Practicas ingenieria ambiental

ÓSMOSIS INVERSA 
Fundamento teórico

La ósmosis es un proceso natural de transporte de componentes de una solución a través de una membrana semipermeable. Es selectiva en el sentido de que el disolvente pasa a través de la membrana a una velocidad mayor que el paso de los sólidos disueltos. La dirección del transporte de masa a través de la membrana está determinada por el potencial químico dela disolución, a ambos lados de la membrana. Este potencial químico es función de la presión, temperatura y concentración de las especies disueltas.

Si se pone agua pura en contacto con ambos lados de una membrana semipermeable ideal a igual presión y temperatura no habrá flujo neto a través de ella ya que el potencial es igual a ambos lados de la membrana. Si se añade una sal a uno de loslados de la membrana, el potencial químico disminuye. En este casó habrá un flujo osmótico, el agua pura atravesará la membrana hacia el lado de la solución salina hasta que se restaure el equilibrio del potencial químico, es decir, hasta que se iguale el potencial a ambos lados de la membrana.


Ilustración 1: Ósmosis directa

Una membrana semipermeable es una membrana que permite el paso deciertas moléculas a través de ella por difusión. La cantidad de una disolución que es capaz de atravesar la membrana se llama permeado y la que no pasa es el rechazo o concentrado.

En el proceso de ósmosis inversa, se aplica una presión para superar la diferencia del potencial químico, debido al gradiente de concentración, y así forzar el flujo de agua desde el lado de mayor salinidad, a travésde la membrana, hacia el lado de menor salinidad.


Ilustración 2: Ósmosis inversa

Cuando se alcanza el equilibrio, la diferencia de presión establecida es lo que se denomina presión osmótica del sistema y se puede definir con la ecuación de Van’t Hoff:



Donde Δπ es la diferencia de presión osmótica (atm), ΔC es la diferencia de concentración a ambos lados de la membrana (mol/L),R es la constante de los gases ideales y T es la temperatura absoluta (K).
El proceso de ósmosis inversa es usado para purificar agua. El flujo de agua se define como la cantidad de producto recuperado por unidad de tiempo y unidad de área de membrana. Este depende de características físicas de la membrana (tales como la porosidad o el espesor) y de las condiciones de operación (estas son laconcentración de la disolución de trabajo, la temperatura y presión…).
En la mayor parte de las ocasiones las características físicas de la membrana son contantes y, si se mantienen constantes la temperatura de operación y la concentración de la alimentación, el flujo de agua a través de la membrana se puede expresar como:



Donde A es el coeficiente de permeabilidad de la membrana porunidad de área de membrana (L/d•m2), el cual tiene en cuenta las nombradas características físicas de la membrana; PF y PP son las presiones ejercidas sobre la solución alimentación y sobre el producto o permeado (atm) y πF y πP son las presiones osmóticas de alimentación y producto (atm).

Si se usara agua destilada, que tiene bajo contenido en sales, se reduciría la ecuación:



Y de estamanera tomando datos de la diferencia de presión entre producto y alimentación y el flujo ocasionado a través de la membrana se podría calcular A mediante una regresión lineal de dichos datos.
Sin embargo, muchas veces las características físicas de la membrana no son constantes ya que a causa del tiempo y del uso la membrana se ensucia, y esto ocasiona que el rendimiento de la membrana disminuyay con ello la producción. Por esto se busca un factor de rechazo, que se define como la mejora de la calidad que se produce entre las corrientes de alimentación y producto permeado. Este factor se puede calcular como:



Donde f es el factor de rechazo y CF y CP las concentraciones de alimentación y permeado. Cuanto mayor sea este factor mayor es la calidad del permeado ya que se ha...