Da un lato, tutta la centrifugazione è essenzialmente la stessa. La gravità separerà sempre naturalmente materiali di diversa densità. Utilizzando una centrifuga è possibile accelerare e mettere a punto questo naturale processo di separazione e sedimentazione.
In generale, in termini di applicazioni, le centrifughe si dividono in due categorie principali:
●centrifughe da laboratorio
●centrifughe industriali
Diversi tipi di centrifughe hanno applicazioni diverse. Mentre la maggior parte delle centrifughe da laboratorio sono progettate e costruite per soddisfare applicazioni piuttosto ristrette, le centrifughe industriali sono diverse. Tendono ad essere costruiti come dispositivi per scopi più generici e vengono quindi programmati o personalizzati per eccellere in determinate applicazioni. Molte centrifughe industriali ad alta velocità possono effettivamente servire a scopi completamente diversi nello stesso processo di produzione (ad esempio, un birrificio potrebbe utilizzare la stessa centrifuga a dischi prima per estrarre i corpi di lievito dalla birra quando esce dai fermentatori e poi di nuovo durante una fase finale di lucidatura).
Centrifughe da banco da laboratorio
Le centrifughe da laboratorio sono generalmente dispositivi da banco. Le comuni centrifughe da banco viste nei laboratori di ricerca includono centrifughe per ematocrito, microcentrifughe, concentratori sotto vuoto, spinner per vetrini, ultracentrifughe e altro ancora. (Questo non vuol dire che i laboratori non utilizzino altro che centrifughe da banco. Ad esempio, le ultracentrifughe analitiche montate a pavimento non sono rare in alcuni campi.)
Nella maggior parte dei laboratori, la centrifugazione riguarda principalmente la separazione dei solidi dai liquidi. I campioni, ciascuno contenuto nella propria provetta o bottiglia da centrifuga, vengono caricati in un rotore. (Ci sono due tipi comuni di rotori per centrifughe nei laboratori: rotori ad angolo fisso, che mantengono tutte le provette dei campioni nella stessa posizione per l'intera operazione, e rotori basculanti, che consentono di caricare i campioni verticalmente e quindi di oscillare verso l'alto in una posizione completamente orizzontale man mano che il rotore guadagna velocità.) Mentre il rotore gira, la densità delle particelle (rispetto al fluido in cui sono sospese) le spinge sul fondo del tubo. Lì formano un sedimento chiamato "pellet". Lasciato indietro c'è il "supernatante", una soluzione isolata del campione pronta per ulteriori elaborazioni o analisi.
Questa disposizione, con rotori a cestello ad angolo fisso o oscillante che sostengono singoli campioni, consente di calcolare facilmente l'RCF (campo centrifugo relativo) sperimentato da ciascun campione. Questa è una misura di quanta "forza g" è stata applicata al campione. È espresso in multipli del campo gravitazionale terrestre e di solito è una parte vitale dei dati che i laboratori devono monitorare durante il loro lavoro.
Ma essere in grado di tracciare in modo affidabile e accurato le RCF va a scapito della produttività: è possibile elaborare solo un certo numero di campioni in un dato periodo ed eseguire separazioni di fluidi su larga scala semplicemente non è possibile.
Centrifugazione, sedimentazione e separazione ad alta velocità e ad alto rendimento sono il dominio delle centrifughe industriali.
Tipi di centrifugazione: centrifughe industriali ad alta velocità
Rispetto alla centrifugazione di laboratorio, la centrifugazione industriale è un ambito intrinsecamente ad alta produttività. Nessuno è particolarmente interessato alla RCF sperimentata dal fluido da taglio CNC o dal latte crudo durante la sedimentazione. Pertanto, in queste centrifughe non sono presenti recipienti per campioni individuali. Il rotore è invece una ciotola solida (o in alcuni casi un cestello forato). Pertanto, i materiali possono essere alimentati continuamente nella ciotola mentre gira, consentendo (essenzialmente) la centrifugazione in linea.
Esistono due diversi tipi di separazione centrifuga industriale ad alta velocità: centrifugazione a due fasi e centrifugazione a tre fasi. La centrifugazione "a due fasi" separa i materiali misti in entrata in una "fase solida" e una "fase liquida". Confrontalo con la centrifugazione "trifase", che separa il fluido in due fasi liquide (una "pesante", solitamente acqua o a base di acqua, e l'altra "leggera", solitamente olio, oltre a una fase solida.
Centrifughe industriali "a dischi".
Per un'ampia gamma di settori (dai birrifici e i caseifici ai produttori aerospaziali e di etanolo), le centrifughe industriali più utili sono le centrifughe a dischi ad alta velocità. I "dischi" sono una serie di piastre a forma di cono disposte in una pila verticale all'interno della vasca della centrifuga. Ciò aumenta la quantità di superficie di sedimentazione disponibile e controlla il modo in cui i fluidi miscelati si mescolano e si muovono all'interno della ciotola. Ciò accelera la separazione/sedimentazione e ti offre un grande controllo preciso su ciò che accade all'interno della tua centrifuga. Il controllo migliorato consente di separare più fasi in un unico passaggio. Modificando la disposizione, l'angolo, la spaziatura e la forma della pila, è possibile controllare con precisione il modo in cui i materiali vengono separati e adattarsi ai cambiamenti nel flusso e nella composizione del liquido. Ad esempio, sul campo, le centrifughe a dischi come la serie DX di Trucent gestiscono regolarmente separazioni trifase impegnative con un'efficienza del 70% (o migliore) in un singolo passaggio. Se necessario, il DX può passare facilmente alla separazione liquido-solido bifase e raggiungere il 90% di efficienza in un singolo passaggio.
Centrifughe industriali "Scraper Bowl".
In molte centrifughe industriali (come quelle con una vasca tubolare o una centrifuga decanter orizzontale a "vite"), è la forma complessiva del contenitore del rotore che smista i materiali mentre si separano. Le particelle solide più dense si raccolgono sulle pareti del rotore e vengono espulse da un'estremità del rotore, mentre il liquido meno denso fuoriesce dall'altra. Si potrebbe anche sostenere che questo è essenzialmente il modo in cui funziona una pila di dischi: la geometria degli interni della vasca e la disposizione dei dischi determinano il modo in cui i materiali si separano e i sedimenti si raccolgono.
Una centrifuga con "vasca raschiante" è diversa. In questa centrifuga bifase ad alte prestazioni e ad alta velocità, il rotore verticale trattiene il materiale solido durante il ciclo di processo. Il liquido misto viene introdotto nel rotore di filatura da una pompa di alimentazione. Accelera per adattarsi alla velocità del recipiente, momento in cui la forza centrifuga spinge le particelle solide fuori dalla sospensione nel liquido e le trattiene contro le pareti del rotore. Il liquido pulito defluisce quindi dal fondo del rotore verticale. Periodicamente la pompa di alimentazione viene spenta e inizia il "ciclo di raschiamento": una lama viene portata contro l'interno della vasca raccogliendo tutti i solidi catturati.
In passato, molti utenti hanno evitato le centrifughe con vasca raschiante perché la loro manutenzione si è rivelata difficile. Questo perché i vecchi modelli di vasche raschianti si basavano su disposizioni ridondanti di motori e trasmissioni che richiedevano un complesso interblocco della frizione e una manutenzione frequente. La serie S di centrifughe industriali liquido-solido di Trucent ha eliminato questa complessità. La serie S è stata costruita da zero per un funzionamento affidabile e senza problemi con un coinvolgimento minimo dell'operatore.
