Centrifugile sunt mașini utilizate în laboratoare, unități medicale și industrii pentru a separa materialul în suspensie de mediile cu care sunt amestecate. Acest lucru se realizează prin rotirea foarte rapidă a recipientelor închise ale amestecului în jurul unui punct fix, central. Forța centrifugă generată de această mișcare forțează materialul mai dens din suspensie împotriva pereților recipientului, separându-l efectiv de soluție. Aceste dispozitive sunt folosite pentru a separa solidele de mediile de suspensie fluidă; de exemplu, sunt un instrument medical esențial pentru separarea plasmei din probele de sânge.
Cum funcționează
Principiul de bază al funcționării centrifugei este forța centrifugă. Dacă o găleată pe jumătate plină cu apă este rotită rapid în cerc, peste cap și înapoi în pământ, forța centrifugă creată de rotația găleții forțează apa spre fund. Acesta este ceea ce ține apa în găleată chiar și atunci când este cu susul în jos.
Majoritatea centrifugelor valorifică această forță într-un mod similar și constau dintr-o carcasă cu capac și un rotor central antrenat. Rotorul are un rând de găuri în jurul circumferinței sale în care sunt plasate recipientele, de obicei eprubete, de soluție. Odată ce capacul mașinii este închis și centrifuga este pornită, rotorul se rotește la viteză mare. Ca și în cazul experimentului cu găleată, forța centrifugă face ca orice materie din soluție mai densă decât lichidul să fie forțată împotriva pereților exteriori ai tuburilor, separând-o de fluidul din proces.
Odată ce centrifuga și-a încheiat ciclul, este încetinită treptat și oprită pentru a preveni orice turbulență care ar putea determina reamestecarea soluției. Această perioadă de încetinire permite, de asemenea, întregului material separat să cadă spre fundul eprubetei. Odată ce rotorul s-a oprit, tubul poate fi îndepărtat și probele pot fi procesate.
În unele cazuri, o centrifugă poate avea un ecran la un capăt, permițând lichidelor să treacă, în timp ce solidele au rămas prinse în interiorul tubului. Alții pot ține tuburile într-un unghi fix sau le pot permite să se balanseze în timp ce se învârt. Poziția tubului și viteza cu care centrifuga se rotește pot varia, în funcție de tipul de soluție care se separă.
Separarea prin densitate
Orice număr de materiale în suspensie poate fi separat de o suspensie în acest fel. Fiecare substanță diferită se va separa în ordinea densității sale, formând straturi distincte în partea de jos a tubului atunci când mașina este oprită. Acesta este cunoscut sub numele de principiul sedimentării. De exemplu, o probă de sânge pusă într-o centrifugă pentru o lungime de ciclu adecvată se va descompune complet, cu celule sanguine mai grele colectându-se în partea de jos și cu plasmă mai ușoară în partea de sus. Acest lucru este deosebit de util în identificarea tuturor componentelor soluțiilor necunoscute.
Alte utilizări
Dispozitivele de centrifugare nu sunt folosite doar în laboratoare; ei văd o utilizare extinsă în gestionarea apelor uzate, în industria petrolului și chiar în procesarea zahărului și a laptelui. De obicei, centrifugele de laborator medicale și științifice sunt dispozitive mici de birou. Pe de altă parte, mașinile industriale folosite pentru a separa suspensia de magnetită de apa de proces într-o uzină de cărbune pot fi foarte mari.
Centrifugele cu gaz utilizate în procesul de îmbogățire a uraniului au recipiente special concepute, care includ o cupă interioară plasată strategic. Când se rotește, această linguriță colectează izotopul dorit de uraniu-235, în timp ce izotopul 238 mai greu se adună pe pereții recipientului. Acesta este, totuși, un proces mult mai lung decât separarea suspensiei fluide, care durează adesea câteva mii de cicluri.
Centrifugele mari sunt, de asemenea, folosite pentru a expune oamenii la forțe extreme într-un mediu controlat. Forța exterioară creată de o mașină atât de mare poate fi folosită pentru a simula forțele gravitaționale masive (forțe G) pe care un astronaut sau un pilot de luptă este probabil să le experimenteze atunci când călătorește la viteze foarte mari. Modelarea geotehnică este un alt domeniu în care centrifugele sunt folosite pentru a simula solicitările gravitaționale în prototipuri.