Ósmosis inversa: aproximación a sus principios teóricos
por Alejandro Mateos
La ósmosis es un proceso que se define como el paso espontáneo de un disolvente (en nuestro caso el agua), desde un contenedor con baja concentración de solutos hacia otro de mayor concentración, a través de una membrana semipermeable. La ósmosis inversa es el movimiento opuesto del agua, y no es espontánea.
¿Qué es una membrana semipermeable?
Una membrana semipermeable es toda aquella lámina natural o sintética que deja pasar a su través moléculas de pequeño tamaño, impidiendo el paso de aquellas de mayor tamaño o con carga iónica. Son membranas semipermeables los epitelios de plantas y animales, las membranas celulares, etc.
¿Qué es la concentración de solutos?
Es la cantidad de sustancias solubles (en masa) que hay en una determinada cantidad (en volumen o en masa) de disolución. Sustancias solubles son las sales, los azúcares, las proteínas, los ácidos, las bases, etc. El agua salada, por ejemplo, tiene mayor concentración de sales por cada litro de agua que el agua dulce.
¿Por qué pasa el agua espontaneamente de un lado a otro de la membrana?
Este fenómeno es algo complejo y se explica gracias a las leyes termodinámicas. De una manera asequible y coloquial podemos decir que cuando el agua pasa a la disolución más concentrada, esta se diluye y su estructura interna se desordena. Este cambio de estado libera energía, y los procesos que liberan energía son termodinámicamente espontaneos. Como las sales son de mayor tamaño y/o están cargadas eléctricamente, atraviesan con dificultad la membrana, y por tanto es el agua el que la atraviesa hacia el otro lado. Este fenómeno espontáneo se detiene cuando se alcanzan iguales concentraciones a ambos lados de la membrana, desde un punto de vista teórico.
¿Por qué decimos "desde un punto de vista teórico"?
En la realidad, ambos compartimentos suelen ser espacios cerrados, con un volumen definido. Cuando el agua pasa al compartimento más concentrado, aumenta la presión en éste. Este aumento de presión empuja a la disolución contra la membrana; como sólo el agua puede atravesarla, en realidad está empujando al agua a que vuelva hacia atrás impidiendo el fenómeno espontáneo de la ósmosis. De esta manera, se llega a lo que se denomina un equilibrio dinámico: continuamente entra (por ósmosis) y sale (por exceso de presión) agua del compartimento más concentrado. Si las diferencias de concentraciones son significativas, el agua presenta una fuerte tendencia a penetrar en el compartimento, aún a pesar de la mayor presión que encuentra en su interior; a esa hiperpresión se le denomina presión osmótica.
¿Sucede esto de manera indefinida?
No. A medida que el agua va pasando al compartimento de mayor concentración, éste se va diluyendo, y al mismo tiempo va aumentando la presión dentro de él. Llega un momento que la diferencia de concentraciones no es suficiente para seguir arrastrando más agua dentro del compartimento hiperconcentrado en contra de la creciente presión, y el trasiego se detiene, quedando el compartimento a una presión más elevada que en el inicio.
¿Qué es entonces la Ósmosis Inversa?
Partiendo del punto en que nos habíamos detenido, se puede observar que si por cualquier medio aumentamos la presión en el medio hiperconcentrado, el equilibrio se romperá y el agua empezará a moverse hacia atrás hacia el compartimento menos concentrado, en contra de su tendencia osmótica; esto sucede así para compensar la creciente diferencia de presiones entre ambos compartimentos, que ya no se encuentra justificada por la diferencia de concentraciones. Este proceso no es espontáneo, y por tanto necesita energía que se le debe aplicar desde el exterior; en nuestro caso, la energía se aplica en forma de presión en el compartimento, mediante una bomba, manualmente, por una aumento de la columna de agua.
¿Cómo ocurre en la práctica la ósmosis inversa en los dispositivos que usamos?
En nuestros dispositivos, el aumento de presión en el compartimento más concentrado se obtiene de la propia presión del agua de nuestra red de suministro, que generalmente es una presión hidrostática (nuestros grifos soportan una gran columna de agua sobre ellos). El compartimento más concentrado en nuestro caso contiene el agua de suministro, cargada de impurezas, sales y toxinas. Al dejar que entre en el toda la presión de la red, se invierte la ósmosis espontánea a través de su membrana y el agua comienza a pasar "limpia" hacia el compartimento de menor presión, desde donde puede ser evacuada a través de un tubo hacia un recipiente. Para que pueda seguir entrando agua de la red, y la diferencia de presiones (y por tanto la producción) sean continuas, debe irse dejando salir lentamente el agua del compartimento hiperconcentrado hacia un desague; con esa agua, se marchan las sustancias indeseables que no pudieron atravesar la membrana. Para regular el caudal de salida de desecho, la cámara dispone de una válvula (fija o variable), que asegura siempre una presión mínima de trabajo (siempre que la presión de entrada de la red sea mayor).
¿Qué factores afectan la producción (el caudal) de agua de mi dispositivo?
Existen una serie de factores que alteran drásticamente la producción de nuestro dispositivo:
- La presión de entrada del agua de la red: para los dispositivos caseros habituales se recomienda una presión mínima de 4 bar y una máxima de 8-10 bar. Cuando la salida del agua de desecho está regulada por una válvula fija, hemos de asegurarnos de que la presión de entrada sea la adecuada, pues determinará completamente la presión de trabajo de la membrana. Cuando la válvula es variable, podemos abrirla o cerrarla para conseguir una presión adecuada en el compartimento de la membrana, pero entonces será necesario disponer de un manómetro que nos indique qué presión estamos obteniendo en la membrana. Una presión menor de 3 bar suele producir una producción insignificante e insuficiente, que además tira agua de desecho en gran cantidad y poco concentrada. Una presión excesiva sobre la membrana en cambio aumenta la producción pero acorta la vida de la membrana, dañandola incluso y disminuyendo su eficacia a medio plazo.
- El grado de limpieza del filtro de sedimentos: un filtro de sedimentos colmatado ejerce una fuerte resistencia al flujo de entrada, disminuyendo la presión de trabajo sobre la membrana, de manera análoga al caso anterior.
- La longitud del conducto de salida del agua limpia: una excesiva longitud o un pronunciado desnivel a salvar sobre el aparato puede aumentar la presión en la cámara de agua limpia de manera suficiente para disminuir la producción de ésta. Lo recomendable es disponer el tubo en vertical hacia abajo aprovechando la gravedad y no darle demasiada longitud (máx. 2-3 m.).
- La temperatura de trabajo de la membrana, que viene determinada por la temperatura del agua de entrada. Temperaturas menores de 18ºC ralentizan demasiado la producción, y de ahí para arriba aumenta, aunque temperaturas mayores de 30ºC probablemente dañen también la membrana a medio plazo.
Otros factores que afectan en menor medida la producción serían:
- La concentración de sales del agua de nuestra red: a mayor concentración, menos proporción de agua depurada obtendremos de cada litro de agua de desecho.
- El pH del agua de nuestra red: en general, un pH suavemente ácido mejora sensiblemente la eficacia de la membrana, aunque no disponemos de los argumentos fisicoquímicos para contrastarlo. Algunos fabricantes indican que los prefiltros de carbon activado convierten el cloro del agua de la red en ácido clorhídrico, lo que disminuye el pH y facilita la ósmosis inversa; sin embargo, no tenemos argumentos que lo demuestren, y lo consideramos un acto de fe.
Copyright © 1998-2004 Artrópica Desarrollo Web
Desarrollado en XHTML 1.0 y CSS.
Agradecimientos