Οι φυγόκεντροι είναι μηχανές που χρησιμοποιούνται σε εργαστήρια, ιατρικές εγκαταστάσεις και βιομηχανίες για τον διαχωρισμό του αιωρούμενου υλικού από τα μέσα με τα οποία αναμιγνύονται. Αυτό γίνεται περιστρέφοντας κλειστά δοχεία του μείγματος πολύ γρήγορα γύρω από ένα σταθερό, κεντρικό σημείο. Η φυγόκεντρη δύναμη που δημιουργείται από αυτή την κίνηση αναγκάζει το πυκνότερο υλικό στο εναιώρημα στα τοιχώματα του δοχείου, διαχωρίζοντάς το αποτελεσματικά από το διάλυμα. Αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούνται για τον διαχωρισμό στερεών από υγρά μέσα εναιώρησης. για παράδειγμα, είναι ένα απαραίτητο ιατρικό εργαλείο για τον διαχωρισμό του πλάσματος από τα δείγματα αίματος.
Πώς λειτουργούν
Η βασική αρχή της λειτουργίας της φυγόκεντρου είναι η φυγόκεντρος δύναμη. Εάν ένας κουβάς μισογεμάτος με νερό περιστρέφεται γρήγορα σε κύκλο, πάνω από το κεφάλι και πίσω στο έδαφος, η φυγόκεντρος δύναμη που δημιουργείται από την περιστροφή του κάδου αναγκάζει το νερό προς τον πυθμένα. Αυτό είναι που κρατάει το νερό στον κουβά ακόμα και όταν είναι ανάποδα.
Οι περισσότερες φυγόκεντρες αξιοποιούν αυτή τη δύναμη με παρόμοιο τρόπο και αποτελούνται από ένα περίβλημα με ένα καπάκι και έναν κινούμενο κεντρικό ρότορα. Ο ρότορας έχει μια σειρά οπών γύρω από την περιφέρειά του μέσα στις οποίες τοποθετούνται τα δοχεία, συνήθως δοκιμαστικοί σωλήνες, διαλύματος. Μόλις κλείσει το καπάκι του μηχανήματος και ενεργοποιηθεί η φυγόκεντρος, ο ρότορας περιστρέφεται με υψηλή ταχύτητα. Όπως συμβαίνει με το πείραμα του κάδου, η φυγόκεντρος δύναμη αναγκάζει οποιαδήποτε ύλη στο διάλυμα πιο πυκνό από το υγρό να πιέζεται στα εξωτερικά τοιχώματα των σωλήνων, διαχωρίζοντάς το από το ρευστό στη διαδικασία.
Μόλις η φυγόκεντρος ολοκληρώσει τον κύκλο της, επιβραδύνεται σταδιακά και σταματά για να αποφευχθούν τυχόν αναταράξεις που θα μπορούσαν να προκαλέσουν την εκ νέου ανάμιξη του διαλύματος. Αυτή η περίοδος επιβράδυνσης επιτρέπει επίσης σε όλο το διαχωρισμένο υλικό να πέσει προς τον πυθμένα του δοκιμαστικού σωλήνα. Μόλις σταματήσει ο ρότορας, ο σωλήνας μπορεί να αφαιρεθεί και να υποβληθούν σε επεξεργασία τα δείγματα.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, μια φυγόκεντρος μπορεί να έχει ένα πλέγμα στο ένα άκρο, που επιτρέπει στα υγρά να περνούν ενώ τα στερεά παραμένουν παγιδευμένα μέσα στο σωλήνα. Άλλοι μπορεί να κρατούν τους σωλήνες σε σταθερή γωνία ή να τους επιτρέπουν να αιωρούνται προς τα έξω καθώς περιστρέφονται. Η θέση του σωλήνα και η ταχύτητα με την οποία περιστρέφεται η φυγόκεντρος μπορεί να ποικίλουν, ανάλογα με τον τύπο του διαλύματος που διαχωρίζεται.
Διαχωρισμός κατά πυκνότητα
Οποιοσδήποτε αριθμός αιωρούμενων υλικών μπορεί να διαχωριστεί από ένα εναιώρημα με αυτόν τον τρόπο. Κάθε διαφορετική ουσία θα διαχωριστεί με τη σειρά της πυκνότητάς της, σχηματίζοντας ξεχωριστά στρώματα στο κάτω μέρος του σωλήνα όταν το μηχάνημα σταματά. Αυτό είναι γνωστό ως η αρχή της καθίζησης. Για παράδειγμα, ένα δείγμα αίματος που τοποθετείται σε φυγόκεντρο για κατάλληλη διάρκεια κύκλου θα διασπαστεί πλήρως με βαρύτερα αιμοσφαίρια να συλλέγονται στο κάτω μέρος και ελαφρύτερο πλάσμα αίματος στην κορυφή. Αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για τον προσδιορισμό όλων των συστατικών άγνωστων λύσεων.
Άλλες χρήσεις
Οι συσκευές φυγοκέντρησης δεν χρησιμοποιούνται μόνο σε εργαστήρια. βλέπουν εκτεταμένη χρήση στη διαχείριση των λυμάτων, στη βιομηχανία πετρελαίου, ακόμη και στην επεξεργασία ζάχαρης και γάλακτος. Συνήθως, οι ιατρικές και επιστημονικές εργαστηριακές φυγόκεντρες είναι μικρές επιτραπέζιες συσκευές. Οι βιομηχανικές μηχανές που χρησιμοποιούνται για τον διαχωρισμό του πολτού μαγνητίτη από το νερό επεξεργασίας σε μια μονάδα άνθρακα, από την άλλη πλευρά, μπορεί να είναι πολύ μεγάλες.
Οι φυγόκεντροι αερίου που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία εμπλουτισμού ουρανίου διαθέτουν ειδικά σχεδιασμένα δοχεία που περιλαμβάνουν στρατηγικά τοποθετημένη εσωτερική σέσουλα. Όταν περιστρέφεται, αυτή η σέσουλα συλλέγει το επιθυμητό ισότοπο ουρανίου-235 ενώ το βαρύτερο ισότοπο 238 συλλέγεται στα τοιχώματα του δοχείου. Αυτή είναι, ωστόσο, μια πολύ μεγαλύτερη διαδικασία από τον διαχωρισμό ρευστού εναιωρήματος, και συχνά απαιτούνται αρκετές χιλιάδες κύκλοι για να επιτευχθεί.
Οι μεγάλες φυγόκεντρες χρησιμοποιούνται επίσης για την έκθεση των ανθρώπων σε ακραίες δυνάμεις σε ελεγχόμενο περιβάλλον. Η εξωτερική δύναμη που δημιουργείται από ένα τόσο μεγάλο μηχάνημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την προσομοίωση των τεράστιων βαρυτικών δυνάμεων (G-forces) που είναι πιθανό να βιώσει ένας αστροναύτης ή πιλότος μαχητικών όταν ταξιδεύει με πολύ υψηλές ταχύτητες. Η γεωτεχνική μοντελοποίηση είναι ένας άλλος τομέας όπου χρησιμοποιούνται φυγόκεντροι για την προσομοίωση βαρυτικών τάσεων σε πρωτότυπα.