Центрифуга

Лабораторная центрифуга

Центрифуга для отжима белья после стирки

Центрифу́га — устройство, (машина или прибор), служащее для разделения сыпучих тел или жидкостей различного удельного веса и отделения жидкостей от твёрдых тел путем использования центробежной силы. При вращении в центрифуге частицы с наибольшим удельным весом располагаются на периферии, а частицы с меньшим удельным весом — ближе к оси вращения.

Центрифуги применяются в лабораторной практике, в сельском хозяйстве для очистки зерна, выдавливания мёда из сот, выделения жира из молока^[1] (см. сепаратор), в промышленности для обогащения руд, в крахмало-паточном производстве, в текстильном производстве, в прачечных для отжима воды из белья и т. п. Высокоскоростные газовые центрифуги применяются для разделения изотопов, в первую очередь изотопов урана в газообразном соединении (гексафториде урана UF₆).

Эффект самобалансировки

Эффект самобалансировки можно наблюдать у центрифуг, предназначенных для отжимания белья. При наборе оборотов центрифугу сначала начинает трясти, потом проходит пик тряски, тряска уменьшается, и центрифуга выходит на рабочие обороты.

В случае, если бельё расположено слишком неравномерно, эффект самобалансировки может не наступить. В этом случае выход на рабочие обороты становится невозможным — центрифуга идёт в «разнос» (начинает задевать барабаном за корпус, издавая стуки).

Эффект самобалансировки основан на том, что тело, не имеющее жёстко заданной оси вращения, вращается относительно своего центра масс (к примеру, если раскрутить лежащую на столе шариковую ручку, или мобильный телефон).

Технически это реализуется эластичным подвесом барабана центрифуги (часто вместе с приводным электродвигателем) к основному корпусу устройства. Эластичный подвес (как правило, резиновые демпферы) даёт возможность барабану центрифуги смещаться в радиальном направлении (в любую сторону) до нескольких сантиметров. Наклон и осевые смещения при этом фиксируются относительно жёстко.

При вращении барабан стремится вращаться относительно своего центра масс, смещая ось привода на некоторый радиус (равный расстоянию от оси до центра масс). Если это расстояние укладывается в ход эластичного подвеса, барабан центрифуги вращается относительно своего центра масс, а ось привода (и подвес) движется по окружности, которую при этом описывает центр барабана. (Ввиду малого диаметра окружности и большой частоты вращения зрительно это движение воспринимается как вибрация). При изменении положения центра масс (неравномерный отжим воды) барабан начинает вращаться относительно этого нового центра, а ось привода и подвес — «сопровождать» изменённые круговые движения центра барабана.

Самобалансировку, как правило, применяют в центрифугах с вертикальным барабаном (проще устройство подвеса и возможно предварительное равномерное расположение материала), однако этот эффект (в некоторой степени) также применяется в стиральных машинах-автоматах — в них эластично подвешивается не барабан и его привод, а весь бак, что возможно благодаря меньшему числу оборотов барабана. При отжиме бак вместе с осью барабана совершает круговые движения (видимые как вибрирование), а эластичная подвеска отделяет (и допускает) эти перемещения от основного корпуса.

Также в центрифугах (в частности, на некоторых стиральных машинах-автоматах) иногда применяется автоматическая балансировка (в процессе работы) — смещение предварительно закреплённых противовесов (под управлением электроники), для приведения центра масс барабана на геометрическую ось вращения.

Центрифуги для лабораторных целей

Центрифуги для лабораторных целей классифицируются по скорости вращения ротора или по суммарному объёму загруженных образцов.

По объёму:

• Микроцентрифуги (обработка пробирок типа eppendorf, 1,5-2,0 мл каждая),
• общелаборатоные центрифуги (суммарный объём образца около 0,5 л),
• специализированные центрифуги повышенного объема (обычно до 6 л). Примером специализированных центрифуг служат центрифуги для обработки крови. Устройство такой центрифуги узко специализировано под одну задачу — вращение полиэтиленовых контейнеров с кровью. У такой центрифуги мотор повышенной мощности, однако скорость вращения ротора значительно ниже чем у аналогичной по энергопотреблению центрифуги.

Следует иметь в виду, что объём образца для центрифуги рассчитывается при допущении что его плотность равна 1 г/см², если плотность образца выше 1,2 г/см² требуется уменьшить объём обрабатываемого материала, иначе центрифуга может сломаться.

По скорости:

• Микроцентрифуги (обработка пробирок eppendorf, обычно не требует высоких скоростей) — скорость до 13 400 об/мин,
• общелаборатоные центрифуги — обладают значительной универсальностью могут работать и с пробирками типа eppendorf и другими емкостями скорость вращения ротора от 200 об/мин до 15 000 об/мин,
• центрифуги с высокой производительностью они же скоростные — решают все возможные лабораторные задачи (кроме ультрацентрифугирования); скорость вращения ротора от 1000 об/мин до 30 000 об/мин. Производство таких центрифуг освоили только две фирмы: Beckman Coulter и Hitachi
• Последняя скоростная категория — ультрацентрифуги скорость вращения ротора от 2000 об/мин до 150 000 об/мин. Такие центрифуги производят тоже только Beckman Coulter и Hitachi.

По типу питания (касается Beckman Coulter):

• Однофазные
• Двухфазные (кабель питания содержит проводники: L1, L2, L3, N, PE, однако линия L2 отрезана, по этому центрифуги двухфазные, а не трёх фазные).

Если вы способны установить вашу центрифугу на стол, то такая центрифуга будет настольной, если центрифуга большая, имеет ножки (ролики) такая центрифуга скорее всего напольная. Напольные центрифуги требуют особого внимания при установке в связи с их значительным энергопотреблением до 30А при 220В. Подключать их можно к системе питания TT или TN-C-S. Подключение к сиcтеме TN-C потенциально опасно поражением электрическим током. Неверное подключение проводников L и N в системе TN-C неминуемо приведёт к короткому замыканию на корпус и выходу из строя центрифуги.

Наиболее известные марки производителей центрифуг: Beckman Coulter, Hitachi, Eppendorf, Sigma, OrtoAlresa, Centurion Scientific.

Ссылки

В Викисловаре есть статья «центрифуга»

Примечания

1. ↑ Могут применяться как непосредственно для выделения жира, так и в аналитических целях

Для улучшения этой статьи желательно?: Викифицировать статью. Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.