Producción de ozono

Cómo se produce el ozono:

     -Producción de ozono a partir del esmog

     -Producción natural de ozono a partir de la luz UV

     -Producción comercial de ozono a partir de la luz UV

     -Producción natural de ozono mediante descarga eléctrica

     -Producción comercial de ozono mediante descarga eléctrica

     -Producción electrolítica de ozono

Producción de ozono a partir del esmog:

El ozono se forma a nivel del suelo mediante una reacción química entre el dióxido de nitrógeno (NO2) y/o los compuestos orgánicos volátiles (VOC's) y los rayos UV de la luz solar. La diferencia entre esta producción de ozono perjudicial para la salud y la producción comercial de ozono, o la producción natural de ozono en nuestra capa de ozono, es que la producción de ozono a partir del esmog es un ciclo perjudicial que resulta difícil de interrumpir. En la producción de ozono a partir del esmog, la calidad del aire se altera a largo plazo; el ozono no se descompone simplemente en oxígeno inocuo, sino que se recombina para formar NO2 en la atmósfera y reiniciar el ciclo perjudicial. Vea el ejemplo en la imagen a continuación.

Cuando el ozono se produce de forma natural sin la presencia de otros contaminantes nocivos, como los VOC's y el NO2, vuelve a descomponerse naturalmente en oxígeno. Esto es un resultado normal de la inestabilidad del ozono y de la corta vida media inherente a la molécula de ozono.

La consideración importante respecto a la producción de ozono a partir del esmog es que el ozono no es la causa del problema de calidad del aire, sino el resultado. El exceso de NO2 y VOC's en el aire debido a la contaminación hace que comience este ciclo de ozono perjudicial. Por ello, la EPA ha establecido estándares para el ozono a nivel del suelo. Esto es importante, ya que reducir la contaminación del aire disminuirá el ciclo de ozono perjudicial y mejorará la calidad general del aire para todas las personas.

Producción natural de ozono a partir de la luz UV:

El lugar más común de nuestro planeta donde se encuentra ozono es la capa de ozono. Es una parte natural e importante de nuestro mundo. La luz UV produce ozono a partir del oxígeno atmosférico en longitudes de onda cortas inferiores a 240 nanómetros (nm). La luz UV también destruye el ozono y lo descompone nuevamente en oxígeno atómico (O) y oxígeno diatómico (O2) en longitudes de onda de aproximadamente 200 nm a 315 nm. Por lo tanto, la capa de ozono filtra eficazmente las longitudes de onda UV de aproximadamente 100 – 315 nm. Esto es importante porque estas longitudes de onda UV son perjudiciales y provocan quemaduras solares en las personas y daños en el ADN de los tejidos vivos.

El ozono es una parte importante de la estratosfera de nuestro planeta. El nivel de ozono en la estratosfera oscila entre 2 y 8 ppm en la capa de ozono; por lo tanto, la mayor parte del oxígeno atmosférico permanece en forma diatómica (O2). Otro aspecto de la contaminación que suele debatirse es la posibilidad de alterar este equilibrio entre la producción y la destrucción del ozono mediante la luz UV en la estratosfera.

Producción comercial de ozono a partir de la luz UV:

El ozono también se produce comercialmente con un generador de ozono que utiliza luz UV. El ozono se produce con longitudes de onda de luz UV inferiores a 240 nm. La producción de ozono alcanza su máximo con longitudes de onda de luz UV de 185 nm. Al utilizar luces UV calibradas específicamente para una longitud de onda de 185 nm, se puede producir ozono a partir del aire.

Ventajas del generador de ozono UV:

      Diseño sencillo: solo una lámpara UV con balasto y un ventilador

      Bajo costo: gracias a su diseño sencillo

      Menor producción de óxido nítrico

Desventajas del generador de ozono UV:

      Baja producción de ozono: g/hr

      Baja concentración de ozono: menos del 1% en peso

      Será necesario reemplazar las bombillas y los balastos

Producción natural de ozono mediante descarga eléctrica:

El ozono se produce mediante una descarga eléctrica, como una chispa. Por eso es posible que perciba olor a ozono cerca de motores eléctricos, generadores eléctricos y máquinas copiadoras o impresoras. Estos dispositivos y muchos otros producen niveles bajos de ozono en el aire mediante descargas eléctricas.

Cuando se produce una descarga eléctrica cerca de una molécula de oxígeno (O2) presente en el aire ambiente, esta se divide en oxígeno elemental (O). Estos átomos de oxígeno se unen rápidamente a otra molécula de oxígeno (O2) para formar ozono (O3). Vea la imagen a continuación.

Como se muestra, los rayos son una fuente común e importante de ozono. Los rayos producen grandes cantidades de ozono en el aire a partir del oxígeno atmosférico. Esto puede contribuir al olor a «fresco» o a ozono después de una tormenta eléctrica. Sin embargo, llas investigaciones también han demostrado que las tormentas eléctricas pueden extraer gas ozono de la estratosfera. Todos estos métodos naturales de aumentar el ozono a nivel del suelo son saludables.

Producción comercial de ozono mediante descarga eléctrica:

El método más común para producir ozono comercial e industrialmente es la descarga eléctrica o descarga de corona. Una descarga de corona es simplemente una chispa difusa que atraviesa un dieléctrico, lo que distribuye la descarga eléctrica sobre una superficie amplia para lograr la máxima eficiencia.

Hay muchos tipos y diseños de generadores de ozono por descarga de corona. Se conocen con diversos nombres, pero en esencia son iguales y utilizan estos componentes:

     -Celda de corona con un dieléctrico

     -El material dieléctrico puede ser vidrio, cerámica o cuarzo

     -El dieléctrico puede ser cónico o de placa plana

     -Transformador de alto voltaje para aumentar el voltaje de la descarga eléctrica

     -Fuente de alimentación para regular la potencia del transformador

     -Las máquinas de 60Hz solo regulan el voltaje del transformador

     -Las máquinas de alta frecuencia (superior a 60 Hz) regulan la frecuencia y/o el voltaje del transformador

Ventajas del generador de ozono por descarga de corona:

      Escalable y capaz de producir cantidades muy grandes de ozono

      Produce ozono en concentraciones medias a altas (hasta 30% en peso)

      Económico para el funcionamiento a largo plazo

      Bajo mantenimiento

Desventajas del generador de ozono por descarga de corona:

      Alto costo de inversión inicial

      Genera exceso de calor que debe eliminarse para lograr un funcionamiento eficiente

      Requiere aire o oxígeno de alimentación muy limpio y seco para un funcionamiento fiable

Producción electrolítica de ozono:

El ozono se puede producir directamente en el agua mediante generadores electrolíticos de ozono. Esto ofrece grandes ventajas, ya que no se necesita el equipo de contacto normalmente requerido para disolver el gas ozono en el agua.

Los generadores electrolíticos de ozono utilizan una descarga eléctrica en el agua para dividir la molécula de agua (H2O) en H2 + O2. Este O2 también puede dividirse en O y combinarse para crear O3. Para ello se necesita un método que aísle el oxígeno del hidrógeno y cargue eléctricamente ese oxígeno para convertirlo en ozono. Se ha trabajado mucho con catalizadores, ánodos y cátodos para mejorar la eficiencia. Sin embargo, este método sigue siendo poco fiable con cualquier agua que no sea ultrapura y es energéticamente ineficiente.

Ventajas del generador electrolítico de ozono:

      El ozono se produce directamente en el agua; no se requiere equipo para introducir ozono ni para eliminar el gas desprendido

      Diseño compacto y tamaño reducido

Desventajas del generador electrolítico de ozono:

      Alto consumo de energía

      Vida útil corta del ánodo y el cátodo utilizados para la descarga eléctrica