เครื่องหมุนเหวี่ยง (Centrifuge)
เครื่องหมุนเหวี่ยง เป็นเครื่องมือพื้นฐานที่จำเป็นสำหรับเร่งอัตราการตกตะกอนของอนุภาค(particle)ที่ไม่ละลายออกจากของเหลว หรือใช้แยกของเหลวหลาย ๆ ชนิดที่มีความถ่วงจำเพาะ ต่างกันออกจากกัน ใช้ทำสารละลายให้เข้มข้นขึ้น ใช้วิคราะห์ชนิดของสาร หาน้ำหนักโมเลกุลของสารได้โดยอาศัยคุณสมบัติของตัวกลาง คุณสมบัติของอนุภาคที่แตกต่างกัน และการสร้างแรงหนีศูนย์กลางที่เกิดจากการหมุนรอบจุดหมุน ในความเร็วรอบที่สูงมาก
ชนิดของเครื่องหมุนเหวี่ยง
- เครื่องหมุนเหวี่ยงความเร็วรอบต่ำ มีความเร็วรอบไม่เกิน 6,000 รอบต่อนาที มีแรงหนีศูนย์กลางสูงสุดในช่วง 1,800 – 7,000 g
- เครื่องหมุนเหวี่ยงความเร็วรอบสูง มีความเร็วรอบไม่เกิน 28,000 รอบต่อนาที มีแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางสูงสุดถึง 80,000 g
- เครื่องหมุนเหวี่ยงความเร็วรอบสูงมาก มีความเร็วรอบของการหมุนสูงถึง 150,000 รอบค่อนาที สามารถสร้างแรงหนีศูนย์กลางได้สูงถึง 800,000 g เครื่องหมุนเหวี่ยงชนิดนี้สามารถแบ่งย่อยออกได้เป็น 2 ชนิด คือ
3.1 แบบวิเคราะห์
3.2 แบบเตรียมสาร
องค์ประกอบและคุณสมบัติ
1. ตัวถัง มีองค์ประกอบย่อยอีก คือ
1.1 ช่องใส่หัวหมุน
1.2 ฝาปิดช่องใส่หัวหมุน ฝาปิดอาจประกอบด้วย
1.2.1 รูระบายอากาศ
1.2.2 ยางกันเสียง
1.2.3 ตะขอยึด
2. หัวหมุน แบ่งออกได้เป็น 4 ชนิดตามองศาในการจับยึดกระบอกใส่หลอดปั่นดังนี้
2.1 หัวหมุนแบบมุมแกว่ง
2.2 หัวหมุนแบบคงที่
2.3 หัวหมุนแบบแนวดิ่ง
2.4 หัวหมุนแบบแนวราบ
3. กระบอกใส่หลอดปั่น
4. มอเตอร์
5. ระบบควบคุม
5.1 สวิตช์จ่ายไฟฟ้า
5.2 นาฬิกาตั้งเวลาการทำงาน
5.3 ปุ่มควบคุมความเร็ว
5.3.1 การควบคุมความเร็วแบบเลือกเป็นจุด ๆ
5.3.2 การควบคุมความเร็วแบบต่อเนื่อง
5.4 ปุ่มหยุดหมุนมอเตอร์ วิธีการควบคุมหยุดการหมุนของมอเตอร์ที่นิยมใช้มีอยู่ 2 ชนิด คือ
5.4.1 การหยุดแบบพลวัต
5.4.2 การหยุดหมุนแบบทวนแรงปิด
5.5 ระบบทำความเย็น
5.6 เครื่องวัดความเร็วรอบ
5.7 ปุ่มกดสำหรับเปิดฝาปิดช่องใส่หัวหมุน
5.8 สัญญาณเตือน
5.9 เครื่องแสดงอุณหภูมิภายในช่วงใส่หัวหมุน
5.10 ระบบดูดอากาศออก
5.11 ระบบไมโครโพรเซสเซอร์
อุปกรณ์ที่ใช้ร่วมกับเครื่องหมุนเหวี่ยง
- เครื่องวัดความเร็ว
1.1 สตรอโบสโกป
1.2 มาตรอัตรารอบ มีอยู่ 2 ชนิด คือ
1.2.1 แบบสัมผัส
1.2.2 แบบใช้ลำแสง - หลอดปั่น สิ่งที่ควรพิจารณาเลือกใช้หลอดปั่นมีดังนี้
2.1 ความหนาของหลอดปั่น
2.2 วัสดุที่ใช้ทำหลอดปั่น ควรพิจารณาถึง ความทนต่อสารเคมี ความแข็ง และความเหมาะสมกับงาน
2.2.1 พลาสติก ทนต่อสารเคมีแต่ละชนิดที่ความเข้มข้นต่าง ๆ ไม่เท่ากัน เนื่องจากมีรายละเอียดมากจึงไม่ขอกล่าว ณ ที่นี้ ถ้าพิจารณาเฉพาะความทนต่อแรงกดมีความแตกต่างกันดังนี้
2.2.1.1 Polystyrene ใช้ปั่นแยกในเครื่องหมุนเหวี่ยงที่มีความเร็วรอบต่ำเท่านั้นเพราะทนต่อแรงกดไม่เกิน 1,800 g
2.2.1.2 Polymethylpentene ทนต่อแรงกดได้ไม่เกิน 3,000 g ทั้งในที่อุณหภูมิต่ำและอุณหภูมิปกติ
2.2.1.3 Polypropylene เป็นพลาสติกที่มีความแข็ง คงรูปร่างได้ดี ทนแรงกดได้ถึง 50,000 g เมื่อปิดฝาหลอดปั่นขณะปั่นแยก แต่ไม่ควรใช้ที่อุณหภูมิต่ำเพราะจะเปราะ แตกง่าย
2.2.1.4 Polyallomer มีความแข็งน้อยกว่า polypropylene ที่อุณหภูมิปกติแต่มีความแข็งเพิ่มขึ้นที่อุณหภูมิต่ำ ทนแรงกดได้ถึง 50,000 g เมื่อปิดฝาหลอดปั่นขณะปั่น
2.2.1.5 Plycarbonate มีความใส และแข็งมาก ใช้งานได้ที่อุณหภูมิต่ำ และอุณหภูมิปกติโดยไม่ต้องปิดผ่าหลอดปั่น ทนแรงกดได้สูงถึง 50,000 g
2.2.1.6 Teflon มีความยืดหยุ่นไม่แตกง่าย และทนแรงกดได้สูงถึง 50,000 g ที่อุณหภูมิต่ำ
2.2.1.7 Low density polyethylene มีความยืดหยุ่นดี ใช้งานได้ที่ความเร็วรอบปานกลางที่อุณหภูมิปกติ แต่ทนแรงกดได้ดีที่อุณหภูมิต่ำ (50,000 g)
2.2.1.8 High density polyethylene ทนแรงกดได้ประมาณ 8,000 g เมื่อปั่นแยกโดย ปิดฝาหลอดปั่น
2.2.1.9 แก้ว หลอดปั่นที่ทำด้วยแก้วใช้ได้ในงานทั่ว ๆ ไป เพราะทนต่อสารเคมีได้ดีมาก และทนแรงกดได้สูงถึง 3,000 g
2.2.2 เหล็กกล้าไร้สนิม
2.3 รูปร่าง ก้นหลอดปั่นมีความแตกต่างกันอยู่ 3 แบบ คือ แบบก้นแบน แบบก้นกลม และแบบก้นกรวย
2.4 มีฝาปิดหลอดปั่น
ข้อควรปฏิบัติในการใช้งาน
- ศึกษาวิธีการใช้งานและขีดจำกัดต่าง ๆ ในการใช้งาน จากคู่มือใช้งาน
- ตรวจสภาพความพร้อมของเครื่องหมุนเหวี่ยงก่อนใช้งาน
- ไม่ควรใช้หัวหมุนของเครื่องหมุนเหวี่ยงเครื่องหนึ่ง กับเครื่องหมุนเหวี่ยงอีกเครื่องหนึ่ง
- การใส่น้ำหนักให้สมดุล
- ใช้หลอดปั่นที่มีขนาดพอดีกับกระบอกใส่หลอดปั่น ถ้าไม่พอดีต้องใช้ยางปรับขนาด
- ตรวจดูความยาวของหลอดปั่นเสมอ
- ไม่ควรปั่นแยกสารเคมีที่ติดไฟหรือระเบิดได้ง่าย เพราะประกายไฟที่มอเตอร์อาจทำให้เกิดไฟลุกขึ้น
- สำหรับเครื่องหมุนเหวี่ยงความเร็วสูงหรือความเร็วสูงมาก ควรเปิดเครื่องทำความเย็นจนได้ความเย็นที่ต้องการ และเปิดเครื่องดูดอากาศจนเกิดสุญญากาศภายในช่องใส่หัวหมุนก่อนเปิดสวิทช์ให้หัวหมุนทำงาน
- ควรตั้งเวลาปั่นแยกก่อนหมุนปุ่มควบคุมความเร็ว
- เพิ่มความเร็วของมอเตอร์ด้วยการหมุนปุ่มควบคุมความเร็วอย่างช้า ๆ
- ไม่ควรเปิดฝาปิดช่องใส่หัวหมุนขณะที่หัวหมุนกำลังหมุนด้วยความเร็วสูง เพราะอาจก่อให้เกิดอันตรายได้ง่าย และช่วยทำให้เกิดการฟุ้งกระจายของเชื้อโรคได้ดีขึ้น
- เครื่องหมุนเหวี่ยงที่ไม่มีระบบหยุดหมุนของมอเตอร์ ควรปล่อยให้หัวหมุนหยุดหมุนเองไม่ควรใช้มือหรือวัตถุอื่น ๆ หยุดหัวหมุน
- ไม่ควรพยายามดึงหลอดปั่นออกในขณะที่หัวหมุนยังไม่หยุดสนิท
- ในขณะปั่นแยก ถ้ามีความผิดปกติ หรือเกิดความไม่สมดุลควรปิดสวิทช์หยุดการทำงานของมอเตอร์ทันที
- ทำความสะอาดหัวหมุนและช่องใส่หัวหมุนทุกครั้งหลังจากใช้งาน
- ถ้าโวลต์ของกระแสไฟฟ้าตกมากไม่ควรใช้เครื่องหมุนเหวี่ยง เพราะที่สภาวะนี้มอเตอร์จะดึงกระแสไฟฟ้ามากกว่าปกติซึ่งอาจทำให้เกิดความร้อนมากจนขดลวดทองแดงของมอเตอร์ไหม้นอกจากนี้ยังอาจทำให้วงจรควบคุมการทำงานต่าง ๆ ทำงานผิดพลาด
การบำรุงรักษา
- ตรวจสอบความถูกต้องของความเร็วรอบของเครื่องหมุนเหวี่ยง ด้วยเครื่องวัดความเร็วรอบภายนอก ค่าที่วัดได้ควรผิดพลาดไม่เกินร้อยละ 5 ถ้าผิดพลาดมากอาจแก้ไขโดยการปรับวงจรควบคุมความเร็วภายในเครื่องหมุนเหวี่ยง
- ตรวจสอบความถูกต้องของปุ่มควบคุมเวลาโดยใช้นาฬิกาที่มีความถูกต้องสูง ความผิดพลาดของปุ่มควบคุมเวลาไม่ควรเกินร้อยละ 10
- ตรวจสอบความถูกต้องของอุณหภูมิในช่องใส่หัวหมุนด้วยเทอร์มอมิเตอร์ทุก ๆ 6 เดือน
- ตรวจสภาพแปรงถ่านทุก ๆ เดือน ถ้าใช้งานมาก หรือตรวจสภาพทุก ๆ 6 เดือน ถ้าใช้งานน้อย ควรเปลี่ยนแปรงถ่านที่เหลือความยาวน้อยกว่า 5 มม. ใหม่ ควรใช้แปรงถ่านคุณภาพดีจากผู้ผลิตโดยตรง เพราะแปรงถ่านทั่ว ๆ ไปในท้องตลอดมักเป็นแปรงถ่านอ่อนที่สึกหรอง่าย และเกิดฝุ่นผงมาก ทำให้มอเตอร์สกปรกและเกิดความร้อนมาก หรือทำให้ไฟฟ้าเกิดลัดวงจรได้ง่าย
- ตรวจสอบและหล่อลื่นตลับลูกปืนของมอเตอร์ทุก ๆ ปี
- ในกรณีที่มีระบบป้องกันการไม่สมดุลของหัวหมุน ควรตรวจดูสภาพความเสื่อมของยางหรือความแข็งของสปริงที่ฐานมอเตอร์ทุก ๆ ปี
- ตรวจดูรอยฉีกขาดของสายไฟฟ้า ตรวจวัดกระแสไฟฟ้ารั่วที่เครื่องทุก ๆ 3 เดือน
- หล่อลื่นจุดหมุนของแหวนทรันเนียนด้วยไขหล่อลื่น ทุก ๆ 3 เดือน
- หัวหมุนที่ไม่ได้ใช้งานนาน ๆ ควรเก็บนอกช่องใส่หัวหมุนในที่แห้ง และสะอาด โดยการคว่ำช่องใส่หลอดปั่นลง
- สิ่งสกปรกที่เกิดขึ้นแก่เครื่องหมุนเหวี่ยงและอุปกรณ์ ควรทำความสะอาดทันทีด้วยสารชะล้างชนิดอ่อน น้ำอุ่น หรือน้ำกลั่น ถ้าเป็นสารกัดกร่อนควรเช็ดด้วยน้ำกลั่นมาก ๆ ก่อนเช็ดให้แห้งถ้าเป็นตัวอย่างจากผู้ป่วยซึ่งอาจมีเชื้อไวรัสตับอักเสบ เชื้อเอดส์( ฯลฯ. ควรฆ่าเชื้อโรคก่อนด้วย น้ำยาฆ่าเชื้อ ตัวอย่างเช่น แอลกอฮอล์ 70 เปอร์เซ็นต์ คลอรอก หรือไลซอล เป็นต้น
- เศษแก้วที่แตกควรกำจัดออกให้หมดจากกระบอกใส่หลอดปั่น เพราะเศษเหล่านี้จะก่อให้เกิดแรงกดเฉพาะจุดทำให้หลอดปั่นแตกได้ง่าย ส่วนเศษผงโลหะซึ่งมักจะมีสีเทา อาจกำจัดออกได้โดยเช็ดออกหลังการหมุนหัวหมุนเปล่าหลาย ๆ ครั้ง
การเลือก
- เหมาะสมกับงาน
- ควรใช้ได้กับหัวหมุนหลาย ๆ ชนิด เพื่อการใช้งานที่หลากหลายขึ้นด้วยการซื้อเครื่องหมุนเหวี่ยงเพียงเครื่องเดียว
- มีความสะดวกสบายในการใช้งานและการบำรุงรักษา
- มีระบบหยุดหมุนมอเตอร์ที่รวดเร็วและนิ่มนวล
- มีระบบป้องกันอันตราย
- มีระบบลดสัญญาณรบกวน
- มีเสียงดังน้อย
- หัวหมุนมีความจุมากเมื่อเทียบกับเครื่องหมุนเหวี่ยงที่มีขนาดเท่า ๆ กัน
- ควบคุมความเร็วในช่วงกว้าง ได้อย่างราบเรียบและคงที่
ปัญหาและสาเหตุ
- มอเตอร์ไม่หมุน
- ไม่มีกระแสไฟฟ้า (ฟิวส์ขาด ลืมเสียบปลั๊ก)
- แปลงถ่านหมด
- หน้าสัมผัสแปลงถ่านสกปรกหรือไม่เรียบ
- ฟิลด์คอยล์ลัดวงจร
- ลูกปืนรอบแกนหมุนแตก
- สวิตช์ตั้งเวลาทำงานผิดปกติ
- ปุ่มควบคุมความเร็วผิดปกติ - มอเตอร์หมุนช้ากว่าปกติ
- หน้าสัมผัสแปลงถ่านไม่เรียบหรือสกปรก
- ระบบควบคุมความเร็วผิดปกติ
- ฟิลด์คอยล์ลัดวงจร
- โวลต์ต่ำกว่าปกติ - มอเตอร์หมุนเร็วแต่ควบคุมความเร็วไม่ได้
- ระบบควบคุมความเร็วผิดปกติ
- มอเตอร์เสีย - หลอดปั่นแตก
- ใส่หลอดปั่นไม่สมดุล
- ไม่มียางกันแตกที่ก้นของช่องใส่หลอดปั่น
- ปลายหลอดปั่นกระทบกันเอง
- ปลายหลดปั่นกระแทกกับฝาปิดหรือแกนหมุน
- มีเศษสกปรกที่ก้นช่องใส่หลอดปั่น
- ใช้หลอดปั่นที่ไม่เหมาะสม
- ใส่หลอดปั่นขนาดเล็กในช่องใส่หลอดปั่นขนาดใหญ่โดยไม่ใช้ยางปรับขนาด
- ใช้ความเร็วรอบในการปั่นแยกสูงเกิน - มีเสียงดังมาก
- หัวหมุนไม่สมดุล
- แกนมอเตอร์คด
- ยางรองกันเสียงแข็งหรือฉีกขาด
- ปิดฝาเครื่องหมุนเหวี่ยงไม่สนิท
- ลูกปืนมอเตอร์แตกหรือฝืด
มีสิ่งสกปรกในช่องใส่หัวหมุน - เบรกไม่หยุด
- หน้าสัมผัสแปรงสกปรกหรือแปรงถ่านหมด
- สายต่อในระบบหยุดหมุนต่อไม่แน่นหรือหลุด - เครื่องวัดความเร็วรอบไม่ทำงาน
- Tachogenerator เสีย
- ภาคแสดงค่าความเร็วเสีย
- ตัวต้านทานปรับค่าได้ในวงจรปรับความเร็วเสีย
Reference:
ชูชาติ อารีจิตรานุสรณ์. (2544). เครื่องมือวิทยาศาสตร์. ขอนแก่น: โรงพิมพ์คลังนานาวิทยา
- Categories
- Knowledge