Stap 1: Achtergrond en overwegingen bij het ontwerpen van de algemene
Centrifuges: Een basiscursus volgen
Uit de Wikipedia-pagina op centrifuges is"een centrifuge een stuk van apparatuur... dat een object in de rotatie rond een vaste as, een kracht loodrecht op de as plaatst. De centrifuge werkt met behulp van het beginsel van sedimentatie, waar de centripetale versnelling veroorzaakt dichtere stoffen te scheiden in de radiale richting (de onderkant van de buis). Door dezelfde token lichtere objecten zullen neigen om naar de top (van de buis, en in de roterende foto heeft verplaatst naar het centrum). "
Kortom, een centrifuge is een apparaat dat een buis met een vloeibare steekproef over een centrale as draait. Deze rotatie zorgt ervoor dat het monster te worden onderworpen aan een centripetale kracht. Aangezien de buizen georiënteerd radiaal met de bovenkant van de buis richting de as zijn, simuleert de middelpuntzoekende kracht een extreme zwaartekracht op de buis. Het is alsof je de buis op einde in een laboratorium (of keuken) stond op Jupiter (alleen de centrifuge oefent eigenlijk veel, veel meer kracht dan de zwaartekracht van Jupiter). Deze verhoogde kracht zorgt ervoor dat zwaardere delen van het monster, zoals gesuspendeerde stoffen en vetten te zinken naar de bodem van de buis, terwijl lichtere componenten, zoals vloeistoffen, zweven naar de top.
Centrifuges worden doorgaans gebruikt in de Scheikunde, biologie en biochemie voor isoleren en schorsingen scheiden. Echter, ze hebben onlangs begonnen met het zien van gebruik in moleculaire gastronomie, een gebied van voedingswetenschap die wil gebruik maken van wetenschappelijke principes en technieken in de bereiding van voedsel. Weinig documentatie bestaat vooralsnog echter van recepten voor eten bereid met centrifuges. Het is het doel van dit Instructable om te beginnen dat veranderen.
Ontwerpdoelen
Het algemene doel van dit project is het creëren van een centrifuge staat spinnen tot acht 15mL monsters bij genoeg hoge snelheden te bereiken van de scheiding van de vloeibare, vaste en semi-vaste delen van het monster. Naast deze functie moet de centrifuge
- worden veilig bij normaal gebruik, zowel in het geval van mislukking.
- zijn makkelijk te gebruiken.
- worden sanitaire als het kan worden gebruikt in de bereiding van levensmiddelen voor menselijke consumptie.
- esthetisch aangename en aanpasbare worden om te passen in het decor van een keuken.
Delen van de Centrifuge
Meer in detail wordt gegeven over de stappen die zijn gewijd aan elk systeem.
Aandrijving (Stap 5): de aandrijving is het gedeelte van de centrifuge die met een aandrijfmotor interfacet en overdracht van de motor het koppel aan de rotor. De aandrijving moet sterk genoeg zijn om te weerstaan toerentallen zo hoog als de maximale waarvan de aandrijfmotor geschikt is, plus een ruime veiligheidsmarge.
Rotor (Stap 6): de rotor is het gedeelte van de centrifuge draait en beveiligt de monster-bevattende buizen tijdens operatie. De rotor zullen kunnen houden een maximum van acht 15mL tubes. Buizen zijn geladen in de rotor in de draaibare haken zodat, wanneer de centrifuge in rust is, de buizen verticaal hangen, en tijdens de operatie, de buizen radiaal liggen, parallel aan de richting van de middelpuntzoekende kracht die uitgeoefend wordt op hen. De rotor moet sterk genoeg zijn om te houden van de steekproef buizen onder middelpuntzoekende krachten gegenereerd bij het maximale toerental van de centrifuge, plus een ruime veiligheidsmarge.
Veiligheid behuizing (Stap 7): de veiligheid behuizing bevat alle bewegende delen van de centrifuge, behalve de aandrijfmotor. De behuizing is ontworpen om twee dingen te doen. Ten eerste, de behuizing belet om een vreemd voorwerp de centrifuge tijdens operatie. Ten tweede, de behuizing is een schild dat is ontworpen om te voorkomen dat een deel van de centrifuge, of in de steekproef buizen, wegspringen uit de machine in het geval van mislukking. De behuizing is ontworpen ter bescherming van de centrifuge-exploitant, en iets anders dat zou kunnen lijden schade als gevolg van een mechanische storing van de centrifuge.
Bronnen van inspiratie
Zoals vermeld in de inleiding van dit Instructable, was de primaire bron van inspiratie voor dit project een artikel in populaire wetenschap door Paul Adams. De heer Adams schreef een grote demonstratie stuk waaruit blijkt hoe een centrifuge kan worden gebruikt in voedselbereiding, specifiek door het maken van pea boter uit het vet gescheiden van een erwt-puree. Het was dit artikel dat gepikeerd door een belang in het experimenteren met voedsel in een centrifuge. Echter, omdat centrifuges vrij duur zijn, ik heb om te werken met het ontwerpen van mijn eigen.
Voordat ik begonnen met het project, had ik een verhaal gehoord over hoe een 3D-printer werd gebruikt voor de productie van een kleine centrifuge bijlage voor een Dremel rotary tool. Het project, genaamd de DremelFuge, is een fantastische proof-of-concept dat 3D printen inderdaad door gebruikt kan te maken van een centrifuge, er zijn echter enkele ernstige vergissingen in het ontwerp, vooral met betrekking tot veiligheid. De DremelFuge heeft geen enkele veiligheid-behuizing. Als een van de steekproef buizen losmaken van de rotor tijdens operatie moest, kan het ernstige, zelfs levensbedreigende verwondingen aan de exploitant, of anderen veroorzaken. Zelfs operationele op het minimum toerental besproken op de Thingiverse pagina, 3000 rpm, de buizen hebben een tangentiële snelheid meer dan 70 mph, die, hoewel de steekproef buizen klein en licht zijn, is snel genoeg om lichamelijk letsel veroorzaken. De echt beangstigend bit is wel de bespreking van de werking van de DremelFuge op een veel snellere, 30.000 toeren per minuut. Met deze rotatiesnelheid hebben de steekproef-buizen een tangentiële snelheid van circa 715 mph! Deze snelheid is vrij dicht bij de snelheid van het geluid en de buizen van de steekproef reizen op deze snelheid zou hebben meer dan genoeg kinetische energie ernstige schade toebrengen aan wat zij zou kunnen, met inbegrip van een menselijk lichaam raken.
De laatste bron van inspiratie voor het ontwerp van de centrifuge in dit Instructable vandaan kwam gewoon zoeken op het web voor andere voorbeelden van zelfgemaakte centrifuges. Een eenvoudige image search op Google levert veel voorbeelden van zelfgemaakte centrifuges. Sommige zijn beter dan anderen, maar ze alle ideeën van de aanbieding voor de vele verschillende manieren een centrifuge kon worden ontworpen vanuit het niets.
