1. PROCESOS DE MEMBRANA
Fuentes:
- IBRAHIM PERERA, JUAN CARLOS. Desalación de Aguas. Colegio de Ingenieros
de Caminos, Canales y Puertos. Colección Seinor nº 23. España. 1999.
- FARIÑAS IGLESIAS, MANUEL. Ósmosis Inversa. Fundamentos, tecnología y
aplicaciones. McGrawHill. España 1999.
- MEDINA SAN JUAN, JOSÉ ANTONIO. Desalación de Aguas. Ósmosis Inversa.
Mundi-Prensa. España. 2000.
Las membranas juegan un papel importante en la separación de sales en la naturaleza. Nos
referimos a los procesos de diálisis y ósmosis que se producen en el cuerpo humano. Las membranas
se utilizan en dos procesos de desalación comerciales importantes: electrodiálisis y ósmosis inversa.
En cada proceso se utiliza la habilidad de la membrana para diferenciar y seleccionar las
sales del agua. Sin embargo, esta habilidad se utiliza de forma diferente en cada proceso. La
electrodiálisis separa selectivamente las sales del agua usando un potencial eléctrico, dejando al agua
potable como producto del proceso. En la ósmosis inversa el agua potable atraviesa la membrana
utilizando presión, dejando las sales atrás que quedan con mayor concentración disueltas en el agua
producto.
Desde principios de siglo se han investigado estas técnicas pero su comercialización para
desalar aguas se ha desarrollado en los últimos 30 años.
1. ELECTRODIÁLISIS Y ELECTRODIÁLISIS REVERSIBLE
1.1. INTRODUCCIÓN
La electrodiálisis (ED) se introdujo comercialmente a principios de los años sesenta, unos
diez años antes que la ósmosis inversa. Su desarrollo supuso la disponibilidad de desalar el agua
salobre a costos razonables y se implantó rápidamente. La electrodiálisis depende de los siguientes
principios generales:
• La mayoría de las sales disueltas en el agua son iónicas, cargadas positivamente (cationes) o
negativamente (aniones)
• Estos iones son atraídos hacia electrodos con carga eléctrica contraria.
• Las membranas se diseñan y construyen para permitir el paso selectivo bien de aniones o de
cationes.
1

2. Los constituyentes iónicos disueltos en una solución salina como el sodio (Na+), cloro (Cl-),
calcio (Ca++) y carbonatos (CO3=), se presentan dispersos en el agua, neutralizándose efectivamente
sus cargas individuales. Cuando en un recipiente con contenido de agua salina se introducen dos
electrodos conectados a una fuente de energía como, por ejemplo, una batería, la corriente eléctrica
atraviesa la solución desplazando los iones hacia el electrodo de carga opuesta.
Por esta razón las membranas utilizadas en este proceso permiten el paso de aniones o de
cationes (pero no de ambos) y se colocan entre un par de electrodos. Se sitúan así alternativamente
membranas aniónicas y catiónicas, colocando una tela espaciadora entre cada par de membranas de
tal forma que el agua pueda fluir a lo largo de la superficie de la membrana.
Un espaciador crea un canal por el que circula el agua de alimentación (que se transforma en
agua producto al desplazarse los iones), y el siguiente, crea otro canal por el que circula la salmuera.
Si los electrodos están cargados y se mantiene un flujo de agua salina a lo largo del canal creado por
el espaciador, los aniones contenidos en el agua son atraídos y desplazados hacia el electrodo
positivo, con lo que se diluye la sal contenida en el agua de alimentación. Los aniones atraviesan la
membrana selectiva aniónica, pero no pueden atravesar la membrana selectiva catiónica, bloqueando
su paso atrapando los iones en el canal de salmuera.
De igual forma, bajo la influencia del electrodo negativo, los cationes se desplazan en sentido
opuesto a través de la membrana selectiva catiónica hacia el canal de salmuera en la otra cara,
quedando atrapados los cationes debido a la selectividad aniónica de la otra membrana permitiendo
así el desplazamiento hacia el otro electrodo.
Con este funcionamiento se consiguen soluciones concentradas y diluidas en los espacios
creados entre las membranas situadas alternativamente (aniónicas y catiónicas). Estos espacios
existentes entre cada dos membranas (una aniónica y la otra catiónica) se denominan celdas. Un par
de celdas está formada por dos celdas; una, desde la que emigran los iones (celda que contiene el agua
diluida que se transforma así en agua producto) y la otra, en la que se encuentran los iones (celda que
contiene el agua concentrada o salmuera).
1.2. PROCESO DE ELECTRODIÁLISIS (ED)
1.2.1. DESCRIPCIÓN GENERAL
La unidad básica de un proceso de electrodiálisis consiste en un paquete formado por varios
cientos de pares de celdas con electrodos opuestos en el exterior que se denomina pila.
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3. El agua de alimentación atraviesa simultáneamente en paralelo todas las celdas creándose así
un flujo continuo de agua desalada y otro de salmuera. En función del diseño del sistema será
necesario añadir productos químicos a la pila para reducir las posibles incrustaciones.
Una unidad de electrodiálisis debe contener los siguientes elementos básicos:
- Pretratamiento.
- Pilas de membranas.
- Bomba para circulación a baja presión.
- Potencia eléctrica para corriente continua (con rectificador).
- Sistema de limpieza de las membranas.
PRETRATAMIENTO
El pretratamiento del agua de alimentación a una planta electrodiálisis consiste en:
Filtración
Aunque las membranas de ED son bastante resistentes al ensuciamiento, es necesario eliminar la
materia en suspensión contenida en la corriente de alimentación. La eliminación se consigue haciendo
pasar esta corriente de alimentación a través de un lecho filtrante. En una planta ED los filtros más
utilizados son los granulares ya sean de presión o de gravedad, el número de capas filtrantes y de
etapas de filtración depende de la calidad del agua de alimentación. En el caso de aguas extraídas
directamente de pozo o de galerías que presenten un bajo contenido en sólidos disueltos se puede
omitir la filtración granular.
Posteriormente, a la entrada de cada uno de los módulos se realiza una filtración de afino en
filtros de cartuchos, los cartuchos filtrantes están realizados en diferentes tejidos sintéticos
(teflón, polipropileno, etc...) y poseen un grado de filtración de 10 a 5 micras nominales.
Regulación de pH
El pH de la corriente de concentrado es relativamente alto (en torno a 8), esto facilita la
precipitación de sales poco solubles principalmente los carbonatos y los sulfatos de calcio.
Disminuyendo el pH mediante la adición de un ácido principalmente sulfúrico permite trabajar a unas
concentraciones mayores sin peligro de incrustaciones.
En la mayoría de las instalaciones se realiza la adición de ácido sulfúrico concentrado de
forma continua hasta conseguir un pH en la corriente de concentrado entre 5 -6 unidades de pH. La
adición del ácido se realiza a la entrada del módulo en la corriente de salmuera.
3

4. Tratamiento Antiincrustante
Los procesos de ED tienen unos porcentajes muy elevados de recuperación que se consiguen
recirculando la corriente de concentrado. Con este sistema, en esta corriente de concentrado se
alcanza una saturación del sulfato de calcio mayor de 150 %. La adición a esta corriente de una
sustancia antiincrustante como el hexametafosfato sódico permite trabajar con saturación de 300-
400 % sin problemas de incrustaciones.
PILAS ED
La unidad fundamental de trabajo en un sistema ED es la pila de membranas.
Los espacios entre las membranas representan las zonas de flujo de las corrientes
desmineralizada y concentrada; estas zonas o áreas de paso del agua están formadas por separadores
plásticos llamados espaciadores de flujo de agua desmineralizada y espaciadores de flujo de agua
concentrada. Estos espaciadores están fabricados con polietileno de baja densidad y están
dispuestos de tal forma en la pila que todas las corrientes de desmineralizado están unidas, lo mismo
que todas las de concentrado. Así existe una unidad que se repite llamada quot;par de célulaquot; que está
constituida por:
1. Membrana de transferencia de cationes.
2. Espaciador de flujo de agua desmineralizada.
3. Membrana de trasferencia de aniones.
4. Espaciados de flujo de agua concentrada.
Una pila típica suele tener entre 400 y 600 pares de células. Las tapas superiores e
inferiores de la pila son bloques de acero unidos entre sí con tirantes y tuercas para comprimir la
pila, sellando de este modo las membranas y espaciadores para proporcionar pasos de agua definidos
y evitar las fugas desde el interior de la pila. La corriente de agua de alimentación que llega a la pila
fluye en paralelo a través de los compartimentos de desmineralización, mientras que la de
concentrado hace lo mismo a través de los compartimentos de concentración.
Debemos señalar que el agua fluye sobre las membranas y no a través de ellas. A medida que
el agua fluye sobre la superficie de la membrana, los iones son transferidos eléctricamente desde la
corriente de desmineralizado a la de concentrado bajo la influencia del potencial aplicado.
El agua de los dos compartimentos de electrodos no se mezcla con las corrientes de
desmineralizado y concentrado. A la salida de la pila, la corriente de electrodo es enviada a un
desgasificador para expulsar los gases de la reacción.
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5. MEMBRANAS
En el proceso de electrodiálisis se utilizan dos tipos de membranas: aniónicas y catiónicas.
Ambas membranas se parecen físicamente a una hoja de plástico, son esencialmente impermeables al
agua bajo presión, y están reforzadas con un material de fibra sintética. Debido a que las membranas
son translúcidas, dicho material es visible, y las superficies son uniformemente planas con una
textura lisa. Las siguientes propiedades son comunes a ambas membranas de transferencia:
1. Baja resistencia eléctrica.
2. Insoluble en soluciones acuosas.
3. Semirígida para facilitar el manejo durante el montaje de la pila.
4. Resistente a cambios de pH entre 1 y 10.
5. Utilizable a temperaturas superiores a 46 ºC.
6. Resistente al paso osmótico cuando se coloca entre dos soluciones salinas, una de 220 ppm y otra
de 30.000 ppm.
7. Vida útil elevada.
8. Resistente al ensuciamiento.
9. Impermeable al agua bajo presión.
Membranas Catiónicias
La membrana catiónica es esencialmente una resina de intercambio catiónico en forma de
lámina con las características químicas necesarias para permitir el paso de cationes e impedir el paso
de agua y aniones.
Las membranas catiónicas son de color ámbar. Sobre la superficie de la membrana puede
leerse, en tinta azul, la palabra quot;CATIONquot; junto con un número de serie de producción y un número
de código. Durante la fabricación de la membrana catiónica, se fijan cargas negativas en distintas
posiciones de la membrana base.
Las cargas negativas fijadas son grupos sulfonatos que repelen a los iones negativos (aniones)
y permiten la transferencia de los iones positivos (cationes) a través de la membrana.
Membrana Catiónica Gruesa
La membrana catiónica gruesa tiene todas las propiedades de una membrana catiónica
normal pero es dos veces más gruesa, al objeto de poder soportar mayores presiones diferenciales.
Esta membrana se utiliza en los compartimentos de electrodo.
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6. Membrana Aniónica
La membrana aniónica es esencialmente una resina de intercambio aniónico en forma de
lámina, con las características químicas necesarias para permitir el paso de aniones e impedir el paso
tanto de agua como de cationes. Las membranas aniónicas son blanquecinas con un tinte amarillo
pálido. Sobre la superficie de la membrana puede leerse, en tinta roja, la palabra quot;ANIONquot; junto con
un número de serie de producción y un número de código.
Durante la fabricación de la membrana aniónica, se fijan cargas positivas en distintas
posiciones de la membrana base. Estas cargas positivas fijadas son iones de amonio cuaternario que
repelen los iones positivos (cationes) y permiten la transferencia de los iones negativos (aniones) a
través de la membrana.
La membrana aniónica tiene la misma forma, tamaño y orificios de distribución que la
catiónica. Las dos membranas pueden distinguirse visualmente por el color.
Espaciadores
Los espaciadores están formados por dos capas de polietileno de baja densidad con orificios
de distribución emparejados con los de la membrana. Cuando una pila de membranas está montada
adecuadamente, los orificios de distribución de las membranas y espaciadores generan colectores
verticales en la pila. El agua fluye en un espaciador entre dos membranas a través de los pasos de
agua que están conectados a los orificios de distribución. Hay dos tipos de orificios de distribución
en los espaciadores, que permiten que el agua sea selectivamente canalizada entre las membranas
para generar los caudales de concentrado y desmineralizado independientes.
Las dos distribuciones de los espaciadores están dispuestas alternativamente entre las
membranas aniónicas y catiónica y constituyen la base de los dos pasos independientes de agua. Hay
que señalar que los dos tipos de espaciadores son en realidad uno sólo. Por simple rotación de 180 º,
puede obtenerse tanto la orientación de desmineralización como la de concentración, eliminándose así
la necesidad de fabricar y almacenar dos espaciadores diferentes.
Electrodo
Los electrodos metálicos localizados en cada extremo de la pila de membranas se usan para
conducir la alimentación de C.C. en la pila. Un electrodo es generalmente de titanio recubierto de
platino.
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7. Las zonas de los electrodos que están enfrente de los distribuidores, tienen una junta para
evitar un cortocircuito eléctrico entre los electrodos a través de los distribuidores y evitar la
fragilización del electrodo debida al hidrógeno que puede ocurrir en los bordes de los cortes de los
distribuidores.
La junta alrededor del distribuidor y de las entradas del caudal de electrodo se compone de
un compuesto similar a una goma no conductora y la zona enmascarada que cubre el distribuidor
bloqueado es una cinta no conductora.
La vida de un electrodo depende generalmente de la composición iónica de la corriente de
electrodo y del amperaje transportado por área unitaria del electrodo. En general, amperajes altos y
aguas con cantidades altas de cloruro o con gran tendencia a la formación de incrustaciones tenderán
a acortar la vida del electrodo.
Compartimentos de los Electrodos
Los compartimentos de los electrodos están localizados normalmente en la parte superior y
en la parte inferior de la pila de membranas y están formados por un electrodo, un espaciador de
flujo de agua de electrodo, y una membrana catiónica gruesa.
El espaciador de electrodo tiene seis capas en vez de las 2 capas de espesor del normal. Esto
permite que fluya un volumen de agua más grande por los electrodos reduciendo, por tanto, la
formación de incrustaciones e impurezas en los electrodos.
La membrana catiónica gruesa se usa para soportar la ligera presión diferencial que se
mantiene entre la corriente de electrodo (aproximadamente 2 psi [libra por pulgada cuadrada] más
bajo) y las corrientes del flujo principal en la pila de membrana.
El espaciador de electrodos tiene cortes en canal que impiden que el agua del compartimento
del electrodo entre en los distribuidores principales de la pila. Cuando se sitúa adyacente a la
membrana catiónica gruesa, el espaciador de electrodo forma un paso de agua independiente.
El efluente del compartimento del ánodo (electrodo positivo) contiene oxígeno (O2) gaseoso,
iones de hidrógeno (H+), y en el caso de agua conteniendo cloruros, gas cloro (Cl2). Los iones de
hidrógeno reducen el pH del agua en este compartimento, creando un entorno ácido. El efluente del
compartimento del cátodo (electrodo negativo) contiene gas hidrógeno (H2) e iones hidróxido (OH-).
Los iones hidróxido incrementan el pH del agua en este compartimento creando un entorno alcalino o
incrustante.
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8. Una vez que salen de la pila de membranas, las dos corrientes de electrodo se envían a
través de un desgasificador para extraer y eliminar de forma segura los gases de la reacción de los
electrodos.
1.2.2. DISEÑO DE LA PILA DE MEMBRANAS
Cada sistema ED se diseña para las necesidades particulares de la aplicación. La capacidad
del sistema (la cantidad de agua tratada necesaria) determina el tamaño de la unidad ED (es decir
bombas, canalización y tamaño de las pilas). La fracción de sal a extraer determina la configuración
del conjunto de pilas de membrana.
La manera en que se dispone el conjunto de pilas de membranas se llama diseño por etapas. El
propósito del mismo es suministrar un área suficiente de membrana y tiempo de retención para
eliminar una fracción de sal especificada de la corriente desmineralizada. Se usan dos tipos de
diseños por etapas: el hidráulico y el eléctrico. La pila de membranas descrita en las secciones
previas, es un ejemplo de una pila de una etapa hidráulica y una eléctrica. Cada incremento de agua,
una vez que ha entrado en la pila, pasa una sola vez sobre la superficie de la membrana entre un par
de electrodos y abandona el sistema. Debe observarse que en una pila de membrana de Ionics, el agua
fluye en múltiples pasos paralelos sobre las superficies de las membranas, pasando solamente una vez
sobre un espaciador situado entre dos membranas y saliendo a través del distribuidor de la toma de
salida.
a) ETAPAS HIDRÁULICAS
Típicamente, la máxima extracción de sal de una etapa hidráulica es del 55 -60 % con valores
normales de diseño del 40-50%. Para aumentar la cantidad de sal extraída en un sistema de ED,
deben incorporarse etapas hidráulicas adicionales. En sistemas donde se precisan altas capacidades,
se incorpora etapas hidráulicas adicionales simplemente adicionando más pilas en serie para obtener
8

9. la pureza del agua deseada. En esta disposición cada pila sólo tiene una etapa eléctrica, es decir, un
solo ánodo y un solo cátodo.
En sistemas donde las adicionales etapas hidráulicas se incorporan en el interior de un única
pila, se utiliza una o más membranas interetapas. Esta membrana es una membrana catiónica gruesa
con todas las propiedades de una membrana catiónica normal. Sin embargo su espesor es el doble (1
mm) que el de una membrana catiónica normal (0,5 mm) para resistir una mayor presión diferencial
que la de una membrana normal. La membrana catiónica gruesa tiene sólo dos colectores, al contrario
de los cuatro colectores que tiene un a membrana corriente.
La membrana catiónica gruesa se incluye como uno de los componentes que forman el par de
células, puesto que su función es la misma que la función de una membrana catiónica corriente. Una
etapa hidráulica se forma colocando la catiónica gruesa, o membrana interetapa, en el lugar apropiado
en la pila de membranas. Las dos aberturas de los colectores se colocan sobre los colectores de salida
de la pila.
Un ejemplo ilustrará las etapas hidráulicas. Si el agua de entrada tiene 2.000 ppm y la
salinidad del agua producto deseada es de 250 ppm, se requerirían tres etapas hidráulicas,
suponiendo una extracción de sal por etapa del 50 %. La eliminación de sal por etapa sería como sigue:
Etapa hidráulica 1 - 2.000 ppm entrada - 1.000 ppm salida (50 % extracción)
Etapa hidráulica 2 - 1.000 ppm entrada - 500 ppm salida (50 % extracción)
Etapa hidráulica 3 - 500 ppm entrada - 250 ppm salida (50 % extracción)
Puede verse en este ejemplo que la cantidad de sal extraída en cada etapa sucesiva
disminuye.
Etapa hidráulica 1 - 1.000 ppm
Etapa hidráulica 2 - 500 ppm
Etapa hidráulica 3 - 250 ppm
La extracción de sal de un volumen de agua dado es directamente proporcional a la corriente
e inversamente proporcional a la proporción de flujo a través de cada par de células. Corrientes más
altas transferirán mayores cantidades de sal. Proporciones de flujo más altas disminuirán las
cantidades de sal a ser extraídas de una cantidad de agua dada debido al menor tiempo de retención
en la pila.
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10. Si las tres etapas hidráulicas están contenidas en el interior de una única etapa eléctrica,
con lo cual la corrientes y por tanto la sal extraída por cada par permanece constante, la proporción
de flujo por par de células tendrá que ser doblada para cada etapa sucesiva para obtener la
disminución de la concentración de desmineralizado mostrada en el ejemplo.
Esto es, el número de pares de células en la etapa dos tendría que ser la mitad de las de la
etapa 1, etc. Esto requiere que la proporción de flujo de la etapa 2 sea dos veces el de la etapa 1, y el
flujo de la etapa 3 sea dos veces el de la etapa 2. Puesto que el flujo total en cada etapa es idéntico,
el único modo de aumentar la proporción de flujo por par de células en las sucesivas etapas es
disminuir el número de pares de células en aquellas etapas.
Sin embargo, esta disposición puede dar lugar a un problema hidráulico. Disminuyendo el
número de pares de células en una etapa hidráulica, y aumentando la proporción de flujo por par de
célula, se aumenta la caída de presión en cada etapa. En algún punto, la caída de presión a través de la
pila completa, excederá el límite de presión a la entrada de la pila (3.4 bar). Con el fin de conseguir
que la presión en todos los puntos sea inferior al límite, es necesario incorporar un tipo de etapa
adicional, conocida como etapa eléctrica, que se describe a continuación.
b) ETAPAS ELÉCTRICAS
Las etapas eléctricas se llevan a cabo insertando pares de electrodos adicionales en la pila de
membranas. Esto da flexibilidad en el diseño del sistema, previendo las proporciones máximas de
extracción de sales mientras que se evitan polarizaciones y las limitaciones de presiones hidráulicas.
Cada etapa eléctrica permite el uso de una corriente eléctrica controlada (Y) a cada par de
células en una etapa. En el ejemplo anterior, las etapas hidráulicas 1 y 2 son ahora la ahora la etapa
eléctrica 1, y la etapa hidráulica 3, está en la etapa eléctrica 2. Con la posibilidad ahora de introducir
una corriente eléctrica más baja en la etapa hidráulica 3, pueden adicionarse más pares de células
para disminuir la caída de presión a un nivel aceptable.
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11. El concepto de etapa conduce a una gran flexibilidad en el diseño del sistema usando componentes
estándares. Si se necesita un 75 % de desmineralización, entonces suficientes etapas se instalarán
para obtener este porcentaje. Si se necesitaran más etapas, aún en una planta que ya haya estado en
operación algún tiempo, pueden adicionarse. Esto supone una ventaja, por ejemplo, si se encuentra que
un acuífero salobre se hace más salino con el tiempo; o se desea usar el mismo sistema con un
acuífero más salino en el mismo lugar o en otro diferente; o si se desea producir un producto con
mayor pureza.
1.2.3. CAÍDA DE PRESIÓN
La caída de presión a través de una pila de membranas es la suma de caídas de presiones a
través de cada etapa hidráulica, la cual depende a su vez del tipo de espaciador, la proporción de
flujo por etapa, y del número de pares de células de cada etapa. Cada uno de los espaciadores de
camino turbulento de IONICS, tiene un perfil diferente de presión - velocidad. Las curvas de presión
velocidad predicen las caídas de presión para los diferentes modelos de espaciadores a través de una
única etapa uva vez que la velocidad en esa etapa haya sido calculada.
1.2.4. PRESIÓN DIFERENCIAL
La presión diferencial es la diferencia de presión hidráulica entre los flujos desmineralizado
y concentrado. Durante la operación normal de la pila de membranas, la presión del flujo
desmineralizado se mantiene de (25 a 75 cm de columna de agua) más alta que la presión del flujo de
concentrado. El propósito de mantener esta presión del flujo desmineralizado mayor que el de
concentrado es asegurar que si ocurren pérdidas internas en la pila (fugas cruzadas) entre los
colectores de desmineralizado y concentrado, sea el flujo desmineralizado el que pase el de
concentrado y no al revés ya que entonces resultaría contaminado el flujo desmineralizado por el
concentrado.
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12. 1.2.5. TRANSFERENCIA DE AGUA
Pequeñas cantidades de agua se transfieren eléctricamente (pero no hidráulicamente) a
través de las membranas con los iones. La cantidad de agua transferida varía con el tipo de
membranas y la concentración de la solución. Normalmente se transfiere el 0,5 % del flujo
desmineralizado por 1.000 ppm de sal extraída. Esto representa el límite de pérdida de agua de un
sistema ED. / EDR.
1.2.6. LÍMITE DE TEMPERATURA
Las pilas de IONICS tienen un límite superior de temperatura entre 40 - 45 ºC. Este límite
está determinado por el material de polietileno de baja densidad de los espaciadores, que tiende a
perder su rigidez a elevadas temperaturas. Las membranas de transferencia aniónica y catiónica,
pueden resistir mayores temperaturas, generalmente en la escala de 60 a 70 ºC.
1.3. SISTEMA DE LIMPIEZA DE LAS MEMBRANAS
Las membranas de ED deben limpiarse periódicamente para eliminar las incrustaciones de
sales y coloides sobre su superficie. En las plantas se realizan periódicamente, dependiendo de la
calidad del agua de alimentación, ciclos de limpieza utilizando una solución diluida de ácido clorhídrico.
Con esta limpieza se consigue además la desinfección del sistema.
Las pilas ED pueden desmontarse para realizar la limpieza manual de las membranas.
1.4. SISTEMAS DE ELECTRODIÁLISIS (ED)
En esta sección se explicarán varios sistemas de ED, así como su evolución histórica.
ED POR LOTES
El primer sistema de ED desarrollado comercialmente era el sistema de lotes. En un sistema
de lotes, el agua de alimentación salina o salobre se recircula desde un tanque de apoyo a través de
los espaciadores desmineralizadores de una única pila hasta que se alcanza la pureza final deseada.
La gama de producción es, por tanto, dependiente de la concentración de minerales disueltos en el
agua de alimentación y el grado de desmineralización deseado.
Existen dos corrientes principales: flujo de desmineralizado y flujo de recirculado. Estas dos
corrientes fluyen en paralelo a través de la pila de membranas.
El flujo desmineralizado va disminuyendo su contenido en sales a medida que es recirculado
por el sistema. Al final del ciclo es recuperado como flujo producto.
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13. El otro flujo principal recirculado por el sistema es el flujo de concentrado. Su misión es recoger la
sal que se transfiere del flujo desmineralizado. El flujo de concentrado se recircula para disminuir la
cantidad de agua de rechazo. La recirculación, sin embargo, aumenta la concentración del flujo a un
nivel mucho más alto que el del agua de alimentación. Para controlar la concentración de minerales y
prevenir las incrustaciones de la pila de membranas, se envía una fracción del flujo de concentrado al
rechazo y se necesita una continua adición de agua de alimentación.
ED CONTINUO
El segundo sistema comercial fue el de tipo unidireccional continuo. En este sistema, la pila
de membranas contiene dos etapas en serie, conectadas internamente de modo que los dos flujos
pasan primero a través de la primera etapa y luego por la segunda etapa. Se puede disponer más de
dos etapas en una o en varias pilas dispuestas en serie.
El flujo de desmineralizado hace un único recorrido por las pilas y sale como agua producto.
El flujo de concentrado es parcialmente reciclado para reducir el desecho y se inyecta ácido y otros
agentes químicos para evitar las incrustaciones en la pila (ver pretratamiento).
En estos sistemas el movimiento iónico es unidireccional, los cationes se moverán hacia el
cátodo fijo y los aniones se moverán hacia el ánodo fijo. En tal sistema, se necesita, normalmente,
adición de productos químicos para evitar la incrustación producida por la precipitación del carbonato
y el sulfato de calcio sobre las superficies de las membranas (ver apartado de pretratamiento).
Además de la formación de incrustaciones, pueden acumularse sobre la superficie de las membranas
de transferencia aniónicas partículas coloidales o barros, al ser ligeramente electronegativas y
causar obstrucciones.
ELECTRODIÁLISIS REVERSIBLE (EDR)
A principios de los años 70 se introdujo la Electrodiálisis Reversible (EDR) que opera bajo los
mismos principios generales que la Electrodiálisis (ED), con la diferencia de que los canales de agua
producto y de salmuera son iguales. La polaridad de los electrodos se invierte en intervalos de varias
veces por horas alternando simultáneamente el flujo del agua. De este modo, el canal de salmuera se
convierte en canal de agua producto, y el canal de agua producto se trasforma en canal de salmuera.
El flujo de concentrado que permanece en la pila con una salinidad mayor que la de alimentación, tiene
que ser desalado por encontrarse después de la inversión en el compartimento de desmineralizado.
Esto crea un breve período de tiempo en el cual la salinidad del flujo de desmineralizado (agua
producto) es mayor que el nivel especificado y se denomina Producto Fuera de Norma (PFN). La
regulación de los flujos durante el período de inversión se realiza mediante una válvula motorizada de
tres vías comandada por un conductivímetro.
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14. Este cambio en la polaridad invierte la dirección del movimiento de iones dentro de la pila de
membranas, controlando de este modo la formación de la película de suciedad y la formación de
incrustaciones. Por lo tanto, el cambio de polaridad tiene un efecto de limpieza en las celdas. Las
descargas reversibles permiten operar reduciendo el pretratamiento y el ensuciamiento de las
membranas ya que ningún compartimento de la pila es expuesto a altas concentraciones por un
período de más de 15 ó 20 minutos.
Para resumir, el proceso EDR tiene cinco efectos positivos en un sistema de membranas:
1. Rompe la capa de polarización 3 ó 4 veces cada hora, evitando incrustaciones y polarizaciones.
2. Rompe incrustaciones recientes y las elimina antes de que puedan crecer y dar lugar a problemas.
3. Reduce la suciedad o formaciones similares sobre la superficie de las membranas por inversión
eléctrica del movimiento de las partículas coloidales.
4. Elimina la complejidad de problemas prácticos asociados a la necesidad de alimentación continua
de ácidos u otros productos químicos.
5. Limpia automáticamente los electrodos con ácido formado durante la etapa anódica.
Diagrama de flujo E.D.R.
1.5. SISTEMAS DE ALTA RECUPERACIÓN
En muchos lugares del mundo, obtener un suministro de agua de calidad, se está convirtiendo
en un problema de creciente dificultad. Se debe tener mucho cuidado en la utilización de los recursos
disponibles. Para aliviar esta situación, la recuperación de agua se ha convertido en una consideración
importante cuando se diseña y especifica un sistema desalinizador. La recuperación de agua se
define como la cantidad de agua producida respecto a la cantidad de agua total suministrada.
Pr oducto
% Re cuperción = ⋅ 100
Alimentación
14

15. Los sistemas EDR tienen una flexibilidad única en elecciones de diseños que puedan
maximizar la recuperación del agua donde quiera que este factor sea importante.
1.5.1. RECICLADO DEL CONCENTRADO
La recirculación del flujo de concentrado, se llama reciclado del concentrado. Las
proporciones de flujo de agua concentrada y desmineralizada a través de las pilas son iguales
esencialmente, puesto que la diferencia de presión entre los dos flujos tiene que ser muy pequeña
(presión diferencial de 0,03 a 0,07 kg/cm2). En el caso más simple, esta igualdad de flujo podría
conducir a una recuperación del agua desmineralizada de sólo la mitad del agua salina tratada. Sin
embargo, en casi todas las plantas de ED y EDR una gran parte del concentrado (con algo de agua de
alimentación) se recicla, con el consiguiente ahorro de agua de alimentación.
La fracción de concentrado que puede ser reciclado está limitada por la solubilidad de la sal
menos soluble. Esto es, la fracción de flujo del concentrado reciclado, puede aumentarse hasta que la
menos soluble de las sales precipite. Este nivel de concentrado es controlado enviando una fracción
de flujo de concentrado al rechazo y adicionando un volumen de nueva agua de alimentación a este
flujo de reciclado.
1.5.2. RECICLADO DE PRODUCTO FUERA DE NORMA (PFN)
Durante la inversión de una unidad de EDR, los flujos de desmineralizado y concentrado se
intercambian en la pila de membranas. La salinidad del compartimento original concentrado cambia su
valor desde, dependiendo de los casos, unos 10.000 ppm, al valor del producto de 250 ppm. La
duración del período de (PFN, alta salinidad) es el tiempo requerido para que el agua de alimentación
entrante en la entrada del originalmente concentrado en el momento de la inversión de polaridad,
pase completamente por el sistema de membranas. Por tanto, cuanto mayor sea el número de etapas,
mayor será el tiempo de (PFN)
En los sistemas de EDR estándar, tanto los flujos de agua como la polaridad de las pilas se
invierten simultáneamente. El agua producto existente en el sistema entre los tiempos 0 y 30
segundos, se rechaza, puesto que su salinidad es mayor que la requerida por las especificaciones.
Sin embargo, retrasando la inversión de las válvulas de salida durante un período de tiempo
controlado se consigue disminuir la salinidad del (PFN) a un punto donde, en la mayoría de los casos,
es más baja que la salinidad del agua de alimentación. El (PFN) puede ser, entonces, enviado
nuevamente al sistema de alimentación.
15

16. 1.5.3. INVERSIÓN SECUENCIAL
El sistema de inversión secuencial EDR se basa en controlar independientemente la inversión
de las válvulas de entrada, la polaridad eléctrica de cada etapa y las válvulas de salida. La secuencia
se inicia con la inversión de las válvulas de entrada. Esto crea un volumen de agua de inversión (una
mezcla de flujos desmineralizados y concentrados) el cual fluye entonces a través del sistema. A
medida que este volumen de agua atraviesa cada etapa consecutiva, la etapa correspondiente cambia
su polaridad. Finalmente se invierten las válvulas de salida. Por tanto, el agua total de inversión es la
contenida por una única etapa en vez de la que contiene el sistema completo. El tiempo de PFN se
reduce al tiempo necesario para que el agua pase por una sola etapa sin tener en cuenta el número de
etapas de la línea en operación.
La inversión secuencial aumenta la recuperación aumentando la cantidad de agua producto,
mientras mantiene constante la cantidad total de agua consumida.
Frecuencia de inversión
Pruebas recientes han demostrado que, en la mayoría de los casos, las incrustaciones de las
membranas pueden ser controladas eficientemente con una frecuencia de inversión de polaridad
reducida. Donde quiera que los sistemas estándar utilicen un ciclo de polaridad de 15 minutos (tiempo
entre cada inversión de polaridad), la mayoría de las unidades pueden operar eficientemente con un
ciclo de polaridad de 30 minutos.
Cortando la frecuencia de polaridad a la mitad, la parte de producto global que se rechaza
(PFN) se reduce al 50 %. En el caso de la unidad base, el tiempo de PFN es del 10%. Doblando el ciclo
de polaridad a 30 minutos, el porcentaje de (PFN) se reduce a un 5%, con lo cual se aumenta la
producción neta, aumentado la recuperación y disminuyendo el consumo de energía.
1.5.4. RECICLADO DEL FLUJO DE ELECTRODOS
Cuando se combinan los flujos del ánodo y cátodo, se neutralizan químicamente el uno al otro
con un pH y salinidad resultante aproximadamente igual que la del agua de alimentación. Los gases que
contienen estos flujos combinados son extraídos, después de lo cual el líquido es enviado normalmente
al rechazo. Sin embargo, puesto que este líquido es esencialmente el mismo que el de alimentación,
puede retornar al tanque de alimentación, junto al (PFN) y así incrementar la recuperación del
sistema, mientras que se reduce la cantidad total de agua de desecho. En grandes sistemas, el flujo
de electrodos representa una cantidad relativamente pequeña de la cantidad total de agua que está
siento tratada. Sin embargo, en sistemas más pequeños, el flujo de electrodos puede representar una
parte significativa del agua tratada.
16

17. 1.6 DIFERENCIAS DE LA ED CON OTROS PROCESOS DE MEMBRANAS
Las principales diferencias entre la ED y otros procesos de membranas son las siguientes:
1) Utiliza energía eléctrica directa en vez de energía de presión.
2) Las membranas de ED son impermeables.
3) La desalación se efectúa por eliminación de los iones del fluido a tratar al ser éstos los que
pasan a través de la membrana.
4) El proceso no necesita energía de presión. En la práctica hay que suministrar al fluido la pérdida
de carga a través del equipo (máxima 3,5 kg/cm2).
5) Las membranas son de dos tipos: catiónicas, cargadas negativamente y aniónicas, cargadas
positivamente.
6) El consumo energético es directamente proporcional a la cantidad de sales desplazadas.
7) El rechazo de sales por etapa es del 40-50 %.
8) Sólo se eliminan partículas cargadas eléctricamente.
9) Las pérdidas de agua son muy bajas, oscilando entre el 5 y el 20 %.
10) Los productos químicos se añaden al circuito de salmuera con lo que las cantidades a utilizar son
siempre muy inferiores a las de otros sistemas.
11) Las necesidades de pretratamiento son muy ligeras, ya que las membranas son muy resistentes a
los oxidantes y al ensuciamiento orgánico, por lo que se obtienen muy buenos resultados en el
tratamiento de efluentes de plantas de aguas residuales.
12) Las membranas admiten un nivel continuo de cloro libre residual de hasta 0,3 ppm, y valores de
pH entre 1 y 10.
13) La salmuera puede trabajar con índices de Langelier positivos hasta 1,8 y niveles de saturación
de sulfato cálcico de 150 % sin adición de productos químicos. Con pequeñas adiciones de
hexametafosfato en el circuito de salmuera, pueden alcanzarse saturaciones de hasta el 400 %.
14) El costo de instalación suele ser mayor y el de operación menor, siendo el costo total en la
mayoría de los casos menor que el de ósmosis inversa.
15) El diseño de los sistemas EDR permite limpiar las membranas de tres formas:
16) Continuamente por medio del cambio de polaridad
17) Periódicamente por limpieza química
18) Ocasionalmente, y de ser necesario por el desmontaje y limpieza manual de las membranas
individualmente.
19) La producción de cloro gas como subproducto origina u ahorro extra en los usos agrícolas.
20) Es insensible a la cantidad de sílice existente en el agua bruta
La electrodiálisis se utiliza normalmente para desalar aguas salobres, operando, en la mayoría
de los casos, con corriente continua como alimentación a los electrodos que crean el potencial
necesario para separa las sustancias no iónicas en la pila de membranas.
17

18. 2. ÓSMOSIS INVERSA
2.1 EL FENOMENO DE LA ÓSMOSIS
ÓSMOSIS NATURAL
La ósmosis es un proceso natural. En un recipiente que contiene dos soluciones con los mismos
constituyentes pero con distintas concentraciones separadas por una membrana semipermeable, es
decir, que sólo permita la difusión a su través de uno de los constituyentes, como por ejemplo el agua,
se produce la difusión del agua desde el compartimento de mayor concentración al de menor
aumentando su nivel. Al alcanzar el equilibrio la difusión del agua terminará. En este momento la
presión generada por el aumento de nivel contrarresta el potencial que hace difundir el agua a través
de la membrana.
Si la solución diluida fuera agua pura (C = 0), a la diferencia de alturas que existiría entre
ambos compartimentos cuando se alcanzase el equilibrio, se la llamaría “presión osmótica” de la
solución concentrada.
La presión osmótica de agua pura se considera nula por convenio.
ÓSMOSIS INVERSA
Considerando el mismo sistema anterior pero suponiendo que sobre el compartimento de la
solución concentrada ejercemos una presión superior a la diferencia de presión osmótica. Esta
presión provocaría la difusión del agua hacia la solución más diluida. A este fenómeno se le conoce con
el nombre de “ósmosis inversa”.
Esquema de principio de la ósmosis inversa
18

19. El proceso industrial consiste en una bomba que envía la solución a tratar a una presión superior a la
osmótica hacia la membrana semipermeable. En uno de sus lados de la membrana la presión se
mantiene alta, con lo que se fuerza al solvente a atravesar la membrana y junto con él lo hará una
pequeña cantidad de soluto. Tanto la solución que atraviesa la membrana como la que es rechazada
por ella se evacuan en continuo de sus compartimentos. Una válvula de regulación situada en la tubería
de rechazo controla el porcentaje de solución que es convertida en producto.
Esquema del proceso industrial de la ósmosis inversa
2.2 MEMBRANAS DE OSMOSIS INVERSA
Fuente:
- FARIÑAS IGLESIAS, MANUEL. Ósmosis Inversa. Fundamentos, tecnología y
aplicaciones. McGrawHill. España 1999.
Las membranas pueden clasificarse en función de distintos parámetros, como muestra la
tabla 1.
Tabla 1: quot;Clasificación de las membranas de ósmosis inversaquot;
Parámetros Tipos
ESTRUCTURA Simétrica
Asimétrica
NATURALEZA Integrales
Compuestas de capa fina
FORMA Planas
Tubulares
Fibra hueca
COMPOSICIÓN QUÍMICA Orgánicas
Inorgánicas
CARGA SUPERFICIAL Neutras
Catiónicas
Aniónicas
MORFOLOGÍA DE LA SUPERFICIE Lisas
Rugosas
PRESIÓN DE TRABAJO Muy baja
Baja
Media
Alta
19

20. TÉCNICA DE FABRICACIÓN De máquina Inversión de fase
Poli condensación entre fases
Polimerización Plasma
Dinámica
2.2.1. CLASIFICACIÓN SEGÚN LA ESTRUCTURA
Atendiendo a la estructura que presentan en un corte transversal a la superficie en
contacto con la solución a tratar, las membranas pueden ser:
Simétricas
Se llaman membranas “simétricas” u “homogéneas” a aquellas cuya sección transversal ofrece
una estructura porosa uniforme a lo largo de todo su espesor, no existiendo zonas de mayor densidad
en una o ambas caras de la membrana.
Fueron las primeras membranas utilizadas por C.E. Reid (C. E. Reid et. Al., Water and Ion
Flow Trough Imperfect Osmotic Membranes, Res. Develop. Progr. Rept., nº 16, Office of Saline
Water, U.S. Dept. Interior.) en los inicios del desarrollo de la ósmosis inversa. Las membranas
simétricas presentan varios inconvenientes: elevada permeabilidad al solvente y bajo rechazo de
sales. Actualmente se utilizan en otras técnicas pero no son aptas para la ósmosis inversa.
Asimétricas
Un corte transversal de una membrana de este tipo presenta en la cara en contacto con la
solución de aporte, una capa extremadamente densa y delgada bajo la cual aparece un lecho poroso.
Esta capa densa y delgada se denomina “capa activa” y es la barrera que permite el paso del
solvente e impide el paso del soluto. El resto de la membrana constituye el soporte de la capa activa
ofreciendo una resistencia mínima al paso del solvente.
Las membranas asimétricas son los utilizadas industrialmente en proceso de la ósmosis
inversa.
2.2.2. CLASIFICACIÓN SEGÚN LA NATURALEZA
Atendiendo a su naturaleza, las membranas “asimétricas” de ósmosis inversa pueden ser:
Integrales
En las membranas “integrales” existe continuidad entre la capa activa y el lecho poroso
soporte siendo ambos del mismo polímero. Los dos tienen la misma composición química y entre ellos
no hay una clara separación, sino un aumento progresivo de la porosidad.
20

21. Las membranas de esta naturaleza se obtienen haciendo coagular el polímero que las forma a
partir de una solución del mismo. Posteriormente a la coagulación del polímero, se introduce la película
en una serie de baños de agua a distintas temperaturas. Con estos baños se forma la capa activa y la
estructura porosa, a la vez que se eliminan los distintos disolventes residuales que hayan quedado en
la membrana, procedentes de la fase de fabricación de la película.
El espesor de la capa activa es del orden de las 0,25 micras y el del lecho poroso que le sirve
de soporte es de unas 99,75 micras, lo que hace un espesor total de 100 micras aproximadamente.
El principal inconveniente de este tipo de membranas es que al ser ambas capas del mismo
polímero y tener misiones contrapuestas, toda mejora de las características de la capa activa viene
acompañada de un peor comportamiento del lecho poroso y viceversa.
Compuestas de capa fina
En las membranas compuestas de capa fina, la “capa activa” y el sustrato microporoso que le
sirve de soporte son de materiales diferentes. La membrana consta de tres capas de distintos
materiales que, en orden descendente, son:
• Capa superior: Capa activa.
• Capa intermedia: Lecho poroso de la capa activa.
• Capa inferior: Tejido reforzado responsable de la resistencia mecánica de la membrana.
A diferencia de las membranas integrales, las compuestas de capa fina se fabrican en dos etapas.
En la primera etapa se deposita la capa intermedia sobre una tela de refuerzo que constituye la capa
inferior. El espesor del lecho poroso ronda las 40 micras.
En la segunda etapa se deposita sobre la capa intermedia la capa superior o capa activa cuyo
espesor es de 0,2 a 0,5 micras. Variando el tipo de polímero utilizado y los parámetros de fabricación
se obtienen membranas con distintas características tanto de rechazo de sales como de flujos de
permeado por unidad de superficie.
Las membranas “compuestas de capa fina” son la evolución tecnológica de las integrales.
Presentan, frente a estas últimas, las siguientes ventajas:
• Cada capa (activa, lecho soporte o tejido reforzado) puede desarrollarse y optimizarse separada
e independientemente, adecuando cada una a su trabajo específico.
21

22. • Se puede variar a voluntad el espesor de la capa activa adecuándolo a las necesidades específicas
de cada aplicación.
• Puede alterarse la porosidad de la capa activa y, por tanto, su porcentaje de rechazo de sales así
como el flujo de permeado, en función de las necesidades.
2.2.3. CLASIFICACIÓN SEGÚN SU FORMA
Atendiendo a la forma que presenta la membrana, una vez fabricada, se pueden distinguir los
siguientes tipos:
Planas
Este tipo de membranas, como indica su nombre, presenta una capa activa plana. Se fabrican
en forma de lámina de papel continuo cortándose posteriormente para adoptar distintas formas
geométricas en función de la técnica empleada para su posterior ensamblaje: rectangular, disco,
circular, elíptica, oval, etc.
Tubulares
Las membranas tubulares se construyen en forma de tubo huevo, de distintas longitudes. Su
diámetro interior oscila entre 6 y 25 mm. La capa activa en este tipo de membranas suele
encontrarse en la superficie interior del tubo. El resto del espesor presenta como ya se ha dicho una
estructura porosa y sirve de soporte a la capa activa.
La solución a tratar circula por el interior, el permeado fluye radialmente del interior hacia
el exterior y el rechazo se obtiene en el otro extremo del tubo. Las membranas fabricadas con esta
forma son mayoritariamente “integrales”, aunque unos pocos fabricantes también suministran
membranas “compuestas de capa fina” tubulares.
Fibra hueca
A estas membranas también se las llama “capilares” ya que su aspecto es el de una fibra de
tejer hueca o el de un tubo capilar hueco del tamaño de un cabello humano. Como todas las
membranas de ósmosis inversa disponen de una película muy densa en su parte exterior que
constituye la “capa activa”. Bajo esta fina película y hacia el centro del tubo se encuentra la
estructura porosa que se sirve de soporte.
El diámetro interior de la fibra varía según el fabricante y el tipo de aplicación entre 42 y
120 micras y los diámetros exteriores correspondientes entre 85 y 250 micras.
La solución a tratar circula por el exterior de la fibra. El permeado fluye radialmente desde
el exterior hacia el interior, recogiéndose en el extremo de la fibra.
22

23. Las membranas de fibra hueca que se fabrican son, por el momento, exclusivamente
“integrales”, dada la dificultad técnica que entraña hacer membranas “compuestas de capa fina” con
esta forma.
Las membranas de fibra hueca presentan una gran superficie por unidad de volumen, por lo
que se utilizan con polímeros cuyo caudal de permeado por unidad de superficie sea bajo.
2.2.4. CLASIFICACIÓN SEGÚN LA COMPOSICIÓN QUÍMICA
Atendiendo a la composición química de la capa activa, las membranas pueden clasificarse en
dos grandes grupos:
• Orgánicas.
• Inorgánicas.
Membranas Orgánicas
Reciben este nombre todas aquellas membranas cuya capa activa está fabricada a partir de
un polímero o copolímero orgánico.
Aunque existe un gran número de polímeros, copolímeros y mezclas, tanto naturales como
sintéticos con los que se pueden fabricar membranas, muy pocas de éstas son aptas para la ósmosis
inversa. De todos los compuestos orgánicos, los que han tenido éxito en la fabricación de membranas
de ósmosis inversa son:
a. Acetato de celulosa (CA)
Acetilando la celulosa procedente de la madera o del algodón se obtiene un producto llamado
acetato de celulosa. Tratándolo con agentes saponificantes se hidroliza una pequeña parte de los
grupos acetato, mejorando así su solubilidad y dando lugar al acetato de celulosa modificado.
La primera membrana semipermeable quot;asimétricaquot; de ósmosis inversa para la desalación de agua
la obtuvieron Loeb y Sourirajan a partir de una mezcla de acetatos de celulosa. Es, por tanto, un
polímero muy experimentado. Gran parte de los fabricantes de membranas siguen contando con este
material.
Las membranas de acetato de celulosa tras su formación se someten a unos tratamientos
complementarios o quot;curadoquot;. El objeto de este quot;curadoquot; es modificar las características de
permeabilidad y de rechazo de sales de la capa activa así como las distintas concentraciones y
mezclas utilizadas. Existe una gran diversidad de membranas dependiendo de los resultados de
estos tratamientos.
23

24. La tabla 2 recoge de forma resumida las ventajas e inconvenientes de las membranas fabricadas
con acetato de celulosa.
Tabla 2: quot;Membranas de acetato de celulosaquot;.
Ventajas Inconvenientes
Alta permeabilidad Alta sensibilidad a la hidrólisis
Elevado porcentaje de rechazo de sales Posibilidad de degradación
Tolerancia al cloro libre Alto riesgo de disolución de la membrana
Bajo costo Aumento del paso de sales con el tiempo
Elevadas presiones de trabajo
Fuente: FARIÑAS IGLESIAS, MANUEL. Ósmosis Inversa. Fundamentos, tecnología y
aplicaciones. McGrawHill. España 1999.
b. Triacetato de Celulosa (CTA)
El triacetato de celulosa tiene un mejor comportamiento que el acetato de celulosa frente a la
hidrólisis, lo que se traduce en la posibilidad de trabajar en una gama de pH algo más amplia.
Este polímero, además de los inconvenientes señalados para el acetato de celulosa, presenta el
añadido de tener un caudal de permeado por unidad de superficie más bajo. Estas circunstancias
hacen que los fabricantes que lo utilizan elaboren con él membranas de fibra hueca ya que la
superficie por unidad de volumen que se consigue con esta forma es elevada, contrarrestando así el
bajo flujo de permeado.
Algunos fabricantes utilizan también mezclas de acetato, diacetato y triacetato de celulosa,
dependiendo de las características de las membranas que quieran obtener.
c. Poliamida Aromática (AP)
Dentro de este apartado existen dos polímeros básicos muy similares entre sí desde el punto de
vista químico y, por tanto, con características de resistencia química parecidas. Dichos polímeros son:
a) Poliamida aromática lineal (LAP)
Este tipo de polímero se utiliza para fabricar membranas quot;integralesquot; tanto planas como de
fibra hueca.
b) Poliamida aromática entrecruzamientos (CAP)
Este polímero se utiliza para fabricar membranas compuestas de capa fina. La tabla 3
muestra las ventajas e inconvenientes de las membranas fabricadas con una poliamida
aromática.
24

25. Tabla 3: quot;Membranas de Poliamida Aromáticaquot;.
Ventajas Inconvenientes
Alto porcentaje de rechazo de sales Sensibilidad frente a los oxidantes
Ausencia de hidrólisis Fácil ensuciamiento y aparición de desarrollos
biológicos
No biodegradabilidad Alto costo
Alta estabilidad química
Constancia del paso de sales a lo largo del tiempo
Presiones de trabajo reducidas
Fuente: FARIÑAS IGLESIAS, MANUEL. Ósmosis Inversa. Fundamentos, tecnología y
aplicaciones. McGrawHill. España 1999.
d. Poliéter-Urea
Las membranas con esta formulación son siempre quot;compuestas de capa finaquot;. Este tipo de
membranas contiene un exceso de grupos amina, lo que les confiere una naturaleza fuertemente
catiónica.
La tabla 4 compara las membranas de acetato de celulosa, las de poliamida y las de poliéter-urea.
Estos polímeros son los utilizados habitualmente para fabricar membranas de ósmosis inversa.
Tabla 4: quot;Comparación de Membranas de celulosa, poliamida y poliéter-Ureaquot;.
Parámetro Celulósicas Poliamida Poliéter-Urea
Lineal Entrecruzada
Permeabilidad Alta Baja Alta Alta
Rechazo de Baja presión 75 96,0 98,0 97,5
cloruros % Media presión 95 - 97,5 96,0 98,2 99,0
Alta presión 99,0 99,4 99,4 99,2
Rechazo de nitratos % 85,0 88,0 - 94,0 98,0 94,0
Rechazo de sílice % 90,0 - 93,0 88,0 - 94,0 98,0 95,0
Presión de trabajo Baja 16 16 10 16
(bar) Media 30 30 20 25
Alta 60 - 70 70 - 84 60 - 70 56 - 70
Hidrólisis Sí No No No
Biodegradabilidad Sí No No No
PH de trabajo 4,5 - 6,5 4-9 4 - 11 5 - 10
Resistencia al cloro libre < 1 ppm 0 ppm 1.000 ppm 0 ppm
Resistencia a otros oxidantes fuertes Moderada Mala Regular Muy mala
Carga de la superficie Neutra Aniónica Aniónica Catiónica
Morfología de la superficie Lisa Lisa Muy irregular Irregular
Riesgo de ensuciamiento Bajo Medio Alto Bajo
25

26. Compactación Alta Alta Baja Baja
Temperatura máxima (ºC) 35 40 45 45
Fuente: FARIÑAS IGLESIAS, MANUEL. Ósmosis Inversa. Fundamentos, tecnología y aplicaciones.
McGrawHill. España 1999.
e. Poliacrilonitrilo
Las membranas fabricadas con este polímero se comportan muy bien ante los disolventes
orgánicos. El rechazo de sustancias orgánicas que presentan es también muy bueno. Sin embargo,
desde el punto de vista del rechazo de sales minerales o de flujo de permeado, son mucho menos
interesantes que las fabricadas con poliamidas aromáticas.
f. Polibencimidazola
Las membranas fabricadas con este polímero presentan una excelente resistencia tanto a pH
extremos como a diferentes productos químicos, lo que permite aplicarlas en galvanoplastia y otros
procesos industriales.
La pérdida de caudal y de rechazo de sales que se produce durante su almacenamiento ha
limitado, sin embargo, considerablemente su desarrollo.
g. Polipiperacidamidas
Estas membranas son mucho más resistentes al cloro y otros oxidantes que las de poliamida y
poliurea. Aunque presentan un elevado rechazo de iones divalente, el rechazo de iones monovalentes
es mucho menor, por lo que sólo pueden utilizarse para casos especiales.
Con este polímero puede fabricarse tanto membranas quot;integralesquot; como quot;compuestas de capa
finaquot;.
h. Polifurano sulfonado
Aunque estas membranas producen los máximos rechazos conocidos tanto de sales como de
solventes orgánicos de entre todas las membranas de ósmosis inversa disponibles en el mercado, son
extraordinariamente sensibles a la oxidación, hasta tal punto que el propio oxígeno del aire que pueda
disolver la solución de aporte las destruye, lo que limita considerablemente su utilización.
Estas membranas son siempre quot;compuestas de capa finaquot;.
26

27. i. Polisulfona sulfonada
En estos momentos, las membranas quot;Compuestas de capa finaquot; de poliamida aromática poseen un
conjunto de características de flujo, rechazo de sales y resistencia química excelentes. Si además
fuesen resistentes al cloro libre y a otros oxidantes fuertes, tendríamos las membranas soñadas.
Se ha pensado que la polisulfona sulfonada podría ser el polímero ideal que aglutine las ventajas
de las membranas de poliamida con la resistencia al cloro libre.
Para conseguir que las membranas de este polímero presenten flujos de permeado adecuados y
rechazos de sales correctos, es necesario alcanzar un determinado contenido de grupos sulfónicos, lo
que por el momento, está resultando difícil de lograr.
Tabla 5: quot;Clasificación de las distintas membranas orgánicas disponiblesquot;.
Polímero Fabricante Nombre Comercial Clasificación
Naturaleza Forma
Fluid Systems Roga Integral Plana
Hydranautics CAB Integral Plana
Nitto DenKo NTR 1500/1600 Integral Plana
Acetato de Celulosa Toray SC Integral Plana
modificado Desalination Systems Desal CA Integral Plana
Permetec AC Integral Plana
Osmonics Sepa Integral Plana
Trisep SB Integral Plana
Triacetato de Toyobo Hollosep Integral Fibra Hueca
Dow Chemical Dowex LP, SP Integral Fibra Hueca
Celulosa
Poliamidas Du pont B9, B10 Integral Fibra Hueca
Du pont * B -15 Integral Fibra Hueca
aromáticas lineales
Poliamidas Fluid systems TFCL Compuesta Plana
Hydranautics CPA/SWC/ESPA Compuesta Plana
aromáticas con
Nitto DenKo NTR/SF/SR/UP/SWC Compuesta Plana
entrecruzamientos Permetec PA Compuesta Plana
Toray SU 700/800 Compuesta Plana
Desalination Systems Desal 3 Compuesta Plana
Filmtec FT - 30 Compuesta Plana
Trisep ACM Compuesta Plana
PCI ZF 99 Compuesta Tubular
Polieter-Urea Fluid Systems TFC Compuesta Plana
Hydranautics CPA 1 Compuesta Plana
Nitto Denko NTR - 7100 Compuesta Plana
Toray SU 400 Compuesta Plana
Trisep A 15/X20 Compuesta Plana
Polipiperacidamida Nitto Denko NTR7250/729HF Compuesta Plana
Toray SU-200/600 Compuesta Plana
Permetec LP Compuesta Plana
Desalination Systems Desal 5 Compuesta Plana
Filmtec NF 410 Compuesta Plana
Polifurano sulfonado Toray PEC 1000 Compuesta Plana
Polisulfona sulfonada Nitto Denko NTR 7400 Compuesta Plana
Desalination Systems Desal plus Compuesta Plana
27

28. Millipore PSRO Compuesta Plana
(*) No disponible en la actualidad.
Fuente: FARIÑAS IGLESIAS, MANUEL. Ósmosis Inversa. Fundamentos, tecnología y
aplicaciones. McGrawHill. España 1999.
La tabla 5 muestra la clasificación aproximada de las distintas membranas orgánicas de
ósmosis inversa existentes en el mercado, en función de su composición química.
Membranas Inorgánicas
Las membranas orgánicas presentan dos limitaciones importantes que reducen su campo de
aplicación: su estabilidad química y la resistencia a la temperatura. La búsqueda de soluciones a estos
dos problemas ha desembocado en la utilización de materiales inorgánicos para su fabricación.
Los cuatro grandes grupos en que se pueden clasificar las membranas inorgánicas son:
A. Cerámicas
Las membranas cerámicas han sido, hasta estos momentos, las más investigadas. De entre los
distintos productos cerámicos, el más utilizado para la fabricación de membranas ha sido la
alúmina (AlO3) en sus distintas variedades (Alfa, Beta y Gamma).
Partiendo de un compuesto orgánico de aluminio, controlando la formación del gel y variando
tanto las condiciones de precipitación como las de calcinación, se puede modificar el tamaño de
los poros de la membrana obtenida.
B. Vidrios
Utilizando como materias primas, en proporciones adecuadas, cuarzo, ácido bórico y carbonato
sódico, a los que se suele añadir óxido potásico, calcio y alúmina para aumentar su resistencia a
los álcalis, y controlando durante la fusión tanto el régimen de temperaturas como su duración,
se obtiene una mezcla de dos fases: una de vidrio de silicio casi pura y otra de ácido bórico rica
en borato sódico.
Tratando dicho vidrio con ácido se disuelve la fase rica en borato sódico, quedando un vidrio con
una estructura porosa. Variando los parámetros de fabricación puede controlarse el tamaño de
los poros obtenidos.
Con esta técnica pueden fabricarse membranas planas, tubulares o capilares. Tanto las
membranas cerámicas como las de vidrio presentan el inconveniente de su fragilidad y su escasa
resistencia a las vibraciones.
28

29. C. Fosfacenos
Las membranas fabricadas con este polímero pueden soportar temperaturas de hasta 250 ºC en
presencia de disolventes o ácidos y bases fuertes.
D. Carbonos
Las membranas de esta naturaleza presentan habitualmente una estructura compuesta. El lecho
soporte suele ser de carbono sinterizado y la capa filtrante de óxidos metálicos a base de
zirconio (ZrO2).
Las membranas de este tipo pueden soportar valores extremos del pH (0-14) y temperaturas
hasta 300 ºC.
Como características comunes a las membranas inorgánicas cabe señalar que su desarrollo
acaba de comenzar, disponiéndose solamente de membranas de microfiltración y ultrafiltración, no
existiendo todavía en el mercado, en estos momentos, ninguna membrana de ósmosis inversa de esta
naturaleza.
Otras características comunes a estas membranas son su elevado costo (entre 5 y 10 veces
el de una membrana orgánica) y la dificultad que presentan para elaborar módulos con ellas.
2.2.5. CLASIFICACIÓN SEGÚN LA CARGA SUPERFICIAL
A veces los polímeros orgánicos con que se fabrican las membranas de ósmosis inversa
tienen, en su estructura molecular, un exceso de grupos químicos (aminas, sulfónicos, carboxílicos,
etc.), lo que confiere a la superficie activa de éstas una cierta naturaleza eléctrica que suele medirse
determinando su quot;potencial Zquot;. Este parámetro da una idea de la carga eléctrica existente por unidad
de superficie.
Atendiendo a esta naturaleza, las membranas pueden ser:
Neutras
Aquellas que no presentan ninguna carga eléctrica. En estas membranas su quot;potencial Zquot; sería
nulo.
Catiónicas
Son aquellas en las que la carga eléctrica sobre su superficie es positiva. Atendiendo al
mayor o menor valor de la carga eléctrica y, por tanto, del quot;potencial Zquot;, las membranas pueden ser
fuertes o débilmente catiónicas.
29

30. Aniónicas
Son aquellas en las que la carga eléctrica sobre su superficie es negativa. Pueden igualmente
ser fuerte o débilmente aniónicas.
Los distintos grupos químicos pueden hidrolizarse o no, dependiendo del pH del medio, lo que
altera la carga eléctrica resultante sobre la superficie de la membrana. Consecuentemente, dicha
carga dependerá, en general, no sólo de la naturaleza del polímero sino también del pH de la solución
de aporte.
La naturaleza y magnitud de la carga eléctrica existente sobre la superficie de una
membrana tiene mucho que ver tanto con su ensuciamiento como con la aparición y crecimiento de
desarrollos biológicos sobre la misma.
De esto se deduce que una membrana catiónica tendrá gran afinidad por los coloides, tanto
orgánicos como minerales, de signo opuesto (aniónicos) que tenderán a depositarse sobre su
superficie. Lo mismo sucederá con las membranas aniónicas y los coloides catiónicos.
2.2.6. CLASIFICACIÓN SEGÚN LA MORFOLOGÍA DE SU SUPERFICIE
Atendiendo al aspecto que presenta la cara exterior de la capa activa, las membranas pueden
ser:
Lisas
Son aquellas cuya cara exterior de la capa activa es lisa.
Rugosas
Son aquellas membranas cuya cara exterior de la superficie activa es rugosa.
La morfología de la superficie tiene importancia tanto desde el punto de vista del
ensuciamiento como del de la limpieza de las membranas. Una superficie rugosa, además de ensuciarse
más fácilmente, es más difícil de limpiar.
2.2.7. CLASIFICACIÓN SEGÚN LA PRESIÓN DE TRABAJO
El parámetro fundamental que define las condiciones de operación de una planta de ósmosis
inversa en la presión de trabajo. Como dicha presión debe ser varias veces superior a la presión
osmótica de la solución de aporte, debido, por un lado, a los fenómenos de polarización de la
membrana, y por otro, al aumento de concentración que se produce a medida que se va generando
permeado, su valor vendrá condicionado por la salinidad de la solución a tratar.
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31. En la actualidad, las membranas de ósmosis inversa disponibles en el mercado pueden
encuadrarse en una de las cuatro categorías siguientes:
Membranas de muy baja presión
Son las que trabajan con presiones comprendidas entre 5 y 10 bares. Se utilizan para desalar
aguas de baja salinidad (entre 500 y 1.500 mg/l) y fabricar agua ultra pura.
Estas membranas, de reciente aparición en el mercado, han sido concebidas igualmente para
competir contra el proceso de desmineralización de agua con resinas intercambiadoras de iones.
Membranas de baja presión
Este tipo de membranas trabajan a una presión comprendida entre 10 y 20 bares, Se utilizan
para desalar aguas de salinidad media (entre 1.500 y 4.000 mg/l), así como para reducir o eliminar de
ella ciertos compuestos como nitratos, sustancias orgánicas, pirógenos, etc.
Membranas de media presión
La presión de trabajo de estas membranas está comprendida entre 20 y 40 bares. Desde el
punto de vista histórico, éstas fueron las primeras membranas que se comercializaron. Aunque se han
venido empleando para desalar aguas de elevada salinidad (entre 4.000 y 10.000 mg/L), en la
actualidad sus aplicaciones se han generalizado utilizándose en múltiples procesos de separación y
concentración.
Membranas de alta presión
Estas membranas se han desarrollado para poder obtener agua potable a partir del agua del
mar. Su presión de trabajo, debido a la elevada presión osmótica del agua de mar (20-27 bares,
llegando en el Mar Rojo a 35 bares), está comprendida entre 50 y 80 bares.
La meta de los distintos fabricantes de este tipo de membranas no fue sólo obtener agua
potable a partir de agua de mar, sino hacerlo en un sólo paso. Como recomendaciones de la O.M.S.
para el agua potable indicaban que su contenido máximo en sales disueltas no debía ser superior a 500
mg/L., el porcentaje mínimo de rechazo de sales que debían presentar estas membranas tenía que ser
del orden del 99 %.
Aunque inicialmente (en la década de los años 70) muy pocos fabricantes ofrecían esta
posibilidad, en la actualidad todos los importantes disponen de membranas con rechazos de sales
comprendidos entre el 99,2 y el 9,5 %.
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32. 2.2.8. CLASIFICACIÓN SEGÚN LA TÉCNICA DE FABRICACIÓN
Atendiendo a la técnica utilizada para su fabricación, las membranas de ósmosis inversa
pueden ser:
De máquina
Son aquellas en las que las reacciones entre los distintos compuestos que intervienen en su
formación y la consiguiente fabricación de la membrana tienen lugar en una máquina destinada a tal
fin.
Dinámicas
A diferencia de las membranas de máquina, las membranas dinámicas se fabrican in situ, esto
es, en la instalación donde van a utilizarse. Para ello se filtra a través de un soporte poroso una
solución que contiene determinadas sustancias coloidales o disueltas (óxidos de zirconio, ácidos
poliacrílico y poliestirensulfónico, etc.).
Si el tamaño de los poros del sustrato es adecuado, estas moléculas quedan retenidas en la
superficie formando una pequeña película o quot;Capa Activaquot; que puede presentar una alta permeabilidad
y un cierto rechaza de sales, en función de las condiciones de formación.
La utilidad de estas membranas en el campo de la ósmosis inversa es, por el momento, escasa.
Se utilizan solamente para aumentar el rechazo de sales de una membrana convencional. Así por
ejemplo, recirculando una solución de ácido tánico a través de una membrana de ósmosis inversa de
poliamida lineal, se consigue reducir su paso de sales a un tercio o a un quinto de su valor inicial.
Este tipo de membranas presenta dos problemas importantes. El primero es que se van
destruyendo con el tiempo. Por lo que deben ser formadas de nuevo periódicamente. El segundo es la
variabilidad de los distintos parámetros ya que los valores que se obtiene suelen ser con frecuencia
aleatorios.
2.3. MÓDULOS
Industrialmente las membranas se colocan en una configuración determinada con el fin de
que puedan soportar las diferentes presiones de trabajo. Para obtener un caudal dado de agua
producto con las características óptimas, es necesario colocar en paralelo varias unidades
elementales de producción. A estas unidades elementales se les llama módulos y consiste en una
agrupación de membranas con una configuración determinada.
Los objetivos que se pretenden conseguir con cada configuración son:
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33. • Obtener el máximo rendimiento de las membranas.
• Conseguir un sistema lo más compacto posible.
• Minimizar los fenómenos de polarización de las membranas.
• Facilitar la sustitución de la membranas deterioradas.
• Mejorar la limpieza de las membranas sucias.
Existen varias configuraciones encaminadas a conseguir varios de estos objetivos.
2.3.1. CONFIGURACIONES
Las configuraciones actualmente disponibles para los módulos o unidades de producción son:
Módulos de placas
Este tipo de configuración es el más antiguo. Está formado por un conjunto de membranas
planas, recortadas generalmente en forma rectangular o de disco circular. Se apoyan sobre mallas de
drenaje o placas porosas que les sirven de soporte. Las membranas se mantienen separadas entre sí
por medio de espaciadores cuya anchura el del orden de los 2 mm.
El módulo se obtiene apilando “paquetes” formados por espaciador - membrana - placa porosa
- membrana. El conjunto así formado se comprime mediante un sistema de espárragos de manera que
pueda soportar la presión de trabajo. La estanqueidad se logra mediante juntas elásticas colocadas en
los extremos.
La misión de los separadores o espaciadores es triple:
• Separar las capas activas de dos membranas consecutivas.
• Lograr un correcto reparto hidráulico de la solución a tratar sobre las membranas permitiendo el
paso de líquido entre ambas.
• Recoger de manera uniforme el rechazo impidiendo la formación de caminos preferenciales.
Así como las membranas son responsables de separar el permeado de la solución de aporte,
las placas soporte, además de suministrar resistencia mecánica a la membrana, deben recoger el
permeado de forma uniforme y evacuarlo al exterior.
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34. Membranas, espaciadores y placas porosas de un módulo de placas
Módulo de placas. Distribución de flujos en cada paquete
Módulos tubulares
El nombre de esta configuración se debe a que los módulos se fabrican a partir de
membranas tubulares y tubos perforados o porosos que les sirven de soporte, pudiendo así resistir el
gradiente de presiones con que deben trabajar.
Como esta configuración suele utilizarse para el
tratamiento de líquidos cargados (aguas residuales, zumos, etc.),
se colocan, a veces, en el interior de los tubos, dispositivos
especiales destinados a producir altas turbulencias que aseguren
elevadas velocidades de circulación sobre la superficie de las
membranas e impidan la deposición sobre ellas de las distintas
sustancias en suspensión existentes en el líquido a tratar.
Módulo tubular
Módulos espirales
Esta configuración se llama así porque está formada por membranas planas enrolladas en
espiral alrededor de un tubo central.
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35. Cada “paquete”, consta de una lámina rectangular de membrana semipermeable doblada por
la mitad de forma que la capa activa quede en su exterior. Entre las dos mitades se coloca un tejido
provisto de diminutos canales para recoger el permeado que atraviese la membrana y conducirlo hacia
el tubo central de recogida.
Encima de la capa activa de la membrana se coloca una malla provista de canales de
distribución para repartir homogéneamente la solución de aporte sobre toda la superficie de la
membrana.
Para conseguir la estanqueidad entre la solución de aporte y el permeado se colocan, en los
laterales de la lámina de ósmosis inversa, cordones de cola entre el tejido colector de permeado y las
membranas, de forma que el sellante penetre totalmente en los tejidos.
Los laterales del tejido colector del permeado se encolan igualmente al tubo central que es
de material plástico y va provisto de orificios.
El paquete así formado se enrolla alrededor del tubo central dando lugar a un cilindro al que
se le colocan en sus extremos dos dispositivos plásticos para evitar su deformación, tras lo cual se
recubre el conjunto con una capa de resina epoxi reforzada con fibra de vidrio para darle la rigidez y
la resistencia mecánica necesarias.
Módulo de espiral de una hoja
Este tipo de módulos se fabrican en los cuatro diámetros exteriores siguientes:
2 ½” 65 mm
4” 100 mm
8” 200 mm
10” 250 mm
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36. Disposición transversal de un módulo espiral
Si se utiliza un único “paquete” de membranas para fabricar los módulos de gran diámetro, se
requerirían hojas muy largas, lo que originaría problemas hidráulicos en la recogida del permeado y,
por tanto, en el reparto de la solución a tratar. Por este motivo, los módulos suelen fabricarse
enrollando varios “paquetes” de membranas como los descritos pero de longitud reducida. Un módulo
de 8” suele llevar entre 16 y 18 paquetes.
La circulación habitual de flujos en este tipo de módulos es la mostrada en la figura 4.5. La
solución de aporte circula en dirección axial, paralela al tubo central, conducida por la malla
distribuidora existente entre las capas activas de dos membranas consecutivas. El permeado que
atraviesa la membrana es recogido por el tejido colector, que lo lleva espiralmente al tubo central del
que sale al exterior por uno de sus extremos.
El rechazo o solución de aporte que no atraviesa la membrana continúa su avance en dirección
axial, abandonando la malla distribuidora por el otro extremo.
Los módulos espirales se interconexionan en serie dentro de un tubo destinado a soportar la
presión de trabajo. En el interior de cada tubo pueden instalarse hasta siete módulos, alcanzándose
longitudes totales superiores a los siete metros.
La solución de aporte, a medida que va atravesando los distintos módulos instalados en serie,
se va concentrando, siendo evacuada del tubo de presión por el extremo opuesto a su entrada. El
permeado puede ser recogido en el mismo extremo que el rechazo o en el opuesto, según convenga.
Módulos de Fibra Hueca
Se llaman así porque se fabrican con varios centenares de miles de membranas de fibra
hueca dobladas en forma de “U” y colocadas paralelamente a un tubo central. Las membranas se fijan
en ambos extremos mediante resina epoxi para dar estabilidad al haz así formado.
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37. La solución de aporte se introduce a presión en el tubo central quien la reparte radial y
uniformemente a través de todo el haz de fibras.
Cuando la solución a tratar entra en contacto con la superficie exterior de la fibra donde se
encuentra la capa activa, una parte de la misma (el permeado) atraviesa la fibra moviéndose por su
interior hueco hasta el extremo abierto.
Los finales abiertos de las fibras huecas están embebidos en una masa de resina epoxi,
constituyendo uno de los extremos del haz. Esta masa, una vez mecanizada para abrir las fibras, se
conoce con el nombre de “placa tubular”.
Cuando el permeado abandona el haz de la placa tubular, pasa a través de un bloque poroso
antes de alcanzar el exterior del módulo. El bloque poroso tiene por misión lograr un correcto
reparto hidráulico en la recogida de permeado y, por tanto, también en la distribución de la solución
de aporte a través del haz de fibras.
El rechazo se mueve hacia la placa de epoxi situada en el otro extremo del haz de fibras,
saliendo al exterior tras atravesar el espacio anular existente entre ésta y la carcasa exterior. Una
junta tórica situada en la placa tubular impide que el permeado se mezcle con el rechazo.
El haz de fibras se instala en el interior de un tubo fabricado con epoxi y fibra de vidrio
cuya misión es soportar, desde el punto de vista mecánico, las presiones de trabajo.
Esquema de un módulo de fibra hueca
Este tipo de módulos, en el campo de la ósmosis inversa, sólo son fabricados por tres
compañías:
- DU PONT (PERMASEP) (ya no fabrica)
- TOYOBO (HOLLOSEP)
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38. - DOW CHEMICAL (DOWEX)
2.3.2. COMPARACIÓN ENTRE LAS DISTINTAS CONFIGURACIONES
De las cuatro configuraciones presentadas, las más utilizadas en la ósmosis inversa son la
espiral y la de fibra hueca.
Los módulos tubulares se comportan muy bien con líquidos cargados pero, por el contrario,
como la superficie de membrana disponible por módulo es baja, se precisan muchos módulos y mucho
espacio. Esto se traduce en una inversión costosa y un bajo mantenimiento al no ensuciarse. Los
módulos de fibra hueca, sin embargo, son muy compactos ya que la superficie de membrana por unidad
de volumen que presentan es elevada. Esa gran compacidad, que desde el punto de vista de la
inversión es ventajosa, hace que sean más sensibles que otras configuraciones al ensuciamiento, tanto
por sustancias coloidales como por sustancias en suspensión. Esta circunstancia recomienda su uso
sólo en aplicaciones con líquidos muy limpios ya que en caso contrario, aunque la inversión fuese
reducida, los costos de operación y mantenimiento serían elevados por las frecuentes limpiezas y
deterioros de los módulos.
Todas las configuraciones, utilizando membranas con la misma química y la misma estructura,
permiten obtener valores similares en el permeado. Pero ése no es el problema. Además de la química
de la membrana, es preciso seleccionar la configuración o tipo de módulo a utilizar de forma que el
costo total del producto que se obtenga con el proceso, entendiendo como tal la inversión inicial más
los costos de operación y mantenimiento, sea mínimo.
Una característica de gran importancia a la hora de inclinarse por una u otra configuración,
cuando ambas presentan análogos resultados económicos, es su sustitución e intercambiabilidad. Una
vez construida una planta de ósmosis inversa se puede suceder que circunstancia no previstas
inicialmente desaconsejen utilizar las membranas con la química seleccionada o bien que, con el
tiempo, una determinada firma saque al mercado una membrana de mejores características (menor
presión de trabajo, mayor rechazo de sales, mayor resistencia química, etc.). Si los módulos
instalados pudiesen ser sustituidos por los de nueva aparición sin tener que cambiar los tubos de
presión, las tuberías, soportes, válvulas etc., diríamos que serían intercambiables, lo que, llegado el
caso, supondría un ahorro considerable. Adicionalmente, a la hora de reemplazar los módulos que se
han ido deteriorando en una planta, puede obtenerse un mejor precio si, debido a su equivalencia en
intercambiabilidad, se ponen varias firmas en competencia para hacerse con la sustitución.
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39. Desgraciadamente, en la actualidad, esta posibilidad sólo existe en los módulos espirales. Se
puede construir una planta con los módulos espirales de una marca y pasar a trabajar al cabo del
tiempo con los de otra firma sin ningún problema.
Tabla 6: quot;Comparación de los diferentes tipos de módulosquot;.
Características Tipo de módulos
De placas (P&F) Tubular (TU) Espiral (SW) Fibra hueca (HF)
Superficie de membrana por módulo 15-50 1,5-7 30-34 370-575
(m2)
Volumen de cada módulo (m3) 0,30-0,40 0,03-0,1 0,03 0,04-0,08
Caudal por módulo (m3/día) 9-50 0,9-7 30-38 40-70
Grado de compactación (m2 de 50-125 50-70 1.000-1.100 5.000-14.000
membrana m3)
Productividad por unidad de 0,6-1 0,6-1 1-1,1 0,1-0,15
superficie (m3/día por m2)
Productividad por unidad de volumen 30-125 30-70 1.000-1.250 900-1.500
(m3/día por m3)
Conversión de trabajo por módulo 10 10 10-50 30-50
(%)
Pérdida de carga por tubo de presión 2-4 2-3 1-2 1-2
(bar)
Sustitución, intercambiabilidad por Nula Nula Total Nula
otra marca
Tolerancia frente a sustancias Mala Buena Mala Mala
coloidales
Tolerancia frente a materia en Mala Buena Mala Muy Mala
suspensión
Comportamiento Mecánica Regular Bueno No aplicable No aplicable
frente a las Química Bueno Bueno Bueno Bueno
limpiezas Agua a presión Excelente Bueno Bueno Bueno
Pretratamiento necesario Coagulación + Filtración Coagulación + Coagulación +
filtración 5µm filtración 5µm filtración 1µm
Alimentación Alimentación Desalación de Desalación de
aguas salobres y aguas salobres y
de mar de mar
Aplicaciones Líquidos poco Aguas residuales Obtención de Obtención de
cargados y líquidos aguas de alta aguas de alta
cargados pureza pureza
Concentración y Concentración y Concentración y Concentración y
recuperación de recuperación de recuperación de recuperación de
sustancias sustancias sustancias sustancias
Fuente: FARIÑAS IGLESIAS, MANUEL. Ósmosis Inversa. Fundamentos, tecnología y aplicaciones.
McGrawHill. España 1999.
2.4. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROCESO
Una planta desaladora de agua de mar por ósmosis inversa consta esencialmente de siete
partes claramente diferenciadas:
Área de captación de agua de mar.
Pretratamiento físico químico.
Bombeo a alta presión.
Sistemas de recuperación de energía.
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40. Unidad de ósmosis inversa.
Limpieza de las membranas.
Postratamiento del agua producida.
Dependiendo del tamaño de la planta y de las características físicas y biológicas del agua
bruta de mar, la instalación será simple o más o menos compleja, donde su diseño obedecerá a
criterios económicos y a costos de explotación y mantenimiento.
2.4.1. CAPTACIÓN DEL AGUA DE MAR
La localización de la toma de agua de mar es el factor que más determina el pretratamiento
requerido del agua de alimentación. Hay dos tipos de captación del agua bruta de mar: toma profunda
(pozo) y toma superficial (abierta).
El índice de ensuciamiento es menor y casi constante cuando la toma es profunda y alejada
de la costa o playa, mientras que si la toma es superficial y cercana a la costa su valor será tanto
mayor cuanto mayor sea la actividad biológica por la proximidad de desechos de residuos urbanos.
Desde el punto de vista del explotador, es preferible tener una captación del agua bruta de
mar a través de pozos, lo que redundará en un menor coste de operación.
Normalmente en el caso de la toma de agua de mar sea profunda, la captación se realiza a
través de bombas sumergibles o fundamentalmente con bombas centrífugas horizontales y
autocebantes, para evitar los problemas de corrosión por contacto directo del agua de mar. Otro
inconveniente que presenta la bomba sumergible es que su tamaño y prestaciones condicionan su
elección, no teniendo el mercado una gran variedad para los grandes caudales a captar.
2.4.2. PRETRATAMIENTO FÍSICO QUÍMICO
Fuente:
- MEDINA SAN JUAN, JOSÉ ANTONIO. Desalación de Aguas. Ósmosis
Inversa. Mundi-Prensa. España. 2000.
Para conseguir una operación con resultado satisfactorio, es necesario acondicionar el agua
bruta de mar mediante un pretratamiento físico químico, que garantice la total eliminación de
problemas al funcionamiento de las membranas de ósmosis inversa.
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