Ozono disuelto con difusores de burbujas

El gas ozono puede disolverse en un líquido con difusores de burbujas sencillos, similares a los que se suelen usar en el fondo de las peceras para la aireación. Este es un método simple y económico para disolver gas ozono en un líquido. Como el ozono es parcialmente soluble en líquidos, el gas ozono se transferirá al líquido inmediatamente en la interfaz entre la superficie de la burbuja de gas ozono y el agua circundante.

Los difusores utilizan una membrana permeable al gas que dispersa el flujo de gas en muchas burbujas más pequeñas de ozono en el agua. A medida que estas burbujas de gas ozono ascienden naturalmente a la superficie del agua, el ozono se transfiere al agua debido al contacto entre el líquido y la burbuja de gas.

Ventajas:

-Bajo costo

-Sin piezas móviles

-Fácil de instalar

-Bajo consumo energético: no requiere bombas de agua ni presiones de agua elevadas

-Funcionamiento sencillo y fiable a largo plazo

Desventajas:

-Generalmente, es el método menos eficiente para disolver ozono en un líquido

-Los difusores pueden obstruirse y requerir un reemplazo periódico

-Difíciles de usar en flujos de agua presurizados

El gas ozono es parcialmente soluble en líquidos. Sin embargo, con los métodos y equipos adecuados, se pueden lograr altas eficiencias de transferencia de masa con cualquier método para disolver ozono en agua. Revise los consejos que aparecen a continuación para usar con éxito un difusor de burbujas de gas ozono en su aplicación de ozono.

Fundamentos de la solubilidad del ozono:

-Las temperaturas más bajas aumentan la velocidad de solubilidad del gas ozono en líquidos

-Las presiones más altas aumentan la velocidad de solubilidad del gas ozono en líquidos

-Las concentraciones más altas de gas ozono aumentan la velocidad de solubilidad del gas ozono en líquidos

Consideraciones de diseño para su difusor de burbujas y columna:

Clasificación en micras del difusor: ¡cuanto más pequeño, mejor!

Los difusores de burbujas de gas ozono se clasifican según el tamaño en micras, es decir, el tamaño de burbuja que produce el difusor. La membrana que divide el flujo de gas en burbujas pequeñas tiene poros; cuanto más pequeños sean los poros, más pequeñas serán las burbujas. Este tamaño de poro o de burbuja suele expresarse mediante una clasificación en micras.

Micra = micrómetro. Equivale a 0.001 milímetro o aproximadamente 0.000039 pulgada

Las burbujas más pequeñas generan una mayor superficie del gas que transporta el ozono. Una mayor superficie aumenta la capacidad del gas ozono para transferirse al líquido. Vea el ejemplo a continuación:

La imagen de arriba muestra el mismo volumen de gas (1 ft³) representado en una burbuja, 8 burbujas idénticas y 512 burbujas idénticas (8 de alto x 8 de ancho x 8 de profundidad).

- Una esfera de 1 pie cúbico = 4.8 ft2 de superficie
- Ocho esferas de 0.125 pies cúbicos = 1 pie cúbico = 1.2 ft2 cada una = 9.66 ft2 de superficie total
- Ochenta esferas de 0.0125 pies cúbicos = 1 pie cúbico = 0.26 ft2 cada una = 20.8 ft2 de superficie total
- 512 esferas de 0.001953 pies cúbicos = 1 pie cúbico = 0.07567 cada una = 38.7 ft2 de superficie total

Un tamaño de burbuja ¼ del original (4.8 / 4 = 1.2) produce 8 veces más burbujas y duplica la superficie total.

En relación con el flujo de gas ozono, un difusor de 25 micras producirá burbujas ¼ del tamaño de las de un difusor clasificado para 100 micras y, por lo tanto, generará más del doble de superficie de gas en contacto con el agua con el mismo caudal de gas que entra en el agua.

¡Cuanto más pequeño, mejor!

Tamaño del tanque del difusor de ozono

Diseño del tanque: ¡cuanto más estrecho, mejor!

Las burbujas de gas ascienden naturalmente a la superficie del agua debido a la flotabilidad. Por lo tanto, cuanto más alto sea el tanque, la columna o el tanque de ozono, más tiempo permanecerá la burbuja de gas en el agua, lo que aumentará la posibilidad de que el gas se transfiera al líquido.

Los tanques más altos también aumentarán la presión del agua

en el fondo del tanque, donde probablemente se colocará el difusor de gas ozono. Una mayor presión del agua aumentará la solubilidad natural del gas ozono en líquidos. Por ejemplo:

11.33 pies de agua = 5 PSI

5 PSI = aumento del 34% en la solubilidad del ozono frente a 0 PSI

Aumentar la columna de agua en 11.33 pies incrementará la solubilidad del ozono, o el potencial máximo de ppm de ozono en el agua, en un 34%.

1 ppm se convierte en 1.34 ppm sin ningún otro cambio.

La imagen y las dimensiones de abajo muestran un excelente ejemplo de columnas independientes. Ambas columnas tienen un volumen de 3 litros; al cambiar el diámetro de 2” a 4”, la altura aumenta de 12” a 58”

2” de diámetro x 58” de alto = 182 in3 = 3 litros
4” de diámetro x 15” de alto = 188 in3 = 3 litros

Si tiene la posibilidad de elegir el tanque o reactor, opte por el menor diámetro posible.

¡Cuanto más estrecho, mejor!

Flujo a contracorriente:

Las cubas de contacto con ozono se pueden diseñar con flujo a contracorriente, donde el agua fluye en sentido opuesto a las burbujas de gas. Aunque las burbujas de gas ascienden naturalmente a la superficie del líquido debido a la flotabilidad, el líquido puede dirigirse hacia la trayectoria de la burbuja de gas para generar turbulencia adicional. El diagrama de abajo muestra un diseño sencillo de una cuba de contacto que utiliza deflectores para crear flujos de gas ozono y líquido a contracorriente y en el mismo sentido

Flujo de gas ozono a contracorriente con difusor de burbujas

Esta misma técnica se puede aplicar a cualquier columna con flujo de agua, utilizando tuberías para hacer que el agua fluya hacia abajo por una columna en cuyo interior asciende el gas ozono. Considere esta sencilla técnica al diseñar su tanque o sistema de tuberías

Material del difusor:

Siempre se debe tener en cuenta la compatibilidad de los materiales al usar gas ozono en cualquier aplicación. En este caso no es diferente. El difusor está expuesto constantemente tanto al ozono gaseoso como al ozono acuoso; este es el entorno más agresivo para los materiales resistentes al ozono.

A continuación, se revisan brevemente algunos tipos de difusores:

Difusores de piedra o cerámica:

La piedra y la cerámica son los materiales más comunes y fáciles de conseguir. Se suelen usar en peceras y otras aplicaciones habituales. Son económicos, fáciles de obtener y funcionan bastante bien. Suelen estar disponibles con tamaños de poro de 50 – 100 micras, normalmente de 100 micras.

Difusores de cerámica

Ventajas:

-Bajo costo

-Fáciles de conseguir en muchas configuraciones

Desventajas:

-La compatibilidad de los materiales puede ser un problema. Aunque la cerámica o la piedra pueden resistir bien el ozono, la conexión del gas ozono debe conectarse a la piedra o al material cerámico. Esta conexión se realiza con pegamento, plásticos u otros materiales que suelen deteriorarse con el tiempo debido al ozono

-La suciedad puede ser un problema debido a la rugosidad de la superficie. Los minerales y contaminantes se adhieren a la superficie y obstruyen el difusor con el tiempo

-Pueden romperse, ya que la piedra o la cerámica se degradan o agrietan con el tiempo

Difusores de acero inoxidable:

El acero inoxidable sinterizado se puede fabricar en diversas configuraciones, tamaños y tamaños de poro. Estos difusores se han vuelto más fáciles de conseguir con el tiempo y están disponibles en diversas configuraciones. Los tamaños de poro de 5 – 50 micras son habituales en estos difusores.

Ventajas:

-Excelente compatibilidad de materiales gracias a su construcción de acero inoxidable y a las conexiones soldadas de acero inoxidable

-Disponibles en tamaños pequeños de micras

-Su construcción resistente y duradera no se agrieta ni se rompe fácilmente

Desventajas:

-No son compatibles con ácidos ni con algunos metales presentes en el agua, como el hierro

-Más costosos que los de cerámica o piedra

Difusores de PTFE:

Los difusores de PTFE o teflón utilizan tubos o material de PTFE como membrana. Son más recientes en el mercado y solo están disponibles en algunas configuraciones de unos pocos proveedores. Los tubos son flexibles, moldeables y se pueden usar en diversas configuraciones. Los tamaños habituales son de 20 – 100 micras.

Difusor de PTFE