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Ósmosis

Información generalNombre,símbolo,número:H-O-HSerie química:La ósmosis del agua
es un fenómeno biológico importante para la fisiologíacelular de los seres
vivos..


La ósmosis es un fenómeno físico relacionado con el comportamiento de un sólido
como soluto de una solución ante una membranasemipermeable para el solvente pero
no para los solutos. Tal comportamiento entraña una difusión compleja a través
de la membrana, sin "gasto de energía".


SUMARIO

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 * 1 Propiedades
 * 2 Ósmosis Inversa
   * 2.1 Principio de la Osmosis Inversa
 * 3 Aplicaciones
   * 3.1 Desalación
   * 3.2 Reducción de la dureza
   * 3.3 Reducción del contenido de nitratos
   * 3.4 Nitritos y nitratos
   * 3.5 Vinazas
 * 4 Usos industriales
   * 4.1 Producción de aguas de alta calidad
   * 4.2 Circuitos de refrigeración
   * 4.3 Tintado de fibras textiles
   * 4.4 Fabricación de catalizadores
   * 4.5 Papel fotográfico
 * 5 Usos alimentarios
   * 5.1 Jugos azucarados
   * 5.2 Suero lácteo
 * 6 Bebidas y licóres
   * 6.1 Estabilización de vinos
   * 6.2 Cerveza fermentada
   * 6.3 Fermentación alcohólica
 * 7 Fuente
 * 8 Enlaces Externos


PROPIEDADES

La ósmosis u osmosis es un fenómeno físico-químico que hace referencia al paso
de disolvente, pero no de soluto, entre dos disoluciones de distinta
concentración separadas por una membrana semipermeable. La ósmosis es un
fenómeno biológico de importancia para la fisiología celular de los seres vivos.

Una membrana semipermeable es aquella que contiene poros de tamaño molecular. El
tamaño de los poros es minúsculo, por lo que dejan pasar las moléculas pequeñas
pero no las grandes. Si una de estas membranas separa un líquido en dos
particiones, por ejemplo una de agua pura y otra de agua con azúcar, suceden
distintos fenómenos que son explicados con los conceptos de potencial
electroquímico y difusión simple.

Los potenciales químicos de los componentes de una solución son menores que la
suma del potencial de dichos componentes cuando no están ligados en la solución.
Este desequilibrio hace que se produzca un flujo de partículas solventes hacia
la zona de menor potencial, que se expresa como presión osmótica mensurable en
términos de presión atmosférica. El solvente fluirá hacia el soluto hasta
equilibrar dicho potencial o hasta que la presión hidrostática equilibre la
presión osmótica.


ÓSMOSIS INVERSA

Si se utiliza una presión superior a la presión osmótica, se produce el efecto
contrario. Los fluidos se presionan a través de la membrana, mientras que los
sólidos disueltos quedan atrás.

Para poder purificar el agua necesitamos llevar a cabo el proceso contrario al
de la ósmosis convencional, es lo que se conoce como Ósmosis Inversa. Se trata
de un proceso con membranas. Para poder forzar el paso del agua que se encuentra
en la corriente de salmuera a la corrente de agua con baja concentración de sal,
es necesario presurizar el agua a un valor superior al de la presión osmótica.
Como consecuencia a este proceso, la salmuera se concentrará más.Por ejemplo, la
presión de operación del agua de mar es de 60 bar.

1. El agua fluye de una columna con un bajo contenido de sólidos disueltos a una
columna con una elevada concentración de sólidos disueltos.

2. La presión osmotica 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
solidos disueltos a la columna con bajo contenido en sólidos disueltos.


PRINCIPIO DE LA OSMOSIS 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.

En el caso de la Osmosis, 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 Osmosis 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 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).

Hoy en día, 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.


APLICACIONES

La mayoría de las aplicaciones4 de la ósmosis vienen de la capacidad de separar
solutos en disolución de forma activa mediante ósmosis inversa utilizando
membranas semipermeables.


DESALACIÓN

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.


REDUCCIÓN DE LA DUREZA

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) en las tuberías de distribución, calentadores,
etc. Con la ósmosis inversa se consigue eliminar estos precipitados químicos.


REDUCCIÓN DEL CONTENIDO DE NITRATOS

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.


NITRITOS Y NITRATOS

Los efluentes procedentes de la limpieza de depósitos contenedores de tetróxidos
de nitrógeno (N2O4) están contaminados con iones nitrito (NO2-) y nitrato
(NO3-). Los efluentes son neutralizados previamente con sosa cáustica tras lo
cual son enviados a un primer paso de una ósmosis inversa que trabaja con una
recuperación del 95%. El rechazo de este primer paso es enviado hasta una
segunda etapa de ósmosis inversa que trabaja con una recuperación del 75%. El
rechazo de este segundo paso es recirculado al depósito situado en cabeza de la
instalación y el perneado, con un contenido inferior a 10 ppm, puede ser
reutilizado.


VINAZAS

Las vinazas sufren en primer lugar un proceso de filtración para eliminar las
materias en suspensión que pudiesen atascar las membranas. Continuación son
impulsadas hacia unas membranas de ósmosis inversa que permiten el paso tanto
del agua como del alcohol etílico.


El permeado de la ósmosis inversa, que constituye el 90% del volumen inicial de
las vinazas, se envía hacia una columna de destilación que permite recuperar el
alcohol y otros productos nobles. El residuo de la columna de destilación es
agua con un bajo contenido en DBO que puede enviarse hacia una planta
convencional de aguas residuales urbanas. El rechazo de la ósmosis inversa, que
constituye el 10% del volumen inicial de las vinazas, se envía a una columna
donde se destila a baja temperatura para evitar la degradación de productos
termosensibles permitiendo se recuperación.


USOS INDUSTRIALES


PRODUCCIÓN DE AGUAS DE ALTA CALIDAD

 * Producción de agua desmineralizada: las membranas de baja presión eliminan la
   mayor parte de las sales en el agua, finalizando su desmineralización total
   con el intercambio iónico.

 * Producción de agua ultrapura: además de eliminar las sales en el agua y una
   gran variedad de sustancias orgánicas, también depura microorganismos
   consiguiendo un agua ultrapura.


CIRCUITOS DE REFRIGERACIÓN

Las centrales de producción de energía eléctrica deben ceder al foco frío
grandes cantidades de energía en forma de calor. El medio utilizado para esta
transferencia es habitualmente el agua de un circuito de refrigeración. Con el
fin de economizar la máxima cantidad de agua posible se concentra el agua de
aporte tantas veces como lo permita su composición iónica y la resistencia a la
corrosión de los materiales del circuito.

Al mismo tiempo, con tal finalidad y para cumplir con la legislación vigente en
algunos países, reduciendo el impacto ecológico que supondría el vertido de las
aguas de alta salinidad de la purga del circuito, se procede a tratar estas para
obtener un vertido practicante nulo donde la ósmosis inversa juega un papel
importante en la concentración del vertido.


TINTADO DE FIBRAS TEXTILES

La utilización de la ósmosis inversa y de la nanofiltración para el tratamiento
de los efluentes procedentes del tintado de fibras textiles permite por un lado
recircular aproximadamente el 95% de los productos químicos usados en los baños
de tintado y, por otro, reutilizar alrededor del 90% de las aguas residuales
generadas.


FABRICACIÓN DE CATALIZADORES

Algunos catalizadores utilizados de automóviles se fabrican a partir de una
pasta de aluminio, cerio y níquel. La combinación de una ultrafiltración y una
ósmosis inversa permite recuperar tanto la materia prima de fabricación como el
agua del proceso. El efluente de la fabricación de catalizadores es una lechada
que incorpora los constituyentes de la pasta diluidos entre 3 y 50 veces así
como un conjunto de aditivos. La lechada, cuya concentración oscila entre 1 y el
15% de sólidos, pasa en primer lugar a través de una ultrafiltración con un
poder de corte del orden de 100.000, obteniéndose un concentrado con un
contenido en sólidos del 50%, que se puede reutilizar directamente en el
proceso. El permeado de la ultrafiltración pasa a continuación por una ósmosis
inversa que permite recuperar la mayor parte del agua del proceso.


PAPEL FOTOGRÁFICO

El elevado coste tanto de la plata como del agua de alta calidad hace rentable
recuperar ambos elementos de los efluentes del procesado de papel fotográfico.
Los efluentes con un contenido en plata del orden de las 30 ppm, son enviados
hacia unas membranas de ósmosis inversa que presentan un rechazo medio del
tiosulfato de plata del 99,7%. El permeado es recirculado de nuevo al proceso y
el rechazo de la ósmosis, con un contenido en plata de 220 a 570 ppm, es
sometido a un tratamiento con ditionita y aluminio para precipitar la plata. Una
centrifugación posterior permite separar el precipitado del efluente y recuperar
la plata.


USOS ALIMENTARIOS

La misma capacidad de concentrar moléculas ha sido ampliamente utilizada para
conseguir concentrados alimenticios.


JUGOS AZUCARADOS

Con la ósmosis inversa se puede preconcentrar los jugos azucarados antes de su
evaporación para eliminar gran parte del agua que poseen. Así se puede reducir
consumos energía y aumentar capacidad de evaporación.


SUERO LÁCTEO

Así se consiguen los siguientes objetivos:

 * Reducir el coste del transporte. Cuando el suero no se procesa en la misma
   planta donde se obtiene, es preciso transportarlo para su tratamiento. Con la
   preconcentración elimina gran parte del agua existente reduciendo
   considerablemente los gastos de transporte.

 * Reducir el consumo energético de la evaporación. Si el suero lácteo se
   procesa en la misma planta su preconcentración mediante ósmosis inversa
   permite reducir los consumos energéticos globales de la fabricación y
   aumentar la capacidad de producción de los evaporadores existentes.


BEBIDAS Y LICÓRES


ESTABILIZACIÓN DE VINOS

La estabilización del vino tiene por objeto eliminar un precipitado de tartrato
potásico que disminuye generalmente su valor comercial y puede hacerse
precipitando los tartratos de forma controlada, tras concentrar el vino por
ósmosis inversa.

Hacer pasar el vino a través de una ósmosis inversa, obteniéndose, por un lado,
un permeado que representa aproximadamente el 60% del volumen inicial, y por
otro, un concentrado que supone el 40% restante en el que los distintos
productos que no pueden atravesar las membranas se encuentran concentradas 2,5
veces.


CERVEZA FERMENTADA

La cerveza fermentada con un bajo contenido alcohólico no posee ni un sabor ni
un aroma satisfactorios. Por lo que es mejor producir una cerveza con un
contenido alcohólico normal o alto y reducir o eliminar dicho contenido
posteriormente.

El proceso de la desalcoholización de la cerveza se basa en el hecho de que
algunas membranas retienen difícilmente el etanol.

La cerveza se bombea hacia la membrana de ósmosis inversa obteniéndose por un
lado un permeado formado por agua, la mayor parte del alcohol y algunos ácidos
orgánicos de bajo peso molecular y por otro un concentrado de cerveza.

El agua no destilada, junto con los componentes de bajo peso molecular se
mezclan de nuevo con la cerveza concentrada, dando lugar a la cerveza con bajo
contenido enalcohol.


FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA

La ósmosis inversa puede utilizarse para producir alcohol a partir de los jugos
azucarados. El contenido de la cuba de fermentación alcohólica se bombea
constantemente membranas de ósmosis inversa permitiendo el paso de agua y
alcohol que se destila separando el agua del alcohol.


FUENTE

 * Química Física Tomo I Editorial Pueblo y Educación

 * Química General Rafael León Editorial Pueblo y Educación

 * Ignacio Puig Química Elemental.  Iacobucci Celso

 * Deming,H.G : Química General. 2da.ed.Editorial UTEHA, Méjico,1957.


ENLACES EXTERNOS

 * Moléculas
 * http://www.fq.uh.cu/dpto/qi/pag/tabla%20periodica/los%20elementos%20quimicos.htm
 * Agricultura
 * Ósmosis inversa beneficios

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Categoría:
 * Fenómenos de membrana


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