Centrifuge su strojevi koji se koriste u laboratorijima, medicinskim ustanovama i industrijama za odvajanje suspendiranog materijala od medija s kojima se miješaju. To se postiže vrlo brzo okretanjem zatvorenih posuda sa smjesom oko fiksne, središnje točke. Centrifugalna sila stvorena ovim gibanjem tjera gušći materijal u suspenziji na stijenke spremnika, učinkovito ga odvajajući od otopine. Ovi se uređaji koriste za odvajanje krutih tvari od tekućih suspenzijskih medija; na primjer, oni su bitan medicinski alat za odvajanje plazme od uzoraka krvi.
Kako rade
Osnovni princip rada centrifuge je centrifugalna sila. Ako se kanta napola napunjena vodom brzo okreće u krug, preko glave i natrag na tlo, centrifugalna sila stvorena rotacijom kante tjera vodu prema dnu. To je ono što drži vodu u kanti čak i kada je okrenuta naopačke.
Većina centrifuga koristi ovu silu na sličan način, a sastoje se od kućišta s poklopcem i pogonskog središnjeg rotora. Rotor ima niz rupa po svom obodu u koje se stavljaju spremnici, obično epruvete s otopinom. Nakon što je poklopac stroja zatvoren i centrifuga uključena, rotor se okreće velikom brzinom. Kao što je slučaj s pokusom s kantom, centrifugalna sila uzrokuje da se bilo koja tvar u otopini gušća od tekućine pritisne na vanjske stijenke cijevi, odvajajući je od tekućine u procesu.
Nakon što centrifuga završi svoj ciklus, postupno se usporava i zaustavlja kako bi se spriječila bilo kakva turbulencija koja bi mogla uzrokovati ponovno miješanje otopine. Ovo razdoblje usporavanja također omogućuje da sav odvojeni materijal padne prema dnu epruvete. Nakon što se rotor zaustavi, cijev se može ukloniti i uzorci obraditi.
U nekim slučajevima, centrifuga može imati zaslon na jednom kraju, dopuštajući tekućinama da prolaze, dok krute tvari ostaju zarobljene unutar cijevi. Drugi mogu držati cijevi pod fiksnim kutom ili im dopustiti da se zamahu dok se vrte. Položaj cijevi i brzina vrtnje centrifuge mogu varirati, ovisno o vrsti otopine koja se odvaja.
Razdvajanje po gustoći
Na ovaj se način od suspenzije može odvojiti bilo koji broj suspendiranih materijala. Svaka različita tvar će se odvojiti redoslijedom svoje gustoće, tvoreći različite slojeve na dnu cijevi kada se stroj zaustavi. To je poznato kao princip sedimentacije. Na primjer, uzorak krvi stavljen u centrifugu za prikladnu duljinu ciklusa potpuno će se razbiti s težim krvnim stanicama koje se skupljaju na dnu i lakšom krvnom plazmom na vrhu. Ovo je od posebne koristi za identificiranje svih komponenti nepoznatih rješenja.
Ostale namjene
Uređaji za centrifugiranje ne koriste se samo u laboratorijima; vide široku primjenu u gospodarenju otpadnim vodama, u naftnoj industriji, pa čak iu preradi šećera i mlijeka. Medicinske i znanstvene laboratorijske centrifuge obično su mali stolni uređaji. S druge strane, industrijski strojevi koji se koriste za odvajanje magnetitne suspenzije od procesne vode u postrojenju za ugljen, mogu biti vrlo veliki.
Plinske centrifuge koje se koriste u procesu obogaćivanja urana imaju posebno dizajnirane spremnike koji uključuju strateški postavljenu unutarnju lopaticu. Kada se vrti, ova mjerica skuplja poželjni izotop urana-235, dok se teži izotop 238 skuplja na stijenkama spremnika. To je, međutim, daleko duži proces od odvajanja tekućine suspenzije, za koji je često potrebno nekoliko tisuća ciklusa.
Velike centrifuge također se koriste za izlaganje ljudi ekstremnim silama u kontroliranom okruženju. Vanjska sila koju stvara tako veliki stroj može se upotrijebiti za simulaciju ogromnih gravitacijskih sila (G-sila) koje će astronaut ili pilot borbenog aviona vjerojatno doživjeti kada putuju vrlo velikim brzinama. Geotehničko modeliranje je još jedno područje gdje se centrifuge koriste za simulaciju gravitacijskih naprezanja u prototipovima.