Aplicaciones de ozono
Producción de ozono mediante descarga de corona
¿Cómo funciona un generador de ozono por descarga de corona?
El corazón de todo sistema de ozono es el generador de ozono. El ozono (O3) se crea a partir del oxígeno (O2) en la naturaleza y en los generadores de ozono para aplicaciones comerciales o industriales; sin embargo, el ozono (O3) vuelve rápidamente a convertirse en oxígeno molecular (O2). El ozono no se puede almacenar debido a su corta vida media y debe producirse en el lugar y bajo demanda. Por lo tanto, el generador de ozono es el componente más importante de todo sistema de ozono eficaz.
Las aplicaciones industriales y comerciales de ozono utilizan casi exclusivamente generadores de ozono por descarga de corona. Existe una cantidad prácticamente infinita de variantes del principio fundamental de descarga de corona, y describiremos muchas de ellas en este artículo. Sin embargo, todas comparten los fundamentos de una descarga eléctrica difundida a través de un material dieléctrico para crear una descarga de corona y generar ozono.
Fundamentos de la descarga de corona:
El ozono se produce mediante una descarga eléctrica, comúnmente conocida como chispa. Durante una tormenta eléctrica se producen grandes cantidades de ozono debido a los rayos. Esta es una de las razones por las que se percibe el olor «fresco» después de una tormenta eléctrica.
Cualquier descarga eléctrica o chispa producirá ozono. La chispa dividirá la molécula de oxígeno (O2) presente en el aire ambiente en oxígeno elemental (O). Estos átomos de oxígeno se unirán rápidamente a otra molécula de oxígeno (O2) para formar ozono (O3).
La energía eléctrica utilizada para generar ozono divide la molécula de oxígeno. A continuación se describe la energía teórica necesaria para dividir la molécula de oxígeno:
-0.82 kWh de energía eléctrica por cada 1 kg de ozono generado
-0.372 kWh de energía eléctrica por cada 1 lb de ozono generado
En la producción real de ozono, la energía necesaria para producirlo será entre 10 y 20 veces mayor que las cifras matemáticas indicadas, debido a las ineficiencias de la generación de ozono.
En un generador de ozono por descarga de corona, la descarga eléctrica tiene lugar en un espacio de aire dentro de la celda de corona, diseñada específicamente para dividir la molécula de oxígeno y producir ozono. En este espacio de aire se utiliza un dieléctrico para distribuir uniformemente el flujo de electrones a través del espacio y extenderlo a la mayor cantidad posible de oxígeno.
Dieléctrico utilizado para crear la corona:
Una sola chispa entre un ánodo y un cátodo encontrará algunas moléculas de oxígeno en su recorrido y producirá algo de ozono. Sin embargo, si esta chispa se distribuye sobre un área mayor, entrará en contacto con más moléculas de oxígeno. Por eso se utiliza una barrera dieléctrica en un generador de ozono para crear una corona. El uso de un dieléctrico distribuye la chispa sobre un área mayor y crea una verdadera corona.
Transformador de alto voltaje:
Para hacer pasar la descarga eléctrica a través del material dieléctrico se necesita un voltaje más alto. Por lo tanto, un generador de ozono utilizará algún tipo de transformador para aumentar el voltaje desde el voltaje de línea hasta 600 – 20,000 voltios, según el dieléctrico y el espacio de aire entre el ánodo y el cátodo.
Al utilizar esta descarga de corona de alto voltaje, se producirá ozono cuando las moléculas de oxígeno pasen por el espacio entre el dieléctrico y el ánodo o el cátodo. Estos son los fundamentos de la descarga de corona. A continuación, examinaremos los componentes comunes utilizados en estos generadores de ozono y las ventajas de cada uno.
Refrigeración:
La creación de una descarga de corona con altos voltajes y grandes cantidades de energía que atraviesan una barrera dieléctrica genera mucho calor. En todos los generadores de ozono por descarga de corona se genera calor que debe eliminarse del generador. Los generadores de ozono por descarga de corona pueden refrigerarse por aire o por agua. En ambos casos, el exceso de calor debe eliminarse de forma segura de la celda de corona, ya que el exceso de calor reducirá la producción de ozono debido a la disminución de la vida media del ozono a medida que aumenta la temperatura.
Gas de alimentación:
El ozono se produce a partir del oxígeno. El oxígeno está presente en el aire ambiente en una proporción de aproximadamente el 20 %. El uso de aire para producir ozono funciona y permite producirlo a partir del oxígeno presente en el aire ambiente. Sin embargo, si se utiliza una concentración de oxígeno más alta, se producirá más ozono. Muchos generadores de ozono incorporan un concentrador de oxígeno para aumentar los niveles de oxígeno en el gas de alimentación y elevar la producción total de ozono.
Tanto si se utiliza aire como oxígeno como gas de alimentación, es extremadamente importante que el aire esté perfectamente limpio y seco para eliminar la posibilidad de crear subproductos peligrosos durante la producción de ozono.
Los generadores de ozono por descarga de corona reciben muchos nombres debido a las pequeñas diferencias entre ellos. Se han acuñado nombres como «plasma frío», «generador de plasma», «corona fría» y muchos otros. En definitiva, todos son variantes del generador de ozono fundamental por descarga de corona.
Ejemplo de descarga de corona:
Componentes de un generador de ozono por descarga de corona:
Hay muchos tipos y modelos de generadores de ozono por descarga de corona. Reciben diversos nombres, pero fundamentalmente son iguales y utilizan estos componentes:
-Dieléctrico - material que difunde la chispa y la convierte en una corona; puede estar fabricado con uno de los siguientes materiales
*Vidrio
*Cerámica
*Cuarzo
*Mica
-Celda de corona para alojar el dieléctrico y proporcionar el ánodo y el cátodo entre los que se origina y se transmite la corona.
*La celda de corona puede alojar un dieléctrico en forma de placa plana o tubo cónico.
*La celda de corona puede estar fabricada en acero inoxidable, aluminio u otros materiales resistentes al ozono
-Transformador de alto voltaje para aumentar el voltaje de la descarga eléctrica
-Fuente de alimentación para regular la energía suministrada al transformador
*Las máquinas de 60Hz solo regularán el voltaje del transformador
*Las máquinas de alta frecuencia (superior a 60 Hz) regularán la frecuencia o el voltaje del transformador
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