Unacentrifugadora és un dispositiu que utilitzala força centrífuga per sotmetre una mostra a una força constant especificada, per exemple per separar diversos components d'un fluid. Això s'aconsegueix fentgirar el fluid a gran velocitat dins d'un recipient, separant així fluids de diferents densitats (per exemple, nata de llet) o líquids dels sòlids. Funciona fent que les substàncies i partícules més denses es moguin cap a fora en direcció radial. Al mateix temps, els objectes que són menys densos es desplacen i es traslladen al centre. En una centrifugadora de laboratori que utilitza tubs de mostra, l'acceleració radial fa que les partícules més denses s'assentin a la part inferior del tub, mentre que les substàncies de baixa densitat pugen a la part superior.[1] Una centrifugadora pot ser un filtre molt eficaç que separa els contaminants del cos principal de fluid.
Les centrifugadores a escala industrial s'utilitzen habitualment en la fabricació i el processament de residus per sedimentar sòlids en suspensió o per separar líquidsimmiscibles. Un exemple és el separador de nata que es troba ales lleteries. Les centrifugadores iultracentrífugues de molt alta velocitat capaçes de proporcionar acceleracions molt elevades poden separar partícules fines fins a la nanoescala i molècules de diferents masses. Les centrifugadores grans s'utilitzen per simular entorns d'alta gravetat o acceleració (per exemple, formació d'alt G per a pilots de proves). Les centrifugadores de mida mitjana s'utilitzen ales rentadores i en algunespiscines per extreure l'aigua dels teixits. Les centrifugadores de gas s'utilitzen per a la separació d'isòtops, com ara per enriquircombustible nuclear per aisòtops fissils.
L'enginyer militar anglèsBenjamin Robins (1707–1751) va inventar un aparell de braç giratori per determinarl'arrossegament. El 1864, Antonin Prandtl va proposar la idea d'una centrifugadora de lactis per separar la nata de la llet. La idea va ser posada en pràctica posteriorment pel seu germà, Alexander Prandtl, que va fer millores en el disseny del seu germà i va exposar una màquina d'extracció de greix de mantega en funcionament el 1875.[2]
_(9759061442).jpg)
Una màquina de força centrífuga es pot descriure com una màquina amb un recipient que gira ràpidament que aplica força centrífuga al seu contingut. Hi ha diversos tipus de centrifugadores, que es poden classificar segons l'ús previst o el disseny del rotor:
Tipus per disseny del rotor:[3][4][5][6]
Tipus segons l'ús previst:
Les centrifugadores industrials es poden classificar d'una altra manera segons el tipus de separació de la fracció d'alta densitat de la de baixa densitat.
En general, hi ha dos tipus de centrifugadores: la de filtració i la de sedimentació. Per a la filtració o l'anomenada centrífuga de pantalla el tambor està perforat i s'introdueix amb un filtre, per exemple un drap filtrant, una malla de filferro o una pantalla de lot. La suspensió flueix pel filtre i el tambor amb la paret perforada des de l'interior cap a l'exterior. D'aquesta manera, el material sòlid queda subjectat i es pot eliminar. El tipus d'eliminació depèn del tipus de centrifugadores, per exemple manual o periòdicament. Els tipus comuns són:
A les centrifugadores el tambor és una paret sòlida (no perforada). Aquest tipus de centríifugadora s'utilitza per a la purificació d'una suspensió. Per a l'acceleració del procés de deposició natural de suspensió, les centrifugadores utilitzen força centrífuga. Amb les anomenades centrifugadores de desbordament, la suspensió s'escorre i s'afegeix el líquid constantment. Els tipus comuns són:[7]
Tot i que la majoria de centrifugadores modernes funcionen elèctricament, s'ha desenvolupat una variant d'alimentació manual inspirada en elremolí per a aplicacions mèdiques als països en desenvolupament.[8]
S'han compartit molts dissenys per a centrifugadores gratuïtes i de codi obert que es poden fabricar digitalment. Els dissenysde maquinari de codi obert per a centrífuga manual per a volums més grans de fluids amb una velocitat radial de més de 1750 rpm i més de 50 N de força centrífuga relativa es podenimprimir completament en 3D per uns 25 dòlars.[9] Altres dissenys de maquinari obert utilitzen accessoris impresos en 3D personalitzats amb motors elèctrics econòmics per fer centrifugadores de baix cost (per exemple, el Dremelfuge que utilitza una eina elèctrica Dremel) oCNC tallat OpenFuge.[10][11][12][13]
.jpg)
Una gran varietat de centrifugadores a escala de laboratori s'utilitzen en química, biologia, bioquímica imedicina clínica per aïllar i separar suspensions i líquids immiscibles. Varien molt en velocitat, capacitat, control de temperatura i altres característiques. Les centrifugadores de laboratori sovint poden acceptar una varietat de rotors de galleda d'angle fix i oscil·lant diferents capaços de transportar diferents nombres de tubs de centrifugadora i classificats per a velocitats màximes específiques. Els controls varien des de simples temporitzadors elèctrics fins a models programables capaços de controlar les velocitats d'acceleració i desacceleració, velocitats de funcionament i règims de temperatura. Les ultracentrífugues fan girar els rotors al buit, eliminant la resistència de l'aire i permetent un control exacte de la temperatura. Els rotors zonals i els sistemesde flux continu són capaços de lliurar volums de mostres a granel i més grans, respectivament, en un instrument a escala de laboratori.[14]
Una aplicació als laboratoris és la separació de sang. La sang es separa en cèl·lules i proteïnes (RBC, WBC, plaquetes, etc.) i sèrum. La preparaciód'ADN és una altra aplicació habitual per a la farmacogenètica i el diagnòstic clínic. Les mostres d'ADN es purifiquen i l'ADN es prepara per a la separació afegint tampons i després centrifugant-lo durant un cert temps. A continuació, s'eliminen els residus de sang i s'afegeix un altre tampó i es torna a girar dins de la centrífuga. Un cop eliminats els residus de sang i s'afegeix un altre tampó, el pellet es pot suspendre i refredar. Aleshores es poden eliminar les proteïnes i tot es pot centrifugar de nou i l'ADN es pot aïllar completament.Les citocentrífugues especialitzades s'utilitzen en laboratoris mèdics i biològics per concentrar cèl·lules per a l'examen microscòpic.[15]
Altres centrifugadores, la primera és la centrífuga de tipus Zippe,isòtops separats,[16] i aquest tipus de centrifugadores s'utilitzen en programesd'energia nuclear id'armes nuclears.
Les centrifugadores humanes són centrífugues excepcionalment grans que posen a prova les reaccions i la tolerància depilots iastronautes a l'acceleració per sobre de les experimentades en lagravetat de la Terra.
Les primeres centrifugadores utilitzades per a la investigació humana van ser utilitzades per Erasmus Darwin, l'avi de Charles Darwin. La primera centrifugadores humana a gran escala dissenyada per a l'entrenament aeronàutic es va crear a Alemanya el 1933.[17]
LaForça Aèria dels EUA a la base de Brooks City, Texas, opera una centrifugadores humana mentre espera la finalització de la nova centrifugadores humana en construcció aWright-Patterson AFB, Ohio. La centrifugadores de la base de Brooks City és operada per l' Escola de Medicina Aeroespacial de la Força Aèria dels Estats Units amb el propòsit d'entrenar i avaluar els possibles pilots de caça per a vol d'altag en avions de caça de la Força Aèria.[18]
S'ha proposat l'ús de grans centrifugadores per simular una sensació degravetat per a futures missions espacials de llarga durada. L'exposició a aquestagravetat simulada evitaria o reduiria ladescalcificació òssia il'atròfia muscular que afecten els individus exposats a llargs períodes de caiguda lliure.[19][20]
El separador centrífug industrial és un sistema de filtració de refrigerant per separar partícules de líquids com el refrigerant de mecanitzat de mòlta. Normalment s'utilitza per a la separació de partícules no fèrriques com ara silici, vidre, ceràmica i grafit, etc. El procés de filtrat no requereix cap peça de consum com les bosses de filtre, la qual cosa salva la terra de danys.[21][22]
El modelatge de centrifugadora geotècnica s'utilitza per a proves físiques de models que impliquen sòls. L'acceleració de centrífuga s'aplica als models a escala per escalar l'acceleració gravitatòria i permetre obtenir tensions a escala de prototips en models a escala. Problemes com els fonaments d'edificis i ponts, preses de terra, túnels i estabilitat de talussos, inclosos efectes com ara la càrrega d'explosió i la sacsejada del terratrèmol.[23]
Les condicions d'alta gravetat generades per la centrífuga s'apliquen a la indústria química, la fosa i la síntesi de materials.[24][25][26][27] La convecció i la transferència de massa es veuen molt afectades per la condició gravitatòria. Els investigadors van informar que el nivell d'alta gravetat pot afectar eficaçment la composició de fase i la morfologia dels productes.[24]
La força relativa de la centrifugadora es mesura sobre la força aplicada a una mostra dins d'una centrifugadora. Així pot ser calculada a partir de la velocitat (RPM) i el radi de gir (cm) utilitzant el següent càlcul:
on:
