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Osmosis y TDS
Debido a la escasez y dispersión de información sobre el conocimiento
de los aparatos de ósmosis que utilizamos y los valores aceptables que
debemos tener, presento este trabajo como síntesis de distintos lugares
de información sobre el tema. Para empezar comenzaremos por conocer los conceptos generales. Introducción: El agua que llega a nuestros hogares contiene una serie de sólidos disueltos que pueden ser minerales, sales, metales, cationes o aniones disueltos en ella. Esto incluye cualquier cosa presente en el agua que no sea la propia molécula de agua pura (H2O) y aquello que se encuentre en suspensión. En general, la concentración de sólidos disueltos totales es la suma de los cationes (carga positiva) y aniones (carga negativa) de los iones del agua. Si lo que pretendemos es conseguir eliminar algunos de estos elementos disueltos, en función de lo que se consiga eliminar, tendremos distintos tipos de filtración: Para conseguir un agua de alta calidad con un bajo número de estos sólidos disueltos, nos valemos de la comercialización de unos sistemas para mejorar su naturaleza, llamados de Ósmosis Inversa (RO). Para entender el trabajo de los aparatos de ósmosis inversa empecemos por conocer, cómo es funcionamiento de la Ósmosis. Principios de Ómosis. Si en un recipiente ponemos dos soluciones con distintas concentraciones de contaminante, separadas por una membrana semipermeable que deja pasar debido a su pequeño tamaño moléculas de agua, pero que impide el paso de minerales disueltos, se producirá debido a la diferente concentración en ambos lados, un trasvase de agua hacia la zona de mayor contaminante a través de la membrana, con el fin de igualarse las desiguales concentraciones que había previamente a cada lado de dicha membrana.  Dado que el agua con la solución menos concentrada intenta diluir la solución más concentrada, el agua pasará a través de la membrana de la zona de inferior concentración al otro lado de mayor concentración. Finalmente, la presión osmótica ejercida se equilibrará con exactitud frente a la presión creada por la diferencia en los niveles de agua. Por otra parte, en el proceso de ósmosis inversa se aplica una alta presión en el lado donde existe mayor concentración de contaminantes (agua de entrada del grifo), revirtiendo el proceso osmótico natural de modo que gracias a la membrana semipermeable se permite el paso del agua al tiempo que se rechaza la mayoría de los elementos contaminantes, obteniéndose el agua limpia procesada.  El agua “rechazada” del lado de entrada de agua al sistema de Ósmosis Inversa (RO), debe ser evacuada a fin de evitar que se vuelva tan concentrada que sature la propia membrana. De este modo son rechazadas sustancias tales como Sulfatos (98 %), Arsénico (99 %), Fluoruros (97 %), Nitratos (91 %), Bacterias, Virus y hongos en más del 98 % y sólidos inorgánicos (85%-95%).Los iones "polivalentes" son eliminados más fácilmente que los iones "monovalentes". Los sólidos orgánicos con un peso molecular superior a 300 son rechazados por la membrana, pero los gases pasan a su través.
Tipos de filtración Según el tamaño de poro de la membrana y de la presión que apliquemos, tendremos distintos tipos de filtración: La MICROFILTRACIÓN separa partículas de alto peso molecular, coloides en suspensión o bien sólidos disueltos.  La ULTRAFILTRACIÓN rechaza compuestos de medio y alto peso molecular como proteínas lácteas, carbohidratos, y enzimas.  La NANOFILTRACIÓN rechaza compuestos de bajo peso molecular como azúcares y minerales disueltos.  La ÓSMOSIS INVERSA rechaza sales monovalentes y ácidos no disociados.  Esquemáticamente en una par de tablas sería:
 Sistemas comerciales de ósmosis En el mercado nos vamos a encontrar principalmente con dos sistemas de Ósmosis Inversa; los que poseen un sistema de almacenaje y los llamados de flujo continuo. Los de que presenta un sistema de almacenaje, puede tener un tanque de depósito sin presión, donde el agua asciende al grifo a través de una pequeña bomba eléctrica o por el contrario, un tanque acumulador de presión donde el agua se recolecta alcanzando la presión suficiente, para poder llevar el agua del tanque al grifo.  Suelen trabajar con presiones de funcionamiento de la red de 2,5-5 kg/cm2 y proporcionan unos 100-150 litros al día de agua purificada. Los aparatos de ósmosis inversa de flujo directo, no utilizan un sistema de almacenamiento, sino que proporcionan agua tratada de forma continuada, con un rendimiento de unos 120 litros/hora.  Estructuras de los sistemas de ósmosis Si tratamos de conocer cómo están organizados y compuestos los sistemas de ósmosis inversa, encontraremos los siguientes elementos:
Las membranas que se utilizan para la ósmosis inversa son las llamadas de espiral. Las membranas de espiral consisten en capas de membrana, situadas envolviendo un desagüe colector de permeados (agua pura). Las membranas son capas de hojas muy delgadas microporosas sujetas a una estructura de soporte más gruesas y porosa, generalmente hecha de polipropileno, poliéster o hasta de politetrafluoretileno.  A
diferencia del papel o la tela, el material de las membranas que varía
desde acetato de celulosa a cerámicos y otros polímeros como
polisulfonatos, polivinildieno, funcionan como filtros asimétricos. Las membranas de filtración original se hacían de acetato de celulosa. Sin embargo el material no soporta niveles de pH que salgan de 2 a 9 y en temperaturas arriba de 35°C. Además las membranas de acetato de celulosa tienen una resistencia química limitada. Para resolver estas limitantes se han desarrollado cerámicos y membranas poliméricas, incluyendo polisulfonatos fluoruro de polivildieno y poliacrilonitrilos. Comparadas con las de acetato de celulosa, las membranas de polisulfonatos están hechas para desempeño en un rango de pH entre 1 a14, a una temperatura máxima de 110°C, con buena resistencia química. Los cerámicos se usan en sistemas tubulares, generalmente en aplicaciones donde se necesita resistencia a pH extremos y niveles de temperatura extremos. Muchos de estos materiales han sido combinados en estructuras de composite como los metales cerámicos o en estructuras multipoliméricas, en donde una membrana delgada de un material, por ejemplo, polisulfonato es añadido a la superficie de un material de soporte diferente como el poliéster. En general, la resistencia al flujo y la caída de presión depende del lado de la membrana que de al flujo de proceso. En la filtración por membrana, las capas, superiores son las que tienen contacto directo con el agua o fluido a tratar, y la estructura de soporte tiene poros que generalmente se hacen más grandes al irse alejando de la superficie. Al
aplicar diferencias de presión moderadas se provoca que la membrana
actúe como una malla. El tamaño físico de las moléculas de soluto o
partículas determina si se permean o se quedan en el lado de la
superficie como concentrado.
Hay que tener en cuenta que el rendimiento de los equipos de ósmosis inversa domésticos, normalmente se sitúa alrededor del 15 al 50 %, es decir, si estimamos un consumo medio de 4 litros de agua osmotizada, representa que se habrán rechazado entre 20 y 8 litros respectivamente según el rendimiento indicado. Este rendimiento depende de la presión del agua de aporte, de la calidad del agua a tratar y también de la eficiencia del propio equipo, como sucede con otros electrodomésticos de uso común en los domicilios. Los equipos que suministran agua directamente, sin depósito de acumulación, tienen un rendimiento superior. De todas formas esa agua desechada, se puede utilizar para el riego de nuestras plantas de jardín y así se le puede dar un aprovechamiento extra. Lo que sí hay que tener presente, es que todos estos filtros con el tiempo deben ser sustituidos porque con su duración, disminuye la eficacia del sistema, y en algunos casos, los contaminantes en el filtro sobrecargado comienzan nuevamente a descargarse en el agua. Introducción TDS Para conocer cuándo hay que realizar este proceso de sustitución de filtros, tendremos que conocer el porcentaje de rechazo de nuestro sistema de RO, que nos dará la eficacia con que está trabajando el aparato. Las tasas de rechazo deben ser lo suficientemente altas como para reducir el nivel de contaminantes en el agua sin tratar, a un nivel seguro. Para determinar la tasa de rechazo es necesario conocer la concentración Total de Sólidos Disueltos (TDS) que es la cantidad total de iones móviles, incluyendo minerales, sales o metales disueltos en un volumen determinado de agua, expresada en unidades de mg por unidad de volumen de agua (mg / L), también conocido como partes por millón (ppm, que es el peso-a-peso de los iones del agua). El TDS está directamente relacionado con la pureza del agua y la calidad de los sistemas de purificación de aguas. Por ejemplo, cuando el agua de alimentación contiene 300 ppm de sólidos totales disueltos (TDS), el agua producto tiene que tener entre 15 y 30 ppm (95% de índice de rechazo y 90% respectivamente).  Para entender cómo funciona un medidor de TDS, diremos que sus valores obtenidos se basan en la conductividad eléctrica (CE) de agua. El H2O pura tiene prácticamente a cero la conductividad. La conductividad es generalmente cerca de 100 veces el total de cationes o aniones expresada como equivalentes. TDS se calcula mediante la conversión de la CE por un factor de 0,5 a 1,0 veces la CE, dependiendo de los niveles. Normalmente, cuanto mayor sea el nivel de la CE, más alto es el factor de conversión para determinar el TDS. Si bien un medidor de TDS se basa en la conductividad, TDS y la conductividad no son la misma cosa. Total de Sólidos Disueltos (TDS) y conductividad eléctrica (CE) son dos parámetros distintos. TDS, en términos simples, es el total combinado de los sólidos disueltos en el agua. CE es la capacidad de algo para conducir la electricidad (en este caso, la capacidad del agua para conducir la electricidad). El único método real de la medición TDS es pesar los residuos encontrados en el agua después de que el agua se haya evaporado. Esa masa de residuos es posible pesarla, pero si no estás en un laboratorio, es muy difícil de realizar. Por lo tanto, podemos estimar los niveles de TDS basado en la conductividad del agua, puesto que el hidrógeno y el oxígeno de las moléculas de H2O casi no llevan carga eléctrica. La CE de la mayoría de los metales, minerales y sales tiene una carga. Los TDS miden el nivel de CE y luego la convierte en una medición de TDS. Dado que los distintos metales, minerales y sales serán más o menos conductores que otros, hay factores de conversión diferentes, que serán utilizados por el medidor.  ppm (partes por millón) es la escala más comúnmente utilizado para medir TDS (sólidos totales disueltos) y es una expresión de cantidad. mg/l (miligramos por litro) es una expresión de peso. Ambos son utilizados como escalas de TDS, pero ppm es mucho más popular. No hay conversión entre los dos. (226 ppm = 226 mg / μS (micro-Siemens) es la escala más utilizada para medir la CE (Conductividad Eléctrica). Finalmente podemos considerar esta tabla como punto de partida para evaluar qué valores tienen los diferentes tipos de aguas.  Con esto finalizo una síntesis de lo que necesitamos conocer sobre ósmosis inversa y TDS para aplicarlo a nuestros sistemas de depuración de agua, en su utilización en la acuariofília. Espero que este trabajo haya sido de vuestro interés y ayuda para comprender un poco mejor estos conceptos que habitualmente utilizamos. Texto: Phoenix Fotos: VV.AA.
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