Étape 1: Contexte et considérations sur la conception générale
Centrifugeuses : Une Introduction de base
Sur la page Wikipedia de centrifugeuses, "une centrifugeuse est une pièce d’équipement... qui met un objet en rotation autour d’un axe fixe, en appliquant une force perpendiculaire à l’axe. La centrifugeuse fonctionne selon le principe de sédimentation, où l’accélération centripète provoque des substances plus denses à séparer le long de la direction radiale (le fond du tube). Par les mêmes objets briquet jeton aura tendance à se déplacer vers le haut (du tube ; dans l’image tournante, se déplacer vers le centre). "
Fondamentalement, une centrifugeuse est un dispositif qui fait tourner un tube contenant un échantillon liquide autour d’un axe central. Cette rotation entraîne l’échantillon afin d’être soumis à une force centripète. Étant donné que les tubes sont orientées radialement avec la partie supérieure du tube vers l’axe, la force centripète simule une extrême force gravitationnelle sur le tube. C’est comme si vous tenais le tube sur la fin dans un laboratoire (ou cuisine) sur Jupiter (seulement la centrifugeuse exerce en fait beaucoup, beaucoup plus de force que ne le ferait gravitationnelle de Jupiter). Cette force accrue provoque des parties les plus lourdes de l’échantillon, comme les solides en suspension et des graisses à couler au fond du tube, tandis que des composants plus légers, tels que liquides, flotteur vers le haut.
Centrifugeuses sont généralement utilisés en chimie, biologie et biochimie pour isoler et séparer les suspensions. Cependant, ils ont commencé récemment voir utilisation en gastronomie moléculaire, un domaine des sciences de l’alimentation qui vise à utiliser les principes scientifiques et techniques dans la préparation des aliments. Peu de documentation existe encore, cependant, des recettes pour les aliments préparés avec des centrifugeuses. C’est le but de ce Instructable pour commencer à changer cela.
Objectifs de conception
L’objectif global de ce projet est de créer une centrifugeuse capable de filer jusqu'à huit échantillons de 15mL à des vitesses assez élevées qui permet la séparation des liquides, solides et semi-solides, parties de l’échantillon. Outre cette fonction, la centrifugeuse doit
- être sans danger pendant une utilisation normale et en cas d’échec.
- être facile à utiliser.
- être sanitaire car il peut être utilisé dans la préparation des aliments pour la consommation humaine.
- être esthétiquement agréable et personnalisable pour s’adapter à la décoration d’une cuisine.
Pièces de la centrifugeuse
Plus détaillée est donnée sur les marches dédiées à chaque système.
Groupe motopropulseur (Étape 5): le groupe motopropulseur est la portion de la centrifugeuse qui s’interface avec un moteur d’entraînement et de transfert de couple du moteur au rotor. La transmission doit être suffisamment solide pour résister à des vitesses de rotation plus élevés que le maximum dont le moteur d’entraînement est capable, en plus d’une généreuse marge de sécurité.
Rotor (Étape 6): le rotor est la partie de la centrifugeuse qui tourne et sécurise les tubes contenant de l’échantillon au cours de l’opération. Le rotor sera capable de contenir un maximum de huit tubes de 15mL. Les tubes sont chargés dans le rotor en pivotant entre crochets afin que, lorsque la centrifugeuse est au repos, les tubes accrochent verticalement, et Pendant le fonctionnement, les tubes se trouvent radialement, parallèle à la direction de la force centripète exercée sur eux. Le rotor doit être assez fort pour tenir les tubes à échantillon sous forces centripètes générées à la vitesse de rotation maximale de la centrifugeuse, plus une généreuse marge de sécurité.
Boîtier de sécurité (Étape 7): l’enveloppe de sécurité comprend toutes les pièces mobiles de la centrifugeuse, sauf le moteur d’entraînement. Le boîtier est conçu pour faire deux choses. Tout d’abord, l’enceinte empêche n’importe quel objet étranger d’entrer dans la centrifugeuse pendant le fonctionnement. Deuxièmement, l’enceinte est un bouclier conçu pour empêcher une partie de la centrifugeuse, ou les tubes à échantillon, d’être éjecté de la machine en cas d’échec. Le boîtier est conçu pour protéger l’opérateur de la centrifugeuse et tout ce qui pourrait subir des dommages causés par une défaillance mécanique de la centrifugeuse.
Sources d’Inspiration
Tel que mentionné dans l’introduction de ce Instructable, la principale source d’inspiration pour ce projet était un article de vulgarisation scientifique par Paul Adams. M. Adams a écrit une pièce de grande manifestation, montrant comment une centrifugeuse pourrait servir à la préparation des aliments, notamment par la fabrication du beurre de pois de la graisse séparée d’une purée de pois. C’est cet article que piqué par intérêt pour expérimenter avec de la nourriture dans une centrifugeuse. Cependant, parce que les centrifugeuses sont assez chers, j’ai pu travailler à concevoir ma propre.
Avant de commencer le projet, j’avais entendu une histoire sur comment une imprimante 3D a été utilisée pour produire un attachement petite centrifugeuse pour un outil rotatif Dremel. Le projet, appelé le DremelFuge, est une fantastique de validation que l’impression 3D peut en effet par utilisé pour fabriquer une centrifugeuse, cependant, il y a quelques oublis graves dans la conception, en particulier ceux liés à la sécurité. Le DremelFuge n’a aucun boîtier de sécurité que ce soit. Si un des tubes échantillon devait se détacher du rotor pendant l’opération, il pourrait provoquer des blessures graves, voire mortelles pour l’opérateur, ou d’autres. Même fonctionnant à la vitesse de rotation minimale discutée sur la page de Thingiverse, 3000 tr/min, les tubes ont une vitesse tangentielle plus 70 mi/h, qui, même si les tubes échantillon sont petit et léger, est suffisamment rapide pour causer des lésions corporelles. Le bit vraiment effrayant est cependant l’examen du fonctionnement de la DremelFuge à un fichier beaucoup plus rapide, 30 000 rpm. Avec cette vitesse de rotation, les tubes à échantillon ont une vitesse tangentielle environ 715 mi/h ! Cette vitesse est assez proche de la vitesse du son et les tubes à échantillon roulant à cette vitesse aurait plus de suffisamment d’énergie cinétique pour endommager sérieusement tout ce qu’ils pourraient frapper, y compris un corps humain.
La dernière source d’inspiration pour la conception de la centrifugeuse dans ce Instructable vient simplement vous désirez d’autres exemples de centrifugeuses fait maison. Une image simple de recherche sur Google renvoie beaucoup d’exemples de centrifugeuses fait maison. Certains sont meilleurs que d’autres, mais ils ont tous des idées d’offre pour les différentes manières une centrifugeuse a pu être conçue à partir de zéro.
