ES2254603T3 - Uso de un aparato para aumentar la humedad. - Google Patents

Uso de un aparato para aumentar la humedad.

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ES2254603T3 ES02079621T ES02079621T ES2254603T3 ES 2254603 T3 ES2254603 T3 ES 2254603T3 ES 02079621 T ES02079621 T ES 02079621T ES 02079621 T ES02079621 T ES 02079621T ES 2254603 T3 ES2254603 T3 ES 2254603T3
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Abstract

Uso de un aparato que consiste en una fuente de agua, una membrana hidrófila no porosa, opcionalmente al menos una abertura para llenar el aparato con la fuente de agua, y opcionalmente un material de soporte, donde la membrana hidrófila no porosa está dispuesta recubriendo o adherida sobre el material de soporte, donde dicha fuente de agua contiene agua y al menos un componente de un grupo que consta de un sólido suspendido, un sólido disuelto, un contaminante, una sal, y un material biológico, donde dicha membrana hidrófila no porosa permite que el agua pase a través de la membrana y que sea emitida como vapor de agua al interior de un espacio de aire de una cámara cerrada, impidiendo dicha membrana hidrófila no porosa que el componente, que es al menos uno del grupo que consta de un sólido suspendido, un sólido disuelto, un contaminante, una sal, y un material biológico, pase a través de la membrana hidrófila no porosa, donde dicha membrana hidrófila no porosa comprende una o más capas de polímeros hidrófilos, estando dicho polímero hidrófilo seleccionado a partir de un elastómero de copolieterester, un polieter-bloque-poliamida, un uretano de polieter, un homopolímero de alcohol de polivinilo, un copolímero de alcohol de polivinilo, y mezclas de los mismos, donde además las unas o más capas de polímeros hidrófilos tienen una tasa de transmisión de vapor de agua a un grosor de 25 micras de al menos 400 g/m2/24 horas de acuerdo con la norma ASTM E 96-95 (procedimiento BW), siendo dicha tasa de transmisión de vapor de agua medida a una temperatura del aire de 23C, una humedad relativa del 50%, y una velocidad del aire de 3 m/s, para proporcionar humedad a un espacio de aire de una cámara cerrada.

Description

Uso de un aparato para aumentar la humedad.
Antecedentes 1. Campo de la invención
Esta invención concierne al uso de un aparato aumentador de humedad para proporcionar humedad a un espacio de aire de una cámara cerrada.
2. Descripción de la técnica relacionada
Se conocen procesos para purificar agua, y el tipo de proceso usado depende de la naturaleza y cantidad de las impurezas presentes en el agua. Por ejemplo, las impurezas, tanto en forma de partículas como en solución, necesitan ser retiradas del agua. El propósito es purificar el agua de manera que contenga unas cantidades suficientemente bajas de partículas suspendidas, microbios suspendidos y sales disueltas para cumplir con los requisitos del agua potable, para la producción de comidas y bebidas, para riego agrícola y para uso industrial.
Los procesos para la purificación de agua están clasificados usualmente como filtrado, destilación u ósmosis inversa. En los procesos de filtrado de partículas convencionales, las impurezas en forma de partículas, tales como partículas inorgánicas suspendidas, son extraídas usando construcciones porosas tales como telas tejidas o no tejidas. En los casos en los que deben filtrarse partículas muy pequeñas se usan membranas poliméricas que son microporosas, es decir, las membranas tienen unos agujeros muy pequeños a través de los cuales no pueden pasar las partículas a filtrar.
Las soluciones acuosas que contienen sales disueltas son purificadas usualmente por ósmosis inversa o por destilación. Cuando la solución acuosa es en la forma de agua de mar o agua salobre, estos procesos se conocen generalmente como desalación. Los procesos de ósmosis inversa se basan en aplicar presión a soluciones de iones a través de una membrana semipermeable. Si la presión aplicada es mayor que la presión osmótica de la solución, desde el lado de la membrana que no está en contacto con la solución se recoge agua purificada. Las membranas de ósmosis inversa dejan pasar el agua a su través pero rechazan el paso de iones salinos. En realidad, a través de las membranas pasa un pequeño porcentaje, pongamos un 1%, de sales marinas. La patente US-A-5547586 da a conocer un método para desalar agua de mar y agua salobre utilizando una membrana asistida por enzimas. Al contrario de la ósmosis inversa, los métodos de destilación que usan agua de mar o agua salobre pueden producir agua con una cantidad muy baja de partículas suspendidas y sólidos disueltos. Sin embargo, el elevado calor latente o de vaporización del agua significa que los procesos de destilación requieren una gran aportación de energía y por lo tanto funcionan generalmente a un coste más elevado en comparación con los procesos de ósmosis inversa.
A partir de la patente US-A-4725481 se ha sabido que se puede usar un elastómero de copolieterester por sí mismo o como parte de una película bicomponente compuesta de una capa hidrófoba y una capa hidrófila de elastómeros de copolieterester unidas entre sí, para permitir la transferencia diferencial de vapor de agua para impedir la acumulación de humedad, tal como en drapeados quirúrgicos o en ropa de equipo impermeable.
La patente US-A-5595662 da a conocer un dispositivo de purificación de agua que comprende una densa membrana hidrófila entre un compartimento para contener un suministro de agua impura y una zona de recogida de agua purificada. La membrana hidrófila usada no contiene substancialmente poros que tengan diámetros que estén en el rango del microfiltrado.
El documento Korngold, E., Korin, E., y Ladizensky, I.; (1996) Desalinización 107 121-129 da a conocer un proceso de desalinización vía evaporación a través de fibras huecas hidrófilas o hidrófobas microporosas.
La patente US-A-5348691 da a conocer un dispositivo humidificador de membrana que se hace funcionar con agua de calidad potable normal.
La patente EP-A-0521726 da a conocer un conducto de evaporación de agua para ser usado en un equipo humidificador que no se ve afectado negativamente por el contacto con aceites, detergentes y otros líquidos.
Breve exposición de la invención
La presente invención concierne en general al uso de un aparato para la liberación controlada de agua por pervaporación, haciendo pasar vapor de agua contenido en aire, o agua líquida que puede contener impurezas suspendidas o disueltas, incluyendo, aunque sin estar limitado a las mismas, agua de mar, agua salobre u otras clases de aguas polucionadas, a través de una o más capas de membranas hidrófilas para retirar impurezas del agua.
En particular, la invención aporta el uso de un aparato aumentador de la humedad que consiste en una fuente de agua y una membrana hidrófila no porosa, opcionalmente al menos una abertura para llenar el aparato con la fuente de agua, y opcionalmente un material de soporte, donde la membrana hidrófila no porosa está dispuesta recubriendo o adherida sobre el material de soporte, donde dicha fuente de agua contiene agua y al menos un componente de un grupo que consta de un sólido suspendido, un sólido disuelto, un contaminante, una sal, y un material biológico, donde dicha membrana hidrófila no porosa permite que el agua pase a través de la membrana y que sea emitida como vapor de agua al interior de un espacio de aire de una cámara cerrada, impidiendo dicha membrana hidrófila no porosa que el componente, que es al menos uno del grupo que consta de un sólido suspendido, un sólido disuelto, un contaminante, una sal, y un material biológico, pase a través de la membrana hidrófila no porosa, donde dicha membrana hidrófila no porosa comprende una o más capas de polímeros hidrófilos, estando dicho polímero hidrófilo seleccionado a partir de un elastómero de copolieterester, un polieter-bloque-poliamida, un uretano de polieter, un homopolímero de alcohol de polivinilo, un copolímero de alcohol de polivinilo, y mezclas de los mismos, donde además las unas o más capas de polímeros hidrófilos tienen una tasa de transmisión de vapor de agua a un grosor de 25 micras de al menos
400 g/m^{2}/24 horas de acuerdo con la norma ASTM E 96-95 (procedimiento BW), siendo dicha tasa de transmisión de vapor de agua medida a una temperatura del aire de 23ºC, una humedad relativa del 50%, y una velocidad del aire de 3 m/s, para proporcionar humedad a un espacio de aire de una cámara cerrada.
La capa o capas de membrana hidrófila pueden estar presentes ya sea en la forma de una estructura no soportada o dispuestas recubriendo o adheridas a un material de soporte, donde la capa de membrana hidrófila puede ser un elastómero de copolieterester, un polieter-bloque-poliamida, un uretano de polieter, un homopolímero o copolímero de alcohol de polivinilo, o mezclas de los mismos.
La capa de membrana hidrófila está hecha de un polímero hidrófilo que tiene una tasa de transmisión de vapor de agua, de acuerdo con la norma ASTM E 96-95 (procedimiento BW), de la menos 400 g/m^{2}/24 horas, medida usando aire a 23ºC y un 50% de humedad relativa a una velocidad de 3 m/s sobre una película de 25 micras. Una capa de membrana hidrófila preferida está hecha de un polímero hidrófilo que tiene una tasa de transmisión de vapor de agua, de acuerdo con la norma ASTM E 96-95 (procedimiento BW), de la menos 3500 g/m^{2}/24 horas, medida usando aire a 23ºC y un 50% de humedad relativa a una velocidad de 3 m/s sobre una película de 25 micras.
Descripción detallada
La presente invención concierne en general al uso de un aparato para la liberación controlada de agua por pervaporación, haciendo pasar vapor de agua contenido en aire, o agua líquida que puede contener impurezas suspendidas o disueltas, incluyendo, aunque sin estar limitado a las mismas, agua de mar, agua salobre u otras clases de aguas polucionadas, a través de una o más capas de membranas hidrófilas para retirar impurezas del agua. Las capas de membrana hidrófila pueden estar presentes ya sea en la forma de una estructura no soportada o dispuestas recubriendo o adheridas a un material de soporte.
Pervaporación es el proceso en el que un solvente dado permea al interior de una membrana o recubrimiento no poroso, es transportado a través de la membrana y subsiguientemente liberado desde la cara opuesta de la membrana o recubrimiento en forma de vapor. Por consiguiente, la pervaporación se diferencia de los procesos conocidos de filtrado, destilación o ósmosis inversa, en que el producto es un vapor y no un líquido. Si el solvente es agua las membranas hidrófilas no porosas son adecuadas para la pervaporación debido a que el agua es fácilmente absorbida por, transportada a través, y liberada de una tal membrana. Este vapor de agua puede ser usado entonces para aplicaciones tales como proporcionar humedad al espacio de aire de una cámara de crecimiento, para hidratar materia seca o rehidratar materia deshidratada.
Membranas hidrófilas
"Membranas hidrófilas" significa membranas no porosas que absorben agua, es decir, que permiten que el agua pase a su través. Si hay un gradiente de humedad a través de la membrana hidrófila, esta agua absorbida puede difundirse a través del grosor de la membrana y puede ser emitida desde su cara opuesta. Las membranas o recubrimientos hidrófilos, a los que en esta exposición se hará referencia colectivamente como membranas de aquí en adelante, presentan unas tasas de transmisión de vapor de agua, según están definidas más abajo, suficientemente altas, de manera que el agua que ha pasado a través de las membranas puede ser usada directamente en aplicaciones que incluyen, aunque no están limitadas a ello, irrigación de plantas y rehidratación de alimentos, bebidas, fármacos y similares. Tales membranas pueden comprender una o más capas individuales hechas de materiales que incluyen, aunque no están limitados a ellos, polímeros hidrófilos iguales o diferentes. En la medida que la tasa de permeación de vapor de agua de la membrana en total sea suficientemente alta, esta agua puede ser proporcionada a una tasa congruente con su uso en una aplicación práctica dada, según será descrito. La naturaleza no porosa de las membranas aquí expuesta sirve para excluir cualesquiera impurezas en forma de partículas de pasar a través de tal membrana, incluyendo microbios tales como bacterias y virus. Además, se ha descubierto que las membranas realizadas a partir de los polímeros hidrófilos descritos en la presente invención reducen de manera significativa o impiden el paso de sales disueltas. Por lo tanto, la capacidad de usar no sólo agua fresca sino también agua que puede contener impurezas suspendidas o disueltas para producir cantidades deseadas de agua purificada por pervaporación permite el uso de agua salada, incluyendo, aunque sin estar limitado a las mismas, agua de mar, agua salobre, después de un procesamiento a través del aparato que realiza la presente invención, para una liberación controlada de agua al interior de un
entorno.
La velocidad a la que el agua pervapora a través de la membrana hecha a partir del polímero hidrófilo depende, entre otros factores, del contenido de humedad en el lado donde no está el agua.
La pervaporación de agua a través de la membrana es suficiente para rehidratar alimentos secos, productos farmacéuticos y similares, sin distinción de si el agua que se encuentra en el lado opuesto de la membrana es agua fresca o agua que puede contener impurezas suspendidas o disueltas.
Características de la transmisión de vapor de agua
El ensayo normalizado para medir la tasa a la que una membrana dada transmite agua es el ASTM E 96-95 Procedimiento BW, conocido y nombrado anteriormente como ASTM E 96-66 Procedimiento BW, el cual es usado para determinar la Tasa de Transmisión de Vapor de Agua (WVTR) de una membrana. Para este ensayo se usa un conjunto que se basa en un recipiente impermeable al agua, también llamado "Vaporímetro Thwing-Albert". Este recipiente contiene agua hasta aproximadamente 3/4 \pm 1/4 de pulgada (19 \pm 6 membrana) de la parte superior. La abertura del recipiente está cerrada herméticamente con una membrana permeable al agua del material de ensayo a medir, dejando una holgura entre la superficie del agua y la membrana. Entonces, en el procedimiento BW se invierte el recipiente, de manera que el agua esté en contacto directo con la membrana. El aparato se coloca en una cámara de ensayo a una temperatura y humedad controladas, y entonces se sopla aire por el exterior de la membrana a una velocidad específica. Los experimentos se llevan a cabo por duplicado. Se miden los pesos de los conjuntos de recipiente, agua y membrana durante varios días y se hace un promedio de los resultados. La tasa a la que el agua permea a través de la membrana se denomina como su "Tasa de Transmisión de Vapor de Agua", medida como el promedio de pérdida de peso del conjunto a un grosor de membrana, temperatura, humedad y velocidad del aire dados, expresado como perdida de masa por unidad de área superficial de membrana y tiempo. La WVTR de membranas de membranas o películas de acuerdo con la ASTM E 96-95 Procedimiento BW se mide típicamente sobre una membrana de un grosor de 25 micras, y a una velocidad de flujo de aire de 3 m/s, una temperatura del aire de 23ºC y una humedad relativa del 50%.
Polímeros hidrófilos
En el contexto de esta exposición, las membranas hidrófilas para ser usadas con el aparato están hechas a partir de polímeros hidrófilos. "Polímeros hidrófilos" significa polímeros que absorben agua cuando están en contacto con agua líquida a temperatura ambiente de acuerdo con la especificación ISO 62 de la International Standards Organization (equivalente a la especificación ASTM D 570 de la American Society for Testing and Materials).
El polímero hidrófilo es uno o una mezcla de varios polímeros. El polímero hidrófilo está seleccionado a partir de un elastómero de copolieterester o de una mezcla de dos o más elastómeros de copolieterester, tal como está descrito más abajo, tales como polímeros disponibles a partir de E.I. dispositivo de unión Pont de Nemours and Company bajo el nombre comercial Hytrel®; o un polieter-bloque-poliamida o una mezcla de dos o más polieter-bloque-poliamidas, tales como los polímeros disponibles a partir de Elf-Atochem Company de París, Francia, bajo el nombre comercial de PEBAX; o un uretano de polieter o una mezcla de uretanos de polieter; o homopolímeros o copolímeros de alcohol de polivinilo o una mezcla de homopolímeros o copolímeros de alcohol de poli-
vinilo.
Un polímero particularmente preferido para la transmisión de vapor de agua en esta invención es un elastómero de copolieterester o una mezcla de dos o más elastómeros de copolieterester que tienen una multiplicidad de unidades de ester de cadena larga y unidades de ester de cadena corta recurrentes juntadas cabeza con cola por medio de enlaces de ester, donde las unidades de ester de cadena larga están representadas por la fórmula:
(I)--- OGO --- 
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}
--- R --- 
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}
---
y donde las unidades de ester de cadena corta están representadas por la fórmula:
(II)--- ODO --- 
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}
--- R --- 
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}
---
donde:
a) G es un radical divalente que permanece después de que grupos hidroxilo terminales hayan sido retirados de un glicol de poli(óxido de alquileno) que tiene un número promedio de peso molecular de aproximadamente
400-4000;
b) R es un radical divalente que permanece después de que grupos carboxilos hayan sido retirados de un ácido dicarboxílico que tiene un peso molecular inferior a 300;
c) D es un radical divalente que permanece después de que grupos hidroxilo hayan sido retirados de un diol que tiene un peso molecular inferior a aproximadamente 250; opcionalmente
d) el copolieterester contiene de un 0% a un 68% en peso, sobre la base del peso total del copolieterester, de grupos óxido de etileno incorporados en las unidades de ester de cadena larga del copolieterester; y
e) el copolieterester contiene aproximadamente de un 25% a un 80% en peso de unidades de ester de cadena corta.
Este polímero preferido es adecuado para ser fabricado en forma de membranas, películas y recubrimientos delgados pero fuertes. El polímero preferido, elastómero de copolieterester y métodos de fabricarlo son conocidos en la técnica, tal como está expuesto en la patente US-A-4725481 para un elastómero de copolieterester con una WVTR de 3500 g/m^{2}/24 horas, o en la patente US-A-4769273 para un elastómero de copolieterester con una WVTR de
400-2500 g/m^{2}/24 horas.
El polímero puede ser un compuesto con estabilizantes antioxidantes, estabilizantes a los ultravioletas, estabilizantes a la hidrólisis, tintes o pigmentos, filtros, reactivos antimicrobióticos, y similares.
En el contexto de la presente invención es posible el uso de polímeros hidrófilos disponibles comercialmente como membranas, aunque es más preferible usar elastómeros de copolieterester con una WVTR de más de 400 g/m^{2}/24 horas medida sobre una película de 25 micras usando aire a 23ºC y un 50% de humedad relativa a una velocidad de 3 m/s. Lo más preferido es el uso de membranas hechas a partir de elastómeros de copolieterester disponibles comercialmente con una WVTR de más de 3500 g/m^{2}/24 horas medida sobre una película de 25 micras usando aire a 23ºC y un 50% de humedad relativa a una velocidad de 3 m/s.
Método para hacer las membranas de polímero hidrófilo
Los polímeros hidrófilos pueden ser manufacturados en forma de membranas de cualquier grosor deseado por un número de procesos. Una manera útil y bien establecida de hacer membranas en forma de películas es por extrusión de material fundido del polímero en una línea de extrusión comercial. Brevemente, esto implica calentar el polímero hasta una temperatura por encima del punto de fusión, extrudirlo a través de una hilera plana o anular y después moldear una película usando un sistema de rodillos o soplando una película a partir del material fundido.
Los materiales de soporte útiles incluyen papeles tejidos, no tejidos o encolados, una capa de material de soporte obstructor de la luz, y pantallas permeables al vapor de agua, incluyendo aquellas construidas a partir de fibras de polímeros orgánicos e inorgánicos estables a la humedad, tales como polietileno, polipropileno, fibra de vidrio y similares. El material de soporte tanto aumenta la resistencia como protege la membrana. El material de soporte puede estar dispuesto sobre sólo una cara de la membrana de polímero hidrófilo o sobre ambas caras. Cuando está dispuesto sólo sobre una cara, el material de soporte puede estar en contacto con la fuente de agua o alejado de la misma. Típicamente, el material de soporte está dispuesto en el lado exterior de los contenedores formados por la membrana de polímero hidrófilo para proteger mejor la membrana de daños físicos y/o de degeneración
por la luz.
Aplicaciones de la invención
Sin estar atados a ninguna teoría en particular, se cree que el efecto purificador identificado como el principal concepto inventivo de la membrana hidrófila, realizada ya sea en la forma de un recubrimiento o de una membrana no soportada, cuando está en contacto con agua que contiene impurezas y sólidos suspendidos o disueltos, se produce debido a que moléculas altamente bipolares, tales como el agua, son absorbidas y transportadas preferencialmente a través de la membrana o recubrimiento, en comparación con iones tales como sodio y potasio. Cuando, además, existe un gradiente de humedad a través de la membrana, el agua es liberada desde el lado que no está en contacto con la fuente de agua, y puede ser absorbida por un artículo a ser hidratado o rehidratado.
Aplicaciones agrícolas/hortícolas. La membrana puede estar no soportada o dispuesta recubriendo un material de soporte para aumentar la resistencia y durabilidad. El aparato tiene típicamente al menos una abertura para ser llenado con agua. Para proporcionar humedad durante un período extenso el aparato es, convenientemente, en la forma de una bolsa, cañería o tubo, que permite que el agua sea renovada continuamente o periódicamente para impedir la acumulación de sales u otros contaminantes. A través de membrana pasa preferencialmente el vapor de agua, dejando atrás sales y otros materiales disueltos así como partículas suspendidas, tales como materia orgánica o inorgánica, incluyendo microbios tales como bacterias, virus y similares.
Los ejemplos de realización de esta invención relacionados con la agricultura incluyen proporcionar humedad para hacer crecer plantas, germinar semillas al mismo tiempo que se excluye no sólo sales lesivas sino también agentes patógenos tales como hongos, bacterias y virus perjudiciales para las semillas y las plantas. Para la germinación de semillas, las semillas pueden ser envueltas en la membrana hidrófila, como en un contenedor hermético, y el contenedor colocado en contacto con agua o un medio humedecido. Esto permite que las semillas germinen en un entorno estéril, impidiendo pérdidas de semillas debidas a ataques por agentes patógenos.
Aplicaciones humidificantes/hortícolas. Aparte de proporcionar humedad a las semillas o plantas, el aparato también puede ser usado para mantener o aumentar la humedad de cámaras cerradas. Un ejemplo es en aplicaciones agrícolas para proporcionar humedad al aire que rodea las plantas en cámaras de crecimiento.
Cuando las plantas se hacen crecer en cámaras de crecimiento cerradas, tales como un invernadero, el aumento de humedad puede tener un efecto significativo y beneficioso. Además, las membranas pueden ser expuestas parcial o completamente al espacio de aire para aumentar la humedad por el proceso de la pervaporación. Las membranas del aparato de liberación de agua pueden estar parcial o completamente en contacto con el espacio de aire. Para proteger el polímero hidrófilo de la degradación, la membrana puede estar cubierta por una capa de un material de soporte para bloquear la luz o, preferiblemente, el aparato está colocado a la sombra o en un recinto oscu-
recido.
Como en las aplicaciones agrícolas, el aparato tiene típicamente al menos una abertura para ser llenado con agua, y para proporcionar humedad durante un período extenso el aparato es, convenientemente, en la forma de una bolsa, cañería o tubo, que permite que el agua sea renovada continuamente o periódicamente para impedir la acumulación de sales u otros contaminantes.
Hidratación o rehidratación. El método de pervaporación a través de la membrana puede ser usado para hidratar o rehidratar materiales tales como alimentos o composiciones farmacéuticas o agrícolas. Los materiales secos o deshidratados pueden ser llevados en bolsitas herméticas que comprenden la membrana hidrófila de la invención, y entonces pueden ser hidratados o rehidratados usando vapor de agua contenido en el aire, o agua líquida que puede contener impurezas suspendidas o disueltas, incluyendo, aunque sin estar limitado a las mismas, agua de mar, agua salobre u otros tipos de aguas polucionadas.
En resumen, la pervaporación a través del aparato de purificación de agua puede así ser usada para humidificar los espacios de aire de cámaras de crecimiento tales como invernaderos, y para hidratar o rehidratar alimentos secos, productos farmacéuticos y similares.
La presente invención puede utilizarse a un bajo coste y con una pequeña infraestructura en equipos, en comparación con los sistemas de la técnica anterior. Debido a que el aparato para proporcionar humedad a un espacio de aire de una cámara cerrada emite agua en la forma de vapor de agua en vez de agua líquida, la presión de agua impura suministrada a la capa de membrana del aparato puede ser mucho menor que los 2500 kPa requeridos típicamente para la purificación de agua de mar usando ósmosis inversa. La presión es incluso menor que las presiones más bajas requeridas para la ósmosis inversa de salmueras menos salinas. Generalmente, el diferencial de presión aplicado sobre la presión atmosférica ambiente es menos que aproximadamente 1000 kPa. Aunque unas altas presiones pueden incrementar la tasa a la que la capa de mm emite vapor de agua, una presión excesiva puede alterar el equilibrio de auto-regulación para ocasionar que el medio de crecimiento se haga demasiado húmedo. Además, unas altas presiones requieren unas membranas gruesas o preferiblemente unos materiales de soporte fuertes para contener
la presión.
Por consiguiente, la presión aplicada es típicamente menor que aproximadamente 250 kPa, y muy a menudo menor que 100 kPa. De la manera más frecuente la presión aplicada es poco o nada mayor que la proporcionada por el peso de la propia agua, o que la presión necesaria para renovar el agua impura a través del aparato de purificación de agua, puesto que esto permite el uso de membranas hidrófilas o películas delgadas del polímero hidrófilo.
Ejemplos
En los ejemplos siguientes, el Copolieterester A es un polímero hecho de acuerdo con el método descrito en la patente US-A-4725481 partiendo de 30 partes de terftalato de dimetilo, 57 partes de un glicol de poli(alquileno) cuyo contenido en alquileno comprende un 65% de etileno y un 35% de propileno, 9 partes de isoftalato de dimetilo, 16 partes de butanodiol (cantidad estequiométrica), y 0,7 partes de trimelitato de trimetilo. El Copolieterester A contiene aproximadamente un 37% en peso de glicol de poli(óxido de etileno), y la membrana hecha de Copolieterester A presenta un hinchamiento por agua de aproximadamente un 45% en peso a temperatura ambiente y una WVTR de al menos 10.000 g/m^{2}/24 horas medida sobre una película de 25 micras de grosor usando aire a 23ºC y un 50% de humedad relativa a una velocidad de 3 m/s.
El Copolieterester B es un polímero hecho de acuerdo con el método descrito en la patente US-A-4725481 partiendo de 44 partes de terftalato de dimetilo, 51 partes de un glicol de poli(alquileno) cuyo contenido en alquileno comprende un 65% de etileno y un 35% de propileno, 19 partes de butanodiol (cantidad estequiométrica), y 0,4 partes de trimelitato de trimetilo. El Copolieterester B contiene aproximadamente un 33% en peso de glicol de poli(óxido de etileno), y la membrana hecha de Copolieterester B presenta un hinchamiento por agua de aproximadamente un 30% en peso a temperatura ambiente y una WVTR de al menos 10.000 g/m^{2}/24 horas medida sobre una película de 25 micras de grosor usando aire a 23ºC y un 50% de humedad relativa a una velocidad
de 3 m/s.
El Copolieterester C es un polímero hecho de acuerdo con el método descrito en la patente US-A-4725481 partiendo de 50 partes de terftalato de dimetilo, 44 partes de un glicol de poli(alquileno) cuyo contenido en alquileno comprende un 85% de propileno y un 15% de etileno, 21 partes de butanodiol (cantidad estequiométrica), y 0,3 partes de trimelitato de trimetilo. La membrana hecha de Copolieterester C presenta un hinchamiento por agua de aproximadamente un 5% en peso a temperatura ambiente y una WVTR de 2.200 g/m^{2}/24 horas medida sobre una película de 25 micras de grosor usando aire a 23ºC y un 50% de humedad relativa a una velocidad de 3 m/s.
Ejemplos 1 a 10
El primer conjunto de ejemplos, Ejemplos 1 a 10, se aportan sólo con un propósito ilustrativo. Estos ejemplos no caen dentro del alcance de la invención. Estos ejemplos demuestran que el vapor de agua pasa a través de las membranas hidrófilas del aparato de purificación de agua, y que las membranas hidrófilas dejan pasar el agua a su través pero rechazan el paso de iones salinos. En los ejemplos se llenaron cinco bolsas de membrana hidrófila hechas de una película extrudida del polímero hidrófilo de Copolieterester A con agua de mar, y cinco bolsas de membrana hidrófila hechas de una película extrudida de otro polímero hidrófilo de Copolieterester B se llenaron con agua del grifo. Se usó un sellador por calor para sellar las bolsas de membrana hidrófila cerradas. Las bolsas tenían un área superficial efectiva máxima calculada como 0,1 m^{2}.
Las bolsas se colocaron en una habitación a temperatura ambiente y humedad no controlada. Se colocaron unas muestras 2, 3, 4, 7, 8 y 9 directamente sobre la bandeja metálica. Unas muestras 1 y 10 se extendieron sobre un papel de seda sobre la bandeja y unas muestras 4 y 6 se colocaron sobre una malla de nailon para indicar posibles efectos de flujo de aire o "efecto mecha", que podrían afectar la tasa a la que el vapor de agua se eliminaba de la superficie. Tan pronto como fueron llenadas las bolsas, la superficie de las bolsas se hizo húmeda al tacto. Las bolsas fueron selladas completamente y la superficie superior de cada bolsa se expuso al aire.
Se pesaron e inspeccionaron visualmente las bolsas cada día durante un período de una semana, y el peso medido disminuyó diariamente hasta que a los entre cinco y siete días todas las bolsas estuvieron vacías de agua. En este caso, dado que el ensayo era un indicador empírico, fue difícil tener en cuenta todos los factores tales como la masa de agua original, el tipo de agua, el área superficial, el área de contacto con el agua y el grosor de la película. Sin embargo, teniendo en cuenta todas estas consideraciones, no hubo una diferencia aparente en la tasa de "pérdida de agua" para un área superficial similar.
Se constató que las bolsas ahora vacías que originalmente habían contenido agua de mar tenían un depósito salino blanco en el lado interior, visible como cristales grandes. La bolsa de Ejemplo 5, por ejemplo, contenía más de 20 g de sólidos. Bajo presión y temperatura ambientes, a través de las bolsas pervaporaron más de 2 litros de agua por metro cuadrado y por día. Otras mediciones sugirieron que el Copolieterester A fue capaz de pasar más de un litro de agua por metro cuadrado por hora, dando un flujo de aire por toda la superficie de la membrana hidrófila suficientemente rápido para retirar el vapor de agua a medida que éste era emitido desde la bolsa por pervaporación. Se cree que la tasa de evaporación natural del agua fue el factor limitativo en el flujo de agua a través de la bolsa. Las muestras de bolsa de membrana hidrófila 1 y 10, las cuales fueron colocadas sobre papel de seda, y las muestras de bolsa de membrana hidrófila 4 y 6, las cuales fueron colocadas sobre una malla de nailon, no liberaron agua a cualquier mayor velocidad que las bolsas de membrana hidrófila que habían sido colocadas directamente sobre la bandeja metálica. Tampoco hubo una diferencia apreciable entre las películas de polímero más gruesas y más delgadas.
Los resultados de los ejemplos están resumidos en la Tabla 1 de más abajo.
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TABLA 1 Pervaporación de agua a través de bolsas de membrana hidrófila selladas
Ejemplo Tipo de polímero Grosor de la membrana (micras) Fuente de agua Masa inicial (g)
1 Copolieterester B 100 Marina 493
2 Copolieterester B 100 Marina 418
3 Copolieterester B 100 Del grifo 488
4 Copolieterester A 100 Marina 509
5 Copolieterester A 100 Marina 551
6 Copolieterester A 100 Del grifo 441
7 Copolieterester A 50 Marina 260
8 Copolieterester A 50 Del grifo 515
9 Copolieterester B 50 Del grifo 338
10 Copolieterester B 50 Del grifo 380
Ejemplo 11
El Ejemplo 11 demostró la aplicación humidificante de la presente invención.
En el Ejemplo 11, usando un dispositivo de sellado por calor convencional se selló una semilla de soja entre dos capas de membrana hidrófila de 50 micras de grosor hecha a partir de Copolieterester B, dando una bolsita cuadrada translúcida impermeable al aire de dimensiones 2 X 2 cm, con aire atrapado alrededor de la semilla. La bolsita de membrana hidrófila se hizo flotar entonces en agua del grifo en un vaso de precipitados y se dejó en la oscuridad a temperatura ambiente. Al cabo de dos semanas, se observó que la semilla de soja había germinado dentro de la bolsita, a partir del agua que había pervaporado al interior de la bolsita a través de la membrana hidrófila.
Ejemplo 12
El Ejemplo 12 demostró una aplicación de rehidratación. En este Ejemplo se rehidrataron sólidos deshidratados. Se colocaron dos muestras, cada una de leche en polvo infantil, azúcar (sacarosa) o sal de mesa (cloruro sódico) en bolsitas de membrana hidrófila selladas, separadas, hechas a partir de Copolieterester A. Las bolsitas se colocaron bajo el agua, una muestra de cada bajo agua fresca y una muestra de cada bajo agua de mar. Se observó que los contenidos se rehidrataron rápidamente. La velocidad de rehidratación varió, dependiendo de los diferentes valores de higroscopicidad de los polvos. La ventaja específica de proporcionar sólidos deshidratados en bolsitas hechas a partir de las membranas hidrófilas de la invención es que el usuario no necesita llevar agua potable, dado que el alimento puede ser rehidratado a partir de fuentes de agua impura.
El experto al que va dirigida esta exposición apreciará que el término "purificación" depende en cierta medida del uso que se le dé al agua purificada. Por ejemplo, el agua a ser usada para hacer crecer plantas puede ser menos pura que el agua requerida para el consumo humano. Por supuesto, se apreciará que el proceso de purificación puede ser preparado en etapas sucesivas para mejorar la pureza, es decir, permitir que el agua contaminante pase a través de una o más capas gruesas de membranas hidrófilas (o incluso a través de un sistema de filtrado adicional). Además, "pureza" puede hacer referencia a diferentes componentes dependiendo del contexto en el que se usa. Por ejemplo, en agua para hacer crecer plantas generalmente sólo será relevante el contenido salino, mientras que para el consumo humano será más relevante el contenido microbiótico activo, y en agua para (re)hidratar fármacos para inyecciones intravenosas será altamente relevante la carga biológica y el contenido salino total. Así, se puede entender que "purificación" hace referencia al proceso de preparar agua de una calidad suficiente para su uso previsto. Generalmente, dentro del contexto de la invención, el agua purificada liberada desde la membrana contendrá aproximadamente menos de un 1% (preferiblemente menos de un 0,1%) de sólidos disueltos o suspendidos y materias en partículas. En relación con las sales disueltas, éstas son retenidas generalmente dentro y sobre de la membrana, teniendo el vapor purificado liberado desde la membrana una pureza de menos de aproximadamente un 1% (y típicamente un porcentaje más bajo) en relación con sólidos disueltos.

Claims (9)

1. Uso de un aparato que consiste en una fuente de agua, una membrana hidrófila no porosa, opcionalmente al menos una abertura para llenar el aparato con la fuente de agua, y opcionalmente un material de soporte, donde la membrana hidrófila no porosa está dispuesta recubriendo o adherida sobre el material de soporte,
donde dicha fuente de agua contiene agua y al menos un componente de un grupo que consta de un sólido suspendido, un sólido disuelto, un contaminante, una sal, y un material biológico,
donde dicha membrana hidrófila no porosa permite que el agua pase a través de la membrana y que sea emitida como vapor de agua al interior de un espacio de aire de una cámara cerrada, impidiendo dicha membrana hidrófila no porosa que el componente, que es al menos uno del grupo que consta de un sólido suspendido, un sólido disuelto, un contaminante, una sal, y un material biológico, pase a través de la membrana hidrófila no porosa,
donde dicha membrana hidrófila no porosa comprende una o más capas de polímeros hidrófilos, estando dicho polímero hidrófilo seleccionado a partir de un elastómero de copolieterester, un polieter-bloque-poliamida, un uretano de polieter, un homopolímero de alcohol de polivinilo, un copolímero de alcohol de polivinilo, y mezclas de los mismos,
donde además las unas o más capas de polímeros hidrófilos tienen una tasa de transmisión de vapor de agua a un grosor de 25 micras de al menos 400 g/m^{2}/24 horas de acuerdo con la norma ASTM E 96-95 (procedimiento BW), siendo dicha tasa de transmisión de vapor de agua medida a una temperatura del aire de 23ºC, una humedad relativa del 50%, y una velocidad del aire de 3 m/s, para proporcionar humedad a un espacio de aire de una cámara
cerrada.
2. El uso de acuerdo con la reivindicación 1, donde el polímero hidrófilo es un elastómero de copolieterester, o una mezcla de dos o más elastómeros de copolieterester, donde dicho elastómero de copolieterester tiene una multiplicidad de unidades recurrentes de ester de cadena larga y una multiplicidad de unidades recurrentes de ester de cadena corta, estando dichas unidades de ester de cadena larga y dichas unidades de ester de cadena corta juntadas cabeza con cola por medio de enlaces de ester, donde las unidades de ester de cadena larga tienen la fórmula
general:
(I)--- OGO --- 
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}
--- R --- 
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}
---
donde:
a)
G es un radical divalente que permanece después de que grupos hidroxilo terminales hayan sido retirados de un glicol de poli(óxido de alquileno)glicol que tiene un número promedio de peso molecular de aproximadamente 400-4000;
b)
R es un radical divalente que permanece después de que grupos carboxilos hayan sido retirados de un ácido dicarboxílico que tiene un peso molecular inferior a 300;
donde las unidades de ester de cadena corta tienen la fórmula general:
(II)--- ODO --- 
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}
--- R --- 
\uelm{C}{\uelm{\dpara}{O}}
---
donde:
a)
D es un radical divalente que permanece después de que grupos hidroxilo hayan sido retirados de un diol que tiene un peso molecular inferior a aproximadamente 250;
b)
R es un radical divalente que permanece después de que grupos carboxilos hayan sido retirados de un ácido dicarboxílico que tiene un peso molecular inferior a 300;
donde el copolieterester contiene opcionalmente de un 0% a un 68% en peso de grupos óxido de etileno, sobre la base del peso total del copolieterester, estando dichos grupos óxido de etileno contenidos en las unidades de ester de cadena larga del copolieterester; y
donde el copolieterester contiene aproximadamente de un 25% a un 80% en peso de dichas unidades de ester de cadena corta.
3. El uso de acuerdo con la reivindicación 2, donde el elastómero de copolieterester, que tiene un grosor de
25 micras, tiene una tasa de transmisión de vapor de agua de acuerdo con la norma ASTM E 96-95 (procedimiento BW) de al menos 3500 g/m^{2}/24 horas, siendo dicha tasa de transmisión de vapor de agua medida a una temperatura del aire de 23ºC, una humedad relativa del 50%, y una velocidad del aire de 3 m/s.
4. El uso de acuerdo con la reivindicación 1, donde la cámara cerrada es una cámara de crecimiento.
5. El uso de acuerdo con la reivindicación 4, donde la cámara de crecimiento es un invernadero.
6. El uso de acuerdo con la reivindicación 1, donde sólo una parte de la membrana hidrófila no porosa está en contacto con el espacio de aire.
7. El uso de acuerdo con la reivindicación 1, donde la membrana hidrófila no porosa está completamente en contacto con el espacio de aire.
8. El uso de acuerdo con la reivindicación 1, donde el material de soporte está seleccionado a partir de papel tejido, papel no tejido, papel encolado, tejido permeable al vapor de agua, una capa de material de soporte obstructor de la luz, y una pantalla permeable al vapor de agua.
9. El uso de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicho aparato está seleccionado a partir de una bolsa, una cañería, o un tubo.
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