Por Warren Ricardo Aguilar Rivel – Estudiante de la carrera de Ingeniería Química Industrial
Distintos materiales de procesos químicos presentan mezclas de diferentes componentes tanto en fase gaseosa, líquida o sólida, y muchas veces se quiere extraer o separar uno o más de los componentes de la mezcla original (Wankat, 2008). Existen variados métodos de separación que se pueden utilizar dependiendo del componente que se desea separar. En los últimos años se destaca la separación por medio de membranas que se está volviendo cada vez más importante en las industrias de proceso. Esta es una operación unitaria relativamente nueva que actúa como una barrera que permite el paso a ciertas moléculas dependiendo de su tamaño, esto se conoce como un membrana semipermeable, y puede ser entre dos componentes líquidos, dos gaseoso o una líquido y una gaseoso (Geankoplis, 1998). El transporte a través de la membrana se da gracias a una fuerza motriz que, en este caso, será un diferencial de presión presente en la membrana.
Una membrana se conoce como una capa delgada que separa dos fases y, además, actúa como barrera selectiva al transportar la materia; es decir, es una barrera física entre dos fluidos. El fluido que pasa a través de la membrana se llama “permeado” y el que queda retenido se conoce como “retentado o retenido”. El equipo que se requiere para realizar la separación consiste en la membrana y el recipiente que va a contener a ambos fluidos (Wankat, 2008).
Existen diferentes procesos para la separación mediante membranas, según el objetivo. En la industria se busca mucho realizar una separación selectiva de moléculas tanto para concentrar como para purificar compuestos de distintos pesos moleculares como proteínas, lácteos, carbohidratos y enzimas, para esto se usa la operación de ultrafiltración (Vidal Brotons, 2017). “La membrana distingue los diferentes tamaños moleculares, formas o estructuras químicas y separa los solutos de peso molecular relativamente alto , como proteínas, polímeros, materiales coloidales como minerales” (Geankoplis, 1998). Esta se utiliza a diferentes presiones con un cierto intervalo de tamaño de poro, dependiendo de lo que se quiera separar. Los sistemas más comunes para la ultrafiltración son los de membrana en espiral y de fibra hueco o tubo envolvente.
Membranas enrolladas en espiral. Esta configuración conserva la sencillez de fabricación de las membranas planas pero aumenta marcadamente el área de membrana por volumen de separador unitario hasta más de 100 pie2/pie3 (328 m2/m3) y al mismo tiempo disminuyen las caídas de presión. El ensamble es una superposición de cuatro hojas envueltas alrededor de un centro formado por un tubo colector perforado. Las cuatro hojas constan de una hoja superior que es una rejilla separadora abierta para el canal de alimentación, una membrana, un refuerzo de fieltro poroso para el canal de la sustancia permeada y otra membrana (Geankoplis, 1998).
Membranas de fìbras huecas. Estas membranas tienen forma de fibras huecas de diámetro diminuto. El diámetro interior de estas fibras es de 100 a 500 Pm y exterior de 200 a 1000 m, con una longitud de hasta 3 a 5 m. Finos tubos están unidos en los extremos y forman una hoja de tubos rodeada de una envoltura metálica, con diámetro de 0.1 a 0.2 m, de modo que el área de la membrana por volumen unitario es de más de 10000 m2/m3 (Geankoplis, 1998).
Con respecto a otras técnicas de tratamiento, la separación mediante membranas se produce en la misma fase, lo que hace que sea energéticamente favorable con respecto a la destilación; no se produce acumulación o por lo menos no una significante, por lo que la unidad puede trabajar de manera continua sin regeneración. Además, no se utilizan reactivos o, por lo menos, se adicionan en pequeñas cantidades, a diferencia de los procesos convencionales de clarificación que normalmente requieren de la adición de coagulantes y floculantes. Entre las aplicaciones de las membranas destacan la purificación, especialmente en el tratamiento de aguas residuales, y también la reutilización de aguas en la industria de alimentos tiene su importancia. En industrias donde se utiliza mucha agua, como la textil, esta es muchas veces tomada de ríos o de fuentes subterráneas; para estos casos es idea un pretratamiento de agua con membrana (Rodríguez, 2015).
MOXIE es el Canal de ULACIT (www.ulacit.ac.cr), producido por y para los estudiantes universitarios, en alianza con el medio periodístico independiente Delfino.cr, con el propósito de brindarles un espacio para generar y difundir sus ideas. Se llama Moxie - que en inglés urbano significa tener la capacidad de enfrentar las dificultades con inteligencia, audacia y valentía - en honor a nuestros alumnos, cuyo “moxie” los caracteriza.
Referencias bibliográficas:
-
Geankoplis, C. J. (1998). Procesos de transporte y operaciones unitarias. México: CECSA.
-
Rodríguez, P. U. (2105). Filtración en membrana y ósmosis inversa (ft-ter-005). Coruña: INDITEX.
-
Vidal Brotons, D. (2017). separación por membranas. Valencia: Universidad Politécnica de Valencia.
-
Wankat, P. C. (2008). Ingeniería de Procesos de Separación. México: Pearson .