Zentrifugen

Funktionsweise

Die Zentrifuge arbeitet mit Massenkräften, die auf der Zentrifugalkraft beruhen. Diese Kraft ensteht durch eine gleichmäßige Bewegung (Kreis) des zentrifugierten Stoffs. Also genau gesagt, werden die Stoffe/Partikel mit der höhreren Dichte aufgrund der Trägheit nach außen befördert, wo sie dann durch Öfnungen gesondert gesammelt werden. Dieses Verfahren wird zur Trennung von Stoffen genutzt.

Zentrifugalkraft Was ist die Zentrifugalkraft? Die Zentrifugalkraft ist die Kraft, von der man sich bei einer Drehbewegung nach außen gedrückt fühlt. In Wirklichkeit ist diese Kraft allerdings eine Scheinkraft: was man spürt, ist die Trägheit des eigenen Körpers, der nach außen drückt.

Zentrifugalkraft berechnen (Formel)

Gleich vorweg gesagt, es gibt mehr als nur eine Formel. Wir werden uns jetzt mal zwei Formel anschauen.

Formel 1

$\color{blue}F = \frac{m\cdot v^2}{r}$

Physikalische Größen

F = Zentrifugalkraft in Newton
m = Masse in Kilogramm
v = Geschwindigkeit in Meter pro Sekunde

Beispiel: Peter schleudert eine Masse von 4kg mit einer Geschwindigkeit von 15m/s auf einer Kreisbahn mit einem Radius von 0,70 Metern. Wie groß ist die Kraft?

4KG*(15m/s)²/0,70 = 1285,71 N

Formel 2

$\color{blue}F = m\cdot a$

Erklärung:

F = Zentrifugalkraft in Newton
m = Masse in kg
a = Beschleunigung in Meter pro Sekunde zum Quadrat

Beispiel: Peter schleudert eine Masse von 2 kg mit einer Beschleunigung von 4m/s². Wie groß ist die Zentrifugalkraft?

2Kg*4m/s²= 8N

Verwendung

Jeder kennt das Prizip aus dem privaten Gebrauch. Beispiel: Salatschleuder Hier wird die Zentrifugalkraft genutzt um den gewaschenen Salat vom Wasser zu trennen. Beispiel: Waschmaschine Hier das selbe Prinzip. Nach dem Waschvorgang kommt der Schleudergang bei dem das Wasser wieder getrennt wird.

In der Industrie findet man sie oft im Labor. Aber auch Imker nutzen diesen Vorgang zur Honiggewinnung. Olivenöl wird genau auf die gleiche Art gewonnen.

Sicherheit

Aufgrund der hohen Energie von schnell drehenden Rotoren sind Sicherheitsvorkehrungen nötig. Je stärker die Zentrifugalkräfte in einer Zentrifuge sind, desto stabiler müssen Rotorkessel und Deckel gebaut sein. Kessel und Geräte-Gehäuse müssen selbst im Fall eines brechenden Rotors die Umgebung der Zentrifuge vor Verletzung bzw. Beschädigung schützen. Kessel aus Edelstahl sind hierbei im Fall eines Rotorbruchs weitaus stabiler und somit für den Anwender sicherer als günstig hergestellte Kunststoff-Kessel. Labor-Zentrifugen oder auch Wäscheschleudern lassen sich meist nicht öffnen, erst wenn der Rotor stopt lässt sich der Deckel/Tür öfnen. Das stopen des Rotors löst einen Sicherheitsschalter aus, der das Öffnen erst möglich macht.

Zentrifugenbauarten

• Dekanter (Vollmantelschneckenzentrifuge)
• Tellerzentrifuge