Separatore di crema De Laval

Costruisci e collauda solo all'interno di un involucro robusto. Bilancia in modo meticoloso, avvia lentamente e non aprire mai l'alloggiamento mentre qualcosa è in rotazione.

De Laval specifica un ingranaggio per raggiungere da sei a sette mila giri al minuto con una manovella manuale, scremando sessanta litri all'ora. Entrambe le cifre sono riportate nella specifica.

Lasciare il latte intero in una padella bassa in un luogo fresco e registrare quanto tempo impiega a formarsi uno strato di panna. Quel numero — molte ore — è ciò che viene sostituito.

L'accelerazione centripeta è ω²r. A 7000 rpm su un raggio di 50 mm equivale a diverse migliaia di g — ed è per questo che i secondi sostituiscono le ore.

Lavora al tornio una ciotola che giri in modo perfettamente centrato. A queste velocità un grammo di squilibrio genera una grande forza ciclica: il bilanciamento è un requisito di sicurezza, non un optional.

Sostieni la ciotola su un albero sottile anziché su uno rigido. L'intuizione di De Laval fu che un albero flessibile permette alla ciotola di ruotare attorno al proprio centro di MASS al di sopra della velocità critica, invece di contrastare lo squilibrio.

Attraversa rapidamente la risonanza e annota il picco di vibrazione, poi rallenta. Indugiare alla velocità critica è ciò che distrugge la macchina.

Costruisci un treno di ingranaggi che porti una comoda velocità di mano di 60 giri al minuto a diverse migliaia al recipiente. Rapporti superiori a cento a uno sono ciò che rende possibile l'azionamento manuale.

Introduci il latte lungo l'asse. Deve entrare dove il campo è più debole e propagarsi verso l'esterno, altrimenti si limita a mescolare ciò che si è già separato.

Installa due uscite a raggi diversi. Il latte scremato denso si raccoglie sulla parete; la panna leggera viene spinta verso l'interno — la fase LIGHT va al centro, il che sorprende molte persone.

Inserisci coni annidati in modo che il latte venga suddiviso in strati sottili. Una goccia deve quindi percorrere millimetri invece di centimetri, e il tempo di separazione si riduce drasticamente.

Raccogli entrambi gli output e confrontali. Una buona separazione produce latte scremato con una frazione di percento di grasso, in modo continuo, senza alcuna attesa.

Alimentando più velocemente la separazione peggiora: il tempo di permanenza nella ciotola è sceso al di sotto di quello necessario ai globuli per percorrere la distanza. Produttività e purezza si bilanciano direttamente.

Trova i fanghi sulla parete: sporco, cellule e detriti più densi del latte. Il separatore è anche un chiarificatore, e quel vantaggio igienico era importante quanto la panna.

Il brevetto. US 368,328, "Apparatus for working centrifugal machines", concesso il 16 agosto 1887 a Gustaf de Laval di Stoccolma, che copre il supporto e il funzionamento manuale di separatori centrifughi di crema montati verticalmente. De Laval aveva costruito il suo primo separatore a funzionamento continuo nel 1878; il significato di "continuo" sta nel fatto che il latte entra e due flussi escono senza che la macchina si fermi, mentre ogni metodo precedente era a lotti che dovevano essere impostati, attesi e scremati.

La fisica è la legge di Stokes con la gravità sostituita. Un globulo di grasso risale attraverso il latte a una velocità determinata dalla differenza di densità, dal quadrato delle dimensioni del globulo, dalla viscosità del fluido e dal campo di accelerazione. La gravità dà 1 g e una linea di crema in mezza giornata. Girando a 7000 rpm su un raggio di 50 mm si ottengono diverse migliaia di g, e la stessa separazione avviene in pochi secondi. Nulla nel latte cambia, solo l'intensità del campo che guida la separazione.

La pila di dischi è la seconda idea. Il tempo di separazione dipende anche da quanto FAR deve percorrere un globulo, e tale distanza scala con la profondità dello strato di liquido. Impilando una pila di dischi conici si divide la ciotola in molti strati sottili, così ogni globulo ha un percorso molto breve verso la superficie più vicina, lungo la quale scivola verso l'interno. È lo stesso ragionamento di un sedimentatore a piastre nel trattamento delle acque, ed è il motivo per cui una moderna ciotola di separatore è piena di coni pressati.

L'altro contributo di De Laval è l'albero. Un mandrino rigido deve essere bilanciato quasi perfettamente, altrimenti si lacera; un albero flessibile e sottile si comporta diversamente. Al di sopra della sua velocità critica, un albero flessibile permette al rotore di ruotare attorno al proprio centro di massa, così lo squilibrio residuo viene assorbito anziché contrastato: una macchina che vibra violentemente a una particolare velocità e poi gira in modo regolare oltre di essa. Questa è oggi la dinamica dei rotori standard, e lo stesso uomo applicò poi la rotazione ad alta velocità alla turbina a vapore de Laval e diede il nome all'ugello convergente-divergente usato nei motori a razzo.