Máy ly tâm là gì? Cấu tạo, công dụng và nguyên lý hoạt động

Trong đời sống hiện nay, máy ly tâm là một thiết bị được ứng dụng khá phổ biến trong nhiều lĩnh vực đa dạng. Thiết bị được sử dụng với mục đích phân tách những hỗn hợp và chất với các khối lượng riêng khác nhau. Dưới đây là một số ít thông tin cơ bản cấu tạo, công dụng và nguyên lý hoạt động của dòng máy này mà bạn có thể tham khảo. 

Máy ly tâm là gì? Công dụng chính của thiết bị

Máy ly tâm chính là một thiết bị được dùng với mục đích tách những phần tử với khối lượng riêng khác nhau ở trong một hỗn hợp thông qua việc sử dụng lực ly tâm. Quá trình ly tâm khi hoạt động sẽ làm xuất hiện lực ly tâm với tác dụng làm tăng tốc độ lắng của các dung dịch. Đây là quá trình phân tách được hình thành dựa vào kích thước của các hạt cũng như mật độ khác nhau giữa pha lỏng với pha rắn. 

Lực ly tâm tỷ lệ thuận với tốc độ quay của roto cùng với khoảng cách ở giữa tâm của roto với ống ly tâm. Trong suốt quá trình ly tâm diễn ra, nhiều roto với đa dạng kích thước đều có thể được sử dụng. Mỗi một chiếc máy ly tâm đều sẽ có một đồ thị đặc trưng hoặc một bảng để thể hiện được mối quan hệ về tốc độ quay cùng với lực ly tâm, tương ứng với từng loại roto. 

Ứng dụng của máy ly tâm trong đời sống

Máy ly tâm được sử dụng trong khá nhiều lĩnh vực khác nhau trong đời sống hiện nay như:

• Y học: Thiết bị được dùng để tách màu thành những thành phần khác nhau để chẩn đoán và điều trị các bệnh lý liên quan đến máu. Máy cũng được sử dụng trong việc bóc tách các tế bào gốc, các loại protein và DNA từ các vật mẫu để phục vụ cho công cuộc nghiên cứu, thử nghiệm,…
• Hóa học: Máy giúp phân tách các dung dịch và các hỗn hợp với mật độ khác nhau để hỗ trợ phân tích, tinh chế và xác định các phản ứng hóa học giữa các chất. Ngoài ra, máy cũng được dùng cho việc ly trích những chất hoạt động ở trên bề mặt như xà phòng hoặc dầu. 
• Công nghiệp: Máy hỗ trợ phân tách các chất rắn từ những chất lỏng xuất hiện trong quá trình sản xuất những sản phẩm công nghiệp. Đồng thời, thiết bị ly tâm cũng có thể dùng để loại bỏ những tạp chất lẫn các khí xuất phát từ chất lỏng trong công nghiệp. 

Cấu tạo của máy ly tâm như thế nào?

Một chiếc máy ly tâm sẽ được chia làm 4 phần cơ bản bao gồm:

• Phần quay sẽ có một động cơ chính với vận tốc cao, một lực ly tâm lớn cùng với hệ thống giảm rung, roto và cả adapter. 
• Phần điều khiển: Bộ phận này trong thiết bị gồm có mạch điều khiển để người dùng có thể cài đặt được tốc độ lẫn thời gian hoạt động của máy. 
• Hệ thống cảm biến: Được trang bị các bộ cảm biến như: đóng cửa, đối xứng, quá tải, quá tải dòng và roto. 
• Thùng máy: Đây là bộ phận chính đảm bảo toàn bộ quá trình ly tâm được diễn ra một cách an toàn. 

Nguyên lý hoạt động của máy ly tâm

Thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên lý chính như sau: Khi một vật chuyển động theo một đường hình tròn có vận tốc được xác định sẽ bị ảnh hưởng bởi gia tốc trọng lực và hướng đến trung tâm của đường tròn. 

Gia tốc trọng lực này sẽ được cân bằng thông qua một gia tốc quán tính đang hướng ra khỏi trung tâm của đường tròn. Khi máy hoạt động, gia tốc sẽ tạo nên một lực giả với tên gọi là lực ly tâm có cùng hướng và cả độ lớn tương đương với gia tốc quán tính. Lực ly tâm được tạo nên dựa vào ba yếu tố gốm: khối lượng của đồ vật, bán kính của đường tròn và cuối cùng là vận tốc của đồ vật. 

Công thức tính lực ly tâm được tính như sau: Fc = -mΩ2/r

Với: 

– Fc: Lực ly tâm (N)

– m: Khối lượng của đồ vật (kg)

– Ω: Vận tốc góc của đồ vật (rad/s)

– r: Bán kính của đường tròn (m)

Khi một loại hỗn hợp được đặt ở bên trong một ống ly tâm và chuyển động với vận tốc cụ thể, những phần tử với khối lượng riêng lớn hơn sẽ bị lực ly tâm từ máy đẩy ra xa so với trục quay chính. Trong khi đó, những phần tử với khối lượng riêng nhỏ hơn sẽ bị kéo lại gần với trục quay. Vì vậy, mỗi phần tử với mỗi khối lượng riêng khác biệt sẽ được phân tách và tạo thành nhiều lớp ở trong ống ly tâm. 

Phân loại máy ly tâm hiện có trên thị trường

Dựa vào tiêu chí, các thiết bị máy ly tâm có thể được phân loại như sau:

• Dựa theo quá trình phân ly gồm có máy ly tâm lắng và máy ly tâm lọc
• Dựa vào phương thức làm việc sẽ có máy ly tâm làm việc gián đoạn, liên tục và tự động. 
• Dựa theo kết cấu của bộ phận tháo bã sẽ chia ra gồm: tháo bã bằng dao, tháo bã bằng vít xoắn và tháo bã bằng pittông.
• Dựa theo giá trị của các yếu tố phân ly để chia ra máy thường và máy siêu tốc. 
• Dựa vào kết cấu trục cùng với ổ đỡ để chia thành máy ba chân và máy treo. 

So sánh và đánh giá một số thiết bị ly tâm phổ biến hiện nay

Thông tin về ưu – nhược điểm của một số loại máy ly tâm được sử dụng nhiều nhất hiện nay:

Máy ly tâm cố định

Đây là một dòng máy có roto giữa những ống mẫu ở trong một góc cố định so với trục quay. Khi máy hoạt động, những chất có ở trong ống mẫu sẽ bị một lớn lực ly tâm đẩy ra xa về phía đối diện so với trục và trượt xuống, tích tụ ở phía dưới đáy ống. 

Đối với dòng này, thiết bị có thể quay với tốc độ từ 10.000 – 30.000 vòng/phút. Máy có khả năng phân tách được những chất với mật độ đa dạng một cách nhanh chóng. Loại máy này được sử dụng chủ yếu trong phòng thí nghiệm.

Ưu điểm của máy:

• Hoạt động với tốc độ cao và sản sinh ra một lực ly tâm lớn. 
• Phân tách được nhiều chất với các mật độ khác nhau. 
• Có đa dạng loại roto cùng các ống mẫu để lựa chọn. 

Nhược điểm của máy:

• Không thể điều chỉnh được góc của các roto để thay đổi lực ly tâm
• Sau khi hoàn tất, một vài chất có thể dính lại ở trong thành ống 
• Gây nên hiện tượng bọt hoặc bị xáo trộn ở trong mẫu vì cả quá trình quay

Máy ly tâm xoay

Đây là thiết bị có roto bản lề, cho phép những mẫu ống hoạt động, xoay theo chiều hướng của lực ly tâm. Khi máy bắt đầu hoạt động, những ống mẫu này sẽ được đưa ra vị trí ngang so với trục quay chính. Khi dừng hoạt động, những ống máu này sẽ được đưa trở về vị trí ban đầu. 

Chiếc máy này có thể quay được với tốc độ trong khoảng 3.000 – 5.000 vòng/phút. Thiết bị có thể phân tách được những chất với mật độ gần nhau hoặc có kích thước lớn hơn. Máy được sử dụng nhiều với mục đích phân tách các pha ở trong dung dịch, dùng để làm sạch các hạt răn,….

Ưu điểm của máy:

• Điều chỉnh được góc đặt của roto để thay đổi lực ly tâm của máy
• Phân tách được đa dạng các chất với mật độ dày hoặc có kích thước to hơn
• Giảm được các hiện tượng như bọt hoặc bị xáo trộn ở trong mẫu vì hướng của lực ly tâm trùng với hướng của ống mẫu

Nhược điểm của máy

• Không hoạt động được với tốc độ cao và lực ly tâm khá nhỏ
• Không phân tách được những chất với mật độ khác nhau hoặc các chất có kích thước nhỏ
• Trọng lượng và kích thước của máy lớn hơn so với dòng máy cố định

Máy ly tâm đa năng

Đây là dòng máy có thể thay đổi được roto cùng các ống mẫu sao cho phù hợp với mục đích sử dụng. Dòng máy đa năng có thể quay ở nhiều tốc độ khác nhau, cùng khả năng phân tách chất với đa dạng mật độ lẫn kích thước. Hiện tại, máy ly tâm đa năng đang được sử dụng trong khá nhiều lĩnh vực như y học, hóa học hay sinh học,…

Ưu điểm của máy:

• Có khả năng thay đổi được các roto lẫn ống mẫu tùy vào mục đích sử dụng
• Quay được ở nhiều tốc độ và sản sinh ra các lực ly tâm khác nhau
• Phân tách được nhiều chất với mật độ và kích thước khá đa dạng

Nhược điểm của máy:

• Giá thành tương đối cao
• Người dùng có thể sẽ gặp phải khó khăn khi lựa chọn cũng như cài đặt loại roto và tìm kiếm ống mẫu phù hợp
• Có thể gây nên tình trạng mất cân bằng trong suốt quá trình quay vì sự khác nhau giữa roto và các ống mẫu

Một vài lưu ý quan trọng trước khi sử dụng máy ly tâm

Trước khi bật máy ly tâm, bạn cần lưu ý một số vấn đề như sau:

• Kiểm tra về sự an toàn trước khi bật nguồn máy: Bạn cần đảm bảo máy được kết nối với nguồn điện ổn định, an toàn và phù hợp với công suất của máy. Luôn nối đất để cho máy được hoạt động một cách an toàn nhất. 
• Đặt máy ở một vị trí bằng phẳng và vững chắc. Tuyệt đối không đặt máy ở những bề mặt gồ ghề để tránh làm mất cân bằng đối xứng và làm ảnh hưởng đến roto. 
• Cần đảm bảo chắc chắn roto đã được siết chắc vì nếu roto lỏng khi quay có thể làm vỡ các ống mẫu
• Bạn luôn phải đặt ống mẫu được cân bằng và đối xứng, đảm bảo cân bằng tải và các mẫu phải được đặt đối xứng so với trục quay. Khi lựa chọn ống mẫu phải đảm bảo cùng loại, khối lượng và cả số lượng mẫu. 

Như vậy, chúng ta có thể thấy rằng, máy ly tâm là một thiết bị được sử dụng khá phổ biến trong đời sống hiện nay. Tùy thuộc vào mục đích sử dụng và điều kiện kinh tế mà quý khách hàng có thể lựa chọn một mẫu máy ly tâm phù hợp. Để được tư vấn lựa chọn thiết bị, bạn có thể liên hệ với HPMED để được nhân viên tư vấn cụ thể. Mọi thông tin khác về từng loại máy ly tâm, bạn có thể tìm kiếm và theo dõi trên website trực tiếp của chúng tôi.