és conduït per la bomba a través del tub flexible. Els sensors recullen dades de pressió/flux en temps real-i les transmeten al controlador. El controlador compara el punt de consigna amb el valor real mitjançant un algorisme PID i emet un senyal de control precís per ajustar l'obertura de la vàlvula de pinçament, formant un control de llaç-tancat.

 

III. Optimització de sistemes i solucions alternatives
Tot i que la solució de vàlvula de pinçament elèctrica ofereix avantatges com una resposta ràpida i una alta precisió, comporta un risc relacionat amb la tolerància a la pressió del tub. Quan la contrapressió interna supera el límit de tolerància del tub, pot provocar la ruptura del tub. Per tant, es proposen tres solucions alternatives més segures:

• Sistema de control de la bomba de freqüència variable: ajusta la velocitat de la bomba per canviar la pressió de sortida.
• Solució de bomba de xeringa: utilitza un cargol de precisió per empènyer una xeringa per al lliurament de fluids de micro-volum.
• Sistema de control de pressió de superposició: aconsegueix la transmissió de pressió mitjançant la regulació de la pressió del gas a la part superior del recipient de fluid.

Entre aquests, la solució de control de pressió de superposició funciona excepcionalment bé en el camp del control de micro-flux, especialment adequada per a escenaris com els xips microfluídics que requereixen un control d'ultra-precisió. Per a micro-tubs amb un diàmetre interior<1mm, using a syringe pump or pressure controller instead of the pinch valve solution is recommended.

 

IV. Comparació d'avantatges tècnics
Elvàlvula de manguit elèctricaLa solució ofereix avantatges d'estructura senzilla i de baix cost en el control de tubs convencionals, mentre que les solucions de control de pressió de superposició i bombes de xeringa tenen més avantatges en el control del micro-flux i l'estabilitat de la pressió. En aplicacions pràctiques, s'ha de seleccionar la solució de control adequada en funció de les característiques del fluid, els requisits de precisió i les limitacions pressupostàries.

Aquest sistema de control s'ha aplicat amb èxit en escenaris com bioreactors, sistemes de cultiu cel·lular i línies d'ompliment farmacèutic, verificant la seva fiabilitat i aplicabilitat en el control de fluids estèrils. Mitjançant el disseny modular, aquesta solució es pot ampliar de manera flexible a sistemes de control complexos multi-canal, proporcionant una nova ruta tècnica per al control de fluids industrials.