Istilah centrifuge dapat merujuk pada mesin yang menampung wadah yang berputar dengan cepat untuk memisahkan isinya berdasarkan kepadatan (kata benda) atau tindakan menggunakan mesin (kata kerja). Sentrifugal paling sering digunakan untuk memisahkan berbagai cairan dan partikel padat dari cairan, tetapi dapat digunakan untuk gas. Mereka juga digunakan untuk tujuan selain pemisahan mekanis.
Penemuan dan sejarah awal centrifuge
Centrifuge modern berasal dari peralatan lengan berputar yang dirancang pada abad ke-18 oleh insinyur militer Inggris Benjamin Robins untuk menentukan resistensi. Pada tahun 1864, Antonin Prandtl menerapkan teknik tersebut untuk memisahkan komponen susu dan krim. Pada tahun 1875, saudara laki-laki Prandtl, Alexender, menyempurnakan teknik tersebut, menciptakan mesin untuk mengekstraksi lemak mentega. Sementara sentrifugal masih digunakan untuk memisahkan komponen susu, penggunaannya telah meluas ke banyak bidang sains dan kedokteran lainnya.
Bagaimana cara kerja sentrifugal?
Sentrifugal mendapatkan namanya dari gaya sentrifugal , gaya virtual yang menarik benda berputar ke luar. Gaya sentripetal adalah gaya fisik aktual yang bekerja, menarik benda berputar ke dalam. Memutar seember air adalah contoh bagus dari gaya-gaya ini yang bekerja.
Jika ember berputar cukup cepat, air ditarik masuk dan tidak tumpah. Jika ember diisi dengan campuran pasir dan air, memutarnya menyebabkan sentrifugasi . Menurut prinsip sedimentasi , air dan pasir di dalam ember akan ditarik ke tepi luar ember, tetapi partikel pasir yang padat akan mengendap di dasar, sedangkan molekul air yang lebih ringan akan bergerak ke tengah. .
Akselerasi sentripetal pada dasarnya mensimulasikan peningkatan gravitasi, namun penting untuk diperhatikan bahwa gravitasi buatan adalah rentang nilai, bergantung pada seberapa dekat suatu objek dengan sumbu rotasi, bukan nilai konstan. Efeknya lebih besar semakin jauh suatu objek karena ia menempuh jarak yang lebih jauh dengan setiap rotasi.
Jenis dan kegunaan sentrifugal
Semua jenis sentrifugal didasarkan pada teknik yang sama tetapi berbeda dalam penerapannya. Perbedaan utama antara keduanya adalah kecepatan putaran dan desain rotor . Rotor adalah unit berputar di perangkat. Rotor sudut tetap menahan sampel pada sudut konstan, rotor kepala ayun memiliki engsel yang memungkinkan wadah sampel berayun saat kecepatan putaran meningkat, dan sentrifugal tubular kontinu memiliki satu ruang, bukan ruang sampel individual.
Pemisahan molekul dan isotop: Sentrifugal dan ultrasentrifugal berkecepatan sangat tinggi berputar dengan kecepatan tinggi sehingga dapat digunakan untuk memisahkan molekul dengan massa berbeda atau bahkan isotop atom. Pemisahan isotop digunakan untuk penelitian ilmiah dan untuk membuat bahan bakar nuklir dan senjata nuklir. Misalnya, sentrifugal gas dapat digunakan untuk memperkaya uranium , karena isotop yang lebih berat diekstraksi lebih banyak daripada isotop yang lebih ringan.
Di laboratorium: Sentrifugal laboratorium juga berputar dengan kecepatan tinggi. Mereka bisa cukup besar untuk berdiri di lantai atau cukup kecil untuk diletakkan di atas meja. Perangkat tipikal memiliki rotor dengan lubang yang dibor pada sudut untuk menahan tabung sampel. Karena tabung sampel dipasang pada suatu sudut dan gaya sentrifugal bekerja pada bidang horizontal, partikel bergerak dalam jarak pendek sebelum mengenai dinding tabung, memungkinkan material padat meluncur ke bawah. Sementara banyak sentrifugal laboratorium memiliki rotor sudut tetap, rotor ember berayun juga umum. Mesin ini digunakan untuk mengisolasi komponen dari cairan dan suspensi yang tidak bercampur . Kegunaan termasuk pemisahan komponen darah, isolasi DNA, dan pemurnian sampel kimia.
Simulasi gravitasi tinggi: Sentrifugal besar dapat digunakan untuk mensimulasikan gravitasi tinggi. Mesin-mesin tersebut seukuran ruangan atau gedung. Sentrifugal manusia digunakan untuk melatih pilot uji dan melakukan penelitian ilmiah terkait gravitasi. Sentrifugal juga dapat digunakan sebagai wahana taman hiburan. Sementara sentrifugal manusia dirancang untuk mencapai 10 atau 12 gravitasi, mesin non-manusia berdiameter besar dapat memaparkan sampel hingga 20 kali gravitasi normal. Prinsip yang sama suatu hari nanti dapat digunakan untuk mensimulasikan gravitasi di ruang angkasa.
Sentrifugal industri digunakan untuk memisahkan komponen koloid (seperti krim dan mentega dari susu), dalam persiapan bahan kimia, membersihkan padatan dari cairan pengeboran, mengeringkan bahan, dan mengolah air untuk menghilangkan lumpur. Beberapa sentrifugal industri mengandalkan sedimentasi untuk pemisahan, sementara yang lain memisahkan materi menggunakan layar atau filter. Sentrifugal industri digunakan untuk melelehkan logam dan menyiapkan bahan kimia. Gravitasi diferensial memengaruhi komposisi fase dan sifat material lainnya.
Aplikasi Sehari-hari: Sentrifugal berukuran sedang umum digunakan dalam kehidupan sehari-hari, terutama untuk memisahkan cairan dari padatan dengan cepat. Mesin cuci menggunakan putaran selama siklus putaran untuk memisahkan air dari pakaian. Perangkat serupa memutar air dari pakaian renang. Pemintal salad, digunakan untuk mencuci lalu mengeringkan selada dan sayuran lainnya, adalah contoh lain dari pemintal sederhana.
Teknik Terkait
Sementara sentrifugasi adalah pilihan terbaik untuk mensimulasikan gravitasi tinggi, ada teknik lain yang dapat digunakan untuk memisahkan material. Ini termasuk filtrasi , pengayakan, distilasi, dekantasi , dan kromatografi . Teknik terbaik untuk aplikasi bergantung pada sifat sampel yang digunakan dan volumenya.
