apparecchio dializzatore in flusso d'acqua continuo
In realtà, secondo un modello più realistico, la membrana è permeabile sia al soluto che al solvente; però, con coefficienti di diffusione notevolmente differenti (quello relativo al soluto è molto maggiore di quello relativo al solvente).
apparecchio dializzatore in flusso d'acqua continuo |
Se si pone in un recipiente formato da una membrana dializzatrice una miscela di una soluzione unita a particelle relativamente grandi, e si immerge il recipiente in una vasca contenente acqua distillata, il soluto che si trova nella soluzione vera attraversa per diffusione (legge di Fick) la membrana fino ad eguagliare la concentrazione nei due recipienti, mentre il colloide viene trattenuto. Se nel recipiente l'acqua viene rinnovata continuamente, si potrà filtrare completamente il soluto mentre il colloide resterà nel recipiente a membrana.
 Una membrana semipermeabile è una membrana che lascia passare alcuni atomi o molecole ma non altre. La pellicola trasparente per alimenti è una membrana, ma è impermeabile a tutto ciò con cui comunemente viene a contatto. Il più comune esempio di membrana semipermeabile sono la membrana intestinale e le membrane cellulari.
Le membrane semipermeabili fanno parte anche della vita di ogni giorno. Per esempio, il Gore-tex® (un materiale impiegato per calzature, guanti e tute impermeabili): è costituito da una sottilissima pellicola di plastica in cui sono stati praticati miliardi di piccoli fori (pori). Questi fori sono grandi abbastanza per far passare le molecole del vapore acqueo, ma abbastanza piccoli per impedire il passaggio dei liquidi. |
Le membrane sono impiegate per la microfiltrazione, l'ultrafiltrazione, e l'osmosi inversa.
Membrane semipermeabili con un'adatta selettività sono utilizzate in tecnologie di separazione a livello molecolare, dei componenti delle soluzioni, in aggiunta o in sostituzione dei trattamenti termici.
I vantaggi economici che ne derivano riguardano principalmente il miglioramento della qualità del prodotto e la stabilità delle sue caratteristiche nel tempo. L'energia elettrica è necessaria per l'azionamento dei motori delle pompe che generano la differenza di pressione richiesta.
vantaggi per l'utilizzatore industriale:
La concentrazione di ossigeno disciolto nell'acqua è nettamente inferiore a quella dell'aria, quindi le branchie devono essere più efficaci dei polmoni per estrarre quanto più ossigeno possibile. Questo spiega perché l'acqua nelle branchie scorre in direzione opposta al sangue (come per gli scambiatori di calore in controcorrente), mantenendo così un elevato gradiente di concentrazione. Con questo sistema i pesci estraggono oltre l'80% dell'ossigeno disciolto, mentre nei polmoni dei mammiferi esiste un limite teorico del 50% che in realtà non viene raggiunto in quanto appena la concentrazione relativa di ossigeno nel sangue e nell'aria sono uguali, la diffusione del gas si arresta.
Ora, dal momento che il funzionamento delle branchie può essere ricondotto ad un processo diffusivo, è ovvio che si sia pensato di realizzare branchie artificiali, cioè un dispositivo in grado di separare l'ossigeno dall'acqua e renderlo disponibile per la respirazione. Questo sistema permetterebbe agli uomini di poter andare sott'acqua senza le bombole, offrendo una autonomia teoricamente infinita. Proprio come si vede fare da Obi-Wan Kenobi e dal suo maestro jedi Qui-Gon Jinn nel primo episodio di Star Wars.
Purtroppo il processo non è così semplice, atrimenti basterebbe una membrana permeabile all'ossigeno, aggiungerla ad un boccaglio ed immergersi. Forse potrebbe funzionare... se foste capaci di produrre la depressione necessaria per "convincere" l'ossigeno ad attraversare la membrana. Ovviamente questo non è possibile e quindi il dipositivo dovrebbe incorporare un sistema per ottenere la pressione negativa necessaria. Questo richiede ingombro ed energia... per questo, nonostante i prototipi sperimentati dalla Fuji Systems fin dagli anni '70, si continuano ad usare le bombole!
Un ingegnere australiano ha brevettato il sistema Like a fish, costituito da due pompe alimentate da una batteria. Una pompa serve per aspirare l'acqua e inviarla ad una centrifuga; la seconda, all'interno del vortice creato dalla centrifuga, realizza una pressione 5 volte inferiore a quella atmosferica, in modo da estrarre dall'acqua una miscela gassosa composta da ossigeno (34%), azoto (60%) e anidride carbonica (6%). Il prototipo filtra circa 400 litri/h e quindi, in base alla percentuale di ossigeno presente nell'acqua (9,1 mg/L a 20 ºC) è facile calcolare (con l'equazione di stato dei gas) che potrebbe rilasciare 4.8 litri/h di ossigeno se l'efficienza fosse del 100%, però con un'efficienza ottimistica del 60% diventano 2,8 litri/h e quindi, considerando un consumo di 20 l/h (a riposo!) l'alimentazione è sufficiente per circa 6 minuti...
Che si possano realizzare branchie artificiali è dimostrato; quando saranno disponibili in modo competitivo con le bombole è un'altra cosa.
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Marcello Guidotti, copyright 2003-2011
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