¿Qué son la ósmosis inversa y la ósmosis natural?

Proceso de ósmosis inversa

El proceso de ósmosis inversa es uno de los métodos de separación más extendidos, con diversas aplicaciones. La desalinización del agua de mar y la separación de sustancias orgánicas y tóxicas de las aguas residuales industriales son dos usos importantes de esta tecnología. La ósmosis inversa es uno de los principales métodos de desalinización del agua, junto con métodos como la destilación, la electrodiálisis y la desionización, entre otros, y se utiliza a escala de laboratorio, urbana e industrial.

La historia del uso del método de ósmosis inversa se remonta a la década de 1950, cuando Reed y Burton realizaron experimentos en la Universidad de Florida, EE. UU., y se fabricó la primera membrana de ósmosis inversa con acetato de celulosa. A finales de la década de 1960, este fenómeno se utilizó comercialmente.

Principios teóricos de la ósmosis inversa

Para comprender el fenómeno de la ósmosis inversa, es necesario identificar la propiedad osmótica. En general, la transferencia de masa de un medio a otro se produce debido a una diferencia de concentración, o mejor dicho, a una diferencia de potencial químico.

¿Cómo funciona la ósmosis inversa?

Por ejemplo, consideremos un recipiente con agua al que se le añade un cristal de sal de mesa. En la parte del recipiente donde se encuentra el cristal de sal, la concentración de sal es alta y la de agua es mínima; en la otra parte, la concentración de sal es cero y la de agua es muy alta. Debido a la diferencia de concentración, las moléculas del cristal de sal comienzan a penetrar en la parte acuosa, y viceversa. Este proceso continúa hasta que las concentraciones de agua y sal en ambas partes se igualan. A partir de ese momento, la fuerza impulsora, que es la diferencia de concentración, deja de existir entre los dos entornos y, en otras palabras, se alcanza el equilibrio.

¿Qué es la ósmosis inversa?

La ósmosis es el paso de un disolvente desde la parte diluida a la parte concentrada a través de una membrana semipermeable. Para explicar esta propiedad, consideremos las siguientes dos figuras (ósmosis normal y ósmosis inversa), que representan dos partes y una membrana. En una parte hay agua o una solución salina diluida, en la otra una solución salina concentrada y una membrana que solo permite el paso de las moléculas de agua. La membrana impide el paso de los iones que componen la sal, ya que son demasiado grandes.

Inicialmente, los niveles de líquido en ambos compartimentos son iguales. Debido a la tendencia a igualar las concentraciones, las moléculas de agua de la solución diluida atraviesan la membrana y penetran en la solución concentrada. El nivel de líquido en el compartimento concentrado aumenta (ósmosis natural). El flujo de moléculas de agua a través de la membrana se produce hasta que la diferencia de nivel de líquido (es decir, la diferencia de presión) entre los dos compartimentos impide el movimiento de las moléculas de agua. Esta diferencia de presión en el compartimento separado por la membrana, donde impide el flujo neto de moléculas de agua, se denomina presión osmótica.

La presión osmótica genera el equilibrio entre los dos compartimentos. Ahora bien, si se aplica una presión mayor que la presión osmótica al compartimento de la solución concentrada, se produce el fenómeno opuesto a la ósmosis (ósmosis inversa); es decir, las moléculas de agua fluyen desde el compartimento de la solución más concentrada hacia el de la solución más diluida. Este fenómeno se denomina ósmosis inversa.

¿Qué es la presión osmótica?

La diferencia de presión en el compartimento separado por la membrana, donde esta impide el flujo neto de moléculas de agua, se denomina presión osmótica.

Aplicación de la ósmosis inversa

El fenómeno de la ósmosis inversa se utiliza para la purificación del agua y, en general, para el proceso de concentración y separación. La presión osmótica es directamente proporcional a la concentración de sales en la solución. Por ejemplo, en una solución acuosa de sal de mesa, un aumento de un miligramo por litro incrementa la presión osmótica en 0,01 psi. Cabe destacar que, a medida que las moléculas de agua atraviesan la membrana, la concentración de iones en la solución que queda detrás de ella aumenta gradualmente, y, como consecuencia, la presión osmótica también aumenta. Asimismo, al pasar el agua sobre la superficie de la membrana, las partículas coloidales, los sedimentos, los contaminantes microbianos y las sales disueltas provocan obstrucciones, lo que requiere la limpieza periódica de la membrana de ósmosis inversa (CIP). Para eliminar estos contaminantes, se pueden utilizar soluciones de limpieza de membranas especializadas fabricadas por la empresa Abrizan.