Centrifuga

Laboratóriumi asztali centrifuga

Kézi hajtású laboratóriumi centrifuga

A centrifuga gép, mely egy alkatrész tengely körüli gyors forgatásával a nehézségi gyorsulásnál sokkal nagyobb gyorsulást képes előállítani a centrifugális erő segítségével. A centrifugákat az iparban szuszpenziók, emulziók, zagyok alkotóinak szétválasztására használják fel de fiziológiai vizsgálatokra, izotópok szétválasztására is alkalmazzák. A háztartásban a mosás utáni nedves textíliák víztartalmának csökkentésére használják (többnyire a mosógéppel egybeépítve). Vadászrepülők és űrhajósok kiképzése során nagy méretű centrifugát használnak a repülés során majdan fellépő gyorsulásokhoz való szoktatás céljából.

Az ábrán látható laboratóriumi készülék forgórészébe a forgástengellyel szöget bezáró furatokat képeztek ki. Ebbe lehet behelyezni a kémcsöveket, indítása csak a fedél lezárása után lehetséges. A laboratóriumi centrifugákban folyadékmintákat választanak szét. Némely centrifuga különösen nagy (20 000 1/min) fordulatszámon dolgozik, ezeket indítás előtt gondosan ki kell egyensúlyozni és gondoskodni kell róla, hogy üzem közben ne érje a berendezést lökés.

Elméleti tudnivalók

A centrifugák üzemi jellemzőjeként a szögsebesség vagy percenkénti fordulatszám megadása nem elegendő, hanem az elérhető centripetális gyorsulása jellemző. Ezt RCF (angolul: 'relative centrifugal force') értékkel szokás megadni, ami azt fejezi ki, hogy az elérhető gyorsulás hányszorosa a nehézségi gyorsulásnak, más szóval: a próba súlya hányszorosára nő centrifugálás alatt:

${\text{RCF}}={\frac {r\omega ^{2}}{g}}$

ahol

$\textstyle g$ a földi nehézségi gyorsulás,

$\textstyle r$ a próba sugara,

$\omega$ a szögsebesség [radián/s]-ban

Az összefüggés így is átírható:

${\text{RCF}}=1{,}11824396\cdot 10^{-5}\cdot r\cdot n^{2}$

ahol

$\textstyle r_{\ }$ a cm-ben mért sugár és

$\textstyle n_{\ }$ a percenkénti fordulatszám.

Tejszeparátor hirdetése a 20. század elejéről

A centrifuga története

Benjamin Robins angol hadmérnök (1707–1751) forgó karral ellátott berendezést talált fel a légellenállás mérésére. 1864-ben Antonin Prandtl feltalálta a tejszín és a tej szétválasztására szolgáló tejcentrifugát. 1879-ben Gustaf de Laval bemutatta az első folyamatos működésű tejszeparátort, mely elindította széles körű alkalmazását.

A centrifugák típusai

Az ülepítésre és szűrésre szolgáló centrifugák kialakításának egyik problémája, hogy a forgórész kiegyensúlyozottsága a dob kerületére tapadó inhomogén szárazanyag miatt elromlik és ez erős rezgésekhez, esetleg a töréshez vezethet. Ennek megakadályozására legtöbbször önkiegyenlítő megoldásokat alkalmaznak. Ezek lényege, hogy a forgórészt rugalmasan ágyazzák, a rugómerevséget úgy választva, hogy a rendszer rezonancia-fordulatszáma jóval az üzemi alatt legyen, így a kialakuló rezgések ugyan fellépnek, de alacsony értéken tarthatók és nem terhelik a környezetet. Ez a gondolatmenet érvényes a háztartási mosógépekre is, melyek dobja a mosás végén centrifugaként működik: a motort nagy fordulatszámra kapcsolva kinyomja az öblítővíz nagy részét a tiszta ruhából. Érzékelhető, hogy centrifugálás közben a gép nyugodtan jár, leálláskor áthalad a rezonancia-fordulatszámon, ami átmenetileg nyugtalanabbá teszi a mosógépet, de veszélyt nem jelent, mert itt a centrifugális erő az alacsony fordulatszám miatt sokkal kisebb.

A szakaszos üzemű 'inga centrifugák' hengeres dob forgórésszel készülnek. A hajtómotor és a centrifuga dob csapágyazása egy közös keretre van szerelve, mely a gép alapkeretéről három gömbcsuklós ingarúdon függ. Ezek lehetővé teszik a keret rugalmas elmozdulását a tengelyre merőleges síkban és így az önkiegyensúlyozást.

A 'Weston-féle függő centrifugák függőleges tengelyű motorja mereven rögzített. A motor tengelyéhez hosszú, rugalmas tengely csatlakozik, melynek alsó végre szerelik a centrifuga dobot.

Egyes esetekben a dobba kúpos lemezeket is beépítenek, vagy magát a dobot kúposra képezik ki, itt az ülepítési úthossz csökken és így nő a berendezés hatékonysága.

Vízszintes tengelyű ülepítő centrifugáknál a dobon kívül egy lassabb fordulatszámmal forgó csiga távolítja el folyamatosan a kiülepedő iszapot.

Igen nagy fordulatszámú sorba kapcsolt, folytonos üzemű centrifugákat használnak az urán izotópjainak szétválasztására urán-hexafluorid gázból.

Egészen más típusú centrifugákat használnak pilóták és űrhajósok fiziológiai vizsgálatára. Az ilyen próbák során a szervezet reakcióját tesztelik nagy gyorsulásokra, melyek műrepülés vagy rakéták indítása során érik a személyzetet.

• 
  Laboratóriumi centrifuga
• 
  Lemezes centrifuga
• 
  Vízszintes tengelyű ülepítő csigával
• 
  Gáz centrifuga vázlata
• 
  A NASA 20 g gyorsulású centrifugája

Források

• Dr. Pécs Miklós: Biológiai iparok elválasztási műveletei - Centrifugálás Archiválva 2012. április 17-i dátummal a Wayback Machine-ben
• Szepesi G. - Venczel G. - Völgyes L.: Centrifugálás alapjai (vázlat)
• Cséfalvay Edit, Mika László Tamás: Vegyipari művelettan. Jegyzet