DISEÑO DE SISTEMAS DE ÓSMOSIS INVERSA

1. INTRODUCCIÓN 

Con el crecimiento de la población mundial la demanda de agua dulce a aumentado, si sumamos ha esto el crecimiento industrial, el tratamiento de aguas y efluentes se ha transformado en algo importantísimo para el desarrollo de esta sociedad. Es por esta razón que se ha declarado al agua como un recurso escaso, de acuerdo a la ubicación y recursos económicos de los distintos países, estos adoptan distintas técnicas de tratamientos de efluentes y aguas. Por ejemplo, en países donde la energía es barata, se opta por tratamientos como la evaporación de aguas salobres, en otros países ricos en aguas subterráneas se opta por el tratamiento de intercambio iónico. Con el desarrollo de la tecnología actual, se han creado nuevas alternativas para el tratamiento de aguas y efluentes, esta alternativa es la ósmosis inversa la cual a tenido un desarrollo masivo en el campo de la desalación de aguas salobres, sobre todo en el campo industrial, reemplazando o complementando a los métodos anteriores, ya que es un método no excluyente de los otros. Y en algunos países se ha transformado en la única opción factible.

¿Qué es la ósmosis inversa ?

La ósmosis inversa es la inversión de la ósmosis para la purificación del agua. A la inversa del ósmosis el flujo se invierte aplicando una presión opuesta que supere la presión osmótica. Mediante la ósmosis inversa se extrae el agua a fuerza de una solución concentrada, dejando atrás el soluto (es decir las impurezas).

Con la ósmosis inversa son eliminados un altísimo porcentaje de impurezas, bacterias y microorganismos presentes en el agua, que por este procedimiento son separadas quedando retenidas. Este método nos permite disfrutar de un agua pura, clara y de una gran calidad, para cualquier tipo de consumo humano (beber, cocinar, etc.). El sistema de filtros y membrana consigue eliminar los niveles de metales pesados y sales minerales, principalmente el plomo, el sodio y nitratos tan perjudiciales para la salud, Asimismo, la ósmosis inversa filtra las partículas disueltas en el agua y mejora la composición causante de los olores y sabores (principalmente el cloro).

¿Qué tipo de membranas se utilizan?

• Acetato y triaceto de celulosa
• Poliaramida
• Polieterurea
• Polisulfona
• Teflón
• Poliamidas aromáticas 

¿Cuánta agua rechaza una ósmosis inversa?

Las membranas de ósmosis inversa tienen la características de hacer una limpieza continua mientras trabajan, porque de no ser así, sufrirían una acumulación de contaminantes y una saturación en poco tiempo, por lo que parte del flujo de agua entrada arrastra los contaminantes sales y minerales. A esto se le conoce como agua de rechazo, que comúnmente es 40% de agua producto y 60% de agua de rechazo, en equipos con agua de calidad relativamente buena, puede ser 50% / 50% o en aguas con sólidos disueltos totales (TDS) bajos hasta 60% / 40%.

2. PRINCIPIO DE ÓSMOSIS INVERSA

La Ósmosis Inversa consiste en separar un componente de otro en una solución, mediante las fuerzas ejercidas sobre una membrana semi-permeable. En el caso de la Ósmosis, el solvente (no el soluto) pasa espontáneamente de una solución menos concentrada a otra más concentrada, a través de una membrana semi-permeable. Entre ambas soluciones existe una diferencia de energía, originada en la diferencia de concentraciones. El solvente pasará en el sentido indicado hasta alcanzar el equilibrio. Si se agrega a la solución más concentrada, energía en forma de presión, el flujo de solvente se detendrá cuando la presión aplicada sea igual a la presión Osmótica Aparente entre las 2 soluciones. Esta presión Osmótica Aparente es una medida de la diferencia de energía potencial entre ambas soluciones. Si se aplica una presión mayor a la solución más concentrada, el solvente comenzará a fluir en el sentido inverso. Se trata de la Ósmosis Inversa. El flujo de solvente es una función de la presión aplicada, de la presión osmótica aparente y del área de la membrana presurizada.

Los componentes básicos de una instalación típica de ósmosis 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).

VENTAJAS 

• 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.
• Abastecimiento de aguas para usos industriales y consumo de poblaciones
• Tratamiento de efluentes municipales e industriales para el control de la contaminación y /o recuperación de compuestos valiosos reutilizables.
• En la industria farmacéutica ,para la separación de proteínas,eliminación de virus,etc.

DESVENTAJAS 

• Las membranas son sensibles a daños 
• El agua de alimentación requiere ser pretratada la mayoría de las veces.
• Requiere equipos y materiales de alta calidad.
• Es necesario personal calificado para su diseño,construcción y operación.
• Existe el riesgo de contaminación bacteriana de las membranas.  
• Los costos de operación son considerablemente mas altos que los de una planta de destilación en múltiples etapas.

 REQUERIMIENTOS DE DETALLE DE DISEÑO DE UN SISTEMA DE OSMOSIS INVERSA 

Fuente: Proyecto de Ingeniería Descriptiva del sistema de ósmosis inversa para abastecimiento humano de Pucusana- Sedapal

POTABILIZACIÓN DE AGUAS SALOBRES

Las aguas de pozo, presentan generalmente unas características físicas aceptables para el consumo humano. Por el contrario, las características químicas, presentan características acordes, como es natural, a las propias del terreno donde se encuentran ubicados esos mismos pozos. Así nos encontramos con aguas con altos contenidos en carbonatos y sulfatos cuando los pozos se encuentran en el interior y con altas contenidos en cloruros cuando los mismos se encuentran cerca de las costas marinas, debido, fundamentalmente, a la intrusión salina por causa de sobre-explotación de los acuíferos. En ambos casos, ya sean carbonatos y sulfatos y/o cloruros, el problema se incrementa con la presencia, el uso y el abuso de abonos en la actividad agrícola. En épocas pasadas, el tratamiento usualmente utilizado ha sido el de intercambio iónico regeneradas con salmuera (NaCl) con la consiguiente salinización de los vertidos. Desde principios de 1980, la aplicación de la Ósmosis Inversa como proceso para potabilizar las aguas salobres (de pozo o no) se ha demostrado enormemente efectiva, segura, fiable, económica y apreciada. La aparición de nuevas membranas en el mercado ha dado lugar a rebajas muy importantes en el consumo de energía, así como seleccionar mejor el proceso específico de tratamiento. Entre estas podemos distinguir la nanofiltración.

3. DIFERENCIA ENTRE ÓSMOSIS CONVENCIONAL Y ÓSMOSIS INVERSA

     Para poder purificar el agua se requiere  llevar a cabo el proceso contrario al de la ósmosis convencional, el cual se conoce como Ósmosis Inversa. Este es un proceso que se requiere membranas. 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 obligatorio  presurizar el agua a un valor superior al de la presión osmótica. Como consecuencia a este proceso, la salmuera se concentrará más.

  

Fuente: Ventaja técnica y económica de las tecnologías de membranas con respecto al intercambio iónico en el tratamiento de agua para calderos de presiones menores a 400psig.

 4. ECUACIONES BÁSICAS
        

5.UBICACIÓN DE PROYECTOS DE ÓSMOSIS INVERSA Y ENERGÍA FOTOVOLTAICA EN EL MUNDO 
                                    

6. CONCLUSIONES

     Actualmente, la sociedad ha alcanzado un alto grado de desarrollo; por este motivo,  tiene consigo apremiantes necesidades, tanto en lo que respecta al uso de agua dulce para consumo humano, industrial o agropecuario, como en lo que hace al control de la contaminación y recuperación de recursos hídricos hasta hoy inaprovechados. Varias soluciones  para estos problemas han llevado a  innovaciones fundamentales en el campo del tratamiento de fluidos, y, en especial de la tecnología de membranas, por lo cual tomamos conciencia de que esta tecnología ha ocupado un lugar preferencial en la última década.

      
    
7. GLOSARIO  

                                                                                                          Ósmosis: Fenómeno natural en el cual agua pasa a través de una membrana semi-permeable, desde una solución menos concentrada a una solución más concentrada.

Presión osmótica: Se entiende como  la fuerza que debe aplicarse sobre la superficie de la una solución que contiene mayor cantidad de soluto para detener el paso del solvente hacia ella. Esta  aumenta cuando se le añade a un solvente, un soluto no volátil. 

Energía fotovoltaica: es la transformación  directa de la radiación solar en electricidad. Esta transformación se produce en unos dispositivos denominados paneles fotovoltaicos

7. BIBLIOGRAFÍA

https://www.carbotecnia.info/encyclopedia/que-es-la-osmosis-inversa/

Química en casa (s.f.).Propiedades coligativas : Presión Osmótica.Recuperado de http://www.quimicaencasa.com/propiedades-coligativas-presion-osmotica/

Aquatecnología. (s.f.). Ósmosis Inversa RO. Recuperado de http://acquatecnologiaperu.com/works/osmosis-inversa-ro

Sánchez, F. y García, H. (2007).Ventaja técnica y económica de las tecnologías de membranas con respecto al intercambio iónico en el tratamiento de agua para calderos de presiones menores a 400psig. Recuperado de cybertesis.uni.edu.pe/bitstream/uni/1025/3/sanchez_bf.pdf

Condorchem envitech. (s.f.). La ósmosis inversa y sus diferentes aplicaciones. Recuperado de https://blog.condorchem.com/la-osmosis-inversa-y-sus-diferentes-aplicaciones/#aplicaciones-generales

 Sedapal. (s.f.). Proyecto de Ingeniería Descriptiva del sistema de ósmosis inversa para abastecimiento humano de Pucusana. Recuperado de https://www.google.com.pe/search?q=osmosis+inversa+caso+aplicativo&rlz=1C1PRFI_esPE808PE808&oq=osmosis+&aqs=chrome.2.69i57j0j35i39j0l3.4260j0j8&sourceid=chrome&ie=UTF-8

Soto, G. y Soto, M. Desalación de agua de mar mediante sistema de Ósmosis Inversa y Energía Fotovoltaica para provisión de agua potable en Isla Damas, Región de Coquimbo. Recuperado de http://unesdoc.unesco.org/images/0023/002309/230987s.pdf

Asociación de Empresas de Energías Renovables.(s.f.). ¿ Qué es la energía fotovoltaica? Recuperado de https://www.appa.es/appa-fotovoltaica/que-es-la-energia-fotovoltaica/