Antes de explicar ¿qué es la luz ultravioleta? y ¿para qué se usa? empecemos por conocer ¿qué es el espectro electromagnético? Se denomina espectro electromagnético a la gama de energía que se extiende desde la radiación de menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos X, incluyendo la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnéticas, cuya longitud de onda es mayor, como son las ondas de radio.
La intención de este artículo es exponer los fundamentos de la luz ultravioleta (UV), con la finalidad de difundir su conocimiento y el uso de la misma, para solucionar diferentes problemas en la Calidad Ambiental Interior (CAI), donde es necesario eliminar contaminantes.
Ing. Fernando de Jesús Bonilla González
Antes de explicar ¿qué es la luz ultravioleta? y ¿para qué se usa? empecemos por conocer ¿qué es el espectro electromagnético? Se denomina espectro electromagnético a la gama de energía que se extiende desde la radiación de menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos X, incluyendo la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnéticas, cuya longitud de onda es mayor, como son las ondas de radio.
Se cree que el límite para la longitud de onda más pequeña posible es la longitud de Planck, mientras que el límite máximo sería el tamaño del Universo, aunque formalmente el espectro electromagnético es infinito y continuo.
¿Qué es la luz UV?
La luz Ultravioleta es parte del espectro electromagnético, es decir, es energía cuya longitud de onda es menor que la luz visible pero mayor que la de los rayos X, dicha longitud de onda se encuentra entre los 200 a 400 nanómetros (nm=10-9 metros), en otras palabras, toda la luz UV es invisible para el ojo humano.
Es por ello que este rango de energía electromagnética, que bien se conoce como luz ultravioleta (UV), puede a su vez subdividirse en las siguientes bandas (ver figura 1):
Figura 1. La luz UV puede subdividirse en UVA, UVB, UVC-
• UVA o de onda larga de 400 a 315 nm, es la más abundante en la luz del sol, y es la causante del bronceado y las arrugas en la piel.
• UVB o de longitud intermedia de 315 a 280 nm, es la causante del enrojecimiento y cáncer en piel.
• UVC o de onda corta de 280 a 200 nm, es la más efectiva para uso germicida, pero no penetra a la superficie de la tierra.
¿Cómo se genera la luz UV?
La luz UV existe de forma natural como parte del espectro electromagnético, sin embargo para su utilización con diferentes finalidades es necesario “producirla” o generarla artificialmente.
La generación artificial de la luz UV se realiza de la siguiente forma (ver figura 2), mediante la utilización de un emisor (denominado lámpara) de cuarzo puro, que contiene un gas inerte (vapor de mercurio), que cuando se induce una corriente eléctrica en los polos de la lámpara, (que genera un arco voltaico) se ioniza, es decir, los átomos del gas reciben una carga eléctrica, lo cual incrementa su energía (los excita).
Figura 2. Generación artificial de luz UV-
Adicionalmente, el calor producido por el emisor se incrementa junto con la presión interna del gas, lo que aumenta la excitación de electrones haciendo que “salten” desplazándose a través de las diferentes líneas de longitud de onda, hasta el punto de convertirlos en fotones de luz UV.
Por ejemplo, una descarga de presión baja produce un espectro a 185 y 253.7nm. Los emisores de luz UV de presión media producen radiación multi-onda, es decir, diferentes longitudes de onda de diversa intensidad a través del espectro UV (200-400nm). De acuerdo a lo anterior, controlando la descarga y la presión dentro de un emisor es posible producir diferentes clases o tipos de luz UV antes descritos, por ejemplo la requerida para las camas de bronceado.
Este espectro electromagnético puede ser utilizado en lámparas para la purificación del aire en edificios, oficinas, escuelas y hospitales
¿Para qué se utiliza la luz UV?
Actualmente en el aire acondicionado, la aplicación más difundida de luz UV es con fines germicidas y de forma muy concreta en los serpentines de enfriamiento, es decir, se utiliza para mantenerlos limpios, libres de algas u hongos, esto ayuda para mantener su eficiencia térmica y evita el uso de germicidas en las charolas de condensados.
Otro uso quizá menos conocido, pero sumamente importante, es la eliminación de la carga biológica del aire, esto significa que la irradiación ultravioleta es capaz de eliminar microorganismos que son aerotransportados. Para lograr esto es necesario determinar cuáles son y en qué cantidades se encuentran, ello permite determinar la “dosis” de radiación requerida.
También es posible utilizar la luz UV como auxiliar en el tratamiento o eliminación de olores desagradables, para ello se utilizan lámparas de luz UV que generan ozono, el cual se inyecta en el sistema de aire acondicionado, en esta aplicación el aspecto más importante a considerar es la cantidad de ozono que se va a producir ya que no debemos rebasar los límites de exposición establecidos en la NOM-020-SSAI 1993, porque se pondría en riesgo la salud de los usuarios u ocupantes. Esta misma tecnología se usa para la dilución de algunos contaminantes.
Por último existe una nueva tecnología que permite combinar el ozono generado por la lámpara con el agua contenida en el aire (humedad), generando moléculas súper-oxidantes que representan un menor riesgo que el ozono y que funcionan a partir de que son inyectadas a las áreas que deben ser tratadas, oxidando las moléculas de los contaminantes. Al proceso utilizado por esta tecnología se le conoce como Foto Hidro Ionización o PHI (por sus siglas en inglés), la cual es básicamente una fotocatalización en donde el componente “lumínico” es la luz UV.
Función germicida la luz UV
Como hemos dicho, la luz UV es una forma de energía que se “transmite” o “viaja” como fotones, esto significa que para que funcione como germicida, es necesario que el microorganismo sea “iluminado” o “irradiado” por los fotones de luz UV, es decir debe ser expuesto al haz de luz UV (ver figura 3).
Figura 3.- La longitud de onda de la luz UV permite penetrar y destruir la estructura del DNA del microorganismo.-
Aquí es importante recordar que este tipo de luz UV-C tiene una longitud de onda muy específica 254 nm, y es precisamente eso lo que le permite penetrar la “pared” que protege la información genética del microorganismo y romper su estructura del DNA.
La forma más común de daño es la destrucción de la timina (es una de las cuatro bases nitrogenadas que forman parte del ADN), haciendo que se “funda” con alguna de las otras bases del DNA, produciendo un abultamiento en la “escalera”, haciendo que las moléculas de DNA no funcionen correctamente, inutilizando al microorganismo o virus.
Dependiendo de la clase de microorganismo de que se trate, será necesario exponerlo a diferentes niveles de energía (dosis), para “eliminarlo”. En el cuadro se muestran algunos ejemplos de las dosis que se deben aplicar.
Energía requerida para destruir los microorganismos más comunes Bacterias Energía Virus Energía Bacillus anthracis 4.520 Rhino Virus 2.950 Bacillus megaterium 1.300 Influenza 3.330 Bacillus megaterium spores 2.730 Bacillus subtilis 7.100 Levaduras Bacillus subtilis spores 12.000 Saccharomyces cerevisiae 6.000 Corynebacterium diphtheriae 3.370 Saccharomyces ellipsoides 6.000 Escherichia 3.000 Brewer`s yeast 3.300 Micrococcus lutea 19.700 Baker`s yeast 3.900 La energía está en: micro watt-segundo/cm2La aplicación de la luz UV en los sistemas de aire acondicionado puede ser en:
• Las unidades manejadoras de aire (UMA), y en dos sitios en particular.
- Del lado de baja presión del serpentín (salida del aire) con la finalidad de mantener limpio el serpentín y la charola de condensado, evitando la proliferación de microorganismos, cuya presencia disminuye la eficiencia térmica, porque su crecimiento reduce el área de paso del aire a través del serpentín, lo que aumenta la velocidad de paso y por lo tanto disminuye el tiempo de contacto del aire con las aletas y tubos, además de que estos microorganismos son una fuente importante de contaminación biológica.
- Del lado de alta presión (entrada del aire), en los filtros de alta eficiencia del sistema, para inactivar o eliminar los microorganismos que son atrapados por el filtro, estos son irradiados por las lámparas que se instalan enfrente de los filtros.
• Dentro del sistema de ductos, ya sea en el retorno o la inyección, esto se hace con la finalidad de eliminar “al paso” la carga biológica del aire, para ello se utilizan las dosis mencionadas, además de un adecuado material en el ducto, ya que como la luz UV es una radiación, ésta se refleja y puede multiplicar su efecto.
• En los bancos de filtros, se instalan delante de estos, ya sean para toma de aire fresco o de recirculación y así evitar la introducción de microorganismos en el ambiente controlado. O bien delante de los filtros de contención para evitar la descarga de aire contaminado al medio ambiente.
Su uso también incluye la desinfección de ductos, serpentines de enfriamiento, sistemas de manejo de agua y eliminación de olores, sólo por mencionar algunas de sus aplicaciones
¿Cómo se utiliza la luz UV?
Las lámparas de luz UV tienen una vida útil, ésta la indica el fabricante y es necesario cambiarlas cuando se agota el periodo sugerido, ya que si bien no se “apagan” o “funden”, si pierden su capacidad de generar radiación, esto es debido al decaimiento del vapor de mercurio, y desde luego cuando esto sucede ya no se logra el efecto deseado, con las correspondientes consecuencias en nuestra aplicación en particular.
Para que la luz UV cumpla con el objetivo deseado, basta con instalar las lámparas en el lugar adecuado según la aplicación, para que de inmediato inicien su acción, ya sea microbicida o cualquier otra como la eliminación de olores.
Una recomendación es evitar la radiación en su persona, ya que si bien para que los efectos se manifiesten se requieren dosis muy altas, también es cierto que cada persona tiene diferente sensibilidad y puede sufrir daños desde leves “quemaduras” en la piel (bronceado), hasta molestias en los ojos por que se pueden resecar levemente.
Por ello se recomienda consultar a los expertos en Calidad Ambiental Interior, quienes con toda seguridad podrán orientarle en el uso adecuado de esta tecnología de acuerdo a cada requerimiento.
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