thumbnail|Processos de Membrana Osmótica
Osmose forçada (OF) é um processo osmótico que, como osmose inversa (OR), usa uma membrana semipermeável para efetuar a separação de água de solutos dissolvidos. A força motriz dessa separação é um gradiente de pressão osmótica, de modo que uma solução de extração (“solução de arraste”) de alta concentração (em relação à da solução de alimentação) é utilizada para induzir um fluxo líquido de água através da membrana em direção à solução de extração, separando, assim, de forma eficaz a água de alimentação de seus solutos. Em contrapartida, o processo de osmose reversa utiliza a pressão hidráulica como força motriz para a separação, a qual atua contra o gradiente de pressão osmótica que, de outra forma, favoreceria o fluxo de água do permeado para a alimentação. Consequentemente, a osmose reversa requer significativamente mais energia do que a osmose direta.
thumb|Família de processos de membrana osmótica, incluindo osmose reversa e osmose direta.
A equação mais simples que descreve a relação entre as pressões osmótica e hidráulica e o fluxo de água (solvente) é:
onde é o fluxo de água, A é a permeabilidade hidráulica da membrana, Δπ é a diferença de pressões osmóticas nos dois lados da membrana, e ΔP é a diferença na pressão hidrostática (valores negativos de indicando fluxo de osmose reversa). Na prática, a modelagem dessas relações é mais complexa do que essa equação indica, uma vez que o fluxo depende das características da membrana, da alimentação e da solução de arraste, bem como da dinâmica de fluidos no próprio processo.
O fluxo de Tsoluto () para cada soluto individual pode ser modelado pela lei de Fick
Onde é o coeficiente de permeabilidade do soluto e é a diferença de concentração transmembrana para o soluto. Fica evidente, a partir dessa equação fundamental, que um soluto se difundirá de uma região de alta concentração para uma de baixa concentração, caso os solutos possam atravessar a membrana por difusão. Esse fenômeno é bem conhecido na osmose reversa, na qual solutos da água de alimentação se difundem para a água produzida; no entanto, no caso da osmose direta, a situação pode ser muito mais complexa.
Em processos OF podemos ter difusão de soluto em ambas as direções dependendo da composição da solução de extração, tipo de membrana utilizada e características da água de alimentação. O fluxo reverso de soluto () dois fenômenos ocorrem: os solutos da solução de extração podem difundir-se para a solução de alimentação, e os solutos da solução de alimentação podem difundir-se para a solução de extração. Claramente, esses fenômenos têm implicações na escolha da solução de extração para qualquer processo específico de OF. Por exemplo, a perda de solução de extração pode afetar a solução de alimentação — talvez devido a questões ambientais ou à contaminação da corrente de alimentação, como ocorre em biorreatores de membrana osmóticos.
Uma distinção adicional entre os processos de osmose reversa (OR) e osmose forçada (OF) é que a água permeada resultante de um processo de OR é, na maioria dos casos, água doce pronta para uso. Na OF, é necessário um processo adicional para separar a água doce de uma solução de arraste diluída. Os tipos de processos utilizados incluem osmose reversa, extração por solvente, bem como métodos magnéticos e termolíticos. Dependendo da concentração de solutos na alimentação (que determina a concentração necessária de solutos na solução de arraste) e do uso pretendido do produto do processo de OD, a inclusão de uma etapa de separação pode não ser necessária. A separação por membrana no processo de OD resulta, na prática, em uma "troca" entre os solutos da solução de alimentação e os da solução de arraste.
O processo de osmose direta também é conhecido como osmose ou — no caso de várias empresas que criaram sua própria terminologia — como 'osmose projetada' e 'osmose manipulada'.
Aplicações
Bebidas de emergência 100px|thumbnail|Bolsa de hidratação antes do uso. Um exemplo de aplicação desse tipo pode ser encontrado nas "bolsas de hidratação", que utilizam um soluto de extração (ou soluto de arraste) ingerível e destinam-se à separação de água a partir de soluções de alimentação diluídas. Isso permite, por exemplo, a ingestão de água proveniente de fontes superficiais (riachos, lagoas, poças, etc.) que podem conter patógenos ou toxinas, os quais são prontamente rejeitados pela membrana de OF. Com tempo de contato suficiente, essa água permeia a membrana da bolsa em direção à solução de extração, deixando para trás os constituintes indesejáveis da solução de alimentação. A solução de extração diluída pode, então, ser ingerida diretamente. Tipicamente, os solutos de extração são açúcares como glicose ou frutose, que oferecem o benefício adicional de fornecer nutrientes ao usuário do dispositivo de OF. Um aspecto de interesse adicional dessas bolsas é que elas podem ser facilmente utilizadas para reciclar urina, ampliando significativamente a capacidade de sobrevivência de mochileiros ou soldados em ambientes áridos. Esse processo também pode, em princípio, ser empregado com fontes de alimentação salinas de alta concentração, como a água do mar, visto que um dos primeiros usos planejados da OF com soluções ingeríveis foi a sobrevivência em balsas salva-vidas no mar.
Categoria:Tratamento de águas Categoria:Difusão Categoria:Tecnologia de membrana Categoria:Energia sustentável
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