Força centrífuga

O que há de comum entre tratamento de rejeitos industriais, análises de laboratório e enriquecimento de urânio? Todos esses processos usam centrífugas.

Antes de tudo, há uma confusão entre força centrífuga e centrípeta. Vamos imaginar um pequeno rato sobre um daqueles velhos discos de vinil, girando. E há um gato próximo, olhando-o, com o estômago doendo de fome. Como o rato está parado sobre o disco, que gira, ele descreve uma trajetória circular para alguém que está fora do disco, como o gato; no jargão da física, diz-se que o gato está em um referencial inercial, ao contrário do rato. O gato nota uma força centrípeta agindo sobre o rato, ou seja, uma força que aponta para o centro do círculo que o rato descreve. Essa força é causada pelo atrito entre as patas do rato e a superfície do disco; se o atrito fosse "desligado" de repente o rato escorregaria, e passaria a descrever uma reta. A força centrípeta é proporcional ao quadrado da velocidade do corpo, e inversamente proporcional à distância entre o corpo e o centro do círculo que ele descreve.
Do ponto de vista do rato (ou em fisiquês, no sistema de referência do rato) as coisas se passam de maneira diferente: ele (o rato) está parado, enquanto o mundo é que gira ao seu redor. Entretanto ele percebe algo estranho: se estiver olhando para o centro do disco, sente uma força empurrando-o para trás. Essa é a força centrífuga, uma força de inércia, que só existe para o rato. No sistema de referência do gato, a força centrífuga não existe [1].
Às vezes é mais fácil resolver um problema mudando de sistema de referência, daí a conveniência da força centrífuga. Ela pode parecer real para o rato, que acha que está parado e que há uma força agindo sobre ele. Mas o gato sabe que o rato não está parado, e como todo corpo que descreve uma trajetória circular, sofre uma aceleração constante que aponta para o centro do círculo que percorre.

Figura 1: a força centrípeta e a velocidade de um corpo nos instantes t1, t2 e t3; a força centrípeta sempre aponta para o centro do círculo.

Enquanto a sedimentação e a decantação usam apenas a força da gravidade para separar respectivamente misturas de sólidos e líquidos e misturas de líquidos de densidades diferentes, a centrifugação usa uma aceleração maior, resultante da soma vetorial das forças gravitacional e centrífuga, o que permite a separação de líquidos de densidades apenas ligeiramente diferentes [2].

Figura 2: centrífuga usada em laboratório para separação de misturas ¹.

Na indústria de alimentos as centrífugas são usadas especialmente na área de bebidas, laticínios e no processamento de óleos e gorduras vegetais. Na indústria de laticínios por exemplo as centrífugas são usadas na remoção de gordura do leite e do soro de leite (desnate), na remoção de sujeiras (clarificação) e de microorganismos (degerminização), e na concentração do creme [3].

Figura 3: nas secadoras de roupas domésticas ou de lavanderias a água passa por telas ou por paredes perfuradas durante a centrifugação, de modo a deixar a roupa seca ou levemente úmida.

Centrífugas são usadas ainda na purificação de vacinas, óleos lubrificantes e óleo combustível, na produção de açúcar e etanol da cana-de-açúcar, na determinação do peso molecular de proteínas e na separação de isótopos (por exemplo o enriquecimento de urânio) [4].

Figura 4: Centrífuga industrial.

[1] Curso de Física Básica 1 - Mecânica, Moysés Nussenzveig, Ed. Edgard Blücher, 3a. ed. pg 301 (1996).
[2] Solvent waste reduction, Pollution Technology Review No. 193, U.S. Environmental Protection Agency and ICF Consulting Associates, Inc., Noyes Data Corporation, Park Ridge, NJ, pg 115 (1990)
[3] http://www.westfaliaseparator.com.br/areas_alimentos_laticinios.php
[4] "centrifuge." Encyclopædia Britannica. 2008. Encyclopædia Britannica Online. 23 May. 2008