¿Qué elementos intervienen en el método de centrifugación?

En el método de centrifugación se lleva a cabo un proceso mecánico en el que se aplica un campo de fuerza centrífuga para separar los componentes de una mezcla de acuerdo con la densidad y/o el tamaño de partícula. Los principios que rigen el comportamiento de las partículas durante la centrifugación son naturalmente comprensibles, lo que puede explicar la amplia gama de aplicaciones científicas, médicas e industriales en las que esta técnica se ha empleado durante más de 100 años.

En la actualidad, las centrífugas se usan de manera rutinaria en diferentes disciplinas que van desde aplicaciones comerciales a gran escala hasta investigación científica a escala de laboratorio. Además, el número de diseños y configuraciones de centrífugas utilizadas en las diferentes industrias es casi tan numeroso como las aplicaciones mismas.

En el caso particular de la industria petrolera es usual que se utilicen ciertas normas para llevar a cabo la centrifugación de manera correcta y/o evaluar los productos resultantes del proceso. Algunas de estas normas son: ASTM D91, ASTM D893, ASTM D1290, ASTM D1796, ASTM D2273, ASTM D2709, ASTM D2711 y ASTM D4007.

Tipos de separación mediante el método de centrifugación

Uno de los enfoques que permite clasificar las separaciones realizadas mediante el método de centrifugación se basa en la fase del medio y la fase del material a purificar: gas/gas, líquido/líquido o líquido/sólido. Las separaciones centrífugas de los materiales en fase gaseosa se realizan sólo en modo continuo, mientras que las separaciones líquido/líquido y líquido/sólido se pueden realizar en modo discontinuo, semidiscontinuo o continuo.

Las separaciones que se llevan a cabo en fase gaseosa son muy importantes en ciertas aplicaciones, particularmente cuando se trata del enriquecimiento de isótopos de uranio. Sin embargo, no se desarrollarán sus principios, pues son muy especializadas y no se usan extensamente.

Los principios relacionados con las separaciones líquido/sólido también se aplican a las separaciones líquido/líquido: las pequeñas gotas de un líquido dispersado en un segundo líquido inmiscible se comportarán como partículas sólidas que se asientan a través de un medio líquido hasta que las gotas se sedimenten y se unan, después de lo cual los métodos para eliminar los líquidos separados de la centrífuga generalmente difieren de los utilizados para la eliminación de sólidos.

Las separaciones centrífugas también se pueden clasificar según el método por el cual se recuperan las fracciones purificadas:

• Por lotes: Se procesa toda la muestra y luego se recupera decantando el sobrenadante y raspando el sedimento de la pared del rotor.
• Semi-lote: La mezcla de muestra se alimenta continuamente a un rotor giratorio a medida donde el sobrenadante se descarga continuamente y se permite que el gránulo se acumule para la eliminación posterior a la ejecución.
• Continuo: La mezcla de muestra se alimenta continuamente, el sobrenadante se descarga continuamente, y los materiales líquidos o sólidos más densos se descargan de manera intermitente o continua mientras la ejecución está en progreso.

La eficiencia del rotor y su relación con otros elementos de interés

El tiempo requerido para que una partícula atraviese un rotor en el método de centrifugación se conoce como eficiencia de granulación, factor de compensación o factor k. Este factor, que se calcula a la velocidad máxima nominal del rotor, depende del diseño del rotor y proporciona un medio conveniente para determinar el tiempo de residencia mínimo requerido para separar una partícula en determinado rotor, además de comparar los tiempos de sedimentación para diferentes rotores. K

Donde rmax y rmin son las distancias máxima y mínima desde el eje centrífugo, respectivamente. Cuanto menor es el factor k, menor es el tiempo requerido para la granulación. Pero, si se conoce el coeficiente de sedimentación de una partícula, entonces el factor k del rotor también se puede calcular a partir de la relación:

Donde T es el tiempo en horas requerido para la granulación y S es el coeficiente de sedimentación en unidades de Svedberg. Cuando se conoce k (normalmente proporcionado por el fabricante), entonces se puede reorganizar la ecuación anterior para calcular el tiempo de ejecución mínimo requerido para la granulación de partículas.

 

Referencias

Poole, C. (2009). Handbook of methods and instrumentation in separation science (Vol. 1). Academic Press.

Moldoveanu, S. C., & David, V. (2002). Mechanical Processing in Sample Preparation. In Journal of Chromatography Library (Vol. 65, pp. 225-241). Elsevier.

Taulbee, D. N., & Maroto-Valer, M. M. (2000). Centrifugation. In Encyclopedia of Separation Science (pp. 17-40). Academic Press. 

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