UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL NORTE FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS GEOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA DE SISTEMAS Y COMPUTACIÓN
Operaciones Unitarias II “Osmosis Inversa”
Integrantes: Francisco Álvarez Jorge Cortes Jorge Rodríguez
Profesora: María Gálvez
1. Índice
Resumen ........................................................................................................................................................... 2
Introducción ...................................................................................................................................................... 3
Descripción del proceso de separación .............................................................................................................. 4
Clasificación ....................................................................................................................................................... 5
Aplicaciones....................................................................................................................................................... 6
Conclusiones...................................................................................................................................................... 8
Referencias ........................................................................................................................................................ 9
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2. Resumen
En el presente trabajo se abordarán las distintas aristas en torno a la osmosis inversa. Explicando las características, variables de interés, equipos utilizados y aplicaciones que posee el nombrado proceso de separación. La osmosis inversa consiste en invertir la osmosis directa, para obtener agua pura, partiendo de agua contaminada. Este proceso se realiza realizando una presión exterior hidráulica al agua con mayor concentración de sales, con tal manera que se crea una corriente inversa de agua pura a través de la membrana semipermeable. Este proceso se lleva a cabo en un equipo que consiste en un pre y post filtrado, en conjunto con un tanque de almacenamiento y una bomba que permite generar la presión. Las distintas aplicaciones que posee la osmosis inversa se divide en técnicas de separación y concentración. La técnica de separación sirve tanto para el agua potable (desalación) como agua para procesos industriales. Por otro lado la técnica de concentración sirve para el tratamiento de efluentes, tales como la recuperación de productos de alto valor y la recirculación. En este trabajo, se abordara principalmente la utilización en la desalación, ya que es el proceso comúnmente más utilizado por osmosis inversa. Finalmente se puede concluir que las grandes ventajas de la técnica de osmosis inversa son su bajo costo, la sencillez de sus procesos y el bajo requerimiento energético. Como puntos negativos se pueden encontrar problemas de saturación de las membranas y la vida útil corta.
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3. Introducción La osmosis inversa es una tecnología relativamente moderna, ya que empezó a realizarse de manera industrial en el año 1965 en Estados Unidos. Sin embargo y debido a su gran desarrollo, se puede decir que es el tratamiento de aguas más utilizado a escala industrial en la desalinización de agua y cada día está teniendo más arraigo en la utilización doméstica. Para comprender el proceso de osmosis inversa es necesario entender que pasa primero en el proceso de osmosis. La osmosis es un fenómeno de difusión que implica un movimiento de agua a través de una membrana selectivamente impermeable que corta dos compartimientos, esto es provocado debido a la diferencia de concentración de una solución acuosa. A modo ilustrativo la figura 1 muestra el proceso recién explicado.
Figura 1
El agua pasa de la solución diluida (lado izquierdo) a la solución concentrada (lado derecho), de esta manera al perder agua la solución diluida, aumenta su concentración pero con menos volumen de agua. La solución de la derecha recibe más agua por lo que disminuye su concentración. Debido a la diferencia de concentraciones se produce un flujo neto y este proceso se llama osmosis. Al ya conocer en términos generales el proceso de osmosis directa, se podrá abordar de mejor manera todas las características que se pueden apreciar dentro del proceso de separación osmosis inversa, las cuales serán presentadas a continuación.
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4. Descripción del proceso de separación En el proceso de osmosis inversa, se aplica presión a la solución concentrada y de esta forman no solo se impide que ocurra una osmosis, sino que además la invierte. Con la presión adecuada se obtiene agua pura que es como básicamente “exprimida” a través de la membrana desde el lado concentrado al lado diluido. La membrana impermeable de un proceso de osmosis inverso permite que se realicen una ultra filtración impidiendo el paso de partículas de muy pequeño tamaño, incluyendo microorganismos que son físicamente muy grandes para pasar a través de la membrana. La figura 2 nos muestra el proceso recién explicado.
Figura 2
Al realizar la osmosis inversa en agua, los compuestos químicos, partículas y microorganismos que quedan retenidos son los que se muestran en la Figura 3
Figura 3
En general un esquema de lo pasa a escala industrial de un proceso de osmosis inversa seria lo que muestra la Figura 4, en donde se extrae el agua de mar para crear el proceso.
Figura 4
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5. Clasificación y descripción de equipos El proceso mostrado en la figura 4, es una esquema global pero si nos centramos en el proceso de osmosis inversa y sus equipos encontramos lo que nos muestra la figura 5.
Figura 5
Esta máquina consiste en un pre y post filtrado, el tanque de almacenamiento y la membrana de osmosis inversa, sumado a ellos un una bomba que permita generar la presión mayor del agua. Los pre-filtros remueven las partículas de tamaño relativamente grande. Si es que el agua a tratar contiene cloro es necesito un pre-filtrado de carbón activado para así proteger la membrana de osmosis inversa.
Los materiales más utilizados para la membrana utilizada de osmosis inversa son poliamida o celulosa, a su vez existen varios tipos de celulosa, tales como: acetato de celulosa, triacetato de celulosa o combinaciones de ambos. Las membranas son muy finas y están hechas de fibras sintéticas de los materiales ya mencionados anteriormente. A una escala industrial como una plata se usan membranas poliamida. El post-filtrado con carbón activado retienen compuestos que le dan sabor y olor desagradable al agua. El tanque de almacenamiento debe ser de plástico, acero inoxidable u otro material no tóxico.
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6. Aplicaciones La osmosis inversa ofrece un sinfín de posibilidades, para el caso de estudio, nos enfocaremos en la desalinización: a) Desalinización La desalinización consiste en tomar agua de mar como materia prima y separar el soluto (salesminerales) del solvente (agua pura).La ósmosis inversa (OI) es la etapa más importante del proceso, y 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.
Figura 6
b) Módulos Osmosis Inversa: Se procede a forzar el paso del agua que se encuentra en la corriente de salmuera a la corriente de agua con baja concentración de sal, aplicando presión mecánica sobre el contenedor de la solución más concentrada, el agua se mueve hacia la dirección contraria, separándose de la sal durante el proceso. Una bomba a presión hace pasar el agua salada a través de un tubo con siete membranas semipermeables en su interior, que sólo permiten la salida de las moléculas de agua, reteniendo las sales en un soporte poroso.
Figura 7
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Como consecuencia a este proceso, la salmuera se concentrará más y la cantidad de agua pura irá en aumento. Presión
Agua de mar (alta
Agua Pura (baja
concentración)
concentración)
Membrana Semipermeable
El agua pasa por la membrana dejando atrás las sales.
Figura 8
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7. Conclusiones
En un principio, el proceso de desalinización era considerado de alto costo, ya que se consumía mucha energía (para hacer hervir el agua por ejemplo), es aquí donde la osmosis inversa hizo un gran aporte, debido a que en comparación con la quema de combustible fósil resulta más rentable y menos contaminante. Es por ello que esta técnica a sido implementada de diversas formas, como por ejemplo: en la producción de aguas de alta calidad, circuitos de refrigeración semiabiertos, pintado por electrodeposición, tintado de fibras textiles, fabricación de catalizadores, etc. La gran ventaja de la osmosis inversa de otras tecnologías es que tiene un bajo costo y podemos retirar el 95% de las sales que a él llegan, igualmente elimina prácticamente el 100% de los virus y bacterias que se encuentran el agua de alimentación.
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8. Referencias
http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93smosis#Experimento_ilustrativo_de_.C3.B3smosis http://es.wikipedia.org/wiki/Desalinizaci%C3%B3n#Desalinizaci.C3.B3n_por_.C3.B3smosis_inver sa_.28oi.29
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