Válvulas utilizadas en los sistemas de ósmosis inversa
Figura 1: Válvulas de ósmosis inversa
La ósmosis inversa (OI) es el proceso de purificación del agua mediante el cual se hace pasar agua a presión a través de una membrana semipermeable para eliminar contaminantes, iones, partículas grandes y otras impurezas. Para que un sistema de ósmosis inversa funcione correctamente, se utiliza una gran variedad de válvulas en la aplicación. Este artículo explora el funcionamiento de un sistema de ósmosis inversa y el papel que desempeñan las válvulas para el buen funcionamiento de estos sistemas.
Osmosis
La ósmosis se produce de forma natural cuando dos soluciones de diferente concentración de soluto están separadas por una membrana semipermeable. Esta membrana es un material que permite el paso de moléculas de determinados tamaños. Un ejemplo sencillo es una membrana semipermeable que permite el paso de moléculas de agua, pero no de moléculas de sal.
El tubo en forma de U de la figura 2 (izquierda) tiene dos soluciones separadas por una membrana semipermeable. Hay agua dulce con una baja concentración de sal (disolvente) a un lado y agua salada con una alta concentración de sal (soluto) al otro lado de la membrana. El agua con menor concentración de sal empezará a moverse hacia el lado con mayor concentración de sal porque la naturaleza se esfuerza por conseguir un equilibrio de moléculas de disolvente libres. Esto hace que suba el nivel del agua en el lado con mayor concentración de sal. El agua más pura la "empuja" hacia arriba hasta que la presión osmótica es lo suficientemente alta. La presión osmótica es la presión necesaria para impedir la ósmosis de las moléculas de disolvente a través de la membrana.
Figura 2: Ósmosis (1) y ósmosis inversa (2): Agua (A), membrana semipermeable (B), presión osmótica (C), solución concentrada (D), presión externa (E), agua de mar (F), agua dulce (G).
Ósmosis inversa
Como ya se ha dicho, la ósmosis inversa es "ósmosis a la inversa"; no es un proceso natural. Por lo tanto, para que se produzca la ósmosis inversa, es necesario aplicar presión a la solución con mayor concentración de soluto... Esto conduce al paso de moléculas de agua a través de una membrana semipermeable hacia la región de menor concentración de soluto. Esta presión debe ser superior a la presión osmótica natural para que pase el agua pura, dejando tras de sí una solución con contaminantes o sales principalmente.
La figura 2 (derecha) muestra un tubo en forma de U con ósmosis inversa en acción. La presión aplicada sobre el agua con mayor concentración de sal hace que las moléculas de agua se desplacen a través de la membrana, purificando así el agua.
Sistemas de ósmosis inversa
Un sistema sencillo de ósmosis inversa consta de una bomba de alta presión (Figura 3 etiquetada B) que aumenta la presión del agua de alimentación con sales, iones o impurezas (Figura 3 etiquetada A). Esto fuerza al agua a atravesar una membrana semipermeable de ósmosis inversa (Figura 3 etiquetada C), dejando atrás todas las sales disueltas. La presión necesaria es directamente proporcional a la concentración de sal del agua de alimentación.
La membrana de ósmosis inversa deja pasar el agua más limpia, llamada agua permeada (Figura 3 etiquetada E). Las sales y otros contaminantes detenidos por la membrana salen como corriente de rechazo (Figura 3 etiquetada D). Esto puede drenarse o, si es posible, reciclarse a través del sistema de ósmosis inversa para ahorrar agua. Los sistemas de ósmosis inversa eliminan hasta el 99% de las sales disueltas (iones), partículas, patógenos y bacterias del agua de alimentación.
Figura 3: Un sistema sencillo de ósmosis inversa: agua de alimentación (A), bomba de alta presión (B), membrana de ósmosis inversa (C), corriente de rechazo (D) y agua limpia (E).
Tipos de válvulas de ósmosis inversa
Electroválvula para el purificador de agua por ósmosis inversa
Normalmente las electroválvulas para purificadores de agua RO son de 2/2 vías (1 entrada, 1 salida del tipo abierto/cerrado), ideales para el control ON/OFF del agua. Existen tres tipos de electroválvulas:
Electroválvulas de fluido de accionamiento directo
Las electroválvulas de acción directa tienen un diseño compacto. Como se ve en la figura 4, el émbolo de la electroválvula descansa directamente sobre el paso de caudal u orificio y controla la función de encendido/apagado de la electroválvula. Al no utilizar una membrana, el caudal se restringe en función del tamaño del orificio.
Figura 4: Representación esquemática de una electroválvula de mando directo (2/2 vías, normalmente cerrada) y componentes: bobina (A), inducido (B), anillo de sombreado (C), muelle (D), émbolo (E), junta (F), cuerpo de la válvula (G).
Normalmente se trata de entre 1mm y 5mm. Como este tipo de válvula es de acción directa, no depende de las diferencias de presión del sistema para funcionar. Esto la hace ideal para sistemas de bajo caudal, pequeños, medianos y de alta presión de hasta 150 bar. Los tamaños de los puertos van de 1/8" a 3/8".
Electroválvulas de accionamiento semidirecto
El diseño semidirecto utiliza una membrana colgada y se acciona mediante un piloto, como se muestra en la figura 5. La membrana de la electroválvula interna está unida o colgada del conjunto del émbolo. De este modo, el émbolo energizado levanta la membrana y la mantiene abierta mecánicamente. Al mismo tiempo, el émbolo abre un orificio piloto. En consecuencia, la presión del medio favorece la apertura de la membrana. Por lo tanto, este tipo de electroválvula funciona sin una diferencia de presión entre la entrada y la salida. Es ideal para sistemas de baja presión, de circuito cerrado, alimentados por gravedad y de aspiración de agua.
Figura 5: Representación esquemática de una electroválvula de mando semidirecto (2/2 vías, normalmente cerrada)
Electroválvulas de accionamiento indirecto
Las electroválvulas indirectas (figura 6) utilizan una membrana que no está unida al émbolo de la electroválvula. Por lo tanto, la membrana permanece flotante y utiliza un diferencial de presión entre la entrada y la salida para funcionar. Este diferencial de presión está controlado por un circuito piloto accionado por un solenoide. La bobina/el émbolo del solenoide se monta sobre el puerto del canal de salida que conecta la salida y la zona por encima de la membrana. Cuando se energiza, la presión por encima de la membrana se libera en el puerto de salida a través de este canal piloto. Esto provoca un diferencial de presión que levanta la membrana y permite que el medio fluya a través de la válvula. Cuando se cierra el circuito piloto, la presión de entrada se acumula por encima de la membrana obligándola a cerrarse y detener el flujo del medio.
Es ideal para sistemas de presión media a alta, abiertos a la atmósfera y alimentados por bomba.
Figura 6: Representación esquemática de una electroválvula de mando indirecto (2/2 vías, normalmente cerrada)
Válvulas de retención (check)
Las válvulas de retención de ósmosis inversa se conectan a los tubos de agua de la membrana de ósmosis inversa o al puerto de salida de permeado de la carcasa de la membrana. Estas válvulas impiden el reflujo hacia la membrana. Cuando hay contrapresión en el sistema, por ejemplo cuando el depósito está lleno, la válvula accionada por muelle se activa y detiene el flujo de agua. El flujo no se reanuda hasta que la contrapresión cae por debajo de la presión de alimentación. Estas válvulas son necesarias para los sistemas que funcionan con depósitos presurizados y/o válvulas de cierre automático.
Válvulas de alimentación
Las válvulas de alimentación se utilizan para controlar el suministro de agua de alimentación a los sistemas de ósmosis inversa. Tienen una función ON/OFF. A menudo, se trata de electroválvulas. Se ofrecen en varios estilos y son adecuados para muchas situaciones de fontanería.
Válvulas de bola
Las válvulas de bola de dos vías cierran el flujo de agua hacia y desde los equipos con un cuarto de vuelta de la maneta. Estas válvulas pueden ser de accionamiento manual, neumático o eléctrico. Pueden utilizarse en posiciones intermedias para detener el flujo de agua a un sistema, depósito o componentes para facilitar el mantenimiento y prolongar los periodos de inactividad. Dependiendo del material, suelen ser más robustas que las electroválvulas.
Válvulas de cierre automático
Las válvulas de cierre automático se apagan o se encienden en función de los niveles del depósito. Se trata de válvulas accionadas por membrana que funcionan en combinación con depósitos presurizados. También funcionan con válvulas de flotador para desconectar automáticamente la alimentación del sistema de ósmosis inversa cuando el depósito está lleno y volver a conectarlo cuando el nivel del depósito desciende por debajo de un determinado punto preestablecido. Ayudan a ahorrar y conservar el agua. Funcionan mecánicamente y no necesitan electricidad.
Válvulas de flotador
Las válvulas de flotador tienen un flotador que detecta el nivel de agua en un tanque o depósito y detiene automáticamente el flujo de agua en el tanque o depósito cuando el nivel de agua sube más allá de un cierto punto. Cuando el nivel del agua alcanza la posición del flotador, la flotabilidad del flotador hace que el brazo de la válvula se eleve, cerrando así la válvula. Cuando se utiliza junto con una válvula de cierre automático de tipo membrana, la contrapresión creada al cerrar la válvula del depósito hará que la válvula de cierre cierre el agua de alimentación que fluye hacia el sistema de ósmosis inversa. Cuando se utilice el agua y el nivel baje, la válvula se abrirá, desactivando la válvula de cierre y permitiendo que el agua de alimentación fluya de nuevo al sistema de ósmosis inversa.
Características necesarias de las electroválvulas
Selección de material:
Dado que las válvulas de los sistemas de ósmosis inversa manipulan agua con un alto contenido de sales, hay muchas posibilidades de que los materiales de las válvulas se degraden debido a la corrosión. Esto ocurre por el agua rica en cloruro y los productos químicos utilizados. De ahí que se utilicen habitualmente aleaciones resistentes a la corrosión. Los plásticos como la poliamida y los aceros inoxidables son una opción más común para los sistemas de ósmosis inversa, ya que resisten la corrosión por picaduras y grietas. El latón también es una opción tradicional, pero el latón normal no puede utilizarse con soluciones de cloruro ni con agua purificada debido al proceso de desgalvanización.
Tipo de válvula:
- Las válvulas de accionamiento directo de 2 vías se utilizan para sistemas de bajo caudal, pequeña, media y alta presión, hasta 150 bar. Tamaños de puertos de 1/8" a 3/8". No dependen de las diferencias de presión entre la entrada y la salida para funcionar.
- Las válvulas de accionamiento directo de 3 vías se utilizan cuando se necesitan tres puertos para conseguir dos estados de conmutación. Son ideales para el control de actuadores y cilindros o para desviar el flujo.
- Las electroválvulas de accionamiento indirecto de 2 vías son ideales para aplicaciones atmosféricas, de media presión y de gran caudal. La diferencia de presión debe ser superior a 0,5 bares.
- Las válvulas de 2 vías de accionamiento semidirecto son ideales para sistemas de tuberías de baja presión y bucle cerrado de alto caudal.
Modificaciones
Normalmente cerrado
las válvulas de 2 vías están cerradas cuando están sin corriente y abiertas cuando están con corriente. Cuando las válvulas de 3 vías están desenergizadas, el puerto de presión está cerrado y el puerto del cilindro está conectado al puerto de escape. Cuando se energiza, el puerto de presión se conecta al puerto del cilindro y el puerto de escape se cierra.
Normalmente abierto
las válvulas de 2 vías están abiertas cuando están sin corriente y cerradas cuando están con corriente. Cuando las válvulas de 3 vías están sin corriente, la toma de presión está conectada a la toma del cilindro. Cuando se energiza, el puerto de presión se cierra y el puerto del cilindro se conecta al puerto de escape.
Universal
Esta modificación permite conectar la válvula en posición normalmente cerrada o normalmente abierta para seleccionar uno de dos fluidos o desviar el caudal de un puerto a otro.
Voltaje
Es importante especificar la tensión correcta para garantizar que esté disponible en el lugar de instalación. Las tensiones más comunes son:
- 12 V CC
- 24 V DC/AC
- 120 V CA
- 220 V CA
- 230 V CA
Tamaño del puerto y tipo de rosca
Asegurarse de que el tipo de rosca y el tamaño del orificio son exactamente iguales garantiza que se enroscarán correctamente y formarán un buen sello, para evitar cualquier fuga. Los problemas más comunes surgen debido a las diferentes normas de roscado. Por ejemplo, una electroválvula de agua BSPP de 1/4 de pulgada no funcionará correctamente si el puerto de entrada tiene roscas NSP de 1/4 de pulgada.
Golpe de ariete
Pueden producirse golpes de ariete porque las electroválvulas son de acción rápida. Por lo tanto, para determinadas aplicaciones es importante obtener una válvula con un tiempo de cierre ajustable, como las electroválvulas de agua de cierre lento.
Preguntas frecuentes
¿Qué es una válvula de ósmosis inversa?
Una válvula de ósmosis inversa (OI) mide la presión en un depósito y detiene el suministro de agua que pasa a través de la membrana de OI cuando la presión del depósito es aproximadamente dos tercios de la del agua entrante.
¿Tienen todos los sistemas de ósmosis inversa una válvula de retención?
La línea de permeado de cada sistema de ósmosis inversa tiene una válvula de retención de ósmosis inversa. La válvula de retención permite el cierre correcto cuando el depósito se llena.
