Cum să echilibrați o centrifugă: modele de încărcare a tuburilor cu 2, 3, 5 și 7 și de ce volumul egal nu este suficient

Notă tehnică · Echilibru rotor și încărcare parțială

Echilibrul centrifugei nu este în principiu o regulă de numărare a tuburilor impar versus pare . Problema reală este dacă masa, raza și poziția unghiulară se combină pentru a menține centrul de masă al sistemului rotativ pe axa sa. Această distincție devine critică atunci când rotorul este încărcat doar parțial.

Două tuburi conțin fiecare 10 ml de lichid. Liniile lor de umplere sunt identice.

Sunt ele echilibrate? Nu neapărat.

Acum luați în considerare trei tuburi. Deoarece trei este un număr impar, trebuie ca rotorul să fie dezechilibrat? Din nou, nu.

Întrebarea utilă nu este doar câte tuburi sunt prezente. Este dacă sarcina completă creează o distribuție echilibrată a masei în jurul axei de rotație.

O centrifugă echilibrează distribuția de masă, nu numărul de tuburi

Într-un model de rotor simplificat, fiecare tub încărcat poate fi reprezentat ca o masă situată la o rază și un unghi definite.

Într-un rotor în care toate pozițiile tuburilor au aproximativ aceeași rază, problema devine în primul rând una de simetrie a masei și unghiulare.

Plasarea a două tuburi egale unul față de celălalt funcționează deoarece vectorii lor de masă se anulează. Este un caz special de condiție de centru de masă mai larg, nu o lege de echilibrare separată.

De ce o mică eroare de masă contează mai mult pe măsură ce RPM crește

Luați în considerare un dezechilibru de masă idealizat de 1 g situat la 10 cm de axa de rotație.

Folosind: F = Δm × r × ω⊃2; , forța radială teoretică asociată cu acel dezechilibru crește rapid cu viteza.

Calcul punct-masă idealizat pentru ilustrarea RPM⊃2; relaţie. Aceste valori nu sunt limite de siguranță ale rotorului și nu trebuie interpretate ca sarcină reală pe un anumit rulment, arbore sau ansamblu rotor.

Dublarea RPM mărește această forță idealizată de aproximativ patru ori. De aceea, o eroare de încărcare care pare nesemnificativă la viteză mică devine din ce în ce mai importantă la viteze de rotație mai mari.

Volumul egal nu este același lucru cu echilibrul egal

Să presupunem că un tub conține 10 ml de apă și altul conține 10 ml dintr-o soluție mai densă.

Notele de absolvire se potrivesc. Masele lor nu.

Pentru sarcini opuse de rutină, potrivirea masei totale a tubului, a închiderii și a conținutului este mai susținabilă decât potrivirea nivelului lichidului la ochi.

Chiar și masa totală egală nu descrie fiecare diferență dinamică posibilă. Documentația rotorului de la Eppendorf/Hitachi avertizează că densitatea probei, volumul, diametrul interior al tubului sau forma tubului substanțial diferite pot muta centrul de greutate și pot contribui la dezechilibru.

Cu cât ansamblurile opuse sunt mai apropiate în geometria containerului și distribuția masei , cu atât comparația devine mai semnificativă.

Două și trei tuburi dezvăluie geometria din spatele echilibrului

Un aranjament cu trei tuburi demonstrează, de asemenea, de ce afirmația „numerele impare nu pot fi echilibrate” este incorectă.

Ceea ce contează este dacă pozițiile disponibile ale rotorului pot produce simetria unghiulară necesară și dacă producătorul permite acea sarcină parțială.

Cinci și șapte tuburi sunt acolo unde diagramele de încărcare universale nu mai sunt de încredere

Încărcăturile cu cinci și șapte eșantioane sunt adesea prezentate online ca și cum ar exista un aranjament în formă de stea care se aplică fiecărui rotor.

Manualele oficiale ale rotorului arată de ce acest lucru este nesigur ca regulă generală.

Geometria rotorului este o structură de inginerie, nu un cerc abstract. Dispunerea cavității, suportul tubului, solicitarea rotorului-corp și calificarea producătorului contează.

Prin urmare, un model elegant din punct de vedere matematic nu poate trece peste manualul de utilizare.

Un tub fals este o contrabalansare, nu doar apă umplută până la aceeași linie

Sfatul familiar de „a adăuga apă până când nivelurile se potrivesc” este, prin urmare, prea larg pentru a funcționa ca o regulă universală de echilibrare.

Rotoarele cu cupă oscilantă au două probleme de echilibrare, nu una

Sistemele cu găleată oscilantă adaugă o altă cerință geometrică, deoarece cupa în sine pivotează în timpul accelerației.

Aceasta explică o situație subtilă: două găleți opuse pot avea aceeași greutate totală, în timp ce aranjamentele lor interne ale tuburilor rămân diferite din punct de vedere geometric.

Beckman Coulter observă că încărcarea incorectă a suportului poate împiedica gălețile să atingă poziția orizontală dorită în timpul unei rulări, afectând potențial separarea densității și crescând riscul de rupere a tubului.

Un detector de dezechilibru nu dovedește că sarcina este corectă

De ce „Cinci mostre” este o problemă diferită în diferite rotoare GlanLab

Familia YT5 a GlanLab ilustrează importanța identificării rotorului real înainte de a discuta despre încărcarea parțială.

Configurațiile publicate cu unghi fix includ numărătoare diferite de poziții pentru formatele de 15 ml și 50 ml.

Dezechilibrul permis este, de asemenea, o specificație a rotorului

O altă scurtătură pe internet este ideea că fiecare încărcătură de centrifugă ar trebui echilibrată la o toleranță universală, cum ar fi 0,1 g.

Manualele producătorului arată contrariul. Diferite sisteme de rotor publică diferite limite admisibile sau aproximative de dezechilibru.

Prin urmare, valoarea corectă provine din:

O toleranță luată de la un alt rotor - chiar și un alt rotor de la același producător - nu este transferabilă automat.

Un flux de lucru cu o mai bună echilibrare începe cu manualul rotorului, nu cu numărul de tuburi

Trei limite contează mai mult decât memorarea unei diagrame de încărcare

Echilibrarea centrifugei este în cele din urmă o problemă vectorială specifică rotorului

Două tuburi demonstrează o opoziție de 180°.

Trei tuburi demonstrează că un număr impar poate încă forma un aranjament vectorial echilibrat.

Cinci și șapte tuburi expun granița inginerească mai importantă: simetria matematică și încărcarea calificată de producător nu sunt concepte interschimbabile.

Continuați analiza prin centrifugare

Rotor Engineering Centrifuge Selectarea rotorului: Geometrie, RCF, Capacitate și Compatibilitate RCF fizică RPM la RCF: raza rotorului, factorul k și transferul de protocol Compatibilitate tuburi Tuburi, sticle și recipiente pentru centrifugă GlanLab Configurații reale ale rotorului GlanLab YT5 Capacitate, date RPM și RCF

Referințe tehnice

• Manual de instrucțiuni pentru rotorul cu unghi fix Thermo Scientific Tft-80.2 — echilibrare a sarcinii parțiale specifice rotorului și configurație cu cinci mostre.
• Manual de instrucțiuni pentru rotorul de titan cu unghi fix Thermo Scientific T-1270 — reguli de încărcare parțială care necesită tuburi false pentru 1, 5, 7 și 11 probe.
• Beckman Coulter, Balancing Your Rotor — echilibrarea cupei opusă, simetria axelor de pivotare și limitele detectării dezechilibrului.
• Documentația rotorului Eppendorf / Hitachi — efectele masei tubului, densității, geometriei și diferențelor de centru de greutate asupra echilibrării.