Centrifugación

Centrifugación

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¿Qué es centrifugación?

Definición: la centrifugación es una técnica utilizada para separar sólidos suspendidos en un líquido o líquidos inmiscibles, de diferentes densidades; esta separación se hace de acuerdo a propiedades como: tamaño, forma, densidad y viscosidad del medio circundante; aprovechando el efecto de  la  llamada “fuerza centrífuga  sobre la materia.

¿Qué son líquidos inmiscibles?

Se dice que dos o más líquidos son inmiscibles cuando no se disuelven entre sí; es decir, en alguna proporción no son capaces de formar una fase homogénea. El ejemplo más común sobre inmiscibilidad, es mezclar agua y aceite. Por otro lado, una mezcla parcialmente inmiscible es la leche; en donde partículas grasas y proteínas le dan ese color blanco característico, formando lo que técnicamente se denomina emulsión.

¿Qué es centrifugación química?

Esta pregunta nos la hicieron por correo y aprovechamos para hacer una aclaración: la centrifugación es un método físico de separación de mezclas que es muy utilizado por los químicos en sus procesos de laboratorio o en las industrias donde trabajan. Es decir, posterior a una reacción química se crean nuevas moléculas que poseen marcadas  diferencias en densidad, forma y tamaño  principalmente; y es  entonces cuando la centrifugación se vuelve una herramienta útil en la separación o purificación de la molécula que sea de interés.

¿En qué consiste la centrifugación?

Todos hemos experimentado la fuerza de gravedad  incluso sobre nosotros mismos. También hemos tenido  la experiencia  de sentirnos expulsados del asiento cuando un coche cambia inesperadamente  de dirección. Esta última sensación  es una expresión de la fuerza centrífuga.

Fuerza centrífuga en un coche

Por otro lado, sabemos de forma natural, que si tenemos una mezcla de agua con gravilla o arena, estos componentes se precipitarán al fondo rápidamente. Sin embargo, si tenemos una suspensión aparentemente homogénea; digamos más parecida a un fango; la separación del agua de los demás elementos no ocurrirá rápidamente; es decir, necesitamos recurrir a una fuerza mayor que la gravedad para causar una separación.  En este caso, lo que hacemos en los laboratorios, es tomar  la muestra de fango y someterla a una fuerza miles de veces mas intensa, que el cambio de dirección en un automóvil.

De forma técnica solemos expresar esta fuerza en múltiplos de la gravedad. Para ello, colocaremos la muestra a girar miles de veces por minuto, alcanzado una fuerza incluso de 150.000 veces la gravedad; lo cual se denota como 150.000 x g y que significa 150.000 multiplicado por la gravedad. Gracias a esta tecnología hemos logrado separar incluso los componentes de la sangre.

El artefacto que permite hacer estos ensayos  se le denomina generalmente como centrifugadora o centrífuga.

También es interesante que sepas que los nombres técnicos de los componentes de la muestra final: a lo que queda en el fondo se le denomina sedimento y lo que queda en la parte superior, se le llama sobrenadante.

¿Qué es centrifugación?

Como te darás cuenta, es un concepto muy sencillo. Generalmente lo que se hace es colocar la mezcla en uno o varios tubos. La centrífuga sostiene la parte superior de los tubos. A medida que gira, las partículas más densas de la mezcla migran lejos del eje de la centrífuga, mientras que los componentes menos densos de la mezcla quedan cerca del eje.

¿Para qué sirve la centrifugación?

A nivel de laboratorio clínico y de investigación este proceso se usa principalmente para separar  sustancias altamente miscibles presentes en un solvente común; es decir los componentes de interés tienen alta compatibilidad  respecto al  medio circundante que comparten y forman una sustancia global homogénea requiriendo una fuerza de separación muy alta y  la adición de medios de separación especializados.
A nivel de industria se  utiliza para separar elementos con diferencias de densidad muy grandes como el caso de polvo y mugre al reciclar  cajas de cartón para obtener nuevamente papel. También para desecar lodos resultantes del tratamiento de aguas residuales entre muchas aplicaciones. A manera de ejemplo  se utilizan artefectos denominados “Ciclones de separación” o también centrífugas de baja y media velocidad.

Ejemplos de centrifugación

Los siguientes son ejemplos cotidianos de los usos dados a esta tecnología: para separar la leche desnatada de la leche entera; en la lavadora, para separar el agua de la ropa y en un laboratorio farmacéutico, las células sanguíneas de su plasma sanguíneo.
Aunque la centrifugación es principalmente usada para separar mezclas, también tiene otros usos; por ejemplo, para probar los efectos de la gravedad en las personas y objetos.

¿Cuál es el fundamento teórico de la centrifugación?

Se ha descubierto que cuando la única fuerza aplicada es la de la gravedad, existe una correlación entre el tamaño y la densidad de una partícula versus  la velocidad con que ésta se separa de una mezcla que luce homogénea. Cuanto mayor es el tamaño y mayor la densidad de las partículas, más rápido se separan de la mezcla. Al aplicar una fuerza gravitacional efectiva más grande a la mezcla, como lo hace una máquina centrifugadora; por efecto de la altísima velocidad de rotación, se acelera la separación de las partículas. Esto es ideal en ambientes industriales y de laboratorio, porque las partículas que requieren un largo periodo de tiempo para separarse esperando el efecto de la fuerza de la gravedad; se pueden separar en mucho menos tiempo en un laboratorio.

En términos utilizados dentro de un laboratorio se dice que: a una fuerza centrífuga fija y viscosidad líquida, la velocidad de sedimentación de una partícula es proporcional a su tamaño (peso molecular); y a la diferencia entre la densidad de la partícula y la densidad de la solución.

Sobre la velocidad de centrifugación

La velocidad de centrifugación se especifica por la velocidad angular, la cual generalmente se expresa en revoluciones por minuto (RPM), ó en términos de aceleración, como múltiplos de la gravedad  (*g). El factor de conversión entre RPM y g depende del radio del rotor de la centrífuga.

La velocidad de sedimentación de las partículas en la máquina centrigudora depende de: su tamaño y forma; la aceleración centrífuga; la fracción volumétrica de los sólidos presentes; la diferencia de densidad entre la partícula y el líquido; y la viscosidad. La aplicación más común para esta tecnología, es la separación de suspensiones sólidas de las altamente concentradas: esto se utiliza para extraer el agua, en los tratamiento de lodos de aguas residuales.

La centrifugación es también el método más común utilizado para el enriquecimiento de uranio; basándose en la ligera diferencia de masa entre los átomos de U238 y U235, en el gas de hexafluoruro de uranio.

Tipos o métodos de centrifugación

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