Centrifugacion

CENTRIFUGACIÓN

• Fundamentos. Teoría de la centrifugación
• Fuerzas intervinientes
• Tipos de centrífugas
• Tubular
• De discos
• Filtración centrífuga

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SEDIMENTACIÓN
Se basa en la diferencia de densidades entre un sólido y
el líquido que lo rodea. Solamente está influenciada por
la gravedad.

CENTRIFUGACIÓN
Proceso en el cual la sedimentación se acelera por la
aplicación de una fuerzacentrífuga.
A través de este procedimiento se separan materiales
de diferente densidad aplicando una fuerza superior a la
de la gravedad.
En bioprocesados suele utilizarse para:
- separar células del caldo de fermentación
- eliminar desechos celulares
- recoger precipitados
- preparar medios de filtración

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En general, requiere un equipamiento más costoso que
para filtración, pero es un procedimientomás efectivo en
aquellos casos en los cuales se tienen partículas más
pequeñas.

Teoría:
Cuando una partícula de sólido se mueve a través de un
medio continuo, su velocidad se ve afectada por 2
fuerzas:
- Por un lado la partícula se acelera por la fuerza
resultante de la diferencia que existe entre su
densidad y la del medio en el cual está sumergida.
- Por otro lado, existe una fuerza dereacción a la
acción anterior que tiende a detener el movimiento de
la partícula.

Por ej. el caso mas sencillo es el de una esfera, en la
cual podemos ver que la fuerza de empuje viene dada
por:

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FB = [ π d3 /6 ρs - ρ ] a
Donde:
d: es el diámetro de la esfera
ρs: densidad de la esfera
ρ: es la densidad del fluido
a: aceleración de la partícula
Por su parte, la fuerza que se opone al movimiento de lapartícula viene definida por la ley de Stokes:

FD = 3π d μ v
Donde:
μ: es la viscosidad del medio
v: es la velocidad de la partícula
Se considera que las aproximaciones anteriores se
cumplen para esferas pequeñas:

dρv/μ<1
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La relación anterior habitualmente se cumple para los
fluidos biológicos.
Entonces,
Cuando la partícula comienza a moverse en la solución,
lo hace a baja velocidad y la FDes pequeña. Luego la
partícula se acelera hasta que las fuerzas se igualen:

FB = FD
De allí podemos conocer su velocidad, donde la
aceleración (a) será g en la sedimentación y w2r en la
centrifugación.
Algunos aspectos de interés:
La efectividad del proceso depende de la velocidad que
alcanza la partícula dentro de la centrífuga, en
comparación con lo que ocurriría bajo influencia de lagravedad.
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La relación de velocidades de la partícula en la
centrífuga respecto de aquella observada con gravedad
se conoce como efecto centrífugo o número g:

Z = w2 r / g

La fuerza desarrollada en una centrífuga es Z veces la
de la fuerza de gravedad.
Centrífugas Industriales: poseen factores de Z desde
300 a 16000.
Centrífugas de Laboratorio: pueden alcanzar valores de
Z de 500000
En una centrífuga,la sedimentación se produce cuando
las partículas que se alejan del centro de rotación
colisionan con las paredes de la cesta.

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De las expresiones anteriores podemos ver que la
velocidad de la partícula puede aumentarse en una
centrífuga por:

- ↑ de w
- ↑ de d
- ↑ (ρs - ρ)
- ↓μ
Además, el tiempo de exposición de la fuerza centrífuga
también influirá para que las partículas alcancen lasparedes:
- en continuo, el t lo ↑ disminuyendo el caudal.
- En un sistema discontinuo se lo deja funcionando más
tiempo.

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TIPOS DE CENTRÍFUGAS
Centrífuga tubular:
La alimentación ingresa a través de la boquilla inferior.
Al girar la cesta, las partículas que ascienden colisionan
contra las paredes

Para separarse del líquido los sólidos deben moverse a
una velocidad suficiente como para alcanzar lapared de
la cesta durante el tiempo de residencia del líquido en la
máquina.

El líquido de alimentación se recoge en la parte superior
de la cesta mientras que los sólidos colisionados en la
pared se recogen por separado.
El uso de estas centrífugas suele estar destinado
principalmente a procesos que requieren elevadas
fuerzas centrífugas (entre 13000 y 16000 veces la
fuerza de la gravedad)...