smosis

Facultad de Ingeniera Qumica y Textilrea Acadmica de Ingeniera Qumica

Laboratorio de Tratamiento de Agua Industrial PI-355/ Seccin A2008-II

Informe de Laboratorio OSMOSIS INVERSAFecha de entrega: Diciembre de 2008LIMA PERSEPARACIONES MEDIANTE MEMBRANAS: OSMOSIS INVERSA (OI).

1. Objetivos:

Adiestrarnos en el mtodo de separaciones mediante membranas usando el equipo de Osmosis Inversa para obtener la pureza del agua requerida para los diferentes usos en planta.

2. Fundamento Terico:Osmosis es el paso espontneo de molculas de agua de una solucin diluida a una solucin concentrada a travs de una membrana semipermeable que permite el paso del agua pero no de las sales disueltas. El agua atraviesa la membrana hasta alcanzar el equilibrio osmtico. Este paso se hace a una presin precisa llamada presin osmtica. Aplicando a la solucin concentrada una presin superior osmtica el proceso se invierte. Este fenmeno se conoce como "smosis inversa".

En trminos simples, smosis inversa es la filtracin bajo presin a travs de una membrana cuyos poros son pequeos. Los poros de la membrana estn concebidos de manera que la mayora de las sales, de los inorgnicos y de los iones son eliminadas 90-99%). Las molculas de agua atraviesan fcilmente la membrana. Las molculas orgnicas pueden ser eliminadas o pasar segn el tipo de membrana utilizado. Finalmente, las partculas en suspensin, bacterias y pirgenos son prcticamente eliminados por completo mediante la smosis inversa.

Si la alta concentracin es de sal, por ejemplo agua marina, al aplicar presin, el agua del mar pasa al otro lado de la membrana. Slo el agua, no la sal. Es decir, el agua se ha hecho potable. La smosis inversa es, por ello, una de las formas de potabilizar el agua.

Mediante este procedimiento es posible obtener agua potable (menos de 15.000 microsiemens/cm de conductividad elctrica) 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 indicacin de la cantidad de sales disueltas que contiene, dado que el agua pura no es un buen conductor de la electricidad (su potencial de disociacin es menor de 0.00001).

Otro ejemplo: Se tiene agua con contaminante "X" cuyas molculas tienen un tamao de "Y" micras, siendo "Y" mayor que el tamao de la molcula de agua. Si se busca una membrana semipermeable que deje pasar molculas de tamao de las del agua pero no de "Y", al aplicar presin (smosis inversa) se obtendr agua sin contaminante.

La smosis inversa o reversa (RO) se ha convertido hoy en da en uno de los sistemas ms eficientes para potabilizar el agua, siendo usando en barcos, aviones, industrias, hospitales y domicilios.

La clave est en la constitucin del fajo de membranas que intercalan redes-canales de circulacin entre capa y capa y finalmente convergen en el centro del sistema. Como hay un flujo de entrada y dos flujos de salida, al uno se le conocen por rechazo salino y al otro como flujo de permeado y sus valores dependern de la presin de entrada impuesta al sistema. Por lo general es factible encontrar membranas confeccionadas con poliamida o acetato de celulosa (este ltimo material est en desaparicin) con un rechazo salino de entre 96.5-99.8%. Existen membranas especializadas para cada tipo de agua, desde agua de mar hasta aguas salobres.

Los equipos de smosis inversa industriales montan varios trenes o carros de membranas interconectadas entre s, una bomba de alta presin, medidores de TDS, pH y caudalmetros de columna. Existen equipos que se ubican en grandes salas debido a su enorme tamao.

Para el ptimo funcionamiento de estos sistemas, se requiere mantener un anti-incrustante contra slice (slice gelificada neutra) que obstura el sistema, adems de un biocida para mantener libre de biomasas las capas del sistema.

La smosis inversa tiene algunas restricciones, hay ciertas especies qumicas que el sistema no es capaz de retener, estos el arsenito (As+3), la slice neutra (ya mencionada) y el boro. Para retener estas especies hay que realizar una modificacin del estado qumico de la especie, ya sea va oxidacin, co-precipitacin o cambios de pH del medio. Por ejemplo el arsenito (As+3) experimenta un rechazo de menos de 25%, el arsenato (As+5) es capaz de ser retenida en un 95-98%.

Las incrustaciones en las membranas son un factor no despreciable en la eficiencia del equipo, esto ocurre cuando se pretende forzar el caudal de permeado, ocurriendo frentes de saturacin en la superficie de la membrana. Otras sustancias son incrustantes, tales como la mencionada slice, biomasas de microorganismos. Una vez incrustada la membrana, solo es posible revertir la situacin desmontando la unidad y tratndola con mezclas de cidos fuertes y sometindolas a contracorriente.

3. Desarrollo Experimental:

3.1. Datos:

(PFlujo

PFlujo

R

P

RpH

PpH

RSD

PSD

RTemp.

(Psi)(ml/s)(ml/s)(s/cm)(s/cm)pHpH(ppm)(ppm)C

521313430127066.41063023

100211162013106.56.51065023

15028110.11014304.66.41071023

2003699.11015204.46.31076023

Valores

RpH

RSD

RTemp.

Unid(s/cm)pH(ppm)C

Agua de Alimentacion13107.064025

3.2. Resultados:PFlujo

(Psi)P(ml/s)

5213

10021

15028

20036

Qp=A (P)

ADel grafico obtenemos que :

A = 0.153.8ml/s.psi. (m = 27.46psi

Coeficiente de transporte de sales (Ks)

Recuperacin = Qpx100/(Qp+QR)Fs(g/s)Ca - CpKs

0.001490.000771.94

0.002510.000783.22

0.003980.000785.10

0.005390.000786.91

Rechazo de Sales

El % de rechazo de clculo de la siguiente manera:

(P(Psi) % Rechazo

5297.46

10098.73

15098.73

20098.73

Paso de sales

El % de paso de sales se calcula de la siguiente manera:

(P(Psi) Paso (%)

522.54

1001.27

1501.27

2001.27

Recuperacin

El % de recuperacin de calcula de la siguiente manera:

(P (Psi)%Recuperacin

528.62

10014.29

15020.49

20026.65

Concentracin del producto

La concentracin del producto se calcula de la siguiente manera:

(P (Psi)CpCp (experimental)% error

5220.86204.12

10010.73106.8

15011.09109.8

20011.741014.8

Concentracin del Rechazo

(P (Psi)CrCr (experimental)% error

52842.6853.31.27

100910.09001.10

150978.5956.72.23

2001063.310204.08

Proporcin de Reduccin

Calculamos la proporcin de reduccin de sales de la membrana para cada disposicin de presin al trabajar en el equipo de osmosis inversa:

(P(Psi) Ca/Cp

5239.5

10079

15079

20079

Costo energtico:

Parmetros Valor

Tiempo35 min

Bomba de baja presin 1.4Hp

Bomba de Osmosis0.5Hp

Energa utilizada:

Costo de energa:

Costo total de produccin: 0.085$

Volumen tratado: Pot(I) x t = P x V entonces V =4.54m3Costo de agua tratada por osmosis inversa: 0.0187$/m3

4. Observaciones y Discusin de Resultados: Se observa que el equipo de Osmosis Inversa cuenta con medidor de flujo de permeado como tambin de rechazo, adems de un medidor de la conductividad del permeado, pero se analizo estos valores manualmente para la verificacin respectiva notndose que a medida se aumentaba la presin aumentaba el flujo del permeado y disminua el flujo de rechazo como tambin iba disminuyendo la conductividad por ende los SD del permeado y aumentaba la conductividad y SD del rechazo. El PH del permeado es neutro ligeramente cido pero el de rechazo que es la parte concentrada tiene un PH ligeramente bsico debido a la formacin de hidrxidos, carbonatos, sulfatos, etc.

La bomba de alta presin mide la diferencia de presiones del caudal de permeado total (permeado de los 2 elementos) y el caudal de alimentacin adems de la bomba que impulsa el agua del pozo considerada bomba de baja presin. El equipo cuenta con un pretratamiento que consiste en 2 filtros de 10 y de 5 par eliminar los slidos suspendidos como adems de un filtro de Carbn activado por el cual pasa el agua a tratar antes de pasar por los elementos el cual adsorbe las materias orgnicas presentes como tambin a iones cloro que provocaran corrosin en los equipos. El rechazo se desecha y el permeado se almacena en el depsito de agua perneada para su posterior uso en la planta.

Costo de agua tratada por osmosis inversa: 0.0187$/m35. Conclusiones: A mayor presin mayor % de recuperacin del agua tratar obteniendo bajas concentraciones de SD.

El PH del permeado es neutro ligeramente cido y el de rechazo tiene un PH ligeramente bsico.

Se aprovecha el rechazo del primer elemento para obtener mayor cantidad de flujo para el permeado total, a travs de un segundo elemento por el cual va ingresar el primer rechazo.

Las membranas usadas en el equipo de Osmosis Inversa tiene un Coeficiente de permeabilidad de la membrana A de 0.1658 ml/(s psi).

Los filtros de 10 y de 5 se utilizan para eliminar los SS.

El filtro de Carbn activado adsorbe las materias orgnicas presentes como tambin a iones cloro.

Para aguas que contengan mayores cantidades de SS se instala adems y antes de los filtros de 10 y de 5 un filtro de arena.

Para aguas que contengan mayores cantidades de SD se dosifica con H2SO4 y antiincrustantes antes de pasar por los elementos.

Para aguas que contengan ms de 10000 colonias en 100ml de muestra se deben aadir biocidas como NaOCl, BrOCl, entre otros, dado su contenido de iones Cloro este debe ser aadido antes del filtro de carbn activado para que se adsorbido por este y no genere problemas de corrosin.6. Aplicaciones:

Desalinizacin de aguas de pozo y de mar a bajo costo.

Fabricacin de agua ultrapura para laboratorios e industria farmacutica y electrnica como por ejemplo para la modilisis. Purificacin y desmineralizacin del agua a la entrada de las calderas industriales. Recuperacin de sales de nquel o de cromo y purificacin del agua residual de la galvanizacin. Concentracin de jugo o leche. Recuperacin de tinturas en la industria textil. 7. Anexo:Experimento ilustrativo de smosis:

Se puede realizar una experiencia, consistente en llenar una bolsa de celofn, con una solucin de agua y azcar comn; la boca de la bolsa debe quedar hermticamente cerrada. En estas condiciones, se le sumerge en un recipiente que contenga agua.

El celofn cumple el papel de una membrana y la caracterstica que presenta es la de no permitir el paso de las molculas de azcar en la solucin, lo cual significa que es impermeable al azcar. Por el contrario, deja pasar con facilidad las molculas de agua, o sea, es permeable a ella. Las membranas que presentan este comportamiento reciben el nombre de semipermeables. De acuerdo a lo anterior, en el experimento se puede observar que, al comienzo el recipiente formado por la membrana de celofn se encuentra distendido, pero poco a poco va aumentando de tamao hasta quedar inflado. Esto es consecuencia de la difusin del agua a travs de la membrana, desde el recipiente hacia el interior de la bolsa. Este es el fenmeno que se conoce como smosis.

Pero si se aumentase la presin dentro de la bolsa, se vera que pasan slo las molculas de agua y no las de azcar, produciendo la filtracin del componente solvente, es decir, smosis inversa.APLICACIONES

smosis inversa de leche

smosis inversa de leche descremada: Por smosis inversa, puede realizarse concentracin de leche descremada hasta una concentracin mxima de slidos totales de 30 %.Elaboracin de queso: La leche enriquecida en slidos se utiliza para fortificar la elaboracin de queso. Esto permite un mejor aprovechamiento del equipo, y una mayor produccin de queso basada en equipos preexistentes.Cremas heladas: La misma aplicacin est siendo utilizada en la industria de cremas heladas para incrementar slidos en leche descremada para la mezcla de crema helada. Esto permite al productor destinar leche entera para extraer crema y luego concentrar la leche descremada resultante para uso interno. La capacidad de obtener en forma directa crema y leche descremada concentrada produce un ahorro en el costo de ingredientes comparado con comprar del mercado crema con valor agregado y leche descremada condensada ya procesada. Una ventaja adicional de la smosis inversa se encuentra en que la misma es una tcnica de concentracin que se realiza en fro. El productor de cremas heladas obtiene mejor sabor con leche concentrada por smosis inversa que con leche concentrada por evaporacin, por medio de calor para provocar un cambio de fase y evaporar el agua de la leche. Esto suele producir una leche evaporada con sabor a cocido. La leche concentrada por smosis inversa retiene un sabor fresco que puede mejorar el sabor del producto final.Lcteos cultivados: La smosis inversa de leche descremada tambin puede ser utilizada en la produccin de yogur con bajo o nulo contenido graso. Usualmente, el productor de yogur se enfrenta a un dilema en la produccin de yogur libre de grasas, necesitando agregar leche descremada en polvo para incrementar slidos. Utilizando leche descremada concentrada por smosis inversa, en lugar de leche concentrada por evaporacin, se produce menor dao por calor o protenas desnaturalizadas en la leche evaporada. Un productor de yogur orgnico puede tener problemas en conseguir una fuente de leche en polvo descremada orgnica para incrementar los slidos en la leche. Por smosis inversa se puede llevar a leche descremada orgnica fresca hacia la cantidad requerida de slidos para la produccin de yogur con bajo o cero contenidos grasos.Expansin de un evaporador: La smosis inversa puede ser utilizada tambin como un sistema complementario a evaporadores existentes como mtodo de incrementar su capacidad de producir concentrado. Un sistema de smosis inversa previo a una evaporacin es generalmente una solucin menos costosa para incrementar la produccin que la reforma de un evaporador.8. Bibliografa.

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93smosis. Formato y diseo www.aguamarket.com / 2006. http://potabilizacion_mar.pe.tripod.com/aguademar/id10.html.

_1276255032.unknown

_1276657727.unknown

_1276659686.unknown

_1276659716.unknown

_1276256578.unknown

_1276254764.unknown

_1276254896.unknown

_1276253320.unknown