Electroósmosis: Movimento de Fluidos

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ELECTROÓSMOSIS 
 
Darvy Picoíta, Alfredo Jácome 
 
Proyecto Final de Física General II (FIS220) 
Colegio de Ciencias e Ingeniería, Universidad San Francisco de Quito 
5 de Mayo del 2009 
 
 
 
 
Resumen 
 
La electroósmosis se define como el movimiento de un fluido debido a un campo eléctrico a 
través de una superficie permeable. Este campo eléctrico se origina mediante la aplicación de 
una diferencia de potencial, que puede ser creada de dos tipos y por los cuales se puede clasificar 
a la electroósmosis en una activa y otra pasiva. Puede ser explicada por la física eléctrica bajo 
leyes muy bien conocidas como campos, fuerzas eléctricas y diferencias de potencial. 
Dentro de las diferentes aplicaciones de la electroósmosis, esta puede ser de particular ayuda 
para la solución de humedad por capilaridad, siendo esta una solución alternativa e innovadora a 
pesar de que este es un principio que se lo conoce por más de 200 años. 
 
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1. Introducción 
 
Después del descubrimiento de la primera fuente química de corriente (batería eléctrica) en 
1800 por el científico Alessandro Volta, se desarrollaron varios estudios sobre la influencia de la 
corriente eléctrica en diferentes medios. Es así que en 1808 Friedrich Reuss (1778 – 1852) 
descubrió que cuando se aplica un voltaje eléctrico, se puede lograr que el agua fluya a través de 
un pedazo de arcilla. De esta manera, Reuss logró demostrar que al aplicar una diferencia de 
potencial, un fluido puede desplazarse a través de una superficie porosa, a lo que se denomina 
electroósmosis. 
 
Este principio se lo puede explicar de manera sencilla con la física eléctrica tomando en 
cuenta que un fluido ionizado que se encuentra en un medio poroso, ya sea en materiales de 
construcción, arcillas u otro tipo de suelos, puede ser desplazado por un campo eléctrico 
generado por dos placas (Ver figura 1 y 2). 
 
 
Figura 1. Fluido en un medio poroso. Esta configuración representa al experimento realizado 
por Friedrich Reuss que le permitió descubrir la electroósmosis. 
 
 
Figura 2. Fluido en un medio poroso, bajo un campo eléctrico uniforme dirigido desde el 
electrodo positivo (cátodo) al electrodo negativo (ánodo). Como se puede observar el fluido se 
moviliza en dirección de las líneas de campo magnético. 
 
La colocación de la placa positiva y negativa en el medio poroso depende de la dirección en 
que se quiera movilizar al fluido y de su carga. De esta forma, sabiendo que las líneas de campo 
eléctrico se dirigen hacia la placa negativa, entonces esta placa atraerá a un fluido ionizado 
3 
positivamente debido a las leyes de atracción de la fuerza eléctrica. De igual manera, si se tiene 
un fluido ionizado negativamente, entonces el fluido se desplazará hacia la placa positiva. 
 
Actualmente, la electroósmosis se utiliza para diferentes aplicaciones en diferentes áreas. 
Dentro de algunas de las aplicaciones, la electroósmosis en la ingeniería puede ser utilizada como 
solución a las humedades por capilaridad, para el desplazamiento de contaminantes en los 
suelos, y para el drenaje de suelos, entre otros; además puede ser utilizada en otras áreas como 
la medicina o la física. 
 
A continuación, se presentará la definición de Electroósmosis, los tipos de electroósmosis y 
sus consideraciones más relevantes, así como la aplicación de la electroósmosis en la remoción 
de humedades por capilaridad en muros. 
 
 
2. La Electroósmosis 
 
2.1 Definición: La electroósmosis es un fenómeno de la electrocinética que produce el 
desplazamiento de moléculas por un medio permeable por influencia de un campo eléctrico. La 
electroósmosis es parte de los fenómenos electrocinéticas estudiados en el campo de la Física-
Química. Industrialmente se utiliza como técnica de desplazamiento de líquidos para distintos 
fines [3]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 3. Modelo explicativo de electroósmosis. El líquido se desplaza dentro del 
 tubo del positivo al negativo atravesando una membrana Fuente: 
 humicontrol.com 
 
En este fenómeno lo componen tres participantes principales que son: Las moléculas, el medio 
permeable donde se mueven y el campo eléctrico que genera el movimiento de partículas. 
 
La movilización de las moléculas es el objetivo principal de la electroósmosis. Estas moléculas 
deben estar ionizadas para que se ejerza una fuerza eléctrica por acción del campo eléctrico. En 
el caso de que las moléculas sean no polares, la influencia del campo eléctrico reacomodaría su 
configuración atómica dotándola de una polarización, pero al no estar ionizada solo estaría 
direccionada en sentido del campo eléctrico y no se movería. En el caso del agua tiene por 
naturaleza una polarización por su geometría no lineal. (figura 2). Las moléculas de agua 
contienen iones (H+) y cationes (OH-) que juntos dan una carga neta igual a cero. Al estar 
ionizadas, el agua se convierte en una mezcla acida (aumento de OH-) o una Básica (H+). Una 
manera de ionizar el agua seria mezclando con sales minerales encontradas en el suelo. 
4 
 
Figura 4. Figura esquemática de una molécula de agua donde sus distribuciones de carga 
sobre cada núcleo dan pasó a un dipolo. 
Fuente: educasitios.educ.ar/grupo068/?q=node/85 
 
 
 
 
Figura 5. Las moléculas de agua están compuestas de aniones (Hidróxido) y el catión 
(hidronios). En 1 litro de agua existen 10e-7 moles de iones y cationes por igual. 
 
En la electroósmosis el desplazamiento del las moléculas siempre se realiza por un medio poroso 
o capilar. De acuerdo en donde se esta empleando este fenómeno se definirá el medio poroso. 
Cuando se desarrolló este concepto en 1808, la electroósmosis se la realizó drenando agua de un 
suelo arcilloso el cual tiene un porcentaje alto de espacios vacíos. En biología se utiliza 
membranas capilares orgánicas donde se desplazan líquidos como sangre, orina u semen para 
drenarlos fuera del sistema. En física se emplea en experimentos con celdas de combustibles y la 
membrana porosa es la membrana de intercambio de protones (PEM, por sus siglas en ingles) [5]. 
En conclusión, el medio donde se desplaza las moléculas en la electroósmosis es siempre descrito 
como poroso o capilar. 
 
El campo eléctrico es la parte de motricidad de todo el fenómeno de la electroósmosis. Este 
campo eléctrico usualmente se desarrolla de forma “casual” o de forma inducida. Un ejemplo en 
el medio común de un campo eléctrico dentro de la electroósmosis es el creado por la 
interacción pared-suelo debajo de una casa. El suelo podría tener una polaridad positiva, 
mientras que las paredes por efecto de inducción adquieren una carga negativa. Este gradiente 
de potencial nos indica un campo eléctrico que apuntaría en sentido del decrecimiento de 
potencial. Otra posibilidad es el de un campo eléctrico inducido por placas o electrodos en el 
sistema. En el caso de las placas se colocaría dos placas con distribución de cargas positivas y 
negativas en cada una, ese gradiente denota un campo eléctrico. Ahora con los electrodos es de 
forma parecida como lo que hicimos con las placas. 
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Figura 6. Campo eléctrico pared-suelo definido cuyo sentido esta definido por la 
polarización de ambos. Las moléculas positivas se desplazan por los capilares de la pared 
hacia las negativas [1]. 
 
Es así como definimos la electroósmosis y sus principales elementos, donde las moléculas, el 
medio y el campo eléctrico son la base del fenómeno que hace más de 200 años se ha estudiado 
en la física. 
 
2.2 Base Teórica: La base teórica se desarrolla sobre las bases de la electrostática. El 
funcionamiento de campos eléctricos sobre dipolos y torca sobre dipolos y fuerza eléctrica. 
 
El campo eléctrico utilizado en los experimentos de aplicación de la electroósmosis se realizo con 
placas paralelas o con electrodos. El campo eléctrico lo define en función de la diferencia de 
potencial se deriva desde la ley de Columb (1) donde a la fuerza aplicada sobreun diferencial de 
desplazamiento produce un trabajo (2) que desarrolla una energía por efecto del trabajo (3). La 
definición de Potencial eléctrico es el de la cantidad de energía necesaria por carga que se 
necesita para mover una carga en un campo eléctrico (4). Siendo el campo eléctrico constante, 
sale de la integral (5), dando como resultado la diferencia de potencial igual a el producto del 
campo eléctrico por la distancia d entro dos puntos (6). Ahora imaginemos un capacitor de placas 
paralelas conectadas a una batería. La diferencia de potencial de placas da origen a un campo 
eléctrico que es directamente proporcional a la diferencia de potencial e inversamente 
proporcional a su separación (7) [2]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ahora dicho campo eléctrico actuara sobre las partículas ionizadas para moverlas a través de la 
membrana porosa. La fuerza eléctrica mostrada por Coulomb (9) se la puede dividir para la carga 
d
VaVb
E
dEV
dsEV
dsE
q
U
V
dsEqU
dsEqdsF
EqF
B
A
B
A
B
A















(1) 
(2) 
 
(3) 
 
 
(4) 
 
 
(5) 
 
(6) 
 
(7) 
 
 
6 
de prueba (9) y así obtener la expresión para el campo eléctrico. La ionización permitirá que cada 
molécula se identifique como una carga donde por acción del campo eléctrico se ejercerá una 
fuerza electromagnética en dicha molécula (10). 
 
 
 
 
 
 
 
 
La fuerza anteriormente explicada sobre cada ion arrastrará las moléculas de agua en dirección 
del campo eléctrico (10), es importante encontrar dicho flujo ya que todo el objetivo de la 
electroósmosis es el movimiento del líquido ionizado. 
Según las experimentaciones de Reuss en 1808 se dedujo una formula experimental que calcula 
el flujo electroosmótico (11) en función de la superficie de la membrana (S), el potencial utilizado 
(V) y la longitud de la membrana porosa (l). A esto se suma un coeficiente de permeabilidad 
electroosmótica (Ke) [5e-5 cm^2/V.s] que es análogo al coeficiente de permeabilidad de Darcy 
(este es el coeficiente desarrollado en mecánica de fluidos que denota la permeabilidad de un 
medio). 
 
 
 
 
 
 
 
A “  ” se lo denomina la resistencia de la membrana por unidad de longitud. En suelos arcillosos 
suelen ser entre 80 a 1500 ohms por cm [1]. 
 
2.3 Funcionamiento: 
Una membrana porosa existe entre un liquido ionizado. A este sistema se le aplica un campo 
electrico que obliga a ir al líquido en dirección del campo eléctrico como se muestra en la figura 
1. Al tener un líquido ionizado 
 
 
 
IKQ
l
RI
SKQ
l
V
SKQ
ee
ee
ee





EqF
r
r
q
KE
q
F
r
r
qq
KF
e
e
e
ee









ˆ
ˆ
2
0
2
0 (8) 
 
 
(9) 
 
(10) 
(11) 
 
(12) 
 
(13) 
7 
Figura 7. Esquema de electroósmosis donde el cuadro gris en el centro es la membrana porosa 
rodeada de agua ionizada. La flecha amarilla señala el desplazamiento del líquido que concuerda 
con la caída de potencial del campo eléctrico. 
 
Haciendo una vista microscópica dentro de los capilares de la membrana, vemos en la figura 2 los 
aniones y cationes dispersos dentro del capilar. Aquí se diferencian tres zonas. La primera es la 
capa fija donde la pared del capilar usualmente tiene una carga negativa que atrae a una capa de 
cationes del agua. La segunda zona es la capa móvil compuesta con cationes libres de atracción. Y 
la tercera zona es donde el resto de aniones y cationes se encuentran formando un líquido 
neutro. 
 
 
Figura 8. De izquierda a derecha se encuentra las capas fija, móvil y de líquido neutro 
dentro de un capilar cargado negativamente. 
 
Al aplicarse un campo electromagnético, hay una fuerza ejercida sobre los cationes libres que los 
obliga a ir hacia el cátodo. Este movimiento arrastra a las moléculas donde el liquido neutro se 
encuentra sin ningún estimulo del campo eléctrico (figura 3). 
 
 
Figura 9. Se coloca un cátodo y ánodo para aplicar un campo eléctrico sobre el capilar. La 
capa móvil se ve influenciada por este y la fuerza electromagnética las dirige hacia el 
cátodo. Las moléculas neutras son arrastradas por los cationes estimulados 
eléctricamente. 
 
Y es así como el flujo electroosmótico toma la dirección del campo eléctrico que se induce al 
capilar. Donde la dirección es siempre la del campo eléctrico inducido. 
 
 
 
8 
 
 
Figura 10. La flecha amarilla muestra la dirección del flujo electroosmótico. 
 
 
3. Aplicación 
 
Deshumidificación de muros e inmuebles: Bajo condiciones normales un muro esta expuesto 
a diferentes fuentes de humedad, como la penetración del agua de lluvia a la fachada a través de 
la estructura capilar de los materiales, por filtración a través de fisuras en la fachada, degradación 
del revestimiento, otras fallas constructivas, o por el por ascenso capilar del agua contenida en el 
terreno (agua con sales debido a sustancias solubles que se encuentran en el terreno o en los 
materiales de construcción) debido a un campo eléctrico natural. Esta agua en ascenso que 
contiene sales disueltas, produce humedad por capilaridad en las paredes en contacto con el 
suelo y luego cuando llega a una zona aireada en el muro el agua se evapora en su superficie 
dejando depositadas las sales que llevan disueltas, las cuales producen manchas en muros y 
paredes. Una de las soluciones para evitar esta humedad es la electroósmosis. 
 
La electroósmosis, como ya se explico, es la colocación de un campo eléctrico contrario y 
mayor al natural (existente) con el fin de desplazar el agua fuera del muro. Los campos naturales 
(existentes) que producen humedad por capilaridad se deben a que “usualmente” las 
mamposterías de diferentes materiales (bloque, ladrillo) se encuentran cargadas negativamente 
creando un campo eléctrico que permite que los cationes de agua entren hacia el muro 
(humedad por capilaridad). Es por esto que los electrodos que formarán el campo eléctrico 
contrario e inducido deben ser conformados con los ánodos (electrodos -) estén en el suelo, y los 
cátodos (electrodos +) en el muro, de tal forma que los cationes de agua se dirijan hacia el suelo. 
 
 
9 
Figura 11. Aplicación de electroósmosis para hacer la humedad descienda. 
La manera de aplicar la electroósmosis es la siguiente: 
 Se remueve el revestimiento húmedo. 
 Se colocan electrodos en la pared y en el suelo. La configuración suele ser: los ánodos 
en el suelo y los cátodos en las paredes. Los electrodos pueden ser de grafito. La 
separación de electrodos es de 1,5m a 2m, la profundidad de colocación es 
normalmente la mitad del grosor del muro, y los electrodos son de aproximadamente 
15 cm de longitud. 
 
 
Figura 12. Colocación de electrodos de grafito en la pared. 
 Se coloca una pintura de grafito para mantener la señal eléctrica de forma 
homogénea en todo el muro. 
 
 
Figura 13. Pintura de grafito en la pared. 
 
 Se coloca los electrodos en el suelo a aproximadamente 1,2m de profundidad con un 
radio de acción de 6m. 
 
10 
 
Figura 14. Colocación de electrodos de grafito en el suelo. 
 
 Se aplica externamente una pequeña diferencia de potencial, la cual genera un 
campo eléctrico. Esta puede ser continua o en pulsos intermitentes. 
 
 
Figura 15. Aplicación de una diferencia de potencial entre electrodos. 
 
4. Conclusiones 
 La electroósmosis es una herramienta muy útil en diferentes áreas para lograr desplazar 
un fluido a lo largo de un material poroso bajo condiciones específicas para la situación 
particular que se este manejando. 
 
 
 
 
11 
Referencias 
 
[1] H. Cambefort, Geotecnia del ingeniero, 1ra edición española (editores técnicos 
asociados s.a, Barcelona 1975). 
[2] A. R. Serway/ J. W Jewett, Física para ciencias e ingeniería, 6ta edición (Thompson, 
México, 2007) 
[3] © Humicontrol, S.L., Humedades capilares, www.humicontrol.com, 04-May-2009, 
<http://www.humicontrol.com/humicontrol/Humedades_capilaridad/Humedades_capil
aridad_problema.htm>[4] electroósmosis, www.canalconstruccion.com.es, 01-mayo-2009. 
<http://www.canalconstruccion.com/electroosmosis-humedad-capilaridad.html> 
[5] Electrosmótic flow, www.wikipedia.com, 01-May-2009, 
<http://en.wikipedia.org/wiki/Electroosmotic_flow> 
[6] http://suelooh.blogspot.es/ 
[7] http://bibliotecnica.upc.es/bib310/humedades/ 
 
http://www.humicontrol.com/
http://www.canalconstruccion.com.es/
http://www.canalconstruccion.com/electroosmosis-humedad-capilaridad.html
http://www.wikipedia.com/
http://en.wikipedia.org/wiki/Electroosmotic_flow
http://suelooh.blogspot.es/
http://bibliotecnica.upc.es/bib310/humedades/