Teoría de los reactores UV de desinfección

Antes de dar la descripción técnica de los reactores UV, se van a explicar de forma breve las investigaciones que llevaron a optimizar el proceso de desinfección UV.

El gobierno alemán encargó un proyecto de I+D en el que se estudió cómo la luz UV, con una longitud de onda de 254 nm, afectaba a microorganismos (bacterias, virus, ...). Se descubrió que la velocidad de desactivación de los mismos dependía de la cantidad de luz UV incidente. Este trabajo obtuvo como conclusión que la dosis de radiación UV necesaria para desinfectar agua potable estaba en torno a 400 J/m² ya que, con este valor, se eliminaban más del 99,99% de los gérmenes presentes.

Por tanto, los reactores UV tienen que ser capacer de actuar sobre el agua aplicando radiación UV. La cantidad de luz UV absorbida, la geometría de la cámara de radiación, el tiempo de permanencia en el área de irradiación y el tiempo de residencia del agua en el reactor UV juegan un papel determinante. La ecuación de Lambert-Beer describe la reducción de la intensidad de la luz UV que pasa a través de la zona irradiada:

I₀ es la intensidad inicial (en W) e I es la intensidad en la posición x. El SAC (coeficiente de absorción espectral) es una propiedad óptica del líquido y tiene unidades de !/longitud. Para x₁ se tiene que:

La cantidad de luz (Dosis) depende de la intensidad (Intensität), el tiempo de residencia (Zeit) y el área irradiada (Fläche):

La determinación de algunos parámetros de los reactores UV constituye una parte fundamental dentro del diseño. El cálculo del tiempo de residencia del fluido dentro del reactor es bastante complejo. Por este motivo, no es posible concretar este dato para reactores UV convencionales. Por ello, Enviolet emplea únicamente reactores de flujo rotacional. En éstos, las lámparas van situadas dentro del tubo de cuarzo central, mientras que el líquido gira en el espacio anular alrededor del eje del reactor (ver figura de abajo). Este flujo puede calcularse de forma precisa.

Esta ilustración representa el flujo rotacional de los reactores UV de Enviolet. Como el tiempo de residencia es pequeño, permite calcular de forma exacta el caudal.

Las ventajas de un flujo rotacional son:

• Su existencia simplifica los cálculos a realizar a la hora de determinar el resto de parámetros. Ésto convierte a Enviolet en el único proveedor dereactores UV eficientes.
• El que el tiempo de residencia sea pequeño implica que todo el volumen de agua que circula por el reactor será irradia con la máxima cantidad de luz UV..
• El líquido rotatorio es abrasivo para la carcasa de cuarzo para evitar que se deposite sobre él.
• Las elevadas turbulencias llevan a que se realice una mezcla "mejor" haciendo la desinfección más efectiva.
• La intensidad de las lámparas incluidas dentro del reactor es constantemente monitorizada. Ésto significa que la señal obtenida, representa el estado real de la emisión UV (Fig. 1).

La monitorización integrada de todas las lámparas UV en el reactor, lleva a obtener un dato fiable de la cantidad de luz UV que absorbe el agua que circula a través del reactor MicroUV®.

Los reactores UV diseñados del modo descrito a continuación, no deberían ser utilizados ya que poseen las siguientes desventajas:

• El trayecto A implica un tiempo de residencia demasiado corto como para que la desinfección se lleve a cabo de forma efectiva. Por otro lado, en el recorrido B el tiempo de residencia es demasiado largo y se malgasta energía y tiempo de vida de la lámpara.
• Ésto provoca un by-pass que trata de compensar el aumento de potencia de las lámparas. Todo ésto se traduce en mayores costes de funcionamiento debido a un aumento en el consumo de energía y lámparas de repuesto adicionales.
• Además, las partículas tienen a depositarse en este tipo de reactores por lo que se hace necesario contratar, con costes adicionales, un equipo de limpieza mecánica.
• Otra desventaja del diseño convencional es la funcionalidad limitada de los sensores para monitorizar la dosis de radiación UV. Se toma (casi) siempre como referencia la señal emitida por una sola lámpara, lo cual puede conducir a una serie de errores como: si todas las lámparas UV son antiguas excepto una, la dosis que mide el sensor es mayor que el valor real. Ésto conlleva a que se crea que el proceso se está realizando de forma eficiente cuando, realmente, se está muy lejos de trabajar en ese punto.