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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS“OSMOSIS INVERSA”CURSO: FISICO-QUIMICA Y OPERACIONES UNITARIAS (TP – 213V)PROFESOR: Ing. CHAFLOQUE ELIAS, CARLOS ALBERTOALUMNOS: CRISTOBAL YACHAS, CESAR  HUANATICO, CHRISTIAN  ONOVAN CALDERON ,CALMETT  AGUILAR CASTR...

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS

“OSMOSIS INVERSA”

CURSO: FISICO-QUIMICA Y OPERACIONES UNITARIAS (TP – 213V)

PROFESOR: Ing. CHAFLOQUE ELIAS, CARLOS ALBERTO

ALUMNOS:

    

CRISTOBAL YACHAS, CESAR HUANATICO, CHRISTIAN ONOVAN CALDERON ,CALMETT AGUILAR CASTRO ,JEAN FRANCK CASTILLO BEDIA, MANUEL

2017- 2

INDICE GENERAL 1. INTRODUCCION:...............................................................................................................................................3

2. FUNDAMENTO TEORICO:.................................................................................................................................4 2.1. OSMOSIS NATURAL:...................................................................................................................................4 2.2. PRESION OSMOTICA:.................................................................................................................................4 2.3. OSMOSIS INVERSA:....................................................................................................................................6 2.3.1. MEMBRANA SEMIPERMEABLE:...........................................................................................................7 2.3.2. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA:....................................................................................................9 2.3.3. PROCESO INDUSTRIAL DE LA OSMOSIS INVERSA..............................................................................10 2.3.4. ECUACIONES BASICAS DE LA OSMOSIS INVERSA...............................................................................10 3. EQUIPO DE OSMOSIS INVERSA:.....................................................................................................................11 3.1. ESQUEMA DE UN EQUIPO DE OSMOSIS:..................................................................................................11 3.2. VARIABLES A CONSIDERAR:......................................................................................................................12 3.3. INSTRUMENTOS DE MEDICION Y CONTROL:............................................................................................13 3.4. FUNDAMENTOS DE LA OSMOSIS INVERSA:..............................................................................................15 4. TIPOS DE EQUIPOS:........................................................................................................................................17 4.1. INDUSTRIALES:.........................................................................................................................................17 4.2. COMERCIALES:.........................................................................................................................................18 4.3. DOMESTICOS:..........................................................................................................................................19 5. APLICACIONES INDUSTRIALES:.......................................................................................................................21 5.1. DESALINIZACION DE AGUAS SALOBRES:...................................................................................................21 5.2. TRATAMIENTOS DE AGUAS RESIDUALES:.................................................................................................21 5.3. DESALINIZACION DE AGUA DE MAR:........................................................................................................22 5.3.1. PRINCIPALES PROCESOS PARA LA PURIFICACION DEL AGUA:............................................................22 5.3.2. OTROS METODOS PARA LA PURIFICACION DEL AGUA:.....................................................................25 5.3.3. COSTOS COMPARATIVOS:..................................................................................................................27 6. BIBLIOGRAFIA:...............................................................................................................................................29 6.1. VIDEOS:....................................................................................................................................................29

1. INTRODUCCION: Con el crecimiento de la población mundial la demanda de agua dulce a aumentado, si sumamos a 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 osmosis 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.

2. FUNDAMENTO TEORICO: 2.1. OSMOSIS NATURAL La ósmosis natural o directa es la más común en la naturaleza, dado que las membranas semipermeables forman parte de la gran mayoría de organismos

(por ejemplo raíces de plantas, órganos de nuestro propio cuerpo, membranas celulares, etc.) Cuando dos disoluciones de distinta concentración de sales se encuentran separadas por una membrana semipermeable, de forma natural, se produce un flujo de agua desde la disolución de menor concentración hacia la de mayor concentración. Este flujo continúa hasta que las concentraciones a ambos lados de la membrana se igualan. Cuando se trata de invertir este proceso y conseguir un flujo de agua de menor concentración de sales a partir de uno de mayor concentración, se deberá realizar una presión suficiente, del agua de mayor concentración sobre la membrana, para vencer la tendencia y flujo natural del sistema. A este proceso es lo que llamamos, ósmosis inversa.

2.2. PRESION OSMOTICA: La presión osmótica puede definirse como la presión que se debe aplicar a una solución para detener el flujo neto de disolvente a través de una membrana semipermeable. La presión osmótica es una de las cuatro propiedades coligativas de las soluciones (dependen del número de partículas en disolución, sin importar su naturaleza). Se trata de una de las características principales a tener en cuenta en las relaciones de los líquidos que constituyen el medio interno de los seres vivos, ya que la membrana plasmática regula la entrada y salida de soluto al medio extracelular que la rodea, ejerciendo de barrera de control. Cuando dos soluciones se ponen en contacto a través de una membrana semipermeable (membrana que deja pasar las moléculas de disolvente pero no las de los solutos), las moléculas de disolvente se difunden, pasando habitualmente desde la solución con menor concentración de solutos a la de mayor concentración.

La presión osmótica puede estimarse mediante la ecuación de Van’t Hoff

�: Presión osmótica, Pa J: Coeficiente a dimensional de presión osmótica R: Cte. De los gases, 8.316 J/ (K.mol) T: Temperatura, K ∆�: Diferencia de concentraciones entre los dos

2.3. OSMOSIS INVERSA: Ósmosis inversa es una tecnología de purificación del agua que utiliza una membrana semipermeable para eliminar iones, moléculas, y partículas más grandes del agua potable. Para lograr la ósmosis inversa se aplica una presión para vencer la presión osmótica, que es una propiedad coligativa producida por diferencias de potencial químico del solvente, un parámetro termodinámico. La ósmosis inversa puede eliminar muchos tipos de elementos suspendidos en el agua, incluyendo bacterias, y está utilizada tanto en procesos industriales como para la producción de agua potable. El resultado es que la disolución es retenida del lado presurizado de la membrana y el solvente puro puede pasar al otro lado. Para lograr la "selectividad", esta membrana no debe dejar pasar iones o moléculas grandes a través de sus poros (o agujeros), pero debe dejar pasar libremente componentes más pequeños de la solución (como las moléculas solventes). En el proceso normal de ósmosis, el solvente se mueve naturalmente de un área de baja concentración de la disolución (alto potencial hídrico), a través de una membrana, hacia un área de alta concentración de la disolución (bajo potencial hídrico). La fuerza que ocasiona el movimiento del solvente es la reducción en la energía libre del sistema cuándo la diferencia en la concentración del solvente en cualquiera de los lados de una membrana es reducido, generando presión osmótica debido a que el solvente se mueve a la solución más concentrada. La ósmosis inversa es la aplicación de una presión externa para invertir el flujo natural del solvente. El proceso es similar a otras aplicaciones de tecnología con membranas. Sin embargo, hay diferencias claves entre ósmosis inversa y filtrada. El mecanismo de extracción predominante en la filtración por membrana es la exclusión por tamaño, por los

que el proceso teóricamente puede siempre conseguir una eficacia perfecta independientemente de la presión y la concentración. La ósmosis inversa aplica difusión, haciendo que el proceso dependa de la presión, el índice de flujo, y otras condiciones.

2.3.1. MEMBRANA SEMIPERMEABLE: Las membranas semipermeables son capas muy finas de materiales que permiten el paso selectivo de sustancias a través de este; el radio de los poros es tan pequeño que se produce una separación a nivel molecular entre las especies disueltas y las partículas del disolvente. Esta membrana permite que ciertas moléculas o iones la atraviesen por difusión. La concentración, la presión y temperatura de las moléculas y de los solutos determinarán qué cantidad de materia podrá pasar a través de la membrana. La permeabilidad de la membrana también dependerá, por supuesto, del tamaño del soluto. Por lo que de ella depende la calidad del filtrado. La membrana puede ser de diversos materiales como acetato de celulosa, poliamida, etc. Tiene un tiempo de vida, por la presión que se ejerce sobre ella. Las sustancias que pasan a través de ella no deben ser corrosivas para alargar su tiempo de vida. Si consideramos un sistema constituido de un recipiente dividido en dos compartimentos por una membrana semipermeable, en uno de los compartimentos ponemos agua pura y en el otro una solución salina, se observa que el agua pura tiende atravesar la membrana para pasar a la solución salina. En los procesos de membrana la corriente alimentación se divide en dos corrientes:

 

Permeado: Corriente que contiene, fundamentalmente, los componentes de una disolución que salen de una membrana. Rechazo: Corriente que contiene los componentes que no atraviesan la membrana.

2.3.2. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA: En la ósmosis inversa la transferencia de solvente y de soluto se hace por medio de la solubilización/difusión de las especies moleculares a través de la membrana densa, semipermeable bajo el efecto de un gradiente de concentración. En el caso de la ósmosis inversa la transferencia se hace bajo un gradiente de presión. Son las moléculas de solvente las que se transfieren preferentemente acompañadas por algunas moléculas de soluto, en función de la selectividad de la membrana. El flujo del solvente está dado por:

JV: Flujo volumétrico del solvente AV: Permeabilidad volumétrica o coeficiente de permeabilidad de la membrana, m3/(m2.s.Pa) ∆�: Diferencia de presiones a ambos lados de la membrana, Pa ∆�: Diferencia de presiones osmóticas a ambos lados de la membrana, Pa

El flujo del soluto está dado por:

JS: Flujo de soluto a través de la membrana, kg/(m2.s) JV: Flujo volumétrico del solvente Cp: concentración del soluto en el permeado, kg/m3 B: Coeficiente de permeabilidad de la membrana al soluto, m3/(m2.s) Cm: Concentración del soluto en la superficie de la membrana, kg/m3 M: Coeficiente de acoplamiento (adimensional); tiene un valor próximo a 0.005 para la mayoría de las membranas.

2.3.3. PROCESO INDUSTRIAL DE LA OSMOSIS INVERSA

2.3.4 ECUACIONES BASICAS DE OSMOSIS INVERSA

3. EQUIPO DE OSMOSIS INVERSA 3.1 ESQUEMA DE UN QUIPO DE OSMOSIS

Instalación de un equipo de osmosis inversa de tipo domestico

FILTROS Su sistema es un equipo de cinco fases que está basado en cinco segmentos de tratamiento por separado dentro del completo sistema de filtración de agua. Las fases son las siguientes: Fase 1 – Filtro de sedimentos, cambio recomendado cada 6 meses. Esta primera fase es un filtro de sedimentos de 5 micrones de tamaño de poro, que atrapa sedimentos y otras partículas de materia tales como suciedad, sedimentos y óxido los cuales afectan el sabor y el aspecto de su agua. Fases 2 y 3 – Filtros de carbono, cambio recomendado cada 6 meses. La segunda y tercera fase contiene cada una un filtro de bloque de carbono de 5 micrones de tamaño de poro. Este ayuda a asegurar que el cloro y otros materiales que causan mal sabor y olor, se vean reducidos en gran medida. Fase 4 - Membrana, cambio recomendado cada 2 años a 5 años. La fase cuatro es el corazón del sistema de ósmosis inversa, la membrana RO. Esta membrana semipermeable eliminará efectivamente los sólidos totales disueltos, el Sodio y los metales pesados, como así también las esporas, como las de Giarda y criptosporidio. Ya que el proceso de generar agua potable de alta calidad toma tiempo, su sistema para el tratamiento de agua RO está equipado con un tanque de reserva. Fase 5 - Filtro de carbono en línea, cambio recomendado cada 6 meses a 12 meses. La Fase final es un filtro en línea de carbono activado granular

(GAC). Este filtro es usado después del tanque de reserva de agua, y es usado como un filtro de refinamiento final.

3.2. VARIABLES A CONSIDERAR:  

   

PRESIÓN OPERADA: Presión ejercida sobre el fluido más concentrado, para permitir el flujo a través de la membrana. CARACTERIZACIÓN DEL AGUA DE ALIMENTACIÓN: Información sobre la composición del agua a ingresar, útil para la elección de la membrana y previos filtros. CONFIGURACIÓN DE LA MEMBRANA: Composición de la membrana, material, vida útil, etc. VELOCIDAD DE FLUJO DE ALIMENTACIÓN: Cuanto más velocidad posea el fluido, este favorecerá a la separación. TEMPERATURA DE OPERACIÓN: Al aumentar la temperatura se favorece la separación. pH: Indica la concentración de [H] en el fluido de ingreso y las membranas.

3.3. INSTRUMENTOS DE MEDICION Y CONTROL: 

pH-METRO:

El pH-metro es un sensor utilizado en el método electroquímico para medir el pH de una disolución. Instalada en la entrada de agua y en las membranas; en aquellas instalaciones pequeñas y simples.



TERMOMETRO:

El termómetro es un instrumento de medición de temperatura. Los termómetros industriales son aquellos utilizados para medir la temperatura de un

determinado lugar y esto le sirve a la empresa para saber cuánto de calor hay ahí. Instalada en la entrada de agua y en las membranas; en aquellas instalaciones pequeñas y simples.



MANOMETRO:

El manómetro es un instrumento de medición para la presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados. Se distinguen dos tipos de manómetros, según se empleen para medir la presión de líquidos o de gases. Instalada en la entrada de agua, en las membranas y a la salida de corriente de agua; en aquellas instalaciones pequeñas y simples.



CAUDALIMETRO:

Un caudalímetro es un instrumento de medida para la medición de caudal o gasto volumétrico de un fluido o para la medición del gasto másico. Estos aparatos suelen colocarse en línea con la tubería que transporta el fluido.

 CONDUCTIMETRO: El conductímetro es un aparato que mide la resistencia eléctrica que ejerce el volumen de una disolución encerrado entre los dos electrodos, el aparato mide la resistencia, y dependiendo del

electrodo, muestra

realiza las operaciones la conductividad en la pantalla.

necesarias

y

Instalada en la entrada de agua y en la salida de corriente de agua; en aquellas instalaciones pequeñas y simples.

3.4. FUNDAMENTOS DE LA OSMOSIS INVERSA:

El agua cruda, agua de mar o fluido concentrado, es alimentada mediante una alta presión para atravesar las membranas del sistema de osmosis inversa y producir el permeado.

En el sistema de Osmosis inversa:

En los procesos de membrana la corriente de alimentación se divide en dos corrientes:  

Permeado: Corriente que contiene, fundamentalmente, los componentes de una disolución que salen de una membrana. Rechazo: Corriente que contiene los componentes que no atraviesan la membrana.

El permeado es la corriente de agua diluida que es el producto final deseado, en caso de que la conductividad del permeado o el contenido de algún ion en específico en el mismo permeado no sean lo suficientemente bajos después de este primer paso de osmosis, se puede suministrar un segundo paso de osmosis, alimentado con el permeado del primero, y que actuaría como pulidor para conseguir la calidad deseada. En este segundo paso el rechazo se reircula al 100 % a la alimentación del primer paso.

4. TIPOS DE EQUIPOS: Se diferencian 3 tipos de equipos de osmosis inversa:  Industriales  Comerciales  Domésticos 4.1. INDUSTRIALES: El tratamiento mediante ósmosis Inversa se ha convertido hoy en uno de los sistemas más utilizados en el campo de la depuración de aguas. La mala calidad de las aguas junto con las exigencias de la normativa hace de esta, una técnica muy utilizada tanto en nuestros hogares como en la industria. En sectores tan variados como la hostelería, petroquímicos, fabricantes de bebidas, farmacéuticas y así un largo etcétera necesitan de un agua de alta calidad para su producción. 

Equipos compactos: Equipos standard para el tratamiento de agua con concentraciones inferiores a 2.000 ppm de sólidos disueltos y caudales Inferiores a 1.000 litros por hora.



Equipos a medida: Para caudales superiores a 1.000 litros por hora, los equipos se diseñan a medida, dependiendo de la caracterización del agua a tratar y de su uso final, utilizando diferentes materiales y equipos de control. - Equipos para agua marina : Para el tratamiento del agua marina, contamos con equipos especiales para tratar altas salinidades, siendo los materiales, bombas y equipos de control específicos para este tipo de agua.

4.2. COMERCIALES:

Para purificar y recuperar grandes cantidades de agua, los equipos de osmosis inversa ha sido pináculo en el aire, purificación y filtración de tipos de aguas diferentes. En uso desde hace más de 4 décadas de partida por primera vez como técnica empleada para eliminar las impurezas en los compuestos de diversos incluyendo el agua, la tecnología de osmosis inversa no es nueva en su uso en el cumplimiento de los requisitos de la filtración. En diversas aplicaciones industriales y comerciales, osmosis inversa es reconocida como una de las técnicas de filtración más coste eficaz y eficiente. Varios fabricantes han surgido oferta de servicios de postventa y soluciones llave en mano para las necesidades de filtración a gran escala debido a su uso durante tantos años y su popularidad. Se diseñó y desarrollo equipos de Osmosis Inversa Comercial para ser utilizado en estos tipos de sistemas de filtración y para distintos tipos de aguas.