Calculadora de presión osmótica
Estime la presión osmótica ideal del agua a partir de las concentraciones de sus especies disueltas, o utilice una aproximación con cloruro de sodio (NaCl) claramente definida cuando solo se disponga de los sólidos disueltos totales (TDS). Este es un cálculo de evaluación preliminar, no un diseño de un sistema de ósmosis inversa.
Supuesto del modelo: la calculadora utiliza la ecuación ideal de van’t Hoff, π = RTΣcj. El agua de mar real y las soluciones concentradas requieren un modelo no ideal para obtener una estimación fiable de la presión osmótica. El ejemplo de agua de mar es ilustrativo.
¿Qué es la presión osmótica?
La ósmosis es el movimiento del agua a través de una membrana semipermeable hacia el lado con mayor concentración de partículas disueltas. La presión osmótica es la presión necesaria para detener este movimiento neto en condiciones de equilibrio. El número de partículas disueltas es importante: masas iguales de distintas sales pueden producir presiones osmóticas diferentes.
Fórmula y unidades
π = RTΣcj, donde π es la presión osmótica ideal en bar, R = 0,0831446 L·bar/(mol·K), T es la temperatura en kelvin (°C + 273,15), y Σcj es la suma de las concentraciones de partículas disueltas en mol/L. La concentración de partículas que se muestra está en mmol/L. La molaridad se mide por litro de disolución; la molalidad se mide por kilogramo de disolvente y no puede obtenerse de forma exacta a partir de estos datos sin información adicional sobre la densidad y la composición.
El análisis ya enumera los iones individuales, por lo que cada ion se cuenta una sola vez; no se aplica ningún factor de disociación adicional. En la aproximación con NaCl, se supone una disociación completa en Na+ y Cl−, por lo que Σcj = 2 × TDS/(58,44 × 1000), con TDS en mg/L. Por ejemplo, 1000 mg/L expresados como NaCl a 25 °C dan aproximadamente 0,848 bar en este modelo ideal.
Cómo introducir los datos del análisis
Utilice concentraciones expresadas como las especies indicadas: calcio como Ca, bicarbonato como HCO3, sílice como SiO2 y boro como B. Convierta los valores expresados como CaCO3, nitrógeno o sobre otra base de expresión antes de introducirlos. El cálculo cuenta un mol de partículas disueltas por mol de sílice disuelta (expresada como SiO₂) o de boro (expresado como B); no calcula la especiación dependiente del pH. Incluya los componentes disueltos pertinentes y compruebe el balance iónico del análisis. La ausencia de iones, los gases disueltos o los solutos orgánicos no incluidos en la lista pueden afectar al resultado.
La opción ppm se considera numéricamente igual a mg/L, una aproximación válida para disoluciones acuosas diluidas; g/m3 equivale a mg/L. La suma de concentraciones indicada abarca únicamente las especies introducidas y la base de expresión indicada para cada una, por lo que no constituye una medición de TDS en laboratorio. Los TDS por sí solos no permiten identificar la composición de las sales, y la aproximación con NaCl no reproduce toda la química del agua de mar.
Por qué esta no es la presión de funcionamiento de la ósmosis inversa
La ósmosis inversa depende de la diferencia de presión osmótica entre la alimentación/el concentrado y el permeado, junto con la diferencia de presión hidráulica aplicada. La presión de funcionamiento necesaria también depende de la recuperación, la permeabilidad de la membrana, el caudal, las pérdidas de presión y la polarización por concentración. Un múltiplo fijo de la presión osmótica de la alimentación no permite determinar las condiciones de servicio de una bomba ni seleccionar una membrana.
Limitaciones de la estimación
El modelo supone un comportamiento ideal y no aplica ningún coeficiente osmótico ni corrección de actividad. Su uso más adecuado es como aproximación para disoluciones diluidas. Para agua de mar, salmueras o decisiones de diseño, utilice un modelo no ideal adecuado y un cálculo de diseño de membranas. El intervalo de temperatura admitido de 0–100 °C es un límite de entrada del programa, no un intervalo de exactitud validado ni un límite de funcionamiento de la membrana.
Contacte con Lenntech acerca de su análisis de agua y su aplicación de ósmosis inversa.
Elementos de membrana FilmTec · Otras calculadoras
Referencias: OpenStax: Propiedades coligativas; Manual técnico de OI/NF de DuPont FilmTec.
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