Centrífugo

Vea al piloto alemán Norbert Biehler dentro de una centrífuga humana entrenando para resistir una fuerza centrífuga acelerada

Vea al piloto alemán Norbert Biehler dentro de una centrífuga humana entrenando para resistir una fuerza centrífuga acelerada Vea a un piloto de la fuerza aérea alemana entrenando para resistir las tensiones del vuelo en una centrífuga que produce una fuerza centrífuga de hasta 9 gramo . Contunico ZDF Enterprises GmbH, Mainz Ver todos los videos de este artículo

Centrífugo , cualquier dispositivo que aplica una fuerza centrífuga sostenida, es decir, una fuerza debida a la rotación. Efectivamente, la centrífuga sustituye la gravedad por una fuerza similar y más fuerte. Cada centrífuga contiene un recipiente giratorio; hay muchas configuraciones, dependiendo del uso. Un tambor giratorio perforado en una ropa que arroja el exceso agua de la ropa, por ejemplo, es un tipo de centrifugadora. Un tipo similar se utiliza en la industria para separar los fluidos de la materia sólida después de la trituración.



Según lo enunciado por Sir Isaac Newton en su primera ley del movimiento, un cuerpo que se mueve libremente (como una pelota) tiende a viajar en línea recta y, si se lo dirige a lo largo de una trayectoria curva por alguna fuerza de restricción (como el resultado sería una cuerda de mano atada a él), ejercerá una fuerza contra la fuerza directriz o restrictiva en su esfuerzo continuo por volar en un curso tangencial recto. Es una observación familiar que un objeto que gira en un círculo ejerce una fuerza que se aleja del centro de rotación. Esta fuerza, que es el tirón hacia afuera de la pelota en su cuerda, es la fuerza centrífuga. Además, existe una apreciación general del hecho de que la cantidad de esta fuerza se puede incrementar aumentando la velocidad angular de rotación, la masa del objeto o el radio del círculo a través del cual se mueve el objeto. Quizás no se aprecia tan generalmente el hecho de que, mientras que la fuerza centrífuga es directamente proporcional al radio y a la masa, es proporcional al cuadrado de la velocidad angular. Por ejemplo, duplicar la masa del objeto giratorio aumentará la fuerza centrífuga en un factor de 2, pero duplicar el número de revoluciones por minuto (rpm) aumentará la fuerza centrífuga en un factor de 4 (igual a 2 veces 2); de manera similar, aumentar la velocidad en un factor de 10 aumentará la fuerza en un factor de 100 (es igual a 10 veces 10). La fuerza centrífuga se expresa mediante la relación básica F = 2/ R = 4π2 Minnesota 2 R ; F es la fuerza centrífuga, metro la masa, R el radio, v la velocidad, y norte el número de revoluciones por segundo.



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La fuerza centrífuga a menudo se compara directamente con el peso (atracción de la gravedad) del objeto, y la cantidad de fuerza se expresa como tantas veces la gravedad o tantas veces. gramo . Mediante el uso de aparatos de investigación especiales, se han producido fuerzas superiores a 5.000.000 de veces la gravedad al girar pequeños rotores metálicos del tamaño de un guisante a velocidades superiores a 1.000.000 de revoluciones por minuto.

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El elemento giratorio de una centrífuga suele ser impulsado alrededor de un eje fijo por un motor eléctrico , o por una turbina de aire en algunas máquinas de alta velocidad, y se conoce como rotor, tazón o tambor. Para minimizar la vibración y la tensión en el eje y los cojinetes, es esencial que un rotor cargado esté bien equilibrado, es decir, que su masa total esté distribuida de tal manera alrededor del eje de rotación que la resultante de todas las fuerzas elementales sea cero. Si los rodamientos son adecuados para altas velocidades y si se dispone de suficiente potencia para superar la resistencia a la fricción de los rodamientos, la única limitación a la velocidad de un rotor bien equilibrado es la resistencia contra la rotura del material del que está hecho.



Por ejemplo, un rotor con un diámetro de 15 cm (6 pulgadas) utilizado en ciertos estudios biológicos y diseñado especialmente para altas velocidades tiene una velocidad límite para el funcionamiento de rutina de aproximadamente 60.000 revoluciones por minuto. En un rotor de diseño dado, la velocidad angular máxima que se puede obtener antes de la ruptura es, en una aproximación cercana, inversamente proporcional al diámetro del rotor. Por lo tanto, un rotor pequeño que tiene sólo la mitad del diámetro de uno más grande se puede girar con la misma seguridad al doble de la velocidad angular y con la producción en el periferia del doble de la fuerza centrífuga.

El uso más amplio de las centrífugas es para la concentración y purificación de materiales en suspensión o disuelto en líquidos. Las partículas en suspensión más densas que el líquido en suspensión tienden a migrar hacia la periferia, mientras que las menos densas se mueven hacia el centro. La rapidez con la que procede la migración depende de la intensidad del campo centrífugo, la diferencia entre la densidad de la partícula y la del líquido en suspensión, la viscosidad del líquido, el tamaño y la forma de la partícula y, hasta cierto punto, la concentración de las partículas y el grado en que están cargadas eléctricamente. La fuerza motivadora neta ejercida sobre la partícula es la diferencia entre el campo centrífugo que actúa sobre ella y la flotabilidad opuesta del líquido. Si todo lo demás es igual para dos partículas, una con un diámetro 10 veces mayor que la otra solo requerirá1/100tanto campo centrífugo promedio para mover una distancia dada en un tiempo dado como el más pequeño.

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A partir de la discusión anterior, está claro que se puede producir una separación prácticamente completa del medio de suspensión y las partículas suspendidas si se deja que continúe la centrifugación hasta que todas las partículas se hayan recogido contra la pared exterior del recipiente giratorio o centrífuga. También debe tenerse en cuenta que se puede realizar una separación parcial de dos grupos de partículas en suspensión de diferente tamaño permitiendo que la centrifugación continúe solo el tiempo suficiente para que todas las partículas más grandes se empaqueten completamente en el sedimento, ya que entonces muchas de las partículas pequeñas todavía estará suspendido en el líquido. Si se desea la separación tanto de las partículas más grandes como de las más pequeñas, se puede extraer el fluido de la superficie y resuspender el sedimento en algún líquido adecuado y posteriormente centrifugar de nuevo para efectuar una separación adicional.



Las centrífugas se pueden clasificar en tres categorías generales dependiendo de si el recipiente de centrifugado giratorio que contiene el material a separar tiene una pared sólida, una pared perforada o alguna combinación de las dos. Además, pueden caracterizarse según si el material se trata en un proceso de flujo continuo, un proceso por lotes o una combinación de los procesos anteriores.