Fundamentu físicu

Ye un sistema binariu reaccionante, en que los componentes nun acarreten carga llétrica y esiste una temperatura uniforme ya igual pa dos reservorios, tiense que la producción d'entropía ye la combinación llinial de productos ente fluxos y fuercies del sistema:^[3]

${\displaystyle \sigma =\sum _{i}{Y_{i}X_{i}}=j_{1}'{\frac {(\Delta \mu _{1})_{T,p}}{T}}-j_{v}{\frac {\Delta p}{T}}}$

onde los fluxos son a cencielles el fluxu d'espardimientu relativu del compuestu 1 y el fluxu relativo de velocidaes de los componentes:

${\displaystyle j_{1}'=j_{1}-{\frac {c_{1}}{c_{2}}}j_{2}\qquad j_{v}=v_{1}j_{1}+v_{2}j_{2}}$

Les fuercies termodinámiques son diferencies ente magnitúes intensives ente los dos reservorios: potencial químicu y presión

${\displaystyle X_{1}=-{\frac {(\Delta \mu _{1})_{T,p}}{T}}=-\mu _{11}^{c}{\frac {\Delta c_{1}}{T}}\qquad$ ;\qquad X_{v}=-{\frac {\Delta p}{T}}}

Les lleis fenomenológicas son:

${\displaystyle {\begin{bmatrix}\;j_{1}'\\\;j_{v}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}\;\Lambda _{11}&\lambda _{v1}\\\;\Lambda _{1v}&\Lambda _{vv}\\\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}\;-\mu _{11}^{c}{\frac {\Delta c_{1}}{T}}\\\;-{\frac {\Delta p}{T}}\end{bmatrix}}}$

De lo que se deduz, pa una situación estacionaria (${\displaystyle j_{v}=0}$) qu'una diferencia de concentraciones nos depósitos provoca una diferencia de presiones y viceversa. Son los fenómenos d'ósmosis y ósmosis inversa, daos pola rellación:

${\displaystyle {\frac {\Delta p}{\Delta c_{1}}}=-\mu _{11}^{c}{\frac {\Lambda _{v1}}{\Lambda _{vv}}}.}$

A la diferencia de presiones ${\displaystyle \Delta p}$ que provoca una determinada diferencia de concentración ${\displaystyle \Delta c_{1}}$ denominar presión osmótica.

Ósmosis nuna célula animal

Les membranes de les célules son semipermeables, poro, nun mediu isotónico, el pasu de l'agua nos dos sentíos permédiase. Si la célula atopar nun mediu hipotónico va tender a absorber agua enchiéndose, pudiendo llegar al estremu d'españar, dando orixe a la citólisis.

Otra manera, si la célula atopar nun mediu hipertónico, l'agua interior va tender a salir, llevando a la deshidratación, pudiendo en casos estremos llegar a la muerte de la célula, procesu denomináu de crenación.^[4]

Ósmosis nuna célula vexetal

Les membranes de les célules vexetales son tamién semipermeables, y nesti casu tamién nun mediu isotónico, el pasu de l'agua nos dos sentíos permédiense. En presencia d'un mediu hipotónico la célula absuerbe agua enllenando les sos vacúolos, dando orixe a una situación denomada turgencencia. Per otru llau, nun mediu hipertónico, l'agua sale de la célula al traviés de la membrana, pudiendo llegase a que la membrana plasmática se despegue de la célula, provocando lo que se llama la plasmólisis.^[4]

Desalinización

Por aciu esti procedimientu ye posible llograr agua desalinizada (menos de 5.000 microsiemens/cm de conductividá llétrica) partiendo d'una fonte d'agua salobre, agua de mar, qu'en condiciones normales puede tener ente 20 000 y 55 000 microsiemens/cm de conductividá.

La midida de la conductividá de l'agua da una indicación de la cantidá de sales disueltos que contién, yá que l'agua puro nun ye un bon conductor de la eletricidá (el so potencial de disociación ye menor de 0.00001).

La ósmosis inversa o reversa convirtióse anguaño n'unu de los sistemes más eficientes pa desalinizar y potabilizar l'agua, siendo usada en barcos, aviones, industries, hospitales y cases.

Por aciu ósmosis inversa consíguese que l'agua bruto que llega a la desaladora conviértase per un sitiu nun 40 % d'agua producto y un 55-60 % d'agua salobre.

La clave ta na constitución del faxu de membranes qu'entrepolen red-canales de circulación ente capa y capa y finalmente converxen nel centru del sistema. Como hai un fluxu d'entrada y dos fluxos de salida, al unu conózse-y como refugu salín y al otru como fluxu de permeado y los sos valores van depender de la presión d'entrada impuesta al sistema. Polo xeneral ye facederu atopar membranes iguaes con poliamida o acetato de celulosa (esti postreru material ta en desapaición) con un refugu salín d'ente 96.5-99.8 %. Esisten membranes especializaes pa cada tipu d'agua, dende agua de mar hasta agües salobres.

Los equipos d'ósmosis inversa industriales monten dellos trenes o carros de membranes interconectaes ente sigo, una bomba d'alta presión, mididores de TDS, pH y caudalímetros de columna. Esisten equipos que s'alluguen en grandes sales por cuenta del so enorme tamañu.

Pal óptimo funcionamientu d'estos sistemes, ríquese caltener un anti-incrustante contra xil (xil gelificada neutra) que obtura el sistema, amás d'un biocida pa caltener llibre de biomases les capes del sistema.

La ósmosis inversa tien delles restricciones, hai ciertes especies químiques que'l sistema nun ye capaz de retener, estos son el arsenito (As+3), la xil neutra (yá mentada) y el boru. Pa retener estes especies hai que realizar un cambéu del estáu químicu de la especie, yá sía vía oxidación, co-precipitación o cambeos de pH del mediu. Por casu el arsenito (As+3) esperimenta un refugu de menos de 25 %, el arsenato (As+5) ye capaz de ser retenida nun 95-98 %.

Les incrustaciones nes membranes son un factor non despreciable na eficiencia del equipu, esto asocede cuando pretende forzase el caudal de permeado, asocediendo frentes de saturación na superficie de la membrana. Otres sustancies son incrustantes, tales como la mentada xil, biomases de microorganismos. Una vegada encuallada la membrana, solo ye posible revertir la situación desmontando la unidá y tratándola con amiestos d'ácidos fuertes y sometiéndoles a rodapiellu.

Un desenvolvimientu teunolóxicu recién especialmente relevante ye'l de la ósmosis inversa pa desalinización basada en enerxía solar fotovoltaica, emplegando namái y puramente una pequeña batería por que tou funcione correutamente.

Descontaminación y tratamientu de efluentes

Pa la eliminación de contaminantes en disolución principalmente empuestu al aforru d'agua. Si tiense agua con contaminante "X" que les sos molécules tienen un tamañu de "Y" micres, siendo "Y" mayor que'l tamañu de la molécula d'agua. Si búscase una membrana semipermeable que dexe pasar molécules de tamañu de les de l'agua pero non de "Y", al aplicar presión (ósmosis inversa) va llograse agua ensin contaminante.

L'usu de la ósmosis inversa nel tratamientu de efluentes escuerre dalgunu de los trés oxetivos siguientes:^[6]

• Concentrar la contaminación nun amenorgáu volume.
• Recuperar productos d'altu valor económicu.
• Recircular l'agua.

La ósmosis inversa nun destrúi la contaminación sinón que, como muncho, dexa concentrala nun pequeñu volume.

Usu como agua potable

Cada vez ye más frecuente l'usu de la desalinización pa producir agua pa consumu humanu, y l'enclín probablemente va siguir conforme aumenta la escasez d'agua por causa de les presiones que produz el crecedera demográfica, la sobresplotación de los recursos hídricos y la contaminación d'otres fontes d'agua.

Los sistemes de desalinización actuales tán diseñaos pa tratar tantu l'agua estuarina, costera y marina, como tamién agües salobres interiores (tanto superficiales como soterrañes).

L'agua producida por aciu la ósmosis inversa ye agresiva pa los materiales utilizaos, por casu na distribución de l'agua y nes tuberíes y dispositivos de fontanería domésticos.

Los materiales xeneralmente utilizaos nes instalaciones doméstiques pueden ser atacaos per estes agües agresives, por esti motivu tamién dempués de la desalación suelse estabilizar l'agua. Esti procesu fai sustancies químiques como carbonatu cálcicu y magnésicu con dióxidu de carbonu. Una vegada aplicáu esti tratamientu, l'agua desalinizada nun tendría de ser más agresiva que l'agua de consumu habitual.

L'agua desalinizada suel entemecese con volumes pequeños d'agua más rico en minerales p'ameyorar el so aceptabilidad ysobremanera, p'amenorgar la so agresividá. Delles agües soterrañes o superficiales pueden utilizase, tres un tratamientu fayadizu, pa entemecer en proporciones mayores y pueden ameyorar la durez y l'equilibriu iónicu.^[7]

Usos industriales

Usos alimenticios

La mesma capacidá de concentrar molécules foi llargamente utilizada pa consiguir concentraos alimenticios y de bona calidá.