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La Pompa Peristaltica: Due Punti Chiusi Contemporaneamente, e Nessuna Valvola Tocca il Fluido
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Emma

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Emma

27. settembre 2026SE
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La Pompa Peristaltica: Due Punti Chiusi Contemporaneamente, e Nessuna Valvola Tocca il Fluido

Stringi un tubo flessibile tra due dita e fai scorrere le dita lungo di esso: il liquido davanti viene spinto in avanti, e il tubo torna a riempirsi dietro le dita. Questo è tutto il principio di una pompa peristaltica. Un rotore porta dei rulli lungo una pista curva, ciascuno dei quali schiaccia un tubo flessibile chiudendolo e vi rotola sopra. Solo l'interno del tubo entra mai in contatto con il liquido. Non ci sono valvole che possano intasarsi, guarnizioni che possano perdere né nulla da pulire, tranne un tubo che può essere gettato via. Per questo è la pompa ideale per il sangue, per le colture cellulari, per dosare sostanze chimiche in un'acquedotto, per il calcestruzzo e per l'inchiostro delle stampanti. Rufus Porter e J. D. Bradley la brevettarono nel 1855 come pompa per pozzi, e scrissero l'unica regola che ogni pompa peristaltica deve ancora rispettare: il tubo deve essere chiuso in **due punti nello stesso istante**. Nel 1881 Eugene Allen usò lo stesso principio per spostare il sangue, proprio perché non ha valvole su cui il sangue potrebbe coagulare. Questo esempio ne costruisce una con un motore passo-passo.
Intermedio
Circa 6 ore

Istruzioni

1

Scegli prima il tubo: determina tutto il resto

Il tubo è la pompa. Il suo diametro interno determina la portata per giro, la sua parete determina quanta forza devono esercitare i rulli per schiacciarlo, e il suo materiale determina cosa può trasportare e per quanto tempo dura. Per questa costruzione usa tubi in **silicone**: recupera rapidamente la sua forma circolare dopo ogni compressione, ed è ciò che riempie di nuovo la camera dietro al rullo. Il tubo PVC trasparente costa meno ed è più rigido: recupera più lentamente, assume prima una deformazione piatta permanente e si adatta solo a un uso lento e occasionale. Misura il diametro interno e lo spessore della parete con un calibro, su un'estremità tagliata, in più punti lungo la circonferenza. Un tubo schiacciato piatto è esattamente **due spessori di parete**; questo è il gioco iniziale tra rullo e pista. Annota entrambi i valori: la pista viene progettata in base ad essi nel passaggio successivo.

Materiali per questo passaggio:

Tubo in siliconeTubo in silicone1 metro

Strumenti necessari:

Calibro digitale da 6 polliciCalibro digitale da 6 pollici
2

Stampa la pista, il rotore e i rulli

Stampa un alloggiamento con una pista curva di 25 mm di raggio fino alla linea centrale del tubo, che si avvolge **per almeno 180 gradi** — a forma di U, con il tubo che entra da un braccio e esce dall'altro. Stampa un rotore a tre bracci che si adatta all'albero da 5 mm del motore passo-passo con un grano prigioniero, e monta un cuscinetto da skateboard su una vite a testa cilindrica all'estremità di ogni braccio come rullo. I cuscinetti a rotolamento al posto dei perni fissi sono la differenza tra una pompa e un tagliatubi: un perno trascina lungo il tubo e lo consuma fino a forarlo. Realizza la pista come parte separata, fissata con due viti in fori asolati, così da poterla avvicinare al rotore. Questa regolazione è l'**occlusione** — quanto forte viene schiacciato il tubo — ed è l'unica impostazione della pompa. Blocca il tubo alle due estremità della pista con clip stampate, altrimenti scivolerà insieme ai rulli fino a tendersi completamente e la pompa smetterà di pompare.

Materiali per questo passaggio:

Filamento PETGFilamento PETG120 g
Cuscinetto a sfereCuscinetto a sfere3 pezzi
Viti da metalloViti da metallo10 pezzi
Motore passo-passoMotore passo-passo1 pezzo

Strumenti necessari:

Stampante 3D a filamento (FDM)Stampante 3D a filamento (FDM)
Calibro digitale da 6 polliciCalibro digitale da 6 pollici
Set di chiavi a brugolaSet di chiavi a brugola
Trapano a batteriaTrapano a batteria
Serie di punte da trapanoSerie di punte da trapano
3

Portata per giro e regola delle due chiusure

Caricamento del notebook Jupyter…
4

The drive: a stepper, a speed knob and a reverse button

A stepper motor is the right drive for a dosing pump: it turns a known angle per step, so the volume pumped is simply steps counted. This sketch reads a potentiometer for speed and a button to reverse — reversing is how you clear an air lock or empty a line back into its bottle. Set the driver's current limit before connecting the motor; a stepper run at the wrong current either stalls under the tube's resistance or overheats.
peristaltic_drive.inoarduino
/*
  peristaltic_drive.ino -- run a stepper-driven peristaltic pump at a set speed.

  Hardware: a NEMA 17 stepper on an A4988 (or DRV8825) driver board, a 10 k
  potentiometer for speed, and a push button to reverse.
  Wiring:   driver STEP -> D3, DIR -> D4, EN -> D8 (LOW = enabled)
            pot wiper -> A0, pot ends -> 5V and GND
            button    -> D2 and GND (internal pull-up)
  The driver's own VMOT must come from the 12 V supply, with a 100 uF capacitor
  across it at the board, and its current limit set BEFORE the motor is connected.
*/

const int PIN_STEP = 3;
const int PIN_DIR  = 4;
const int PIN_EN   = 8;
const int PIN_BTN  = 2;
const int PIN_POT  = A0;

const long STEPS_PER_REV = 200L * 16L;   // 1.8 deg motor, 1/16 microstepping
const float RPM_MIN = 2.0;
const float RPM_MAX = 150.0;

unsigned long lastStep = 0;
unsigned long interval = 0;              // microseconds between steps
bool forward = true;
bool lastBtn = HIGH;

void setup() {
  pinMode(PIN_STEP, OUTPUT);
  pinMode(PIN_DIR, OUTPUT);
  pinMode(PIN_EN, OUTPUT);
  pinMode(PIN_BTN, INPUT_PULLUP);
  digitalWrite(PIN_EN, LOW);
  digitalWrite(PIN_DIR, HIGH);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // speed from the pot, re-read every loop so turning it takes effect at once
  float rpm = RPM_MIN + (RPM_MAX - RPM_MIN) * analogRead(PIN_POT) / 1023.0;
  interval = (unsigned long)(60.0e6 / (rpm * STEPS_PER_REV));

  // reverse on a button press (edge, not level), to clear an air lock
  bool b = digitalRead(PIN_BTN);
  if (b == LOW && lastBtn == HIGH) {
    forward = !forward;
    digitalWrite(PIN_DIR, forward ? HIGH : LOW);
    Serial.println(forward ? F("forward") : F("reverse"));
    delay(30);                           // crude debounce
  }
  lastBtn = b;

  unsigned long now = micros();
  if (now - lastStep >= interval) {
    lastStep = now;
    digitalWrite(PIN_STEP, HIGH);
    delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(PIN_STEP, LOW);
  }
}

/*
  CALIBRATE, don't trust the arithmetic:
   1. Run into a graduated cylinder for exactly 100 rotor turns (count them on
      the serial print, or time them at a known rpm).
   2. Volume / 100 is your mL per turn. Compare it with the notebook's figure.
   3. Repeat with the outlet lifted 1 m higher. If the figure drops, the
      rollers are not closing the tube fully -- raise the occlusion.
*/

Materiali per questo passaggio:

Arduino Uno R3Arduino Uno R31 pezzo
Driver per motore passo-passoDriver per motore passo-passo1 pezzo
PotenziometroPotenziometro1 pezzo
Cavetti ponticelloCavetti ponticello1 set

Strumenti necessari:

Computer con l'IDE ArduinoComputer con l'IDE Arduino
Alimentatore in corrente continuaAlimentatore in corrente continua
5

Imposta l'occlusione e calibrala su una colonna d'acqua

Inizia con il binario arretrato in modo che i rulli tocchino appena il tubo. Metti l'ingresso in un becher d'acqua con una goccia di colorante, porta l'uscita in un cilindro graduato e avvia la pompa lentamente. Avvicina il binario un po' alla volta. All'inizio la pompa non eroga quasi nulla: i rulli spingono il liquido in avanti, ma questo scivola indietro oltre di essi. Quando il vuoto raggiunge circa il doppio dello spessore della parete, il flusso aumenta bruscamente. Ora alza l'uscita di un metro sopra l'ingresso e osserva il colorante: se risale all'indietro tra un passaggio di rullo e l'altro, chiudi un po' di più il binario. Fermati non appena il flusso si mantiene stabile. Non andare oltre. Ogni frazione di millimetro in più schiaccia il tubo a ogni passaggio e ne accorcia la vita, senza dare più portata. Ora calibra: conta 100 giri nel cilindro, dividi e confronta con il valore indicato nel quaderno. La pompa reale eroga meno, perché il tubo non recupera del tutto la sua forma circolare tra un rullo e l'altro. Quel numero misurato, non quello calcolato, è ciò con cui funziona una pompa dosatrice.

Materiali per questo passaggio:

AcquaAcqua1 litro
Colorante alimentare (colorante per la visualizzazione del flusso)Colorante alimentare (colorante per la visualizzazione del flusso)1 goccia

Strumenti necessari:

Cilindro graduatoCilindro graduato
CronometroCronometro
Set di chiavi a brugolaSet di chiavi a brugola
Metro a nastroMetro a nastro
6

Impulsi e usura del tubo

Caricamento del notebook Jupyter…
7

Il flusso si è discostato: scopri perché

Il flusso di una pompa peristaltica è valido solo quanto il suo tubo e la sua occlusione. Ecco i guasti che modificano i millilitri calibrati per giro, nell'ordine in cui controllarli.

Flow

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8

Storia e contesto

**US 12.753, 'Elastic-Tube Pump', Rufus Porter di Washington DC e J. D. Bradley di Brattleboro, Vermont, datato 17 aprile 1855.** Porter era il fondatore di Scientific American. Il brevetto descrive un tubo in gomma vulcanizzata — disponibile in commercio solo da un decennio a quel punto — fissato attorno a una superficie cilindrica e percorso da un rullo, e indica la condizione che fa funzionare la pompa: il tubo deve essere *"chiuso nello stesso istante"* in due punti. Un modo da loro indicato per ottenerlo era avvolgere il tubo per un giro completo. **US 249.285, 'Instrument for Transfusion of Blood', Eugene E. Allen di Grand Rapids, Michigan, depositato il 23 giugno 1881, concesso l'8 novembre 1881.** Un tubo in gomma con un diametro interno di circa un ottavo di pollice, posato su un cuscinetto di gomma in una piccola scatola di ottone, con tre o più rulli di vetro montati su una cinghia senza fine in modo che uno di essi premesse sempre il tubo chiudendolo. La specifica di Allen spiega il motivo: la pressione in movimento *"elimina tutte le valvole di aspirazione, che, a causa della natura appiccicosa e fibrinosa del sangue, si ostruirebbero sempre e produrrebbero coaguli"*. La pompa a rulli fu poi impiegata per spostare il sangue nelle macchine cuore-polmone e per la dialisi, per la stessa ragione indicata da Allen. **Limiti onesti.** Pulsa. La sua portata dipende da un tubo che si usura, quindi tende a derivare e deve essere ricalibrata. La pressione è limitata da ciò che il tubo riesce a sigillare: pochi bar per i comuni tubi da laboratorio. E un tubo consumato non cede gradualmente: si spacca, e tutto ciò che stava trasportando finisce nella testa della pompa.
Passo 8 - Image 1

Materiali

11

Strumenti richiesti

10

CC0 Pubblico dominio

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