O que é a centrifugação e por que é usada

O que é a centrifugação e por que é usada


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O termo centrífuga pode se referir a uma máquina que abriga um recipiente de rotação rápida para separar seu conteúdo por densidade (substantivo) ou ao ato de usar a máquina (verbo). O dispositivo moderno tem suas origens em um aparelho de braço giratório projetado no século 18 pelo engenheiro Benjamin Robins para determinar o arrasto. Em 1864, Antonin Prandtl aplicou a técnica para separar leite e creme. Seu irmão refinou a técnica, inventando uma máquina de extração de gordura de manteiga em 1875. Embora as centrífugas ainda sejam usadas para separar os componentes do leite, seu uso se expandiu para muitas outras áreas da ciência e da medicina. As centrífugas costumam ser usadas para separar diferentes líquidos e partículas sólidas dos líquidos, mas podem ser usadas para gases. Eles também são usados ​​para outros fins que não a separação mecânica.

Como funciona uma centrífuga

Uma centrífuga recebe esse nome de força centrífuga - a força virtual que puxa objetos giratórios para fora. A força centrípeta é a força física real no trabalho, puxando objetos em rotação para dentro. Girar um balde de água é um bom exemplo das forças em ação. Se o balde girar rápido o suficiente, a água é puxada para dentro e não derrama. Se o balde estiver cheio com uma mistura de areia e água, girá-lo produz centrifugação. De acordo com o princípio da sedimentação, a água e a areia no balde serão atraídas para a borda externa do balde, mas as densas partículas de areia se depositarão no fundo, enquanto as moléculas de água mais leves serão deslocadas em direção ao centro.

A aceleração centrípeta simula essencialmente uma gravidade mais alta, no entanto, é importante ter em mente que a gravidade artificial é uma faixa de valores, dependendo de quão próximo um objeto está do eixo de rotação, e não um valor constante. O efeito é maior quanto mais longe um objeto fica, porque viaja uma distância maior a cada rotação.

Tipos e usos de centrífugas

Os tipos de centrífugas são todos baseados na mesma técnica, mas diferem em suas aplicações. As principais diferenças entre eles são a velocidade de rotação e o design do rotor. o rotor é a unidade rotativa no dispositivo. Os rotores de ângulo fixo mantêm as amostras em um ângulo constante, os rotores de cabeça oscilante têm uma dobradiça que permite que os vasos de amostra se movam para fora à medida que a taxa de rotação aumenta, e as centrífugas tubulares contínuas têm uma câmara em vez de câmaras de amostra individuais.

Centrífugas e ultracentrífugas de alta velocidade giram a uma taxa tão alta que podem ser usadas para separar moléculas de diferentes massas ou mesmo isótopos de átomos. Por exemplo, uma centrífuga de gás pode ser usada para enriquecer urânio, pois o isótopo mais pesado é puxado para fora mais do que o mais leve. A separação de isótopos é usada para pesquisas científicas e para fabricar combustível e armas nucleares.

As centrífugas de laboratório também giram a altas taxas. Eles podem ser grandes o suficiente para ficar no chão ou pequenos o suficiente para descansar em um balcão. Um dispositivo típico possui um rotor com orifícios angulares para segurar os tubos de amostra. Como os tubos de amostra são fixados em ângulo e a força centrífuga atua no plano horizontal, as partículas se movem uma pequena distância antes de atingir a parede do tubo, permitindo que o material denso deslize para baixo. Enquanto muitas centrífugas de laboratório possuem rotores de ângulo fixo, os rotores de balde giratório também são comuns. Essas máquinas são usadas para isolar componentes de líquidos e suspensões imiscíveis. Os usos incluem a separação de componentes sanguíneos, o isolamento do DNA e a purificação de amostras químicas.

As centrífugas de tamanho médio são comuns na vida cotidiana, principalmente para separar rapidamente líquidos de sólidos. As máquinas de lavar usam centrifugação durante o ciclo de centrifugação para separar a água da roupa, por exemplo. Um dispositivo semelhante gira a água para fora de roupas de banho.

Centrífugas grandes podem ser usadas para simular alta gravidade. As máquinas são do tamanho de uma sala ou prédio. Centrífugas humanas são usadas para treinar pilotos de teste e conduzir pesquisas científicas relacionadas à gravidade. As centrífugas também podem ser usadas como "passeios" em parques de diversões. Enquanto as centrífugas humanas são projetadas para atingir 10 ou 12 gravidades, as máquinas não humanas de grande diâmetro podem expor as amostras a até 20 vezes a gravidade normal. O mesmo princípio pode um dia ser usado para simular a gravidade no espaço.

As centrífugas industriais são usadas para separar os componentes dos colóides (como creme e manteiga do leite), na preparação química, na limpeza de sólidos do fluido de perfuração, nos materiais de secagem e no tratamento da água para remover o lodo. Algumas centrífugas industriais dependem de sedimentação para a separação, enquanto outras separam a matéria usando uma tela ou filtro. As centrífugas industriais são usadas para fundir metais e preparar produtos químicos. A gravidade diferencial afeta a composição da fase e outras propriedades dos materiais.

Técnicas relacionadas

Embora a centrifugação seja a melhor opção para simular alta gravidade, existem outras técnicas que podem ser usadas para separar materiais. Isso inclui filtração, peneiração, destilação, decantação e cromatografia. A melhor técnica para uma aplicação depende das propriedades de uma amostra e de seu volume.