UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTA MARIA FACULTAD DE CIENCIAS FARMACEUTICAS, BIOQUIMICAS Y BIOTECNOLOGICAS PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERIA BIOTECNOLÓGICAOPERACIONES DE MEMBRANA DOCENTE: ING. JAVIER ROQUE RODRIGUEZ CURSO : OPERACIONES UNITARIAS FECHA DE ENTREGA: 29 DE MAYO DEL 2012 ALUMNOS : CRUZ ZÚÑIGA KARLA ALEJANDRA EIZAGUIRRE ROJAS ENRIQUE GUZMAN PONCE KATHERINE VERA LLAMOCA NATALY 1 INDICE OPERACIONES DE MEMBRANA MF UF NF OR CARACTERIZACION DE LAS MEMBRANAS OPERACIONES DE MEMBRANA 3 3 5 7 MICROFILTRACION EN TRATAMIENTO DE AGUA SUPERFICIALES VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS MEMBRANAS TUBUAR Y FIBRA HUECA PARA MICROFILTRACION ULTRAFILTRACION APLICACIÓN DE LA ULTRAFILTRACION EN BIOTECNOLOGIA MEMBRANAS DE ULTRAFILTRACION NANOFILTRACION APLICACIÓN DE LA NF REVERSA EN BIOTECNOLOGÍA OSMOSIS REVERSA MODELO DE SOLUCION-DIFUSIÓN EN MEMBRANAS DE OSMOSIS INVERSA SELECTIVIDAD DE MEMBRANA CONCLUIONES 21 14 17 19 12 9 13 19 20 21 2 líquido líquido y liquido gas. CLASIFICACION DE LAS MEMBRANAS • POR SU NATURALEZA Integrales Compuesta de capa fina • POR SU FORMA Planas Tubulares Fibra hueca • POR SU COMPOSICION QUIMICA Naturales Sintéticas • CARGA SUPERFICIAL Neutras Catiónicas Aniónicas • MORFOLOGIA Lisas Rugosas CARACTERIZACION DE LAS MEMBRANAS Podemos considerar algunas características como: • Tamaño del poro 3 .OPERACIONES DE MEMBRANA MF UF NF OR TAREA: La tarea de esta operación unitaria es la separación solido líquido. DEFINICION DE MEMBRANA: Es una barrera que puede ser solida o no que separa en dos fases en función al tamaño de partícula. 20) Poro Macroporo Mesoporo Microporo Principio Filtración Filtración Filtración/Interacción Solución difusión Tabla 1: Clasificación de los poros de membrana 4 .10 bar) Dif. con los poros mas grandes se retienen las partículas ligeramente más pequeñas.1 bar) Dif.1 .5 . presión (0. presión (5 . presión (0. Los poros de las membranas podemos clasificarlos en: • Macroporos: diámetro mayor a 50 nm • Mesoporos: diámetro entre 2nm y 50nm • Microporos: diámetro menor a 2nm Operación Microfiltración Ultrafiltración Nanofiltración Fuerza motriz Dif.• Distribución del poro • Volumen libre • Cristalinidad Y también encontramos algunos factores: • Rechazo • Factor de separación • Factor de enriquecimiento La membrana ideal para la filtración con flujo transversal debe tener una porosidad alta y poca distribución de tamaño de poro. Figura 1: Diámetro del poro de membranas para cada operación unitaria OPERACIONES DE MEMBRANA Podemos definir las operaciones de membrana como aquella en la que existe una corriente de alimentación que al hacer contacto con la membrana se divide en dos que son el permeado que atraviesa la membrana y el retentato concentrado o retenido que contiene la materia que no atraviesa la membrana. 2. 4. Se puede clasificar las operaciones de membrana de la siguiente manera: 1. MICROFILTRACION ULTRAFILTRACION NANOFILTRACION OSMOSIS REVERSA Para que estas operaciones se lleven a cabo se necesita de un fuerza motriz o DRIVING FORCE cada una de las operaciones tiene un mecanismo DRIVING FORCE 5 MECANISMO . 3. Las membranas empleadas en este proceso son de estructura simétrica y microporosa con tamaño de poro entre 0. La diferencia de presión varía entre 0.El volumen de la muestra a filtrar: Es importante tener en cuenta cual será el volumen de la muestra que queremos filtrar.MICROFILTRACION: ULTRAFILTRACION NANOFILTRACION OSMOSIS REVERSA AP AP AP AP EXCLUSION EXCLUSION SOLUCION DIFUSION DISOLUCION DIFUSION Tabla 2: Mecanismos de operaciones de membrana MICROFILTRACION La microfiltración consigue la eliminación de contaminantes de la alimentación de un proceso de separación basado en la retención de contaminantes sobre la superficie de la membrana-poro eliminan partículas y microbios. Se utiliza para la remoción de partículas. El proceso se realiza a baja presión.1 µm a 10 µm. dejando pasar sales y macromoléculas. floculación y medios filtrantes. coloides y las macromóleculas orgánicas de una solución acuosa en las plantas de tratamiento de aguas. Este proceso de membrana está dirigido a reemplazar cuatro procesos unitarios en el tratamiento convencional del agua: mezcla rápida. éstos se pueden acoplar a las bacterias. a pesar de que los virus son de menor tamaño que los poros de la membrana. por lo tanto el gasto energético para bombear la solución no es muy elevado y al mismo tiempo se tiene un caudal mayor que atraviesa la membrana. la membrana es semipermeable permitiendo separar sólidos suspendidos del agua. En comparación con el tratamiento convencional.000 daltons. Para realizar procesos de micro filtración de manera óptima es muy importante seguir una serie de normas que nos facilitarán las tareas y mejorarán los resultados: 1.1 y 2 atm de pesos moleculares mayores a 100. bacterias. 6 . coagulación. Una parte de la contaminación viral es atrapada en este proceso ya que.. la MF es un proceso físico que elimina contaminantes por cribado. Este proceso presenta los poros más amplios en la categoría de las membranas. 7 .1 mm. pretratamiento.El material del filtro: En primer lugar es importante conocer la naturaleza de la muestra fluído (gas o líquido). 3.. Ambos han conseguido una mejor eliminación de la materia orgánica natural o sintética. Figura2: Sistema de fitrado por Membrana MICROFILTRACION EN TRATAMIENTO DE AGUA SUPERFICIALES Hay varias aplicaciones de la MF en la industria del agua potable. Otra aplicación de MF incluye la deshidratación de los lodos y la eliminación de materia coloidal en corrientes de rechazo antes del tratamiento por OI. Los dos pretratamientos más comunes son adición de coagulante metálico y carbón activo en polvo. su uso se debió principalmente a una mejor eliminación de partículas y microorganismos de los suministros de agua potable. la membrana debe ser de PTFE..El poro de la membrana: Según la finalidad de la filtración. En caso de gas. Otra aplicación de esta técnica es la eliminación de materia orgánica natural o sintética de la siguiente manera precribado. necesitamos un diámetro de poro concreto. La micro filtración puede ser aplicada a muchos tipos diferentes de tratamientos de agua cuando se necesita retirar de un líquido las partículas de un diámetro superior a 0. MF y desinfección. Además de disminuir la cantidad y concentración de productos químicos utilizados.2. Sin embargo las de fibra hueca y la tubular permiten a la membrana ser retrolavadas. Disco tubo. 8 . Tubular. que presenta dificultades para mantener la superficie de la membrana limpia. Por otro lado es más difícil controlar el flujo exterior-interior(si es flujo cruzado) ya que se crean zonas muertas. La arrollada en espiral no es muy empleada en esta configuración debido a la naturaleza de la membrana de hoja plana.exterior y exterior-interior. Como el agua esta fluyendo a través de un canal el interior-exterior permite un buen control hidrodinámico del módulo. Hay dos diferentes regímenes de flujo en la MF por fibra hueca: Interior . Membranas capilares de fibra hueca Esta configuración permite ser retrolavada. Selección del modulo de MF Geometría del módulo Hay varias tecnologías geometrías disponibles comercialmente: Arrollada en espiral. Plato y bastidor. Capilar. para controlar el ensuciamiento debido a partículas y materiales orgánicos. Fibra hueca. Planta de tratamiento de aguas 1. sin embargo una ventaja de esta distribución es que hay menos pérdidas de carga.Figura 3. aquí algunas veces se suelen utilizar ayudantes de filtración (caolín o caliza) para formar una torta y mejorar la filtrabilidad del agua. los organismos patógenos principales son: virus.. sin embargo estudios 9 .05-5 µm. El tamaño de los poros de MF es de 0.5 m/s. Baja caída de presión a través del módulo. Por lo tanto es necesario complementar la MF con una desinfección postmembrana.Calidad del agua permeada • Eliminación de microorganismos Una de las aplicaciones principales de la MF es la eliminación de microorganismos. quistes y ovoquistes protozoarios. a no ser que se aplique un precribado. Modelo de flujo interior-exterior. Desventajas Membranas de diámetro pequeño se pueden taponar.5 cm). las tasas de restricción son altas debido a las pequeñas luces del interior de la fibra. De modo distinto a la UF.. Para un mejor uso de la MF es útil identificar los organismos y su tamaño. 2. en el rango de 0.Postratamiento Las membranas de MF parecen seleccionar bacterias. bacterias y protozoos. En el tratamiento de agua.1 a 1 bar. Elevada área superficial/volumen o densidad de compactación de membranas Se puede retrolavar. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS MEMBRANAS TUBUAR Y FIBRA HUECA PARA MICROFILTRACION Ventajas Bajas velocidades de flujo cruzado. sin embargo la MF no elimina densidades apreciables de virus bajo las condiciones de sedimentación. Dificultad de detectar fugas de la membrana en las grandes plantas. en el rango de 0 a 2. normalmente de 0. Se ha demostrado que la formación de la capa de torta sobre la superficie de la membrana puede incrementar la eliminación de virus. Membranas tubulares En MF estas membranas tiene mayores diámetros (1 a 2.2 a 1 bar. 3. Bajas presiones transmembrana. Estos dos modos se utilizan para asegurar una tasa constante de producción. líquido y gas de retrolavado. ser usa el retrolavado.. El sistema de MF de fibra hueca de polipropileno redujo la turbidez de un agua superficial y la eliminación de partículas. • Eliminación de partículas Esta es una de las aplicaciones de la MF. Limpieza de membranas. 4. 2. Retrolavado de membranas Para prevenir la acumulación de sólidos sobre la superficie de la membrana. Retrolavado de membranas. Para bacterias las de UF y MF reportaron iguales resultados. se encontró que la turbidez del permeado depende del tamaño del poro. Los coagulantes metálicos son inyectados normalmente a través de la línea de alimentación de agua bruta.Operación y mantenimiento de la MF Los sistemas son operados básicamente de dos maneras: A caudal constante de agua a través de la membrana con presión variable. también se utiliza para incrementar o mantener el caudal a través de la membrana y/o retrasar el ensuciamiento.de laboratorio arrojaron mejores resultados para la membrana de UF que la de MF para la remoción de virus. Pretratamiento de membranas. Pretratamiento de MF Este se emplea para incrementar la eliminación de ciertos constituyentes presentes en el agua. Ambos. el cual dura solo unos minutos. puede realizarse automáticamente ya sea cuando la presión alcanza un valor o cada cierto tiempo. El retrolavado líquido que se lleva a cabo de dentro hacia a fuera de las membranas. 3. el inconveniente más común es la disminución del caudal transmembrana por ensuciamiento. Al usar membranas tubulares cerámicas. Hay varias formas de restablecer el caudal permeado 1. se emplean con la MF. Los coagulantes que se han utilizado son sulfato de aluminio o sulfato férrico en concentraciones de 5 a 50 mg/L. Limpieza química 10 . A presión constante a través de membrana con un caudal de agua transmembrana variable. Los dos tipos más comunes de pretratamiento son adición de coagulantes o de carbón activado en polvo. . Neutralización y puesta a disposición de los productos químicos de limpieza. Monitorización biológica. Separación de emulsiones de agua y aceite. Recuperación y reutilización de los productos químicos. Onda sonora sensible. 6.-Aplicación de la microfiltración en la Biotecnología Esterilización por frío de bebidas y productos farmacéuticos. Las variables que se deben tener en cuenta son: Frecuencia de limpieza. Monitorización de partículas (contaje de canal único). Separación sólido-líquido para farmacias e industrias alimentarias. Volúmenes de limpieza y detergente. 5. Tratamiento de efluentes. Temperatura de limpieza. vinos y cerveza. Conteo de partículas (contaje multicanal). Separación de bacterias del agua (tratamiento biológico de aguas residuales). Prueba del punto de burbuja. Prueba de presión de aire. ULTRAFILTRACION 11 .Se utiliza cuando los materiales ensuciadores no pueden ser retirados de la membrana por retrolavado. Productos químicos. Los métodos más utilizados para evaluar las condiciones de la membrana son: Monitorización de la turbidez. Pre-tratamiento del agua para nano filtración y ósmosis inversa. • • • • • • Aclaramiento de zumos de frutas. Duración de la limpieza.Prueba de integridad de la membrana Uno de los aspectos más críticos al utilizar tecnologías de membrana es asegurar que están intactas y continúan suministrando una barrera entre el agua de alimentación y el permeado. Figura 4: Procesos de membrana . algunas proteínas. queso). por medio de un gradiente de presión La Ultrafiltración es capaz de concentrar sólidos suspendidos. El tamaño de poro no es tan fino como en la Nanofiltración y tampoco requiere tanta energía para efectuar la separación. y es más pequeño que el de las membranas de microfiltración. la industria textil. bacterias. tratamiento de pinturas).La ultrafiltración es el tipo de Filtración que utiliza membranas para separar diferentes tipos de sólidos y líquidos. algunos colorantes y compuestos con un peso molecular mayor a 150.Ultrafiltración • Objetivo de la Ultrafiltracion Concentración de una solución diluida Diafiltracion de una solución con solutos indeseables pequeños Purificación de una solución que contiene solutos indeseables grandes • Parámetros de Operación Presión Temperatura Concentración de la solución Velocidad tangencial • Ventajas de la Ultrafiltracion 12 .000 Daltons. la industria alimentaria (proteínas). Es una operación que emplea membranas especiales en diferentes tipos de arreglos para separar macromoléculas en solución de contaminantes más pequeños. Los campos en los que se aplica la ultrafiltración son: La industria de productos lácteos (leche. la industria del metal (separación de emulsiones agua / aceite. e incluso inferior si fuera necesario. dado que los productos que se presentan en biotecnología suelen ser termolábiles. La centrifugación y la filtración bajo vacio han sido las técnicas generalmente utilizadas. Mejoran el gusto natural del agua ya que solo remueve impurezas y mantiene el agua filtrada dentro de los estándares de la purificación microbiológicas. para que puedan servir de medio de separación entre los productos de la reacción y el biocatalizador. enzimas y microorganismos con el fin de mantener o acelerar los procesos de trasformación química y biológica necesarios. de dichas sustancias. así como sus diferencias de tamaño y los diversos medios en que se encuentra. se emplean. en la recuperación de la mayoría de los productos biológicos. Esta tiene la ventaja de que puede realizarse a temperatura ambiente. debido a que la densidad de los productos que interesan difieren poco de la del medio que los contiene. que se recupera y se reutiliza. o al menos la recuperación. es su elevado grado de dilución y la variedad y complejidad de los diferentes componentes que resultan de interés. Sin embargo hay que tener en cuenta los condicionamientos lógicos en este tipo de proceso. Se consiguen diversas ventajas con la utilización de los biorreactores de membrana. lo cual dificultad el filtrado. una posibilidad es usar membranas semipermeables sintéticas. el interés de la osmosis inversa es evidente. pero presentan en muchos casos serios inconvenientes. de naturaleza y propiedades adecuadas. Precisamente estos factores no tienen tanta influencia en la ultrafiltración o e la microfiltración tangencial. Este proceso tiene la ventaja de retener las sales minerales beneficiosas que se encuentran en el agua. APLICACIÓN DE LA ULTRAFILTRACION EN BIOTECNOLOGIA Las membranas y los procedimientos de separación tienen un campo importante de aplicación en los procesos bioquímicos de separación y purificación. lo que favorece la formación de depósitos. Además. Las principales aplicaciones actuales se refieren al cultivo y separación de microorganismos y enzimas. En tales procesos es interesante conseguir la inmovilización. Con ese fin. destacando su mayor eficiencia. farmacéutica y de productos alimenticios. a los reactores de membranas y a la producción de agua ultrapura. El mejor control del medio. se puede utilizar la osmosis inversa. La primera dificultad que se presenta. así como en las técnicas de control de procesos. por lo cual. suele tratarse de sustancias gelatinosas y compresibles. la utilización de estos procesos se encuentra muy extendida Cuando se trata de separación y purificación de productos de bajo peso molecular. una producción mas aséptica y la facilidad para la extracción de los 13 . En la industria química. con frecuencia. puesto que el proceso se realiza en continuo y permitiendo concentraciones mas elevadas del biocatalizador. como son: las gradientes de presión osmótica presentes y el elevado costo de instalación. El agua que contiene abundantes particulados o materiales orgánicos puede obstruir las membranas. algas. particularmente el agua superficial. Las membranas enrolladas en espiral están compuestas con varias láminas de membrana plana alrededor de una tubería central que suministra el agua que recibirá el tratamiento. Criptosporidium. sin embargo su habilidad para separar moléculas disueltas en el agua es medida por el peso molecular más bajo de macromoléculas que separa. Todas las sales disueltas y pequeños pesos moleculares pasan a través de la membrana de ultrafiltración. arcilla.000 y 100. MEMBRANAS DE ULTRAFILTRACION Una membrana de UF puede tener un diámetro de poro de 20 . están sujetas a limitaciones físicas. como los microfiltros usualmente se encuentran en una configuración de fibra hueca. bacterias. La mayoría de las membranas de ultrafiltración tienen un corte molecular entre 1.01 hasta 0. quizá necesite tratamiento previo antes de pasar por un sistema de membrana. y virus.000. limo. Estos sistemas producen también pequeños volúmenes de solución altamente concentrada que debe ser eliminada apropiadamente. Este método de medición es denominado Corte de Peso Molecular (MWCO). Las configuraciones de fibra fina hueca utilizan un grupo de miles de tubos huecos que están construidos con material de la membrana. con presiones de operación recomendadas entre 1. Las membranas se clasifican según el tamaño de las moléculas que ellas pueden filtrar — Límite nominal de peso molecular o NMWC. La selección de la membrana correcta para las condiciones existentes puede ser un desafío para los administradores de sistemas de tratamiento de agua. en los que las enzimas o cultivos microbianos se emplean en forma libre o en disolución. tales como proteínas y orgánicos mayores.productos inhibidores y de finalización. Los ultrafiltros. son otras ventajas frente a los reactores tradicionales o de funcionamiento discontinuo. Algunas aguas.03 micras y es eficaz para tamaños NMWC de 10. Las membranas se construyen con diferentes materiales. Estos 14 . Debido a que las membranas de ultrafiltración son una tecnología de tratamiento físico.4 y 14 bar. La ultrafiltración utiliza tamaños de poro desde 0.000 Daltons o más. A menudo se utiliza para eliminar arena. Las membranas de ultrafiltración se fabrican con diseños diferentes.1000 Angstrom. • Configuración Tubular La membrana tubular es en alguna forma la configuración mas simple en que la membrana se moldea sobre la pared o cara interior del tubo soporte poroso. los cuales tienen sus pros y contras. Giardia. A causa de que proporcionan un camino hidrodinámico simple al flujo. en el que es recogido. La desventaja del diseño tubular es su costo y la baja densidad de empaquetado de los módulos de las membranas. la membrana mas usada comúnmente en el tratamiento de aguas residuales. Una envolvente de dos membranas incluyendo o encerrando un espaciador de permeado que esta sellado a lo largo de 3 lados y el cuarto lado esta conectado y laminado dentro de un tubo perforado que lleva el agua producto. siendo la de 13 nm. El líquido de alimentación fluye longitudinalmente. para reducir la concentración de polarización y aumentar la transferencia de masa con baja energía de entrada. Sin embrago estos elementos tienden mas al ensuciamiento que los de soporte tubular. Una ventaja opcional importante de las membranas es que estas pueden tolerar cargas mucho mayores de materias en suspensión que cualquier otra configuración y que pueden. Pueden disponerse en serie. ser operadas con un pretatramiento del agua de alimentación relativamente sencillo Figura 5: Modulo de Configuración Tubular • Configuración Arrollada en Espiral La membrana es esencialmente una hoja plana arrollada en una configuración de rollo de gelatina o rollo Suizo. pero son mas resistentes que as membranas capilares 15 . El espaciador o separadora no solo mantiene abierto un canal de corriente de alimentación. por otra parte. Son menos propensas a ensuciarse que las membranas en otras configuraciones.tubos tienen diámetros de 6 a 25 nm. sino que también cumple la importante función de mezclado inducido. se limpian mecánicamente de una manera mas sencilla. en tato que el permeado discurre entre las membranas hacia el tubo perforado. Figura 7: Modulo de Configuración Placa y Marco • Confección de Membranas de Ultrafiltración 16 . La solución de alimentación fluye a lo largo de estrechos pasajes.Figura 6: Modulo de Configuración Espiral • Configuración de Placa y Marco Las membranas de hoja plana se usan en módulos de placa y bastidor. pero los costos de trabajo de reemplazo son altos. atravesando los conjuntos de membranas que puedan ensamblarse a partir de las membranas individuales intercambiables o paquetes de membrana intercambiables. Los costes de membrana son bajos. Las unidades pueden desmontarse para permitir el acceso para limpieza manual. La nanofiltración utiliza dos mecanismos: 1.Poliacrilo nitrilo .Oxido de polifenilo .Polibenzo imidazol.Los polímeros más empleados en la confección de membranas de ultrafiltración es la polisulfona.Poliamida modificada .5 a 1.Celulosa y derivados . modificando la formulación química y las condiciones de síntesis del filtro. La estructura microporosa con un diámetro inferior a 2nm de las membranas de nanofiltración es muy difícil de caracterizar no existen métodos directos para medir los 17 . NANOFILTRACION Es el proceso de filtración por membranas operadas bajo presión (0.5 – 1. resistencia a condiciones extremas de pH (entre 1 y 13).5 Mpa) en la que los solutos de bajo peso molecular (1000 daltons) y tamaño 0. esto ya sea como proceso batch o continuo. permitiendo obtener material de diferentes características de selectividad y permeabilidad. La solución de difusión en la matriz de membrana Se utilizan membranas microporosas entre los principales polímeros sintéticos utilizados tenemos: .5 nm son retenidos son permeados los iones monovalentes. La polisulfona que proviene de la reacción entre la sal sódica de bisfenol A y di-p-diclorodifenilsulfona. Las membranas se fabrican de acuerdo al método de inversión de fases. Esta presenta una notable estabilidad térmica. preparado en forma de películas delgadas para ser usadas posteriormente como capas en las membranas (lo que las define como asimétricas). buena resistencia a agentes oxidantes y capacidad de ser configurada en diferentes geometrías. cuyo procedimiento comienza típicamente con una solución polimérica que se convierte en gel. Permeación a través de un microporo 2.Polisulfona . CO32-. con esto se podría ayudar a una limpieza biológica. 18 . Estas membranas pueden alcanzar una retención de los iones de calcio y magnesio en un intervalo de58 a 95%. azúcar. la RMN de Xenón o la aniquilación de positrones. Figura 8: Retención en la Nanofiltración. • Retención de microcontaminantes y microsolutos tales como: herbicidas. • Ablandamiento retención de iones bivalentes tales como Ca2 +. tintes. Además la retención es alta para microsolutos y se pueden retener componentes que tienen bajo peso molecular como tintas . Aplicaciones • Desalinización de agua salobre y agua de mar para producir agua potable. insecticidas. pesticidas. • Producción de agua ultrapura para la industria de los semiconductores. APLICACIÓN DE LA NANOFILTRACION EN BIOTECNOLOGÍA En biotecnología interesa la retención de iones bivalentes que dan la dureza al agua. y que trae como consecuencia la formación de incrustaciones en las calderas. la velocidad con la que se acumula la suciedad es menor y utiliza menos presión que la osmosis inversa. tiene ventajas frente a la osmosis inversa por usar membranas menos finas. La nanofiltración es usada comúnmente para separar metales pesados.microporos entre las técnicas utilizadas están la adsorción de nitrógeno. • Separación especifica de metales pesados. la osmosis inversa puede retener entre 90 y 99. Las membranas de osmosis inversa no tienen poros. Bajo tales condiciones. luego difunden a través de la misma como moléculas individuales.OSMOSIS REVERSA La osmosis es el fenómeno natural del paso del agua a través de una membrana semipermeable desde una zona de menor concentración de solutos a otra más concentrada. etc. debido a la diferencia de Potencial químico entre ambas fases líquidas. péptidos. difusión y desorción. diferencia de solubilidad y difusividad relativa de los compuestos en solución. Esto determina la 19 . se produce una inversión del fenómeno natural. Dependiendo del tipo de membrana y de las condiciones de operación.9% de los compuestos en solución. Este modelo asume tres etapas: sorción . por lo que el transporte de materiales se verifica mediante mecanismos de disolución en el polímero constituyente de la membrana.) con dimensiones entre 1 y 50 Å. En osmosis inversa el agua (solvente) permea preferentemente a través de la membrana. etc. valores que dependen de la dimensión molecular. Figura 9: Osmosis inversa MODELO DE SOLUCION-DIFUSIÓN EN MEMBRANAS DE OSMOSIS INVERSA Para describir el transporte de materia en membranas de osmosis inversa se emplea usualmente el modelo de Solución-Difusión. Los solutos pueden ser de naturaleza orgánica (azúcares. Si se aplica una presión superior a tal. Esto ocasiona un aumento creciente en la concentración de solutos y en la presión osmótica de la solución por el lado del concentrado. porque tanto su solubilidad como difusividad es menor. carbonato de calcio. Esto provocará una presión diferencial a través de la membrana conocida como diferencia de presión osmótica. frenando el proceso. el agua fluye de la solución concentrada a la solución diluida. Las moléculas de solvente (agua) que están en contacto con la membrana se disuelven en el polímero constituyente. y finalmente se desorben para formar la corriente de permeado. Los solutos disueltos (sales) se desplazan a través de la membrana a una velocidad menor que la del agua.) o inorgánica (cloruro de sodio. separación neta entre solvente y solutos. con Cb < Cc. cuya expresión es: Donde: Cb: concentración de solutos en la alimentación Cp: concentración de solutos en el permeado. suele definirse el coeficiente de rechazo ξ de acuerdo a la siguiente ecuación: 20 . La etapa controlante es la de difusión a través del polímero por lo que las ecuaciones del modelo son similares a la ley de Fick para difusión molecular: D: Coeficiente de difusividad de materia del componente “i” en la membrana Ci: concentración del componente “i” Una fracción importante de la energía utilizada en osmosis inversa se ocupa en contrarrestar la presión osmótica de la alimentación. variando desde Cb hasta Cc. π. la cual se describe mediante la siguiente relación: SELECTIVIDAD DE MEMBRANA La selectividad de la membrana se cuantifica a través del rechazo. Figura 10: Modulo de membrana de Osmosis inversa Debido a que la concentración por el lado de la alimentación se incrementa debido a la permeación preferencial de solvente. ξ. 21 .