Máy ly tâm là thiết bị được sử dụng phổ biến và không thể thiếu trong các phòng thí nghiệm và nhiều ngành công nghiệp khác. Vai trò chính của nó là giúp phân tách các hỗn hợp chất có khối lượng riêng khác nhau. Để hiểu rõ hơn máy ly tâm là gì? Nó có cấu tạo, nguyên lý hoạt động ra sao, cùng đi tìm câu trả lời rõ hơn trong bài viết dưới đây.
Máy ly tâm là gì?
Máy ly tâm có tên tiếng Anh là Centrifuge, là thiết bị có khả năng tạo ra lực ly tâm để phân tách các hợp chất, hạt vi tế, tế bào hoặc chất lỏng có khối lượng riêng khác nhau thành các cấu tử riêng biệt nhờ sức đẩy từ lực ly tâm. Máy ly tâm trong phòng thí nghiệm sử dụng các ống mẫu có gia tốc hướng tâm làm cho các hạt dày đặc hơn sẽ lắng xuống đáy ống, các chất có mật độ thấp tăng lên trên cùng.
Nguồn gốc của máy ly tâm là do Benjamin Robins (1707 – 1751) một kỹ sư quân sự người Anh đã phát minh ra một bộ cánh tay xoáy để xác định lực cản. Năm 1864, Antonin Prandtl đã đề xuất ra ý tưởng về máy ly tâm sữa để tách kem ra khỏi sữa. Ý tưởng này đã được đưa ra bởi anh trai của ông là Alexander Prandtl sau đó. Ông đã cải tiến thiết kế đó và trưng bày một máy chiết xuất bơ làm việc vào năm 1875.
Centrifuge là gì – Máy ly tâm công nghiệp (Ảnh: Internet)
Cấu tạo của máy ly tâm
Máy ly tâm có cấu tạo gồm các bộ phận cơ bản là: Phần động cơ tạo truyền động quay trực tiếp, phần rotor và adapter, phần điều khiển và phần cảm biến. Để hiểu rõ hơn về máy ly tâm là gì, tiếp theo chúng ta sẽ cùng tìm hiểu chi tiết về các bộ phận cấu tạo nên nó nhé!
Phần động cơ
Tùy vào tốc độ ly tâm cũng như lượng mẫu cần ly tâm mà các nhà sản xuất sẽ thiết kế cũng như lựa chọn động cơ phù hợp cho máy. Các yếu tố cần quan tâm: Tốc độ quay, nguồn điện AC/DC, công suất động cơ, lực mô men xoắn, đặc tính điều khiển.
Hiện nay, động cơ thường được dùng cho máy ly tâm sẽ có hai loại chính là động cơ chổi than và động cơ không chổi than. Với những sản phẩm sử dụng động cơ chổi than sẽ có ưu điểm là giá thành rẻ, có thể dễ dàng thay thế khi hỏng. Với động cơ không chổi than sẽ có thiết kế đặc biệt, giá thành cao hơn nhưng mang đến nhiều ưu điểm nổi bật. Phải kể đến các ưu điểm như không phát sinh tia lửa điện khi quay, không bị ăn mòn khi sử dụng, không cần bảo dưỡng và thay than chổi định kỳ,…
Tìm hiểu về cấu tạo máy ly tâm – Máy ly tâm là gì (Ảnh: Internet)
Phần Rotor và Adapter
Hai loại rotor chính thường được dùng cho máy ly tâm là rotor góc quay và rotor văng.
- Rotor góc: Các adapter sẽ được gắn cố định theo hình nón với góc nguyên cố định. Ưu điểm là thiết kế đơn giản, giá thành thấp và có khả năng ly tâm ở tốc độ cao. Tuy nhiên, do góc nghiên cố định nên mẫu sau khi ly tâm sẽ có phân lớp dạng đường chéo và khó tách chiết được hoàn toàn hai lớp.
- Rotor văng ngang: Các adapter có khả năng xoay quanh trục, khi rotor bắt đầu quay thì adapter sẽ ở trạng thái song song với mặt phẳng. Mẫu sau ly tâm thu được có phân lớp rõ ràng theo đường thẳng, điều này giúp việc tách các lớp dễ dàng hơn.
Phần điều khiển
Đối tượng điều khiển chính là nhiệt độ và tốc độ động cơ, thì bộ điều khiển của máy ly tâm thường được chia thành hai dạng: Điều khiển không phản hồi và điều khiển PID có phản hồi. Bộ điều khiển với màn hình LED, đồng hồ chỉ kim hoặc cao cấp hơn là màn hình cảm ứng hoặc màn hình LCD.
Tùy vào yêu cầu độ chính xác về tốc độ và nhiệt độ mà người dùng nên tham khảo ý kiến của các chuyên gia để có thể lựa chọn sản phẩm có chất lượng điều khiển cho phù hợp.
Ngoài các chức năng cơ bản trên, hiện nay, để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cao hơn, máy ly tâm còn được trang bị các bộ điều khiển có khả năng cài đặt và lưu trữ các chương trình. Ví dụ như các dòng máy ly tâm lạnh Hettich, Hermle Đức, Novapro,…
Thành phần cấu tạo của máy ly tâm (Ảnh: Internet)
Cảm biến tốc độ
Thành phần tiếp theo trong cấu tạo của máy ly tâm là gì chính là cảm biến tốc độ, cảm biến an toàn hay hệ thống cảm biến an toàn. Với những máy ly tâm cao cấp, ngoài cảm biến tốc độ sẽ được trang bị thêm các các biến sau:
Cảm biến mở cửa: Không cho máy chạy khi cửa đang mở và dừng máy lại ngay lập tức khi cửa mở trong quá trình quay.
Cảm biến cân bằng: Khi đặt mẫu bất đối xứng, cảm biến này sẽ kích hoạt cảnh báo và dừng máy ngay lập tức để đảm bảo an toàn.
Nguyên lý hoạt động của máy ly tâm
Máy ly tâm hoạt động dựa trên nguyên lý khi một vật chuyển động theo đường tròn với một vận tốc xác định, nó sẽ bị ảnh hưởng bởi gia tốc trường lực hướng vào trung tâm đường tròn.
Gia tốc trường lực này được cân bằng bởi gia tốc quán tính hướng ra khỏi trung tâm đường tròn. Gia tốc quán tính này sẽ gây ra một lực giả gọi là lực ly tâm có cùng độ lớn và hướng với gia tốc quán tính.
Lực ly tâm phụ thuộc vào các yếu tố: Khối lượng, vận tốc của vật và bán kính của đường tròn.
Công thức tính lực ly tâm:
Fc = -mΩ2/r
Trong đó:
- Fc: Lực ly tâm, đơn vị tính N
- m: Khối lượng của vật, đơn vị tính kg
- Ω: Vận tốc góc của vật, đơn vị rad/s
- r: Bán kính đường tròn, đơn vị m
Một hỗn hợp đặt trong ống ly tâm, quay với vận tốc xác định, khi ấy các phần tử có khối lượng riêng cao hơn sẽ bị lực đẩy ra xa trục quay bởi lực ly tâm, phần tử có khối lượng riêng thấp hơn sẽ bị lực ly tâm kéo gần trục quay. Vì thế, các phần tử có khối lượng riêng khác nhau sẽ được phân tách và tạo lớp khác nhau trong ống ly tâm.
Nguyên lý của máy ly tâm – Phương pháp ly tâm là gì (Ảnh: Internet)
Phân loại máy ly tâm
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại máy ly tâm khác nhau, chúng được phân loại cơ bản như sau:
- Máy ly tâm mini
- Máy ly tâm tốc độ cao
- Máy ly tâm tốc độ thấp
- Máy ly tâm lạnh
- Máy ly tâm đĩa
- Máy ly tâm dùng trong lĩnh vực y tế
Ứng dụng của máy ly tâm
Máy ly tâm được dùng để tách hỗn hợp lỏng – lỏng hoặc rắn – lỏng thành các thành phần riêng biệt. Máy có một rotor quay tốc độ lớn tạo ra lực ly tâm cao. Khi máy ly tâm hoạt động, nguyên liệu sẽ chuyển động quay cùng với rotor của máy. Dưới tác dụng của lực ly tâm, các phần tử có khối lượng riêng khác nhau sẽ được phân thành từng lớp theo hướng của gia tốc trường lực. Những phần tử có khối lượng riêng nhỏ nhất sẽ tập trung ở tâm rotor, còn các phần tử có khối lượng riêng lớn nhất sẽ tập trung ở vùng xa rotor nhất.
Máy ly tâm dùng để làm gì – Ứng dụng trong công nghiệp và các nghiên cứu (Ảnh: Internet)
Vậy ứng dụng của máy ly tâm là gì? Máy ly tâm được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực, cụ thể như:
- Máy ly tâm giúp tách các phân tử gây cháy, tách vi khuẩn.
- Ly tâm trước khi lọc sẽ giúp tăng năng suất máy, giảm thời gian và giảm hao phí trong sản xuất dầu thực vật, nước quả,…
- Giúp thu enzyme sau thời gian nuôi cấy.
- Giúp làm sạch và tách tạp chất trong sản xuất tinh bột, dầu ăn,… giúp nâng cao chất lượng sản phẩm.
- Giúp thu nhận chế phẩm enzyme sau khi kết tủa bằng cồn.
- Khai thác, thu nhận sản phẩm từ hỗn hợp gồm pha rắn và các dung dịch bao quanh nó như thu đường glucozo, mì chính, sacarozo,…
- Ly tâm giúp phân chia sản phẩm, chẳng hạn như tách sữa, bơ,…
>>> Có thể bạn quan tâm: Máy khuấy từ là gì?
Kết luận
Trên đây là những thông tin chi tiết giải đáp câu hỏi máy ly tâm là gì và cấu tạo hoạt động của máy. Máy ly tâm là công cụ quan trọng trong việc tách cách chất trong các mẫu thử. Nó đóng góp vào sự phát triển, hiểu biết trong nghiên cứu và các ứng dụng công nghiệp. Việc vận dụng tốt máy ly tâm sẽ giúp nâng cao hiệu suất và chất lượng trong quá trình thực hiện các thí nghiệm hay sản xuất công nghiệp.
Jasmine Wu – Hapoin
