Ósmosis inversa
La ósmosis inversa (OI) es el proceso de purificación del agua mediante el cual se hace pasar el agua a través de una membrana semipermeable bajo presión para eliminar contaminantes, iones, partículas grandes y otras impurezas. De hecho, se trata de un proceso opuesto a la ósmosis, que es un fenómeno natural.
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Osmosis
La ósmosis se produce de forma natural cuando dos soluciones de diferente concentración de solutos son separadas por una membrana semipermeable. En el lado de la mayor concentración de soluto, los solutos interactúan con las moléculas de disolvente (por ejemplo, el agua), lo que provoca una reducción de las moléculas de disolvente libres en el lado de la membrana del soluto. Por lo tanto, las moléculas de mayor concentración de disolvente se desplazan hacia el lado de la membrana con menor concentración de disolvente (pero mayor concentración de soluto), hasta que haya una concentración igual de moléculas de disolvente en ambos lados.
Observando la imagen de la izquierda en la Figura 1, el tubo en forma de "U" tiene dos soluciones en cada lado que están separadas por una membrana semipermeable en el centro. Una membrana semipermeable se refiere a un material que permite el paso de ciertas sustancias, como el agua, y forma una barrera para las partículas de mayor tamaño, como los solutos. Hay agua dulce con una baja concentración de sal en un lado y agua salada con una alta concentración de sal en el otro lado de la membrana. El agua con menor concentración de sal comenzará a moverse hacia el otro lado con mayor concentración de sal porque la naturaleza se esfuerza por lograr el equilibrio de las moléculas de disolvente libre. Esto hace que suba el nivel del agua en el lado con mayor concentración de sal. Es "empujado" hacia arriba por el agua más pura. Esto se llama presión osmótica. Es la presión necesaria para impedir el movimiento neto de las moléculas de disolvente a través de la membrana.
Figura 1: Ósmosis y ósmosis inversa
Ósmosis Inversa
Como se ha mencionado, la ósmosis inversa es "ósmosis al revés" y, por tanto, no es un proceso natural. Por lo tanto, para que se produzca la ósmosis inversa, es necesario aplicar presión a la solución de mayor concentración. Esto provoca el paso de las moléculas de agua hacia la región de menor concentración a través de una membrana semipermeable. Esta presión debe ser superior a la presión osmótica natural para que el agua pura pase, dejando atrás la mayoría de los contaminantes o sales.
La figura 1 muestra a la derecha un tubo en forma de U con ósmosis inversa en acción. La presión aplicada sobre el agua con mayor concentración de sal hace que el agua se mueva a través de la membrana, purificando así el agua en el proceso.
Sistemas de ósmosis inversa
Un sistema simple de ósmosis inversa consiste en una bomba de alta presión que aumenta la presión del agua de alimentación con sales, iones o impurezas. Esto hace que el agua atraviese la membrana semipermeable de ósmosis inversa, dejando atrás todas las sales disueltas. La presión necesaria es directamente proporcional a la concentración de sal del agua de entrada. Cuanto mayor sea la concentración, mayor será la presión necesaria para superar la presión osmótica.
Figura 2: Un sencillo sistema de ósmosis inversa
La membrana de ósmosis inversa deja pasar el agua más limpia, que se denomina agua permeada. Las sales y otros contaminantes que son detenidos por la membrana salen como una corriente de rechazo. Esto se puede drenar o reciclar si es posible a través del sistema de ósmosis inversa para ahorrar agua.
Los sistemas de ósmosis inversa eliminan hasta el 99% de las sales disueltas (iones), las partículas, los agentes patógenos y las bacterias del agua de alimentación.
Electroválvula para el purificador de agua por ósmosis inversa
Normalmente las electroválvulas para los purificadores de agua RO (sistemas de ósmosis inversa) 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. La figura 3 muestra que el émbolo de la electroválvula descansa directamente sobre el recorrido u orificio del flujo 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 3: Representación esquemática de una electroválvula de accionamiento directo (2/2 vías, normalmente cerrada).
Normalmente se trata de entre 1mm y 5mm. Como el tipo de válvulas es de acción directa, no dependen de las diferencias de presión del sistema para funcionar. Esto las hace ideales para los sistemas de bajo caudal, pequeños, medianos y de alta presión hasta 150 bar. Los tamaños de los puertos van de 1/8" a 3/8".
Electroválvulas de accionamiento semidirecto
Este tipo de diseño utiliza una membrana colgada y se acciona de forma piloto como se muestra en la figura 4. 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, de alimentación por gravedad y de aspiración de agua.
Figura 4: Representación esquemática de una electroválvula de accionamiento semidirecto (2/2 vías, normalmente cerrada).
Electroválvulas de accionamiento indirecto
Las electroválvulas indirectas (figura 5) utilizan una membrana que no está unida al émbolo del solenoide. Por lo tanto, 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 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 el circuito de pilotaje está cerrado, la presión de entrada se acumula por encima de la membrana obligándola a cerrarse y a detener el flujo del medio.
Es ideal para sistemas de media y alta presión, abiertos a la atmósfera y alimentados por bomba.
Figura 5 Representación esquemática de una electroválvula de accionamiento indirecto (2/2 vías, normalmente cerrada).
Otros tipos de válvulas
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 manilla. Estas válvulas pueden ser de accionamiento manual, neumático o eléctrico. Pueden utilizarse en posiciones intermedias para detener el flujo de agua a un sistema, tanque o componentes para facilitar el mantenimiento y los períodos de inactividad prolongados. 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 junto con tanques prepresurizados y válvulas de flotador para desconectar automáticamente la alimentación del sistema de ósmosis inversa cuando el tanque está lleno y volver a conectarlo cuando el nivel del tanque 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 más allá de un determinado nivel y detiene automáticamente el flujo de agua en un tanque o depósito. Cuando el nivel del agua alcanza la posición del flotador, la flotabilidad del mismo hace que el brazo se eleve, cerrando así la válvula. Cuando se utiliza junto con una válvula de cierre automática de tipo membrana. La contrapresión creada por el cierre de la válvula del depósito hará que la válvula de cierre cierre cierre la alimentación de agua al 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.
Válvulas de Retención (check)
Las válvulas de retención 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 evitan el reflujo hacia la membrana. Cuando hay contrapresión en el sistema, especialmente cuando el depósito está lleno, la válvula accionada por resorte 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 tanques presurizados y/o válvulas de cierre automático.
Características necesarias de las electroválvulas
Selección de materiales:
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:
- lasválvulas de 2 vías de accionamiento directo se utilizan para sistemas de bajo caudal, pequeños, medianos y de 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.
- lasválvulas 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.
- laselectroválvulas de 2 vías de accionamiento indirecto son ideales para aplicaciones atmosféricas, de media presión y de gran caudal. La diferencia de presión debe ser superior a 0,5 bares.
- lasválvulas de 2 vías de accionamiento semidirecto son ideales para sistemas de tuberías de baja presión y de 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, sin energía, el puerto de presión está conectado al puerto 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 los dos fluidos o para desviar el flujo 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:
Tamaño del puerto y tipo de rosca
Asegurarse de que los tipos de rosca y el tamaño del puerto son exactamente los mismos 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 de 1/4 de pulgada BSPP no funcionará correctamente si el puerto de entrada tiene roscas de 1/4 de pulgada NSP.
Golpe de ariete
Puede producirse un golpe de ariete debido a que las electroválvulas son de acción rápida. Por lo tanto, para ciertas aplicaciones es importante conseguir una válvula con un tiempo de cierre ajustable, como estas electroválvulas de agua de cierre lento.