Calculadora de pressão osmótica

Estime a pressão osmótica ideal da água a partir das concentrações das espécies dissolvidas, ou utilize uma aproximação por cloreto de sódio (NaCl) claramente definida quando apenas o TDS estiver disponível. Trata-se de um cálculo de avaliação preliminar, não de um projeto de sistema de osmose inversa.

Método de cálculoAnálise das espécies dissolvidasTDS com aproximação por NaCl

No modo de análise, introduza abaixo as espécies dissolvidas; o campo separado de TDS é ignorado. Os campos de espécies deixados em branco são considerados como zero. No modo de aproximação por NaCl, apenas o TDS e a temperatura são utilizados; os campos das espécies são ignorados.

Análise da água

Espécies dissolvidas	Concentração	Unidade	Exemplo de água salobra (mg/L)	Exemplo de água do mar (mg/L)
Amónio (NH4+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	0.05	-
Potássio (K+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	3.3	390
Sódio (Na+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	36	10900
Magnésio (Mg2+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	6	1310
Cálcio (Ca2+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	84	410
Estrôncio (Sr2+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	0.7	13
Bário (Ba2+)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	0.07	0.05
Carbonato (CO32-)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	-	-
Bicarbonato (HCO3-)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	265	152
Nitrato (NO3-)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	4.3	0.6
Cloreto (Cl-)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	45	19700
Fluoreto (F-)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	0.14	1.4
Sulfato (SO42-)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	24	2740
Sílica (SiO2)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	9	5
Boro (B)		mg/L ppm g/m3 mol/L mmol/L	-	5

Usar exemplo de água salobra Usar exemplo de água do mar

Os exemplos selecionam o modo de análise, repõem as unidades de concentração em mg/L e definem a temperatura para 12 °C no caso da água salobra ou 20 °C no caso da água do mar. Não substituem uma análise da sua própria água. Um traço num exemplo significa que é introduzido zero para esta demonstração.

TDS para o modo de aproximação por NaCl (mg/L)

Temperatura da água

Unidade de temperatura°C°FK

Calcular a pressão osmótica ideal Limpar valores

Resultados

Soma das concentrações indicadas (mg/L)
Concentração total de partículas dissolvidas (mmol/L)
Pressão osmótica ideal (bar)

O que é a pressão osmótica?

A osmose é o movimento da água através de uma membrana semipermeável em direção ao lado com maior concentração de partículas dissolvidas. A pressão osmótica é a pressão necessária para impedir este movimento líquido em condições de equilíbrio. O número de partículas dissolvidas é importante: massas iguais de sais diferentes podem produzir pressões osmóticas diferentes.

Fórmula e unidades

π = RTΣc_j, em que π é a pressão osmótica ideal em bar, R = 0,0831446 L·bar/(mol·K), T é a temperatura em kelvin (°C + 273,15) e Σc_j é a soma das concentrações de partículas dissolvidas em mol/L. A concentração de partículas apresentada é expressa em mmol/L. A molaridade é medida por litro de solução; a molalidade é medida por quilograma de solvente e não pode ser obtida com exatidão a partir destes dados sem informações adicionais sobre a densidade e a composição.

A análise já apresenta os iões individuais, pelo que cada ião é contado uma vez; não é aplicado nenhum fator de dissociação adicional. Na aproximação por NaCl, pressupõe-se a dissociação completa em Na⁺ e Cl⁻, pelo que Σc_j = 2 × TDS/(58,44 × 1000), com TDS em mg/L. Por exemplo, 1 000 mg/L expressos como NaCl a 25 °C resultam em aproximadamente 0,848 bar neste modelo ideal.

Como introduzir os dados da análise

Utilize concentrações expressas nas espécies indicadas: cálcio como Ca, bicarbonato como HCO₃, sílica como SiO₂ e boro como B. Antes de introduzir os valores, converta os que estejam expressos como CaCO₃, azoto ou noutra base de expressão. O cálculo contabiliza uma mole de partículas dissolvidas por mole de sílica dissolvida (expressa como SiO₂) ou de boro (expresso como B); não calcula a especiação dependente do pH. Inclua os constituintes dissolvidos relevantes e verifique o balanço iónico da análise. Iões em falta, gases dissolvidos ou solutos orgânicos não listados podem afetar o resultado.

A opção ppm é tratada como numericamente igual a mg/L, uma aproximação para soluções aquosas diluídas; g/m³ equivale a mg/L. A soma das concentrações indicadas abrange apenas as espécies introduzidas e as respetivas bases de expressão, pelo que não constitui uma medição laboratorial de TDS. O TDS, por si só, não identifica a composição dos sais, e a aproximação por NaCl não reproduz toda a composição química da água do mar.

Porque é que esta não é a pressão de funcionamento da osmose inversa (RO)

A osmose inversa depende da diferença de pressão osmótica entre a alimentação/concentrado e o permeado, juntamente com a diferença de pressão hidráulica aplicada. A pressão de funcionamento necessária também depende da taxa de recuperação, da permeabilidade da membrana, do caudal, das perdas de pressão e da polarização de concentração. Um múltiplo fixo da pressão osmótica da alimentação não permite determinar as condições de serviço de uma bomba nem selecionar uma membrana.

Limitações da estimativa

O modelo pressupõe um comportamento ideal e não aplica um coeficiente osmótico nem uma correção de atividade. É mais adequado como aproximação para soluções diluídas. Para água do mar, salmouras ou decisões de projeto, utilize um modelo não ideal adequado e um cálculo de dimensionamento de membranas. O intervalo de temperatura aceite de 0–100 °C é um limite de entrada do software, não um intervalo de exatidão validado nem um limite de funcionamento da membrana.

Contacte a Lenntech sobre a sua análise de água e a sua aplicação de osmose inversa (RO).

Elementos de membrana FilmTec · Outras calculadoras

Referências: OpenStax: Propriedades coligativas; Manual técnico de RO/NF da DuPont FilmTec.

Aviso: a Lenntech BV não pode ser responsabilizada por erros no cálculo, no próprio programa ou na explicação. Em caso de dúvidas ou comentários, por favor contacte-nos.