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DEFINICIÓN



Ósmosis
Para los procesos de separacion controlados por la velocidad, donde el mecanismo de transporte a través de la membrana no está aun bien defino, el factor de separacion se lo determina de manera experimental. Para lo cual a continuación se estudiará el fenomeno de la Ósmosis, el cual está basado en la búsqueda del equilibrio. Cuando se ponen en contacto dos fluidos con diferentes concentraciones de sólidos disueltos se mezclarán hasta que la concentración sea uniforme. Si estos fluidos están separados por una membrana permeable (la cual permite el paso a su través de uno de los fluidos), el fluido que se moverá a través de la membrana será el de menor concentración de tal forma que pasa al fluido de mayor concentración. (Binnie et. al. 2002).

Ósmosis Inversa




La Osmosis Inversa consiste en separar un componente de otro en una solución, mediante las fuerzas ejercidas sobre una membrana semi-permeable. Su nombre proviene de "osmosis", el fenómeno natural por el cual se proveen de agua las células vegetales y animales para mantener la vida.

Tambien podemos decir que la ósmosis inversa es una operación unitaria mediante la cual se aplica una presión externa, comprendida entre 14 y 60 Kg/cm2, que forzará al agua a pasar a través de una membrana semipermeable produciéndose un permeado que contiene, aproximadamente, el 10% del total de sales presentes en el agua de alimentación. Este proceso depende de la adsorción preferencial del agua en la superficie de una membrana semipermeable. Es importante saber que si utilizamos una presión mucho mayor que la presión osmótica, se produce el efecto contrario, es decir los fluidos se presionan a través de la membrana, mientras que los sólidos disueltos quedan atrás

Los componentes básicos de una instalación típica de osmosis inversa consisten en un tubo de presión conteniendo la membrana, aunque normalmente se utilizan varios de estos tubos, ordenados en serie o paralelo. Una bomba suministra en forma continua el fluido a tratar a los tubos de presión, y, además, es la encargada en la práctica de suministrar la presión necesaria para producir el proceso. Una válvula reguladora en la corriente de concentrado, es la encargada de controlar la misma dentro de los elementos (se denominan así a las membranas convenientemente dispuestas).


Está regida por la siguiente fórmula:




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Donde:

TT: presión osmótica
i: grado de ionización
C: concentración
R: constante universal de los gases
T: Temperatura

La osmosis inversa es el fenómeno reversible de osmosis natural o directa que hoy constituye el nivel más fino de filtración existente, capaz de rechazar elementos tan pequeños, como 0.0001 mm, a través de una membrana semipermeable por un proceso de difusión controlada



ALIMENTO

AGENTE DE SEPARACIÓN

PRODUCTOS

PRINCIPIO

EJEMPLO

solución

gradiente de presion

(energia de bombeo)

+ membrana

dos soluciones liquidas

Difusividades y solubilidades combianadas

diferentes de los compuestos en la membrana

desalinizacion el agua del mar



O y OI.jpg



La figura a continuación esquematiza el proceso de OI:

osmosis inversa.jpg
Proceso de Osmosis inversa


Se denomina membrana semipermeable a la que contiene poros o agujeros, al igual que cualquier filtro, de tamaño molecular. El tamaño de los poros es tan minúsculo que deja pasar las moléculas pequeñas pero no las grandes, normalmente del tamaño de micras. Por ejemplo, deja pasar las moléculas de agua que son pequeñas, pero no las de azúcar, que son más grandes. Los materiales más frecuentemente utilizados en la fabricación de las membranas son el acetato de celulosa y las poliamidas aromáticas.

Una membrana para realizar ósmosis inversa debe resistir presiones mayores a la diferencia de presiones osmóticas de ambas soluciones. En el caso del agua bruta con 35.000 ppm de sólidos disueltos a 25ºC, presenta una presión osmótica de aproximadamente 25 bar, pero para obtener permeado se requieren 70 bares). Además debe presentar permeabilidad al agua y rechazar un porcentaje elevado de sales.

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Figura 1. Esquema de una ósmosis inversa sistema (desalinización), utilizando un intercambiador de presión 1:. entrada de agua de mar, 2: El flujo de agua dulce (40%), 3: Flujo de concentrado (60%), 4: Flujo de agua de mar (60%) , 5: Concentrado (drenaje), A: Alto flujo de la bomba de presión (40%), B: La bomba de circulación, C: unidad de ósmosis con membrana, D: La presión del intercambiador
Para proyectar un equipo de Ósmosis Inversa es fundamental contar con:
  • Caracterización del agua de alimentación.
  • Caudal a tratar.
  • Uso del agua de producto.

En resumen:

  1. En una membrana semipermeables existe la reflexión total de las moléculas del soluto y la transmisión parcial de las moléculas del solvente. Esto se produce cuando el fluido entra en la membrana.
  2. En la interfase líquido-membrana se produce una disminución en el valor de la presión, esto se produce por una variación de la cantidad de movimiento, al excluir el soluto.
  3. La caída de presión en la interfase puede manifestarse de tres formas distintas:
  • Estado de equilibrio
  • Estado estacionario
  • Estado metaestable




HISTORIA




El fenómeno de la ósmosis inversa fue descrito por vez primera por Sir Charles E. Reid en el año 1953 para obtener agua potable procedente del agua del mar y constituir una fuente de agua potable. La propuesta de Sir Reid fue sometida a consideración por la Oficina de Aguas Salinas de EUA y aparecieron algunas objeciones a la idea. En una de ellas se consideraba a la ósmosis inversa como un proceso no práctico o de difícil logro y que en caso de funcionar, sería tan solo una curiosidad a modo de experimento didáctico de laboratorio.

La controversia más dura a la propuesta de Reid fue cuando se demostró que se carecía, por aquel entonces, de una membrana de características y calidad adecuada para efectuar de forma eficiente el proceso de ósmosis inversa tal como se había descrito. Efectivamente, al aprobarse el proyecto de Sir Reid se determinó que era un problema enorme el hecho de conseguir una membrana osmótica que tuviera las capacidades físicas y químicas de realizar ese proceso sin sufrir alteraciones en su naturaleza ni interferir químicamente con el disolvente.
Las dificultades técnicas aludidas y las objecciones básicamente fueron las siguientes:
1) La carencia de una membrana lograda que resistiera de manera estable químicamente las soluciones salinas sin degradarse.
2) Las membranas logradas en la época eran muy poco porosas o inconsistentes como para permitir el tránsito del solvente, que se trataba de agua pura y demasiado abiertas en el poro para tener un coeficiente apropiado de reflexión de Staverman, o lo que es lo mismo, un bajo rechazo de sales disueltas.
3) La rápida saturación de la membrana osmótica requería de una limpieza constante o lavado tangencial periódico o lo que resultaba más grave, su sustitución.
La solución al problema de la separación del agua pura a partir de agua marina o aguas salobres, fue resuelta con éxito por el descubrimiento de una membrana de acetato de celulosa en el año 1959 y su subsiguiente producción en serie. Este descubrimiento siguió a otro logrado por S. Loeb y por S. Sourirajan en los años 60, al demostrarse que la membrana de Reid y Breton mejoraba el flujo de solvente y rechazo de sales.
Cuando la membrana se hacía de forma asimétrica en lugar de emplear una superficie homogénea se mejoraba sustancialmente el rendimiento. Luego se comprobó, por observaciones al microscopio de alta resolución, que la asimetría en la membrana de Loeb y Surirajan se debía a la presencia de una delgada película polímérica de grado amorfo con correspondientes secciones cristalinas sobre la superficie de dicha membrana. Esta película es la parte activa de la membrana y es la responsable de la exclusión de los solutos, al ser la que se encuentra en contacto con ellos en su cara activa. El cuerpo estructural restante de la membrana sirve como soporte físico y es una estructura polímera esponjada altamente porosa que aporta resistencia al formato y diseño.
Con estos tipos de membranas se lograron eficientemente los procesos de ósmosis inversa, zanjando de una vez por todas las discusiones de aquellos que pensaron que esa inversión física nunca funcionaría en la práctica de manera rentable.

PROCESO


Para purificar el agua, se puede aplicar el proceso de ósmosis inversa. Para poder forzar el paso del agua que se encuentra en la corriente de salmuera a la corriente de agua con baja concentración de sal, es necesario presurizar el agua a un valor superior al de la presión osmótica. Como consecuencia, la salmuera se concentrará más. la presión utilizada en este caso es de 60 bar.


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Ósmosis inversa - Agua

1. El agua fluye de una columna con un bajo contenido de sólidos disueltos a una columna que contiene una elevada concentración de sólidos disueltos.
2. La presión osmótica es la aplicada para evitar que el agua siga fluyendo a través de la membrana y de esta forma crear un equilibrio.
3. Para poder alcanzar una presión superior a la presión osmótica, el agua debe fluir en sentido contrario. El agua fluye de la columna con un alto contenido en sólidos disueltos a la columna con bajo contenido en sólidos disueltos.

Feed water Membrane Permeate

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Cabe destacar que estos procesos son relativamente costosos, ya que la energía que se requiere para impulsar los pistones que ejercen la fuerza sobre el fluido para vencer la presión osmótica natural y realizar el proceso de manera inversa, es extremadamente grande. Por ejemplo para realizar ósmosis inversa sobre un fluido salino al 25%, con el fin de desalinizarlo se necesita vencer una presión superior a 105 atmósferas. Dando así una idea de la complejidad del asunto.
Este tratamiento, que tiene aplicación para la eliminación de impurezas iónicas tales como: nitratos, fosfatos, sulfatos, iones metálicos, coloides, compuestos orgánicos y también de microorganismos, se lleva a cabo con facilidad mediante membranas de acetato de celulosa y
de poliamidas. Las de acetato de celulosa se emplean para caudales grandes por unidad de superficie, mientras que las de poliamidas son apropiadas para soportar caudales menores.

A continuación se presenta un video explicativo del tema:








EQUIPOS


Los equipos de Osmosis inversa están constituidos básicamente por:
  • Fuente de presión.
  • Pre-tratamiento y acondicionamiento.
  • Contenedor y membranas de Ósmosis Inversa.
  • Medidores de flujo de permeado, concentrado y reciclado.
  • Control mediante microprocesador.
  • Panel de protección, mando y control.


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Elemento de la Membrana de Ósmosis Inversa

Tanto las membranas de ósmosis inversas como otros sistemas de membranas necesitan revisiones y limpiezas periódicas, para lo cual es necesario utilizar productos químicos específicos que dependen del tipo de contaminación.

Formación de depósitos

Se debe a la precipitación de partículas inorgánicas suspendidas como carbonato de calcio, sulfato de bario y compuestos de hierro.

Obstrucción de la membrana

Es producto del depósito de materia orgánica, coloides y partículas suspendidas. Las bacterias y microorganismos que se encargan de descomponer éstas partículas crearán sustratos y crecerán. Esto provocará una disminución de la capacidad de trabajo de la membrana, un aumento de la presión necesaria y en general un mayor consumo de energía.

Es muy importante purificar las membranas antes de su uso de forma preventiva, en muchos casos en lugar de una limpieza exhaustiva de forma periódica utilizando un agente muy agresivo es más útil una limpieza más suave pero de forma más regular. Así la vida útil de la membrana será mayor.

Escala

Escala de Carbonato cálcico

NOrmalmente ocurre en agua dura
Use nuestro anti-cal

Formacion de pelicula biológica

Crecimiento de microrganismos en la membrana
Aplique nuestro desinfectante

Depósitos de hierro

Separacion del hierro contenido en depositos
Trátelo con nuestro separador quimico

Depósitos orgánicos

Depositos de aceite y organicos
Tratamiento eficaz con nuestro sistema de ayuda de limpieza


MEMBRANAS Y MODULOS DE OSMOSIS INVERSA.

Los avances de la tecnología a logrado membranas de permeabilidad controlada, lo cual permite la separación de moléculas de peso molecular muy próximos, uno de los primeros materiales empleados fueron acetato de celulosa (CA) muy poco utilizado actualmente ya que se han encontrado materiales mucho más resistentes como son las poliamidas, (PA).

En el grupo de las poliamidas, las que han tenido mas éxito son las denominadas TFC (Thin Film Composite) o de película delgada la cual se fabrica en forma de sabana mediante la unión química de enlaces cruzados de la poliamida depositada sobre un soporte de polisulfona, es importante que todas las membranas denominadas como TFC se fabrican como lo anteriormente descrito, ya que muchos fabricantes se limitan a pegar la membrana sobre el soporte no ofreciendo las mismas garantías. La capa semipermeable oscila entre una anchura de 0,25 a 0,5 micras.

Los materiales de fabricación de las membranas se resumen en los siguientes:
  • Diacetato de celulosa.
  • Blend (membranas compuestas).
  • Poliamida.
  • Thin Film Composite.

Las membranas se encuentran en el mercado en diferentes configuraciones y se montan dentro de contenedores normalmente cilíndricos denominados PORTA MEMBRANAS, diseñados mecánicamente para resistir presiones de trabajo y ser químicamente resistentes a las aguas a tratar, el rango de las presiones utilizadas es muy variable dependiendo de las aplicaciones:

  • Uso domestico o pequeños equipos de 3 a 8 kg/cm2.
  • Aguas de salinidad media de 8 a 21 kg/cm2.
  • Aguas salobres de 21 a 40 kg/cm2
  • Agua de mar de 50 a 78 kg/cm2

Los materiales de construcción empleados son normalmente PVC o polietileno de alta densidad para presiones inferiores a 8 kg. y para presiones superiores acero inoxidable y poliester reforzado con fibra de vidrio.

Al conjunto de la membrana y el portamembrana se le denomina MODULO DE OSMISIS INVERSA y como máxima contiene 6 membranas. Lógicamente cada modulo tendrá una entrada de agua de alimentación y dos salidas una para permeado y otra para rechazo.


CONFIGURACIONES

Hay 3 configuraciones posibles de la membrana: el elemento tubular, el elemento espiral y el elemento de fibras huecas. Más del 60% de los sistemas instalados en el mundo trabajan con elementos en espiral debido a 2 ventajas apreciables:
  • Buena relación área de membrana/volumen del elemento.
  • Diseño que le permite ser usado sin dificultades de operación en la mayoría de las aplicaciones, ya que admite un fluido con una turbiedad más de 3 veces mayor que los elementos de fibra hueca.
Este elemento fue desarrollado a mediados de la década del 60, bajo contrato de la oficina de aguas salinas. En la actualidad estos elementos se fabrican con membranas de acetato de celulosa o poliamidas y con distinto grados de rechazo y producción.


Tipos de osmosis
Tipos de osmosis



MEMBRANAS TUBULARES.

Como su nombre indica consisten en tubos de 1,5 a 3 metros de longitud y de 1/2 pulgada a 1, cuya pared exterior es la membrana y se montan concéntricamente un tubo dentro del otro recogiéndose el producto en la pared exterior de la membrana o bien por pequeños orificios practicados en la pared de l contenedor por los cuales gotea el producto. Actualmente esta en desuso en el tratamiento de aguas por su escasa superficie y productividad utilizándose sobretodo en la industria alimentaria ya que permite la circulación de líquidos muy cargados y se limpian con gran facilidad.

MEMBRANAS PLANAS.

Generalmente de formato cuadrado, rectangular o circular que se montan sobre bastidores los cuales se agrupan de la misma forma que las placas en un filtro prensa.
El agua de rechazo y permeado salen por unos pequeños tubos desmontables lateralmente y si unimos esto a que las placas son separables entre si tenemos un sistema perfectamente lavable, esto hace que su utilidad se de fundamentalmente en la industria farmacéutica y alimentaria ya que son perfectamente esterilizables y permite recuperar fluidos a tratar como los productos generalmente muy valiosos. No se
suelen utilizar en el tratamiento de aguas.

MEMBRANAS DE FIBRA HUECA.

Están constituidos por millones de capilares huecos , como cabellos, cuyos extremos se insertan en un soporte de resina epoxi. El agua de alimentación circula por el exterior de las fibras mientras que el agua de permeado se recoge en el interior del capilar vertiendo en una cámara de recogida. Generalmente operan a una presión de 28 kg./cm2 y se comercializan en diámetros de 4 y 8 pulgadas con longitudes de 20 y 40”.
Tiene la ventaja de tener una mayor productividad por su gran área en poco espacio ocupado, pero presentan unos problemas serios de ensuciamiento y un elevado costo de reposición. Hace unos años era el tipo que predominaba y a quedado relevada prácticamente a la desalinización del agua de mar.

MEMBRANAS ESPIRALES.

Son las mas utilizadas en el tratamiento del agua. Consisten en membranas dobladas en forma de sobre y en cuyo interior se coloca un material espaciador que forma el canal de alimentación. Sobre las membranas se dispone un tejido poroso que actúa como canal del producto, todo este conjunto se enrolla sobre un tubo perforado de PVC que actúa como colector final, se fabrican en diámetros de 1.5, 1.8, 2, 2.5, 4 y 8 “ y en longitudes de 12, 14, 21 y 40”, presentan una productividad que las de fibra hueca, pero esta desventaja queda ampliamente compensada por las siguientes ventajas:

  • Mucho más económicas.
  • Muy resistentes al ensuciamiento lo que permite trabajar con aguas más cargadas.
  • Fácil reposición.
  • Mayor facilidad y efectividad de lavado.
  • Mejor control de la calidad de fabricación.

RESISTENCIA QUIMICA Y BACTERIOLOGICA.

pH.
La poliamida es estable en pH entre 3 y 12 pudiendo resistir durante 30 min. pH comprendidos entre 1 y 13.
El acetato esta sometido al fenómeno de la hidrólisis y su gama de trabajo de pH es entre 5 y 8, siendo el pH óptimo 5,5 durante periodos cortos puede trabajar entre 4 y 9.

OXIDANTES.
Las membranas de poliamida son muy sensibles a los oxidantes por lo que tienen que trabajar en aguas decloradas ya que cloro superiores a 0,1 ppm destruye rápidamente la membrana. El acetato resiste la acción de los oxidantes, pudiendo soportar cantidades de cloro libre de hasta 2 ppm.

ATAQUE BACTERIANO.
Las membranas de poliamida no son atacadas por las bacterias, mientras que las de acetato son fácilmente atacada por ellas.

TEMPERATURA.
El acetato trabaja entre 4 y 40 ºC, mientras que la poliamida y el TFC pueden llegar hasta 50 y 70 ºC respectivamente.

RESISTENCIA QUIMICA.
La poliamida y el TFC tienen buena resistencia a detergentes y disolventes de lavado siendo un poco más delicados el TFC, utilizando los recomendado por el fabricante. El acetato de celulosa tiene una buena resistencia a los detergentes pero muy mala a los disolventes.

MODELOS

Cuatro son los modelos más comunes empleados en la separación por ósmosis inversa:

  • el modelo "hollow-fiber"
  • el modelo "spiral-wound"
  • el modelo de plato y carcasa
  • el modelo tubula

Mediantes los equipos de osmosis inversa a nivel inustrial podemos realizar:

Grafico osmosis inversa
Grafico osmosis inversa

Desalinización

Mediante este procedimiento es posible obtener agua desalinizada partiendo de una fuente de agua salobre.

Reducción de la dureza (Ablandamiento)

Las aguas duras contienen iones de calcio y magnesio que pueden precipitar combinados con iones como carbonatos, sulfatos o hidróxidos estos precipitados se van acumulando (obstruyendo) las tuberías de distribución, calderas, etc. Por otro lado también funcionan como un aislante térmico bajando notablemente el rendimiento con el consecuente aumento en los costos. Con la ósmosis inversa se consigue eliminar estos precipitados

Reducción del contenido de nitratos y nitrito

Las aguas subterráneas suelen incorporar altas concentraciones de nitratos, superiores a las admitidas por la reglamentación técnico-sanitaria. Con las membranas de ósmosis inversa con un alto porcentaje de rechazo del ión nitrito permite obtener agua con un bajo contenido en dichos iones.

Eliminación del color y de los precursores de trihalometanos

El color que proviene de la descomposición de la materia orgánica natural disuelta por las aguas. El color, además de no admitirse en el agua potable por motivos estéticos, es un precursor de los trihalometanos(THM).
Tenemos equipos diseñados para tratar todo tipo de agua, proveniente de las diversas fuentes, preparado para mejorar la calidad de su agua.
Este equipo está 100% automatizado, con computadora electrónica inteligente, la cual mantiene en constante información al usuario en relación a la acción que esta llevando a cabo, de la situación de las bombas y tanques; la misma esta equipada por alarmas lumínicas y sonoras.

Opcionales

Es importante saber que para obtener un gran rendimiento de nuestros equipos, ellos pueden ser acompañados de novedosos procesos adicionales. Por lo cual se puede contar de una bomba dosificadora, que nos permiten la inyección de diferentes productos químicos necesarios para un correcto mantenimiento de las membranas de osmosis inversa.
Por otro lado también podemos ofrecerle agua sin competencia a nivel mundial con respecto a su calidad, mediante la colocación de un filtro de resina de intercambio iónico, que toma el agua ya obtenida de osmosis y al pasar por el filtro se logra un agua de hasta 20 veces destilada. Los mismos luego de agotarse son regenerados por nuestros técnicos, para que la calidad de agua propuesta por orbital sea siempre la más conveniente para su empresa.dwe esta manera se puede ahorrar los tiempos perdidos al momento de realizar la regeneración de los mismos.

Pre-filtrado

Si se tiene sólidos disueltos en el agua, es aconsejable la colocación de filtros rápidos antes del ingreso al equipo de osmosis inversa.
Los filtros rápidos de orbital fueron diseñados con el fin de lograr un agua con el menor paso de partículas posible. Para ello a diferencia de muchos otros equipos de filtro rápido que terminan siendo ineficaces y con un alto grado de error se ha construido a partir de importantes tamaños y diámetros, son de gran importancia teniendo en cuenta la necesidad de que el agua fluya por el mismo con la velocidad adecuada para asegurarse que el agua que obtiene es la que usted realmente busca.

Pre-filtrado

En caso de poseer sólidos disueltos en el agua, es siempre aconsejable la colocación de filtros rápidos antes del ingreso al equipo de osmosis inversa.
Los filtros fueron diseñados con el fin de lograr un agua con el menor paso de partículas posible. Para ello a diferencia de muchos otros equipos de filtro rápido que terminan siendo ineficaces y con un alto grado de error se ha construido a partir de importantes tamaños y diámetros, de suma importancia teniendo en cuenta la necesidad de que el agua fluya por el mismo con la velocidad adecuada para asegurarse que el agua que obtiene es la que usted realmente busca.

Precaución

En caso de que el agua de alimentación posea cloro, se hace indispensable la colocación de un filtro de carbón activado antes del ingreso en el equipo de osmosis inversa.

A continuacion se detalla los ingresos y egresos de agua, caudalímetros, bomba dosificadora, prefiltros y manómetros, bomba de alta presión, membrana de ósmosis inversa y el tablero eléctrico con la computadora automática.

Osmosis Inversa Filtros Membranas Tratamiento de Agua Dosificador Cloro Anti incrustante
Osmosis Inversa Filtros Membranas Tratamiento de Agua Dosificador Cloro Anti incrustante

Son equipos que están constituidos básicamente por los siguientes elementos:

• Filtración de entrada con o sin floculación previa.
• Equipo de pre-tratamiento del agua.
• Filtro a la entrada de los módulos.
• Bomba de presión.
• Módulos de ósmosis inversa.
• Circuitos de permeado y de rechazo.
• Presostatos de control.
• Almacenamiento del agua permeada.

APLICACIONES


Entre 1950 y 1970, se llevaron a cabo innumerables trabajos a fin de implementar el uso de la osmosis inversa en la desalación de aguas salobres y agua de mar.
A partir de 1970, esta técnica comenzó a ser competitiva, y en muchos casos superior a algunos de los procesos y operaciones unitarios usados en concentración, separación y purificación de fluidos. Hay razones para justificar esta creciente supremacía, ya que la osmosis inversa reúne características de excepción, como

La ósmosis inversa presenta una gran variedad de aplicaciones entre las que se encuentran:

  • Permite remover la mayoría de los sólidos (inorgánicos u orgánicos) disueltos en el agua (hasta el 99%).
  • Remueve los materiales suspendidos y microorganismos.
  • Realiza el proceso de purificación en una sola etapa y en forma continua.
  • Es una tecnología extremadamente simple, que no requiere de mucho mantenimiento y puede operarse con personal no especializado.
  • El proceso se realiza sin cambio de fase, con el consiguiente ahorro de energía.
  • Es modular y necesita poco espacio, lo que le confiere una versatilidad excepcional en cuanto al tamaño de las plantas: desde 1 m3/día, a 1.000.000 m3/día.


Potabilización de agua.
  • Desalinización.
  • Aguas de proceso.
  • Agua de alimentación de caldera y sistemas de vapor.
  • Industria farmacéuticas y cosmética.
  • Industria minera y petroquímica.
  • Agua para calderas, procesos alimenticios, agricultura, industria en general.
  • Lavado de autos para el "enjuague sin manchas".
  • Agua de alta pureza para fabricar semi conductores.
  • Desalinización de agua de mar, para la obtención de agua potable.
  • Generación de aguas ultrapuras para procesos industriales.
  • Tratamiento de aguas reusadas para generación de aguas con baja salinidad para aplicaciones industriales.
  • Tratamiento terciario de efluentes con sales, químicos, DBO5 y bacterias
  • Pretratamiento del agua de instalaciones de desmineralización por resinas de intercambio iónico.
  • Aplicaciones Comerciales: como laboratorios, circuitos de humidificación, túneles de lavados, fabricación de hielo (transpariencia), fotografía, cosmética, viveros, invernaderos, etc.
  • En la industria médica para el lavado de instrumental, hemodiálisis, etc.
  • En la industrai farmaceútica para la preparación de inyectables, reactivos, sueros, etc.

La Ósmosis Inversa permite obtener agua purificada partiendo una gran cantidad de sales como puede ser el agua de mar. De hecho una de las grandes aplicaciones de la Osmosis Inversa es obtener agua potable partiendo del agua de Mar.
  • Reutilizar aguas residuales como tratamiento terciario. El proceso de ósmosis inversa reduce la concentración de contaminantes en el agua como sólidos totales disueltos, y otras partículas pequeñas; a demás remueve contaminantes orgánicos, ciertos detergentes y pesticidas.
  • Obtención de aguas libres de bacterias y virus
  • En la industria alimenticia el enriquecimiento de jugos, zumos o lácteos.
  • Obtención de vino libre de alcohol.- Producción de vino que resulta una alternativa para aquellas personas que disfrutan de ingerir vino pero no pueden consumir alcohol como mujeres embarazadas, personas con problemas hepáticos o conductores.Para este procedimiento el vino fluye a gran presión a lo largo de una membrana con poros muy pequeños en lugar de atravesarla. Las membranas-malla en los cilindros separan el vino en un sirope concentrado y una mezcla de alcohol y agua. El proceso cuenta con un ciclo que se repite de 10 a 30 veces, posteriormente se reintroduce agua al concentrado para obtener el producto final. El proceso consta de los siguientes pasos:1.- Se llena de vino el tanque base.2.- El vino es empujado hacia la unidad de ósmosis inversa mediante una bomba.3.- Las membranas presentes en los cilindros separan el sirope concentrado del alcohol y el agua.4.- El agua y alcohol son trasvasados a un tanque de almacenamiento, el concentrado es retornado al tanque base y reciclado de 10 a 30 veces.5.- Como paso final se añade agua al concentrado para crear el producto final.


Otras de las aplicaciones de la ósmosis inversa en la industria incluyen: producción de agua ultrapura, recuperación de proteínas, procesado de productos bioquímicos, recuperación de aceites esenciales, recuperación de sustancias orgánicas e inorgánicas valiosas, concentración de contaminantes para disminuir costes de operación, recuperación de agua de procesos, tratamiento de efluentes municipales e industriales para el control de la contaminación y/o recuperacion de compuestos valiosos reutilizables, en la industria de la alimentación para la concentracion de alimentos (jugo de fruras,tomate,leche etc), en la industria farmacéutica para separacion de proteinas ,eliminacion de virus etc. Para los procesos de galvanoplastia,concentración de tintes.

Se han efectuado numerosas experiencias para concentrar y purificar líquidos y gases. No obstante, las aplicaciones más difundidas son las que trataremos a continuación.



Esquema básico de un sistema de ósmosis inversa.
Esquema básico de un sistema de ósmosis inversa.


RECHAZO DE MEMBRANAS

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DESALINIZACION POR OSMOSIS INVERSA
Mediante este procedimiento es posible obtener agua desalinizada (menos de 5.000 microsiemens/cm de conductividad eléctrica) partiendo de una fuente de agua salobre, agua de mar, que en condiciones normales puede tener entre 20.000 y 55.000 microsiemens/cm de conductividad. La medida de la conductividad del agua da una indicación de la cantidad de sales disueltas que contiene, dado que el agua pura no es un buen conductor de la electricidad (su potencial de disociación es menor de 0.00001).

La ósmosis inversa o reversa (RO) se ha convertido hoy en día en uno de los sistemas más eficientes para desalinizar y potabilizar el agua, siendo usada en barcos, aviones, industrias, hospitales y domicilios. Mediante ósmosis inversa se consigue que el agua bruta que llega a la desaladora se convierta por un lado en un 40% de agua producto y un 55-60% de agua salobre.

La clave está en la constitución del fajo de membranas que intercalan redes-canales de circulación entre capa y capa y finalmente convergen en el centro del sistema. Como hay un flujo de entrada y dos flujos de salida, al uno se le conoce como rechazo salino y al otro como flujo de permeado y sus valores dependerán de la presión de entrada impuesta al sistema. Por lo general es factible encontrar membranas confeccionadas con poliamida o acetato de celulosa (este último material está en desaparición) con un rechazo salino de entre 96.5-99.8%. Existen membranas especializadas para cada tipo de agua, desde agua de mar hasta aguas salobres.


Los equipos de ósmosis inversa industriales montan varios trenes o carros de membranas interconectadas entre sí, una bomba de alta presión, medidores de TDS, pH y caudalímetros de columna. Existen equipos que se ubican en grandes salas debido a su enorme tamaño. Para el óptimo funcionamiento de estos sistemas, se requiere mantener un anti-incrustante contra sílice (sílice gelificada neutra) que obtura el sistema, además de un biocida para mantener libre de biomasas las capas del sistema.


Las incrustaciones en las membranas son un factor no despreciable en la eficiencia del equipo, esto ocurre cuando se pretende forzar el caudal de permeado, ocurriendo frentes de saturación en la superficie de la membrana. Otras sustancias son incrustantes, tales como la mencionada sílice, biomasas de microorganismos. Una vez incrustada la membrana, solo es posible revertir la situación desmontando la unidad y tratándola con mezclas de ácidos fuertes y sometiéndolas a contracorriente.




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Factores Económicos

El costo de explotación depende notablemente del contenido salino, pues como se ha visto se requiere de presiones de trabajo más elevadas.
Hay que destacar dos tipos de costos: costo de capital y de operación, siendo este último al que se va a referir:

Consumo energético.

Es el concepto más importante en el costo del metro cúbico de agua tratada.
El consumo depende de la presión de trabajo, porcentaje de recuperación y rendimiento de las bombas usadas.

Acondicionamiento Químico
El consumo de reactivos viene dado, pricipalmente, por la cantidad de ácido necesario para mantener el pH del agua de alimentación del orden de 5,5 a 6 y el de consumo de secuestrante que normalmente oscila entre 5 y 10 ppm.
Si el pretratamiento emplea descalcificadores, lógicamente se deberá considerar el gasto de sal de regeneración.

Mano de obra de explotación

Varía en función del tamaño de la instalación y del grado de sofisticación elegido, dado que se necesitará personal más o menos calificado.
Se puede considerar entre 0,5 a 2 horas-Hombre (hH), el tiempo empleado en la vigilancia diaria de una instalación media.

Mantenimiento y Recuperación
El mantenimiento está directamente afectado por la calidad del agua de alimentación, en particular en lo que se refiere al cambio de cartuchos y cargas filtrantes.
Los únicos elementos con partes móvilies son las bombas de presión, por lo tanto, serán estas la que mayor anteción requieran. Por este concepto se viene considerando, anualmente, un valor entre el 0,5 y el 1% del costo de la instalación.

Cambio de membranas
La vida media de las membranas se considera alrededor de tres años, pero evidentemente, su duración estará supedita a la correcta operación de la instalación.

Amortización

El periodo de amortización normal es de diez años.

Una presentacion sobre aplicaciones de osmosis y osmosis inversa
Osmosis V5
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INSTALACIONES DE ÓSMOSIS INVERSA




Las instalaciones de osmosis inversa están instaladas en muchas empresas como por ejemplo:
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  • Industria cosmética y farmacéutica
  • Tratamiento de agua potable
  • Tratamiento de agua superficial
  • Tratamiento de agua de acuífero
  • Agua de enjuagado electrónico, galvánico y industrias del vidrio
  • Soda y plantas de embotellamiento
  • Aguas de alimentación de caldera y sistemas de vapor
  • Hospitales y laboratorio
  • Medioambiente (Reciclaje)
  • Desalinización

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VENTAJAS AL USAR UN PROCESO DE OSMOSIS INVERSA



  • Elimina las incrustaciones.
  • Mantiene el circuito de agua libre de sarro.
  • Ajustable de acuerdo con la dureza del agua.
  • Reduce el costo operacional y de energía.
  • Elimina la necesidad de limpieza utilizando productos químicos.
  • Elimina el riesgo y daño de equipos.
  • Aumenta la vida útil de los equipos.
  • De fácil Instalación.
  • Ecológico, no contamina el agua.
  • Permite la reutilización del agua.
  • Permite el tratamiento de varios circuitos integrados.

DESVENTAJAS


  • Requiere de pre-tratamiento, dependiendo del caso.
  • Requiere de gran consumo de energía.
  • Genera entre un 30 y 60 % de rechazo (lavado de la membrana) según el agua tratada que deben disponerse o tratarse
  • No son eficientes para el tratamiento de aguas con elevado contenido de elementos.
  • A pequeñas escalas puede resultar más cara que a mayores escalas (economía de escalas).
:
Ajunto, un archivo en formato pdf acerca del proceso de desalinización de agua salobre por osmosis inversa:





EJERCICIO:

  • Calcular la presión osmótica del agua de mar, conociendo que la concentración de NaCl es 28% p/p, la temperatura es 25 °C y el coeficiente de ionización "i" es de 1.

Datos:

  • C: 28 g de NaCl en 100 g de H2O
  • PM NaCl: 58,45 g/mol
  • i: 1
  • T: 25°C
  • R: 0,08205 atm.L/ K.mol

Solución:

Imagen6.jpg

Aplicando la fórmula:

external image img194.png
TT= (1) (4,79 mol/L)(0,08205 atm L/ mol K)(198 K)
TT= 117 atm


El siguiente vídeo contiene información acerca de una aplicación de la ósmosis inversa para purificar agua:








Referencias:



Mediante este procedimiento es posible obtener agua desalinizada (menos de 5.000 microsiemens/cm de conductividad eléctrica) partiendo de una fuente de agua salobre, agua de mar, que en condiciones normales puede tener entre 20.000 y 55.000 microsiemens/cm de conductividad. La medida de la conductividad del agua da una indicación de la cantidad de sales disueltas que contiene, dado que el agua pura no es un buen conductor de la electricidad (su potencial de disociación es menor de 0.00001).
La ósmosis inversa o reversa (RO) se ha convertido hoy en día en uno de los sistemas más eficientes para desalinizar y potabilizar el agua, siendo usada en barcos, aviones, industrias, hospitales y domicilios. Mediante ósmosis inversa se consigue que el agua bruta que llega a la desaladora se convierta por un lado en un 40% de agua producto y un 55-60% de agua salobre.
La clave está en la constitución del fajo de membranas que intercalan redes-canales de circulación entre capa y capa y finalmente convergen en el centro del sistema. Como hay un flujo de entrada y dos flujos de salida, al uno se le conoce como rechazo salino y al otro como flujo de permeado y sus valores dependerán de la presión de entrada impuesta al sistema. Por lo general es factible encontrar membranas confeccionadas con poliamida o acetato de celulosa (este último material está en desaparición) con un rechazo salino de entre 96.5-99.8%. Existen membranas especializadas para cada tipo de agua, desde agua de mar hasta aguas salobres.
Los equipos de ósmosis inversa industriales montan varios trenes o carros de membranas interconectadas entre sí, una bomba de alta presión, medidores de TDS, pH y caudalímetros de columna. Existen equipos que se ubican en grandes salas debido a su enorme tamaño. Para el óptimo funcionamiento de estos sistemas, se requiere mantener un anti-incrustante contra sílice (sílice gelificada neutra) que obtura el sistema, además de un biocida para mantener libre de biomasas las capas del sistema.
La ósmosis inversa tiene algunas restricciones, hay ciertas especies químicas que el sistema no es capaz de retener, estos son el arsenito (As+3), la sílice neutra (ya mencionada) y el boro. Para retener estas especies hay que realizar una modificación del estado químico de la especie, ya sea vía oxidación, co-precipitación o cambios de pH del medio. Por ejemplo el arsenito (As+3) experimenta un rechazo de menos de 25%, el arsenato (As+5) es capaz de ser retenida en un 95-98%.
Las incrustaciones en las membranas son un factor no despreciable en la eficiencia del equipo, esto ocurre cuando se pretende forzar el caudal de permeado, ocurriendo frentes de saturación en la superficie de la membrana. Otras sustancias son incrustantes, tales como la mencionada sílice, biomasas de microorganismos. Una vez incrustada la membrana, solo es posible revertir la situación desmontando la unidad y tratándola con mezclas de ácidos fuertes y sometiéndolas a contracorriente.
Un desarrollo tecnológico reciente especialmente relevante es el de la ósmosis inversa para desalinización basada en energía solar fotovoltaica, empleando sólo y exclusivamente una pequeña batería para que todo funcione correctamente.