La ósmosis inversa es hoy la tecnología dominante en desalación y en tratamiento de agua industrial. Entender el fenómeno del que toma el nombre ayuda a comprender por qué consume energía, por qué esa energía depende de la salinidad y por qué existe un límite físico que no se puede rebasar.
La ósmosis
Es un fenómeno natural. Si se separan dos disoluciones de distinta concentración mediante una membrana semipermeable —que deja pasar el agua pero no las sales disueltas—, el agua atraviesa espontáneamente la membrana desde la disolución menos concentrada hacia la más concentrada.
Es lo que ocurre cuando unas pasas se dejan en agua: el agua entra en la pasa, que se hincha, porque el interior de la pasa está más concentrado que el agua que la rodea. La pasa no absorbe el agua activamente; el agua entra por sí sola.
El proceso continúa hasta que la diferencia de niveles genera una presión que lo equilibra. Esa presión es la presión osmótica, y su valor depende de la concentración de sales: cuanto más salada es la disolución, mayor es.
La ósmosis inversa
Consiste en forzar el proceso en sentido contrario: hacer que el agua vaya desde la disolución más concentrada hacia la menos concentrada, que es lo opuesto a lo que ocurriría por sí solo.
Para conseguirlo hay que aplicar presión sobre el lado concentrado, y esa presión tiene que superar la presión osmótica del agua de alimentación. Solo entonces el agua empieza a atravesar la membrana en el sentido deseado, dejando las sales atrás.
De ahí se deducen tres cosas que explican buena parte del comportamiento de una planta:
- Por qué consume energía. No es una filtración por gravedad: hay que vencer una fuerza física con presión, y mantenerla de forma continua.
- Por qué el agua de mar consume mucho más que el agua salobre. La presión osmótica depende de la salinidad. Desalar agua de mar exige trabajar a presiones muy superiores a las de un agua salobre de pozo, y esa diferencia se traduce directamente en consumo.
- Por qué existe un mínimo teórico. Hay una cantidad de energía por debajo de la cual la separación es imposible, y la impone la física. El trabajo de mejora consiste en acercarse a ese mínimo, no en eludirlo.
Qué ocurre dentro del bastidor
La bomba de alta presión impulsa el agua de alimentación contra la membrana. Una parte la atraviesa y se recoge como permeado, el agua producida. El resto continúa circulando y sale como rechazo o salmuera, arrastrando las sales que no han pasado.
Ese caudal de rechazo no es un residuo del diseño: es necesario. Si se intentara convertir todo el agua de alimentación en permeado, las sales se concentrarían sin límite sobre la superficie de la membrana hasta precipitar. El rechazo es lo que las arrastra fuera.
La proporción entre ambos es la tasa de conversión, y elegirla es una de las decisiones centrales del diseño: más conversión significa aprovechar mejor el agua captada, pero también concentrar más la salmuera, subir la presión necesaria y acelerar la incrustación.
La salmuera sigue teniendo energía
El rechazo sale del bastidor a una presión próxima a la de trabajo. Sin recuperación, esa energía se disipa en una válvula.
Los dispositivos de recuperación de energía transfieren esa presión al agua de alimentación entrante, de modo que la bomba de alta presión solo aporta la diferencia. Es el elemento que más ha reducido el consumo de la desalación de agua de mar en las últimas décadas, y se entiende directamente a partir de lo anterior: si hay que aportar presión y la salmuera sale con presión, desperdiciarla no tiene sentido.
Y la ósmosis directa
Existe una tercera vía que conviene no confundir. La ósmosis directa aprovecha el fenómeno natural en lugar de invertirlo: se coloca al otro lado de la membrana una disolución de arrastre aún más concentrada que el agua salada, y el agua la atraviesa espontáneamente, sin aportar presión.
El coste se traslada entonces a la etapa siguiente, porque hay que separar el agua de esa disolución de arrastre. Es un planteamiento con aplicaciones concretas, no un sustituto general de la ósmosis inversa.
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