Separador de crema De Laval

Construye y prueba solo dentro de una carcasa resistente. Equilibra con obsesión, acelera lentamente y nunca abras la carcasa mientras algo esté girando.

De Laval especifica un engranaje para alcanzar seis o siete mil revoluciones por minuto desde una manivela manual, desnatando sesenta litros por hora. Ambas cifras aparecen en la especificación.

Deja la leche entera en una bandeja poco profunda en un lugar fresco y anota cuánto tarda en formarse una capa de nata. Ese número —muchas horas— es lo que se está reemplazando.

La aceleración centrípeta es ω²r. A 7000 rpm con un radio de 50 mm, eso equivale a varios miles de g, por lo que los segundos reemplazan a las horas.

Mecanice un cuenco que gire con precisión. A estas velocidades, un gramo de desequilibrio genera una fuerza cíclica considerable: el equilibrado es un requisito de seguridad, no un refinamiento.

Sostén el tazón sobre un eje delgado en lugar de uno rígido. La intuición de De Laval fue que un eje flexible permite que el tazón gire alrededor de su propio centro de MASS por encima de la velocidad crítica, en lugar de luchar contra el desequilibrio.

Acelera rápidamente al pasar la resonancia y observa el pico de vibración y luego disminuye. Permanecer en la velocidad crítica es lo que destruye la máquina.

Construye un tren de engranajes que convierta una velocidad de mano cómoda de 60 rpm en varios miles en el cuenco. Las relaciones por encima de cien a uno son lo que hace que funcione a mano en absoluto.

Introduzca la leche por el eje. Debe entrar donde el campo es más débil y desplazarse hacia afuera, o simplemente mezclará lo que ya se ha separado.

Instala dos salidas a radios diferentes. La leche desnatada densa se acumula en la pared; la crema ligera es desplazada hacia el interior: la fase LIGHT va al centro, lo que sorprende a la gente.

Inserta conos anidados para que la leche se divida en capas delgadas. Así, un glóbulo tiene que recorrer milímetros en lugar de centímetros, y el tiempo de separación se reduce drásticamente.

Recoge ambas salidas y compara. Una buena separación deja leche desnatada con una fracción de un por ciento de grasa, de forma continua y sin ningún tiempo de espera.

Alimenta más rápido y la separación empeora: el tiempo de residencia en el tazón ha caído por debajo de lo que necesitan los glóbulos para recorrer la distancia. El rendimiento y la pureza se intercambian directamente.

Encuentra el lodo en la pared: suciedad, células y residuos más densos que la leche. El separador también es un clarificador, y ese beneficio de higiene importaba tanto como la crema.

La patente. US 368,328, "Apparatus for working centrifugal machines", concedida el 16 de agosto de 1887 a Gustaf de Laval de Estocolmo, que cubre el soporte y el funcionamiento manual de los separadores centrífugos de crema montados verticalmente. De Laval había construido su primer separador de funcionamiento continuo en 1878; la importancia de "continuo" radica en que la leche entra y dos corrientes salen sin que la máquina se detenga, mientras que todos los métodos anteriores eran por lotes que había que preparar, esperar y desnatar.

La física es la ley de Stokes con la gravedad reemplazada. Un glóbulo de grasa asciende a través de la leche a una velocidad determinada por la diferencia de densidad, el tamaño del glóbulo al cuadrado, la viscosidad del fluido y el campo de aceleración. La gravedad da 1 g y una línea de crema en medio día. Girar a 7000 rpm con un radio de 50 mm da varios miles de g, y la misma separación ocurre en segundos. Nada en la leche cambia, solo el tamaño del campo que impulsa la separación.

El apilamiento de discos es la segunda idea. El tiempo de separación también depende de cuán FAR debe recorrer un glóbulo, y esa distancia escala con la profundidad de la capa líquida. Anidar una pila de discos cónicos divide el tazón en muchas capas delgadas, de modo que cada glóbulo tiene un camino muy corto hasta la superficie más cercana, desde la cual se desliza hacia el interior. Es el mismo razonamiento que un sedimentador de placas en el tratamiento de aguas, y por eso el tazón de un separador moderno está lleno de conos prensados.

La otra contribución de De Laval es el eje. Un husillo rígido debe equilibrarse casi perfectamente o se desgarra; un husillo flexible y delgado se comporta de otra manera. Por encima de su velocidad crítica, un eje flexible permite que el rotor gire alrededor de su propio centro de masa, de modo que el desequilibrio residual se acomoda en lugar de oponerse: una máquina que vibra violentamente a una velocidad particular y luego funciona con suavidad más allá de ella. Esto es hoy la dinámica de rotores estándar, y el mismo hombre aplicó después la rotación de alta velocidad a la turbina de vapor de de Laval y dio su nombre a la tobera convergente-divergente usada en motores de cohete.