¿Qué es la Ósmosis Inversa?

¿Qué es la ósmosis?

La ósmosis es un fenómeno físico-químico de difusión pasiva que implica un movimiento neto de agua a través de una membrana selectivamente permeable que limita dos compartimentos, y es provocado por la diferencia de concentración (gradiente) de una solución acuosa entre ambos compartimentos. La ósmosis es un fenómeno biológico importante para la fisiología celular de los seres vivos.

¿En que consiste el proceso de ósmosis inversa?

El proceso de la ósmosis inversa utiliza una membrana semipermeable para separar y para quitar los sólidos disueltos, los orgánicos, los pirogénicos, la materia coloidal submicro organismos, virus, y bacterias del agua. El proceso se llama ósmosis “reversa” cuando se requiere la presión para forzar el agua pura a través de una membrana, saliendo; las impurezas detrás. La ósmosis reversa es capaz de quitar 95%-99% de los sólidos disueltos totales (TDS) y el 99% de todas las bacterias, así proporcionando un agua segura, pura.

En proceso de la osmosis inversa el agua es forzada a cruzar una membrana, dejando las impurezas detrás. La permeabilidad de la membrana puede ser tan pequeña, que prácticamente todas las impurezas, moléculas de la sal, bacterias y los virus son separados del agua.

Principio de la Osmosis Inversa

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 dos 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.

Componentes de la ósmosis inversa

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.

Características de la ósmosis inversa

Aplicaciones de la ósmosis inversa

La osmosis inversa puede aplicarse en un campo muy vasto y entre sus diversos usos podemos mencionar:

Proveedores de sistemas de ósmosis inversa

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FESTA-Hidrogel es una empresa dedicada al tratamiento y acondicionamiento de aguas potables y residuales.

La empresa cuenta con la implementación y operación de sistemas de ósmosis inversa para la remoción de sales y contaminantes de las aguas potables. En este aspecto, su especialidad es configurar sistemas de tratamiento por medio de ósmosis inversa que son desde equipos domésticos con capacidad de 25, 50 y 100 galones por día, hasta equipos con capacidad de 100,000 litros por día.

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La calidad del agua en los procesos de limpieza

Dependiendo de la fase del proceso de limpieza, se puede requerir un agua de mayor o menor calidad. Un agua de alta calidad en este contexto significa un agua con la mínima cantidad de partículas y materiales disueltos.

El enjuague inicial puede ser con agua normal de red. Sin embargo, el agua del enjuague final debería ser un agua de alta calidad con el mínimo contenido de minerales disueltos. Para mejorar la calidad del agua utilizada para las acciones de limpieza y desinfección existen diferentes métodos que se explican a continuación:

Filtrado
Con la intención de extraer la mayor cantidad de partículas de polvo y suciedad que flotan sobre el agua, ésta es pasada a través de un tamiz o elemento filtrante que recoge todas las pequeñas partículas. A pesar de todo, el tamaño de la malla del filtro permite que pequeñas partículas puedan pasar a través del mismo. Por tanto, el filtrado no es suficiente para purificar el agua completamente, pero con frecuencia, es necesario como primer paso, ya que estas partículas pueden interferir con otros métodos de purificación ó atascarlos rápidamente. Por esta razón, normalmente se instala un sistema de prefiltros.
 
Destilación
La destilación supone la ebullición del agua para producir vapor. El vapor de agua contacta con una superficie fría, con lo que se condensa de nuevo en un líquido que es recogido. Como los solutos no son normalmente vaporizados, permanecen en la solución que está en ebullición. Sin embargo, la destilación no purifica completamente el agua, ya que contaminantes con puntos de ebullición similares puedan quedar contenidos en las gotitas del líquido vaporizado. A pesar de ello, se puede obtener un 99.9% de agua pura por destilación. Por tanto, la destilación genera un agua de alta calidad; sin embargo, se requiere una gran cantidad de energía para este proceso. En situaciones donde se necesita gran cantidad de agua de alta calidad, (como por ejemplo en los procesos de lavado y esterilización), se utilizan otros métodos, como la descalcificación del agua, la desionización y la osmosis inversa.
 
Descalcificación del agua por intercambio iónico
Las sales que provocan la dureza del agua, como el bicarbonato de calcio (CaHCO3) y el cloruro de Magnesio (MgCl2) y que tienden a depositarse, se intercambian con sales de Sodio. Estas sales se disuelven muy bien en agua y por tanto, no se depositan. En un agua descalcificada, los iones duros son intercambiados con los iones Sodio. Esto se efectúa haciendo pasar el agua a través de una columna de resina que posee cadenas que atrapan el calcio, magnesio y otros iones de metales pesados y los reemplazan por iones Sodio. Las sales de sodio son solubles en agua y por tanto, no crearán depósitos. En lugar de resinas, también pueden utilizarse zeolitos (aluminio-silicatos cristalinos).

Cuando la resina se satura de iones duros, puede ser regenerada con iones Sodio mediante el añadido de salmuera (agua con sal), lo que permitirá de nuevo su uso como descalcificador.
 

Desionización en dos pasos mediante intercambio iónico
En este proceso, todos los iones presentes en el agua son extraídos mediante un proceso en dos pasos. En la primera fase, los iones metálicos (cationes cargados positivamente) son intercambiados por iones H+. En una segunda fase, los ácidos y sales remanentes (aniones cargados negativamente), son intercambiados con iones OH-. El enlace entre H+ and OH+ forma H2O: agua. De esta forma, todos los minerales son extraídos.

En muchos laboratorios, este método de purificación ha reemplazado a la destilación, ya que proporciona un mayor volumen de agua muy pura. Así mismo, el agua del enjuague final de los procesos de limpieza normalmente se trata de esta manera. El agua purificada conseguida a través de este método recibe el nombre de agua desionizada o desmineralizada.

Debido a su debilidad de enlace con las resinas, los silicatos causan una capa opaca o azulada sobre los instrumentos de acero inoxidable, y pueden pasar a través de los intercambiadores iónicos, especialmente si las resinas están casi saturadas. Como los silicatos no incrementan la conductividad del agua, la presencia de los mismos puede ser pasada por alto fácilmente.
 

Osmósis inversa
También llamada hiperfiltración. En este caso, se crea una presión mecánica aplicada a la solución que contiene impurezas, forzada a través de una membrana semipermeable. El tamaño de los poros de esta membrana es aproximadamente de 0.0005 micrones (si comparamos con una bacteria, ésta normalmente posee un tamaño entre 0,2-1 micrones). Por tanto, el término aplicado es osmosis inversa, ya que la osmosis normal generaría agua pura si se dirigiera en la otra dirección para diluir las impurezas. La osmosis inversa es teóricamente el método disponible a gran escala más riguroso para la purificación de agua. Como la membrana es muy propensa a ser dañada por las clorinas, los iones metálicos y otras impurezas, normalmente este sistema se combina con filtros de agua y dispositivos descalcificadores.

¿Cómo obtener agua de alta pureza?

La calidad de agua que se emplea en laboratorios de análisis es determinante en la calidad de sus resultados.

Los laboratorios de investigación y desarrollo tecnológico en centros de investigación o en universidades, requieren de agua de óptima calidad para eliminar variables ocultas en los resultados de sus análisis.

Así mismo, los equipos e instrumentos como cromatógrafos de gases y de líquidos, espectrómetros de absorción y emisión atómica, deben operar con agua con la cual se tenga la absoluta certeza de la ausencia de contaminantes y componentes que puedan interferir con los resultados del análisis.

También en análisis clínicos, en trabajos con cultivos celulares o con fluidos bioquímicas es indispensable el uso de agua de la mejor calidad y pureza.

¿Qué componentes se deben remover del agua?

Las aguas potables que provienen de la red de suministro en las diferentes ciudades, contienen sólidos disueltos y sólidos suspendidos.

Los sólidos suspendidos son partículas sólidas que pueden estar presentes en el agua, aunque siempre en cantidades mínimas, pero que deben removerse para obtener agua de alta pureza. Para este fin se emplean filtros que por tamizado mecánico retienen las partículas suspendidas y dejan pasar el agua clarificada.

Los sólidos disueltos no pueden removerse por medios mecánicos simples y deben emplearse tecnologías tales como; osmosis inversa, desmineralización en lechos mixtos de resina cationaica y aniónica o electrodeionización.

En la práctica para obtener agua de alta pureza se emplean combinaciones de uno o más de estos procesos, como pueden ser la osmosis inversa seguido de la deionización en lechos de resina mixta.

La esterilización del agua también es importante para evitar la presencia de esporas y para controlar el crecimiento microbiano, sobre todo cuando el agua está en almacenamiento en un depósito para ser empleada cuando sea necesario.

Para este fin se debe disponer de un sistema de recirculación que haga fluir el agua a través de un esterilizador ultravioleta y un filtro de 1.0 micras o menos con la finalidad de remover esporas y desinfectar continuamente el agua con irradiación UV de 254 nm de intensidad.

Los accesorios y componentes de un equipo de producción de agua ultrapura y algunas de las sustancias presentes en el agua causan que esta agua contenga trazas de materia orgánica que es irrelevante cuando se determinan metales o el agua se emplea para preparación de soluciones para uso del laboratorio pero que son indeseables en análisis por cromatografía de gases o de líquidos, o en cultivo y desarrollo de tejidos celulares y por esto es necesario su remoción.

Para esto se emplea una lámpara UV que emite principalmente la banda UV de 185 nm que reacciona fotoquímicamente con los componentes químicos residuales de la materia orgánica y los convierte a CO2 y H2O.

En forma conjunta con este tratamiento, se emplea un filtro de carbón activado, el cual tiene la propiedad de adsorber compuestos orgánicos presentes en al agua.

Un resumen de los componentes que deben removerse de las aguas naturales, así como su origen y técnicas de remoción es la que se presenta en la siguiente tabla:

Componentes y técnicas de remoción para producción de agua ultrapura

Proveedores de sistemas para obtención de agua ultra pura

A continuación le presentamos a Festa-Hidrogel, proveedor de sistemas para obtención de agua ultra pura:

Festa-Hidrogel es una empresa cuyo giro principal es en el tratamiento y acondicionamiento de aguas potables y residuales. Dentro de sus principales divisiones se encuentra el de sistemas para obtención de agua ultra pura, que es necesario cuando se demanda agua con un mínimo de sales y compuestos similares que disminuyen su grado de pureza.

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