Separación por centrifugación

La centrifugación es una técnica mecánica de separación que implica el uso de la fuerza centrífuga para separar las partículas contenidas en una solución. Las partículas se segregan según su tamaño, forma, densidad y velocidad del rotor. Las partículas suspendidas en una mezcla se hacen girar a alta velocidad en una máquina, llamada centrífuga, para segregar las partículas del líquido. La mezcla se separa mediante centrifugado. 

Este método se prefiere como técnica de separación donde las partículas suspendidas en el líquido son significativamente pequeñas para ser retenidas por el papel de filtro. Por lo tanto, no se puede utilizar la técnica de filtración para separarlos. El mayor tamaño y la densidad de las partículas ayudan a facilitar la filtración de estas partículas. 

Los factores que influyen en la centrifugación son:

• La densidad tanto del solvente como de la solución.
• Distancia de las partículas en suspensión desplazadas de su posición original
• Temperatura del medio
• Viscosidad del medio
• Velocidad de rotación de la centrífuga.

Centrífugo

La centrífuga consta de un rotor encerrado en una cámara refrigerada que gira mediante un motor eléctrico. La centrífuga utiliza la fuerza centrífuga para diferenciar entre las diferentes fases de densidades variables. Una centrífuga se basa en el principio de sedimentación, es decir, las partículas de mayor densidad se asientan en el fondo del recipiente. 

Se observa que la fuerza centrífuga es proporcional a la velocidad de rotación del rotor. La aceleración centrífuga hace que las partículas suspendidas se muevan en una dirección tangencial hacia el exterior. 

Principio

La técnica de centrifugación depende del hecho de que si agitamos cualquier objeto a una velocidad angular constante moviéndose en un movimiento circular, está sujeto a una fuerza dirigida hacia afuera, digamos F. La fuerza de centrifugación depende de la velocidad angular en radianes. , omega, y el radio de giro r, en cm. 

Tenemos,

F= ω ² r

Derivación de la fuerza centrífuga

sol = 

ω = 2πn

Sustituyendo por ω, obtenemos, 

sol = 

sol = 

G = 1,12 × 10-3 rn ²

G = 1,12 × 103 r (RPM) ²

dónde:

r = distancia desde el eje de rotación (m)

ω = velocidad angular 

g = aceleración de la gravedad 

n = velocidad de rotación, RPM

Proceso de centrifugación 

La centrifugación depende básicamente de la siguiente secuencia de pasos: 

• Una mezcla de partículas finas suspendidas se toma en un tubo de ensayo y se toma en un líquido.
• Colocamos el tubo de ensayo en una máquina llamada centrífuga, que se hace girar rápidamente.
• Debido a la acción de la fuerza, las partículas pesadas en suspensión se depositan en el fondo.
• El solvente aparece como un líquido claro y claro en la parte superior.

Rotores de centrífuga

Hay básicamente dos tipos de rotores: 

• Rotor de ángulo fijo
  • Las partículas que sedimentan tienen que cubrir solo una corta distancia para viajar antes de granularse.
  • Rotor más utilizado.
  • Tiempo de ejecución más corto.

• Rotor de cuchara basculante
  • Una mayor distancia de viaje permite una mejor separación, por ejemplo, la centrifugación en gradiente de densidad.

Aplicaciones

• Partículas de arcilla suspendidas en agua como disolvente
• Separación de la nata de la leche 
  Esta técnica se puede utilizar en diarios para separar la nata de la leche. La leche se almacena en un recipiente encerrado dentro de una máquina centrífuga que gira a muy alta velocidad hasta que la nata y la leche desnatada se segregan en diferentes componentes.
• Lavadoras para escurrir el exceso de agua de la ropa y secarla.
• En laboratorios para la realización de determinados tipos de análisis de sangre y orina.
• Tratamiento de aguas
• Industria petrolera para separar los sólidos de los líquidos de perforación.
• Aplicaciones comerciales
  • En la industria azucarera se utilizan centrífugas con un peso de lote de hasta 2.200 kg por carga para separar los cristales de azúcar de las aguas madres.
  • Centrífugas independientes para secar ropa (lavada a mano), normalmente con salida de agua.
• Recogida y estabilización del vino.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: Ilustre un ejemplo de centrifugación de la vida diaria. 

Responder:

La centrifugación se puede utilizar para extraer mantequilla de la cuajada batiendo la cuajada a una velocidad rotatoria muy alta. 

Pregunta 2: Explique algunas características de la fuerza de centrifugación.

Responder:

• La fuerza es fuerte en magnitud.
• Actúa en dirección perpendicular al eje de giro.
• La fuerza actúa en una dirección hacia afuera.

Pregunta 3: Deja que una partícula se mueva con una velocidad de 8 m/s alrededor de un parque circular de 4 m de radio. Calcular la aceleración radial. 

Responder:

La aceleración radial viene dada por , v ² /r

Sustituyendo valores, 

= 8 ² / 4 

= 16 m/s ²

Pregunta 4: ¿Qué cosas se deben tener en cuenta al usar una centrífuga?

Responder:

• Siempre debe colocarse sobre un soporte fuerte y estable.
• Las botellas o contenedores de centrífuga siempre deben validarse para detectar grietas.
• Se debe mantener la velocidad de centrifugado correcta.

Pregunta 5: ¿Qué sucede en caso de que no haya diferencia en la densidad del soluto y el solvente?

Responder:

Las partículas suspendidas en el solvente se quedan quietas en caso de que no se observe diferencia en la densidad de soluto y solvente de la mezcla. 

Pregunta 6: Explique los diferentes tipos de centrífuga. 

Responder:

Centrífuga de baja velocidad	Centrífuga de alta velocidad	Ultracentrífuga
Se utiliza principalmente para la sedimentación de partículas pesadas.	Experimentos sofisticados	Utilizado con fines analíticos.
Sin controles de temperatura	Tener controles de temperatura	Tener controles de temperatura
4000-5000 rotaciones por minuto	15000-20000 rotaciones por minuto	65000 rotaciones por minuto

Pregunta 7: Diferenciar entre centrifugación y filtración. 

Responder:

Filtración	centrifugación
El tamaño de las partículas a extraer es ligeramente más pequeño.	El tamaño de las partículas a extraer es mucho más pequeño.
Utiliza un medio filtrante, como una pantalla de filtro o papel.	Utiliza una máquina rotatoria, llamada centrífuga.
No utiliza fuerza de centrifugación.	Utiliza la fuerza de centrifugación