Salmuera

Salmuera es una solución de alta concentración de sal (típicamente cloruro de sodio o cloruro de calcio) en agua. En diversos contextos, salmuera puede referirse a las soluciones salinas que van desde alrededor del 3,5 % (una concentración típica de agua de mar, en el extremo inferior de las soluciones utilizadas para salmuera de alimentos) hasta alrededor del 26 % (una solución saturada típica, dependiendo de la temperatura). La salmuera se forma naturalmente debido a la evaporación del agua salina del suelo, pero también se genera en la extracción de cloruro de sodio. La salmuera se utiliza para el procesamiento y cocción de alimentos (decapado y salmuera), para descongelar carreteras y otras estructuras, y en varios procesos tecnológicos. También es un subproducto de muchos procesos industriales, como la desalinización, por lo que requiere tratamiento de aguas residuales para su correcta eliminación o posterior utilización (recuperación de agua dulce).

En la naturaleza

Un técnico de la NASA mide el nivel de concentración de salmuera utilizando un hidrometro en un estanque de evaporación de sal en San Francisco.

Las salmueras se producen de múltiples maneras en la naturaleza. La modificación del agua de mar a través de la evaporación da como resultado la concentración de sales en el fluido residual, se forma un depósito geológico característico llamado evaporita a medida que diferentes iones disueltos alcanzan los estados de saturación de los minerales, típicamente yeso y halita. La disolución de dichos depósitos de sal en agua también puede producir salmueras. A medida que el agua de mar se congela, los iones disueltos tienden a permanecer en solución, lo que da como resultado un fluido denominado salmuera criogénica. En el momento de la formación, estas salmueras criogénicas son, por definición, más frías que la temperatura de congelación del agua de mar y pueden producir una característica llamada brinicle donde descienden salmueras frías, congelando el agua de mar circundante.

La salmuera que aflora en la superficie en forma de manantiales de agua salada se conoce como "lameduras" o "soluciones salinas". El contenido de sólidos disueltos en el agua subterránea varía mucho de un lugar a otro en la Tierra, tanto en términos de constituyentes específicos (por ejemplo, halita, anhidrita, carbonatos, yeso, sales de fluoruro, haluros orgánicos y sales de sulfato) como en cuanto al nivel de concentración.. Usando una de varias clasificaciones de agua subterránea basadas en sólidos disueltos totales (TDS), la salmuera es agua que contiene más de 100,000 mg/L TDS. La salmuera se produce comúnmente durante las operaciones de terminación de pozos, particularmente después de la fracturación hidráulica de un pozo.

Usos

Culinaria

La salmuera es un agente común en el procesamiento y cocción de alimentos. La salmuera se usa para conservar o sazonar la comida. La salmuera se puede aplicar a verduras, quesos y frutas en un proceso conocido como encurtido. La carne y el pescado normalmente se sumergen en salmuera durante períodos de tiempo más cortos, como una forma de marinado, mejorando su ternura y sabor, o para mejorar el período de conservación.

Producción de cloro

El cloro elemental se puede producir por electrólisis de salmuera (solución de NaCl). Este proceso también produce hidróxido de sodio (NaOH) e hidrógeno gaseoso (H₂). Las ecuaciones de reacción son las siguientes:

• Cathode: 2 H⁺ + 2 e⁻ → H₂ ↑
• Anode: 2 Cl⁻ → Cl₂ ↑ + 2 e⁻
• Proceso general: 2 NaCl + 2 H₂O → Cl₂ + H₂ + 2 NaOH

Líquido refrigerante

La salmuera se utiliza como fluido secundario en grandes instalaciones frigoríficas para el transporte de energía térmica. Las salmueras más utilizadas se basan en cloruro de calcio y cloruro de sodio de bajo costo. Se utiliza porque la adición de sal al agua reduce la temperatura de congelación de la solución y la eficiencia del transporte de calor se puede mejorar en gran medida por el costo comparativamente bajo del material. El punto de congelación más bajo que se puede obtener para la salmuera de NaCl es -21,1 °C (-6,0 °F) a una concentración de 23,3 % de NaCl en peso. Esto se llama el punto eutéctico.

Debido a sus propiedades corrosivas, las salmueras a base de sal han sido reemplazadas por líquidos orgánicos como el etilenglicol.

El aerosol de salmuera de cloruro de sodio se usa en algunos barcos de pesca para congelar el pescado. La temperatura de la salmuera es generalmente de -5 °F (-21 °C). Las temperaturas de congelación por chorro de aire son −31 °F (−35 °C) o menos. Dada la temperatura más alta de la salmuera, la eficiencia del sistema sobre la congelación por chorro de aire puede ser mayor. El pescado de alto valor generalmente se congela a temperaturas mucho más bajas, por debajo del límite de temperatura práctico para la salmuera.

Ablandamiento y purificación de agua

La salmuera es un agente auxiliar en sistemas de purificación y ablandamiento de agua que involucran tecnología de intercambio iónico. El ejemplo más común son los lavavajillas domésticos, que utilizan cloruro de sodio en forma de sal para lavavajillas. La salmuera no está involucrada en el proceso de purificación en sí, pero se usa para la regeneración de la resina de intercambio iónico de forma cíclica. El agua que se trata fluye a través del contenedor de resina hasta que se considera que la resina se ha agotado y el agua se purifica al nivel deseado. Luego, la resina se regenera lavando a contracorriente secuencialmente el lecho de resina para eliminar los sólidos acumulados, lavando los iones eliminados de la resina con una solución concentrada de iones de reemplazo y lavando la solución de lavado de la resina. Después del tratamiento, las perlas de resina de intercambio iónico saturadas con iones de calcio y magnesio del agua tratada se regeneran empapándolas en salmuera que contiene entre un 6 y un 12 % de NaCl. Los iones de sodio de la salmuera reemplazan los iones de calcio y magnesio en las perlas.

Descongelación

A temperaturas más bajas, se puede usar una solución de salmuera para descongelar o reducir las temperaturas bajo cero en las carreteras.

Aguas residuales

La salmuera es un subproducto de muchos procesos industriales, como la desalinización, las torres de enfriamiento de las centrales eléctricas, el agua producida a partir de la extracción de petróleo y gas natural, el drenaje ácido de minas o rocas, el rechazo de ósmosis inversa, el tratamiento de aguas residuales con cloro-álcali, la pulpa y el papel. efluentes de molinos y flujos de desechos del procesamiento de alimentos y bebidas. Junto con las sales diluidas, puede contener residuos de productos químicos de pretratamiento y limpieza, sus subproductos de reacción y metales pesados debido a la corrosión.

La salmuera de aguas residuales puede suponer un peligro medioambiental importante, tanto por los efectos corrosivos y formadores de sedimentos de las sales como por la toxicidad de otros productos químicos diluidos en ella.

La salmuera no contaminada de las plantas desalinizadoras y las torres de enfriamiento se puede devolver al océano. Para limitar el impacto ambiental, se puede diluir con otra corriente de agua, como el emisario de una planta de tratamiento de aguas residuales o de energía. Dado que la salmuera es más pesada que el agua de mar y se acumularía en el fondo del océano, requiere métodos para garantizar una difusión adecuada, como la instalación de difusores submarinos en el alcantarillado. Otros métodos incluyen el secado en estanques de evaporación, la inyección en pozos profundos y el almacenamiento y reutilización de la salmuera para riego, descongelación o control de polvo.

Las tecnologías para el tratamiento de salmuera contaminada incluyen: procesos de filtración por membrana, como la ósmosis inversa y la ósmosis directa; procesos de intercambio iónico tales como electrodiálisis o intercambio catiónico de ácido débil; o procesos de evaporación, tales como concentradores de salmuera térmica y cristalizadores que emplean vapor y recompresión mecánica de vapor. Los nuevos métodos para la concentración de salmuera por membrana, que emplean ósmosis inversa osmóticamente asistida y procesos relacionados, están comenzando a ganar terreno como parte de los sistemas de descarga de líquido cero (ZLD).

Composición y purificación

La salmuera consiste en una solución concentrada de iones Na⁺ y Cl⁻. El cloruro de sodio per se no existe en el agua: está totalmente ionizado. Otros cationes que se encuentran en varias salmueras incluyen K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺ y Sr²⁺. Los tres últimos son problemáticos porque forman incrustaciones y reaccionan con los jabones. Aparte del cloruro, las salmueras a veces contienen Br⁻ e I⁻ y, lo que es más problemático, SO²⁻
₄. Los pasos de purificación a menudo incluyen la adición de óxido de calcio para precipitar hidróxido de magnesio sólido junto con yeso (CaSO₄), que se puede eliminar por filtración. La purificación adicional se logra mediante cristalización fraccionada. La sal purificada resultante se denomina sal evaporada o sal de vacío.