CUADRO DE CONTENIDO
1.1 Introducción.
1.2 Fuerzas entre las partículas.
1.2.1 Fuerzas repulsivas.
1.2.2 Fuerzas atractivas.
1.2.3 Energía total de interacción.
1.2.4 Trayectoria de una partícula en un fluido por un campo eléctrico de atracción.
1.3 Potencial Z.
1.3.1 Potencial Z en filtros.
1.4 Proceso de intercambio iónico.
REPULSION ELECTROESTATICA
1.1 INTRODUCCION
La fuerza de repulsión electrostática se da cuando dos cargas tienen la misma polaridad. En el caso de la atracción del campo eléctrico, la carga en el canal de la pared se supone positiva, mientras que una partícula con carga negativa se introduce en el campo, la carga de la pared mantiene su magnitud positiva, mientras que la carga de la partícula se cambia de negativa a una carga positiva. En un estudio realizado, se observo que para el flujo en microcanales cuando estos no tienen campo eléctrico repulsivo una sola partícula es capaz de entrar al micro canal. Cuando el campo eléctrico tiene el efecto de atracción (polaridad opuesta), las partículas entran en el canal, debido a la fuerza de atracción donde la fuerza electrostática actúa sobre la partícula como fuerza de arrastre y la influencia de estas dos fuerzas en la partícula es lo que finalmente la atrae hacia la pared. Cuando el campo eléctrico tiene el efecto de repulsión (misma polaridad), las paredes de carga positiva de los canales del filtro repelen a las partículas con carga positiva que intentan entrar en el canal y desvían su trayectoria. (http://www.lib.ncsu.edu/theses/available/etd-08172009-161722/unrestricted/etd.pdf)
1.2 Fuerzas Entre las Partículas
Como ya sabemos que las partículas tenderán a unirse para disminuir la energía superficial del sistema, toda fuerza que tienda a mantener las partículas separadas, o sea, una fuerza repulsiva, tenderá a aumentar la estabilidad del sistema. Por el contrario, toda fuerza que tienda a reunir las partículas, o sea, una fuerza atractiva, tenderá, al sumarse al efecto de la energía superficial, a reducir la estabilidad de estos sistemas. (José Helman. Farmacotecnia teórica y práctica. CECSA México 1984. Capítulo 15)
1.2.1 Fuerzas Repulsivas
Las fuerzas repulsivas más significativas que pueden existir entre las partículas sólidas de una suspensión, son las que derivan de la existencia de la doble capa eléctrica. Todas las partículas sólidas de una suspensión son de la misma naturaleza, luego si se produce una adsorción de iones y se genera una doble capa eléctrica alrededor de cada partícula, cada una de ellas tendrá una carga eléctrica del mismo signo. Esta carga, de acuerdo a la ley de Coulomb, generará una fuerza repulsiva entre todas y cada una de las partículas tendiendo, en consecuencia, a mantenerlas separadas. (José Helman. Farmacotecnia teórica y práctica. CECSA México 1984. Capítulo 15)
1.2.2 Fuerzas Atractivas
Las fuerzas atractivas entre las partículas sólidas de una suspensión pueden generarse por interacciones entre dipolos permanentes o inducidos, existentes o creados, en las partículas y también por efectos cuánticos. Estas fuerzas atractivas se denominan, fuerzas de London-Van der Waals y son también una función de la inversa de la distancia que separa las partículas elevadas a un exponente. Se comprende, por lo tanto, que si bien estas fuerzas son muy intensas a pequeñas distancias, al estar elevada esta distancia a un exponente tan alto, la intensidad de las fuerzas disminuye con mucha rapidez cuando la distancia aumenta. (José Helman. Farmacotecnia teórica y práctica. CECSA México 1984. Capítulo 15)
1.2.3 Energía Total de Interacción
En la Fig. -11 se han representado las curvas de energía total de interacción entre dos superficies sólidas que posean simultáneamente fuerzas atractivas y repulsivas. Estas curvas se obtienen con la sumatoria de las intensidades de esas fuerzas en función de la inversa de la distancia. La curva A representa la suma de la curva de atracción con la curva de repulsión a. La curva B representa la suma de la curva de atracción con la curva de repulsión b correspondiente a una intensidad repulsiva menor que la de la curva a.
Como puede observarse en la curva B, la sumatoria de las acciones atractivas y repulsivas da, en este caso, un efecto atractivo para una distancia muy pequeña que se va haciendo menor a medida que ésta aumenta. En el caso de la curva de energía total de interacción A, debido a que la intensidad de la fuerza repulsiva es en este caso mayor, y a la diferencia entre los exponentes a los que está elevada la distancia según sean fuerzas atractivas o repulsivas, se puede observar que, entre determinadas distancias, sigue todavía existiendo una supremacía de las fuerzas repulsivas con respecto a las atractivas.
1.2.4 TRAYECTORIA DE UNA PARTÍCULA EN UN FLUIDO CON UN CAMPO ELÉCTRICO DE ATRACCIÓN.
Con el fin de estudiar el efecto de la carga electrostática de atracción sobre la trayectoria de las partículas a lo largo de las paredes con la fuerza de arrastre, a la carga distribuida sobre la superficie de las paredes del canal, se le asigna una carga positiva (polaridad) y la carga de la partícula se supone negativa. Las partículas se inyectan desde diferentes lugares dentro del mismo canal. Debido a la polaridad inversa entre la carga de las partículas y la carga de la pared, existe una fuerza de atracción entre los dos. (http://www.lib.ncsu.edu/theses/available/etd-08172009-161722/unrestricted/etd.pdf)
1.3 POTENCIAL ZETA.
El potencial Zeta es el potencial eléctrico que existe en el plano de corte de la partícula, con una distancia corta de la superficie.
Las partículas coloidales dispersas en una solución están cargadas eléctricamente gracias a sus características iónicas y características de bipolaridad. El desarrollo de una red de carga eléctrica en la superficie de la partícula puede afectar la distribución de iones en una región interfacial vecina, y provocar un aumento de la concentración de iones contados (iones de carga contraria a las partículas) cerca de la superficie.
Cada partícula dispersa en una solución se rodea de iones cargados con carga opuesta que se denomina capa fija. Fuera de esta capa fija, existen distintas composiciones de iones de polaridad opuesta, formando un área nebulosa. De esta manera se crea una capa doble eléctrica en la región de interfase partícula- líquido.
La capa doble consiste en dos partes: una región interna que incluyen iones unidos fuertemente a la superficie y una externa, o región de difusión donde la distribución de iones se determina por un balance de fuerzas electrostáticas y movimiento termal aleatorio.
De esta forma, el potencial en esta región decae con la distancia desde la superficie, hasta que a cierta distancia se vuelve cero.
Cuando se suministra un voltaje a una solución con partículas dispersas, las partículas son atraídas por el electrodo de polaridad opuesta, acompañados de la capa fija y parte de la capa doble difusa. El potencial en el limite entre la unidad, en el plano mencionado de corte, entre la partícula con su atmósfera iónica y el medio que le rodea, se denomina potencial zeta.
El potencial zeta es una función de la superficie cargada de una partícula, cualquier capa adsorbida en la interfase y la naturaleza y composición del medio en el que la partícula esta suspendida. (http://www.lenntech.com/library/edi/edi.htm#ixzz0pR5Y2atd)
Fig. 2 Potencial Z
1.3.1 Potencial Zeta en filtros
La mayoría de los materiales cuando se sumergen en agua presentan un potencial zeta. La mayoría de los contaminantes de agua desmineralizada, incluyendo la mayoría de los coloides, partículas, bacterias, y pirógenos (fragmentos de bacterias), están cargados negativamente. Medio filtrante puede ser modificado químicamente para dar lugar a un potencial zeta positivo.
Los elementos con potencial zeta positivo tienen una ventaja importante: remueven organismos muy pequeños cargados negativamente, muy por debajo del rango de micrones. El mecanismo de eliminación es por medio de atracción electrostática, y es efectiva en el agua teniendo en cuenta agua típica desmineralizada con rangos de PH (pH 5-8).
En los lugares activos que se ocupan por las partículas recogidas, la eficiencia de eliminación por atracción electrostática disminuye. De cualquier manera, la eficiencia actual no decae por debajo del rango de reemplazamiento/eliminación. Debido a la naturaleza altamente porosa de la membrana, el área total de la membrana que contienen lugares de potencial zeta positivo es de algunas veces mayores en magnitud que el área de filtración efectiva. Entonces, la capacidad de absorción electrostática de partículas finas es muy alta. (http://www.lenntech.com/library/edi/edi.htm#ixzz0pR5Y2atd)
1.4 PROCESO DE INTERCAMBIO IÓNICO (APLICACIÓN).
El proceso de intercambio iónico es un proceso que combina la tecnología de membrana semi-impermeable con los medios de intercambio iónico para proporcionar un proceso de desmineralización de alta eficiencia.
Para esto se emplean membranas eléctricas y especialmente preparadas, que son semi-permeables a los iones según su carga; la corriente eléctrica, y la capacidad para reducir los iones basado en su carga. A través de un electro diálisis transporta potencial eléctrico y segrega especies cargadas acuosas. La corriente eléctrica se utiliza para regenerar continuamente la resina, lo que elimina la necesidad de regeneración periódica.
Una pila de EDI tiene la estructura básica de una cámara de desionización. La cámara contiene una resina de intercambio iónico, embalada entre una membrana de intercambio catiónico y una membrana de intercambio aniónico. Sólo los iones pueden atravesar la membrana, el agua está obstruida.
Cuando el flujo entra en la resina de llenado (diluiting) compartiendo, varios procesos que se ponen en marcha; Iones fuertes son rescatados de la corriente de alimentación por las resinas de lecho mixto. Bajo la influencia de campo de corriente continua aplicada a través de la pila, los iones cargados son impulsados hacia fuera de la resina y atraídos hacia los electrodos respectivos, opuestamente cargados.
Como los iones que van hacia la membrana, pueden pasar a través de la cámara de concentración, pero no puede llegar al electrodo. Ellos están bloqueados por la membrana contigua, que contiene una resina con la misma carga. (http://www.lenntech.com/library/edi/edi.htm#ixzz0pR5Y2atd)
Fig. 3 Estructura básica de una camara de desionización. Pila EDI
REFERENCIA BIBLIOGRAFICA
1 http://www.lenntech.com/library/edi/edi.htm#ixzz0pR5Y2atd
Consultada el 31 de mayo del 2010
2 http://www.lib.ncsu.edu/theses/available/etd-08172009-161722/unrestricted/etd.pdf. Consultada el 31 de mayo del 2010
3 José Helman. Farmacotecnia teórica y práctica. CECSA México 1984. Capítulo 15
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