Istilah sentrifugasi dapat merujuk pada mesin yang menampung wadah yang berputar cepat untuk memisahkan isinya dengan kepadatan (kata benda) atau tindakan menggunakan mesin (kata kerja). Sentrifugal paling sering digunakan untuk memisahkan berbagai cairan dan partikel padat dari cairan, tetapi mereka dapat digunakan untuk gas. Sentrifugasi juga digunakan untuk tujuan selain pemisahan mekanis.
Penemuan dan Sejarah Awal Sentrifugasi
Sentrifugasi modern terlihat asal-usulnya ke peralatan lengan pintal yang dirancang pada abad ke-18 oleh insinyur militer Inggris Benjamin Robins untuk menentukan hambatan. Pada tahun 1864, Antonin Prandtl menerapkan teknik untuk memisahkan komponen susu dan krim. Pada tahun 1875, saudara lelaki Prandtl, Alexender, menyempurnakan tekniknya, menciptakan mesin untuk mengekstraksi lemak. Sementara sentrifugal masih digunakan untuk memisahkan komponen susu, penggunaannya telah meluas ke banyak bidang sains dan kedokteran lainnya.
Bagaimana Sentrifugasi Bekerja
Sentrifugasi mendapatkan namanya dari gaya sentrifugal — gaya virtual yang menarik benda-benda yang berputar keluar. Gaya sentripetal adalah gaya fisik nyata yang bekerja, menarik benda-benda yang berputar ke dalam. Memutar ember air adalah contoh yang baik dari kekuatan-kekuatan ini di tempat kerja.
Jika ember berputar cukup cepat, air ditarik ke dalam dan tidak tumpah. Jika ember diisi dengan campuran pasir dan air, pintunya menghasilkan sentrifugasi. Menurut prinsip sedimentasi, baik air dan pasir di ember akan ditarik ke tepi luar ember, tetapi partikel pasir padat akan mengendap di bagian bawah, sedangkan molekul air yang lebih ringan akan dipindahkan ke arah tengah.
Percepatan sentripetal pada dasarnya mensimulasikan gravitasi yang lebih tinggi, namun, penting untuk diingat bahwa gravitasi buatan adalah rentang nilai, tergantung pada seberapa dekat suatu objek dengan sumbu rotasi, bukan nilai konstan. Efeknya lebih besar semakin jauh objek mendapat karena ia menempuh jarak yang lebih besar untuk setiap rotasi.
Jenis dan Kegunaan Sentrifugasi
Jenis-jenis sentrifugal semua didasarkan pada teknik yang sama tetapi berbeda dalam aplikasi mereka. Perbedaan utama di antara mereka adalah kecepatan putaran dan desain rotor. Rotor adalah unit berputar di perangkat. Rotor sudut tetap menahan sampel pada sudut konstan, rotor kepala ayun memiliki engsel yang memungkinkan kapal sampel berayun ke luar saat laju putaran meningkat, dan sentrifugal tubular kontinu memiliki ruang tunggal daripada ruang sampel individual.
Memisahkan Molekul dan Isotop: Sentrifugal berkecepatan sangat tinggi dan ultrasentrifugal berputar dengan kecepatan sangat tinggi sehingga dapat digunakan untuk memisahkan molekul dari massa yang berbeda atau bahkan isotop atom. Pemisahan isotop digunakan untuk penelitian ilmiah dan untuk membuat bahan bakar nuklir dan senjata nuklir. Sebagai contoh, sentrifugal gas dapat digunakan untuk memperkaya uranium, karena isotop yang lebih berat ditarik keluar lebih banyak daripada yang lebih ringan.
Di Lab: Sentrifugal laboratorium juga berputar dengan kecepatan tinggi. Mereka mungkin cukup besar untuk berdiri di lantai atau cukup kecil untuk beristirahat di meja. Perangkat tipikal memiliki rotor dengan lubang bor bersudut untuk menampung tabung sampel. Karena tabung sampel ditetapkan pada sudut dan gaya sentrifugal bekerja pada bidang horizontal, partikel bergerak sedikit sebelum menabrak dinding tabung, memungkinkan material padat untuk meluncur ke bawah. Sementara banyak sentrifugal lab memiliki rotor sudut tetap, rotor ayun-bucket juga umum. Mesin tersebut digunakan untuk mengisolasi komponen cairan dan suspensi yang tidak larut. Penggunaan termasuk memisahkan komponen darah, mengisolasi DNA, dan memurnikan sampel kimia.
Simulasi Gravitasi Tinggi: Sentrifugal besar dapat digunakan untuk mensimulasikan gravitasi tinggi. Mesin adalah ukuran ruangan atau bangunan. Sentrifugal manusia digunakan untuk melatih pilot uji dan melakukan penelitian ilmiah terkait gravitasi. Sentrifugal juga dapat digunakan sebagai wahana taman hiburan. Sementara sentrifugal manusia dirancang untuk mencapai 10 atau 12 gravitasi, mesin non-manusia berdiameter besar dapat mengekspos spesimen hingga 20 kali gravitasi normal. Prinsip yang sama suatu hari nanti dapat digunakan untuk mensimulasikan gravitasi di ruang angkasa.
Sentrifugal Industri: digunakan untuk memisahkan komponen koloid (seperti krim dan mentega dari susu), dalam persiapan kimia, membersihkan padatan dari cairan pengeboran, bahan pengeringan, dan pengolahan air untuk menghilangkan lumpur. Beberapa sentrifugal industri bergantung pada sedimentasi untuk pemisahan, sementara yang lain memisahkan masalah menggunakan layar atau filter. Sentrifugal industri digunakan untuk membuang logam dan menyiapkan bahan kimia. Gravitasi diferensial mempengaruhi komposisi fasa dan sifat-sifat lain dari bahan.
Manfaat Sehari-hari: Sentrifugal ukuran sedang adalah umum dalam kehidupan sehari-hari, terutama untuk memisahkan cairan dengan cepat dari padatan. Mesin cuci menggunakan sentrifugasi selama siklus putaran untuk memisahkan air dari cucian. Perangkat serupa memutar air keluar dari pakaian renang. Salad spinner, digunakan untuk mencuci dan kemudian memutar selada kering dan sayuran hijau lainnya, adalah contoh lain dari centrifuge sederhana.
Teknik Terkait
Sementara sentrifugasi adalah pilihan terbaik untuk mensimulasikan gravitasi tinggi, ada teknik lain yang dapat digunakan untuk memisahkan bahan. Ini termasuk filtrasi, pengayakan, distilasi, dekantasi, dan kromatografi. Teknik terbaik untuk suatu aplikasi tergantung pada sifat-sifat sampel yang digunakan dan volumenya.