INTRODUCCIÓN A LA OZONIZACIÓN
¿EL OZONO?
Se halla en la naturaleza en mayor o menor proporción,
dependiendo del grado de purificación del ambiente, por lo que el ozono es el
mejor y mayor descontaminante natural que disponemos para renovar el aire que
respiramos.
En el año 1.758, M. VON MARUM, investigando con máquinas
electrostáticas, observó la presencia de un olor característico, fenómeno que
hizo constar en sus conclusiones.
Igual le sucedió en el año 1.801 a CIUKSHANK, al efectuar
la electrólisis del agua.
Hasta 1.840 no se logró clasificarlo, siendo el científico
SCONBEIN quien lo bautizó, llamándolo "OZONO", nombre que proviene
del griego y que significa "Olor".
Desde 1.840 a 1.863 se pensó que se trataba de un peróxido
de hidrógeno, hasta que
SORET confirmó el hecho de que se trataba de un compuesto
en donde aparecen solamente átomos de oxígeno y además dio la fórmula.
Si bien fueron muchos los científicos que trataron de
determinar sus características, sólo M.P. OTTO fue el que logró determinar su
densidad, peso molecular, etc., logrando además producirlo y controlarlo
artificialmente.
SIEMENS, en 1.857, construyó el primer generador de ozono
por efluvio eléctrico.
¿QUÉ ES POR
TANTO EL OZONO?
El ozono es una forma alotrópica del oxígeno. Su molécula,
O3, se produce a partir de la activación de la molécula de oxígeno, según la
reacción endotérmica:
64.800 cal + 2 O3
⇔
3 O2 H = 68 KCalorías.
Observamos, que para formar dos moléculas de ozono se
necesitan tres moléculas de oxígeno.
La fórmula propuesta por LAURY y LEWIS, basada en los
llamados enlaces semipolares, permite entender las propiedades atribuidas al
ozono, en su acción frente a otros compuestos químicos.
Bastan concentraciones pequeñas de ozono, (del orden de
los 0,2 mg O3/m3 de aire) para poder comprobar las
ventajas que ofrece y que iremos enumerando en sucesivas separatas, desglosando
su utilidad en los distintos campos, a saber: Ambientes públicos,
esterilización y tratamiento de aguas, cámaras frigoríficas, etc.
En el agua presenta gran solubilidad, medida ésta por el
coeficiente de equilibrio entre la fase líquida y la fase gaseosa para unas
mismas condiciones de presión y temperatura.
No obstante, el equilibrio sólo se alcanza en el momento
en que todas las materias reductoras existentes en dichas fases se han oxidado.
Queda siempre una parte de ozono en el agua, siempre que nosotros estemos
aportando ozono para neutralizar la acción de materias reductoras que se puedan
ir formando, y el agua esté purificada y apta para el fin a la cual se ha
destinado.
En condiciones normales de presión y temperatura, el ozono
es inestable; aumentando dicha inestabilidad por aumento de temperatura y
humedad, llegando a ser total por encima de los 200 ⁰C.
- Después de lo anteriormente expuesto podemos decir que el ozono es:
- Después del flúor, el compuesto más oxidante, debido a su facilidad de captar electrones.
- De fácil descomposición.
- En estado gaseoso es ligeramente azul; azul oscuro en fase líquida y rojo oscuro en fase sólida.
- Presenta estructura molecular típicamente angular entre los tres átomos de oxígeno que componen su molécula.
- A igualdad de condiciones, es más estable en el agua que en el aire.
CARACTERISTICAS DEL OZONO
- Peso molecular 48
- Temperatura de condensación - 112 ⁰C
- Temperatura crítica - 12.1 ⁰C
- Temperatura de fusión - 192.5 ⁰C
- Presión crítica 54 atm.
- Densidad (líquido a -182
⁰C) 1,572 gr/cm3
- Peso del litro de gas (a 0 ⁰C y 1 atm.) 2,144 gr
- Es 1,3 veces más pesado que el aire.
PRODUCCION NATURAL DEL OZONO
El ozono, compuesto derivado del oxígeno, se encuentra en
la atmósfera en pequeñas proporciones.
Su formación natural es debida a la acción de las descargas
eléctricas que se producen en la atmósfera, así como por los rayos
ultravioletas procedentes del sol, frente al oxígeno existente en la atmósfera.
Estos fenómenos atmosféricos son los encargados de aportar
la energía necesaria para que se forme ozono, según la reacción endotérmica
reseñada anteriormente.
Se halla en la naturaleza en mayor o menor proporción,
dependiendo ésta del grado de purificación del ambiente. Así, podemos percibir
su olor penetrante en los espacios libres acentuándose sobre todo después de
las tormentas donde se ha producido gran aparato eléctrico.
En la atmósfera que rodea a las ciudades, sobre todo en
ambientes confinados, la ausencia de ozono es casi total, toda vez que tiene
apetencia por todas aquellas sustancias causantes del enrarecimiento del aire.
Por tanto, el ozono es uno de los constituyentes vitales
de la atmósfera, en donde una capa de ozono denominada "OZONOSFERA",
actúa como un verdadero filtro; de manera que las radiaciones ultravioletas
irradiadas por el sol alcanzan la tierra con sólo una millonésima parte de su
acción, ya que de lo contrario sería fatal para los seres vivos que pueblan la
Tierra.
LA OZONIZACIÓN ALTA CONCENTRACIÓN
Es un sistema de ozonización basado en que la concentración
de ozono en el aire portador son g O3/m3, es decir miles
de veces superior a la Ozonización de Coeficiente Reducido, por esa razón es la
única válida para utilizar en Lavanderías.
Su uso principal es desinfección de grandes caudales de
aguas potables y desinfección terciaria de aguas residuales, sean urbanas o
industriales.
Los fabricantes de ozonizadores para lavanderías
industriales, utilizan producciones entre 2 ÷ 200 g O3/h.
Las peculiaridades de este tipo de ozonización es que no
existe ningún Manual de Cálculo, y es lógico que sea así ya que los técnicos, lo
que hacen es ozonizar en exceso y en caso de necesidad utilizar destructores de
ozono sobrante.
Las características inherentes a la Ozonización Verdadera
son:
- SIEMPRE se alimenta con aire limpio, puro y seco con un punto de rocío de hasta -65 ºC.
- Por lo anterior se usan secadores de aire apropiados a las necesidades de cada caso.
- En lavanderías se suele alimentar con Concentradores de Oxígeno que alimentan oxígeno con una riqueza de hasta el 97%
- En los modelos de poca producción se suelen usar Concentradores de Oxígeno, que a la vez son compresores y secadores.
- Cuando existe la posibilidad de que el ozono sobrante moleste a personas o dañe sistemas, es imprescindible colocar destructores de ozono.
- También es muy habitual el utilizar Torres o columnas de contacto, para conseguir un mayor tiempo de contacto en la interfase agua-ozono.
- Las columnas de contacto pueden ser de PRFV si están revestidos interiormente por viniléster o polietileno.
- Toda la Valvulería debe ser resistente al ozono, así como las tuberías.
- La incorporación del ozono al agua, SIEMPRE, se realiza por sistema de eyector Venturi, y es muy conveniente que todo el caudal pase por los eyectores, haya o no columna de contacto.
DESCRIPCIÓN GENERAL DE COMPONENTES
La alimentación de un Ozonizador de Ozonización Verdadera se
realizará de dos posibles formas:
- AIRE
- OXÍGENO
En ambos casos necesitaremos, habitualmente, etapas de
acondicionamiento que nos garantizarán los rendimientos de la Instalación y la
vida media y mantenimiento del Sistema.
La decisión de qué fluido se empleará para la alimentación,
será una decisión del proyectista, según las necesidades de la instalación, las
características de la gama de ozonizadores ofrecida y de la posible “oferta”
que tenga el usuario de aire y/o oxígeno.
Alimentación por Aire
Alimentaremos los Ozonizadores con aire comprimido, y
podremos tener tres casos.
Las características necesarias para un Ozonizador de
Ozonización verdadera deberán ser:
- Aire, limpio, puro y seco.
- Exento de aceite
- Con varias fases de filtración, que más adelante las veremos.
- Un Punto de Rocío de – 60 ⁰C, esto significa un aire sin humedad.
- El futuro Usuario del Ozonizador tiene una Central de Aire comprimido y suministrará el caudal necesario, esto implica que no tendremos que incluir compresor a nuestra Instalación, pero lo más habitual es que el aire que nos suministran tendremos que acondicionarlo hasta las características indicadas arriba.
- Tenga o no tenga Aire Comprimido el Usuario, quiere que el Ozonizador sea totalmente independiente, necesitaremos cotizar el compresor apropiado a la instalación y el acondicionamiento del aire.
- Y lo menos habitual, pero posible el Usuario nos puede entregar aire con las características fijadas arriba, en este caso prescindiremos del compresor, filtros y desecador e inyectaremos directament6 a presión regulada al Ozonizador.
No mencionamos, aquí, las acumulaciones de aire comprimido (depósito).
Alimentación por Oxígeno
Y lo es, lo que ocurre es que durante muchos años, no estaba lo suficientemente desarrollados los Concentradores de Oxígeno, y era necesario establecer una Planta de suministro de Oxígeno, la cual se alimentaba con cargas de oxígeno líquido desde camiones especiales.
El sistema es obvio que encarecía mucho el alimentar los
ozonizadores con oxígeno; pero teniendo en cuenta, que alimentar con oxígeno en
vez de con aire supone DOBLAR la producción horaria del ozonizador, era algo
interesante, ya que además permitía, a su vez, aumentar la concentración de
ozono por Normal metro cúbico de aire, y en algunas instalaciones el poder
trabajar con concentraciones altas es muy beneficioso para el rendimiento.
Pero desde los años 50 a ahora, se ha avanzado mucho en el
desarrollo de equipos Concentradores de Oxígeno, que partiendo del aire
ambiente, obtiene Oxígeno con una pureza de hasta el 97%; y lo más importante
se ha abaratado mucho la utilización de oxígeno para alimentar los
ozonizadores.
USO DEL OZONO EN LAVANDERIAS INDUSTRIALES TEXTILES
INTRODUCCIÓN
El uso del ozono para el tratamiento de agua de en lavanderías
era muy limitado en la década de los años 60 y principios de los 70.
Pero esto es igualmente una realidad para el uso del ozono
en la desinfección de aguas potables, en este caso, nos interesa hablar de
grandes ciudades.
Debido a los altos consumos de agua y de químicos en
lavanderías textiles industriales, en esa misma época se pensó en que el uso
del ozono facilitaría el proceso y añadiría el factor desinfección a la ropa
lavada.
Una vez demostrado el poder desinfectante, los ingenieros consultores en las construcciones de grandes instalaciones, tanto de agua dulce, como salada, se planteaban como una posible solución a los problemas clásico de las lavanderías
No fue hasta mucho más tarde década de los 90 donde los
expertos en construcción de lavadoras industriales primero y túneles de lavado
después y tras realizar pruebas estuvieron convencidos de que el ozono no sólo
desinfectaría la ropa, sino que tenía muchas más ventajas.
Y es objeto de otro estudio diferente pero la evolución de
la tecnología de la fabricación de ozono ha hecho que a finales delos 90 ya los
costes eran menos de la mitad que a principios, y ahora aún se sigue
investigando para abaratar los costes de inversión.
Lo mismo podemos decir de los costes de operación, donde el
uso energético es el factor de mayor peso, en el gráfico podemos ver la
evolución, y hoy en día todavía es menor.
Y como resumen de todo lo anterior el gráfico adjunto muestra que en 1990 el rendimiento de producción, medido en peso, sobre el fluido portador era, como máximo del 5%, y a finales de los 90 estaba ya en el 15%. Es otro de los campos importantes dentro de la investigación de la tecnología de producción de ozono.
Fue a principios de los 90 cuándo se empezó a hablar en el
mundillo del lavado industrial y en las revistas especializadas del uso del
ozono en lavadoras.
Sin embargo, aunque se apreciaban las ventajas del uso del
ozono como coadyuvante al lavado textil industrial, no se terminaba de
desarrollar la técnica.
Las razones eran varias:
- No se tenía un conocimiento real de la cantidad de ozono a aplicar al agua de cada carga de lavadora.
- Los generadores de ozono utilizados partían para su producción del aire ambiente.
- Los procesos de lo que vamos a llamar trenes de lavadoras independientes no estaban muy automatizados.
- No se conocía la concentración mínima de ozono en el agua de la lavadora, necesaria para alcanzar un funcionamiento óptimo.
El punto de inflexión que marcó el desarrollo casi exponencial del uso del ozono en lavanderías, se cimentó en dos hechos:
- Las pruebas de lavado con ozono realizadas por Asociaciones de Usuarios y de los propios fabricantes de lavadoras y más tarde de túneles de lavado.
- El desarrollo tecnológico en los sistemas de producción de ozono doblando e incluso triplicando la concentración del ozono en el fluido portador.
Y hasta los años 90 esos rangos eran muy costosos y caros de funcionamiento y por lo tanto difíciles de amortizar.
Pero, es que además para equipos pequeños:
|
Caudal de Aire a 2 bar |
l/min |
3 |
6 |
9 |
|
|
Producción
O3 |
11 g/Nm3 |
g/h |
2 |
4 |
6 |
|
1Presión
de aire 2 bar Punto de Rocío del aire
< -65 ºC |
|||||
|
Alimentación Oxígeno3 |
|
||||
|
Consumo
Oxígeno 2 bar |
l/min |
3 |
6 |
9 |
|
|
Producción
O3 |
22 g/Nm3 |
g/h |
4 |
8 |
12 |
|
397%
O2 + 3% N2 Presión de Alimentación 2 bar – Presión
máxima 6 bar – P.R. <-65º C |
|||||
Si se alimentaban con aire, que era lo más lógico en los
años 80, la baja concentración de ozono en el aire portador: 11 g O3/Nm3
era insuficiente para alcanzar la concentración mínima necesaria en el agua de
la lavadora.
Con oxígeno se dobla la concentración: 22 g O3/Nm3.
Para lavanderías pequeñas con trenes de lavadoras de carga
moderada, podría solucionarse con estos equipos, pero instalando uno por
lavadora lo que encarecía la instalación, sin embargo, las ventajas son tantas,
como más tarde veremos que cientos de lavanderías adoptaron el sistema.
El problema era cuando se pretendía ozonizar grandes
lavanderías con trenes de lavadoras de elevada carga o ya en la última década
los túneles de lavado.
Se podría hacer con este tipo de ratios:
|
Caudal de Aire a 2 bar |
l/min |
17 |
34 |
68 |
|
|
Producción
O3 |
25 g/Nm3 |
g/h |
25 |
50 |
100 |
|
1Presión
de aire 2 bar Punto de Rocío del aire
< -65 ºC |
|||||
|
Alimentación Oxígeno3 |
|
||||
|
Consumo
Oxígeno 2 bar |
l/min |
14 |
28 |
56 |
|
|
Producción
O3 |
60 g/Nm3 |
g/h |
50 |
100 |
200 |
|
Consumo
Oxígeno 2 bar |
l/min |
9 |
18 |
36 |
|
|
Producción
O3 |
80
g/Nm3 |
g/h |
42,5 |
85 |
170 |
|
Consumo
Oxígeno 2 bar |
l/min |
5 |
10 |
20 |
|
|
Producción
O3 |
100 g/Nm3 |
g/h |
31,5 |
63 |
126 |
|
397%
O2 + 3% N2 Presión de Alimentación 2 bar – Presión
máxima 6 bar – P.R. <-65º C |
|||||
Como se aprecia estos equipos ya son de mayor producción y
concentración en el fluido portante y además no sería necesario colocar uno por
lavadora, sino uno controlado por un PLC y automatizando la ozonización del
agua que entra en cada lavadora, en cada carga.
Estamos ya en el final de los 90 y hasta la época actual.
EVOLUCIÓN DEL LAVADO TEXTIL INDUSTRIAL
La lógica de funcionamiento de los túneles es que por un
lado entra la ropa sucia y por el otro el agua limpia, es decir funcionan a
contra corriente.
Rápidamente se les encontraron ventajas y desventajas y
desde entonces se ha evolucionado en eliminar las desventajas y potenciar las
ventajas.
La principal desventaja era que no se podía diferenciar la
dosificación de los químicos entre los diferentes tipo de ropa a lavar.
Para grandes volúmenes de lavado se utilizan los túneles,
que ahorran aproximadamente un 50% de agua, debido a las enormes posibilidades
de reutilización de la misma que ofrecen, disminuyen aproximadamente un 30% de
productos químicos y un porcentaje significativo de mano de obra directa.
Esos ahorros son típicos de los túneles frente a los trenes
de lavadoras a igualdad de volumen de ropa.
En ambos tipos de instalaciones se utiliza el ozono, ya que
sus ventajas en el lavado industrial son las mismas para ambos métodos,
obviamente de forma proporcional a los consumos.
LA OZONIZACIÓN EN LOS PROCESOS DE LAVADO TEXTIL INDUSTRIAL
- En la industria del lavado se busca:
- El incremento de la vida de los textiles.
- Reducir los costos en gas natural y energía.
- Velocidades de llenado más rápidas.
- Ciclos de lavado más cortos y eficientes.
- Disminución del uso de químicos y detergentes.
- Conservación ambiental.
- Mejor limpieza.
- Blanqueado suave.
- Desinfección.
- Eliminación de olores.
- Mayores beneficios económicos.
Y los objetivos enumerados se buscan tanto en trenes de lavadoras
tradicionales como en sistemas continuos de lavado (túneles).
Pero, como casi siempre ocurre, lo que funcionaban muy bien en
laboratorio no lo hacía tan bien en la vida real, la extrapolación de
resultados teóricos y que funcionaban en las muestras y pruebas de laboratorio,
en las instalaciones reales mejoraban el lavado y disminuían algunos ratios,
pero no era suficiente. Eran los años 60 a 80.
Los equipos asequibles en cuanto a inversión de una pequeña lavandería,
en aquella época, eran de muy pequeñas producciones alrededor de 4 ó 5 g O3/h,
y lo que es peor, al estar alimentados por aire su rendimiento era de 1% de
ozono, en peso, del aire vehiculado.
Los tiempos de llenado de agua de las lavadoras estaban alrededor de los
4 ó 5 minutos y con concentraciones tan bajas, en ese tiempo, el residual en el
agua no pasaba NUNCA de 1 ppm, en realidad se quedaba mucho más bajo.
Para entonces, los técnicos de lavado ya había comprobado que la concentración óptima de ozono en el agua de lavado debe de estar entre 2,5 y 5 ppm, si queremos alcanzar las ventajas enumeradas.
Pero como ya hemos visto más adelante, en este mismo informe, desde los 90 a ahora la tecnología de la ozonización ha avanzado mucho, y se obtienen equipos de muy altas producciones y altas concentraciones (alcanzando hasta el 15%) en el fluido portador, alimentando con oxígeno.
Para lo cual la industria ha diseñado y fabricado durante estas dos décadas, magníficos Concentradores de Oxígeno que obtienen hasta el 98% de pureza de oxígeno.
A su vez, los sistemas de control han avanzado paralelamente y hoy podemos programar lo que deseemos con sencillez, esto se ve muy bien en los túneles de lavado en continuo.
EVOLUCIÓN DE LA OZONIZACIÓN EN EL LAVADO INDUSTRIAL
El ozono en los procesos de lavado. El ozono es un oxidante químico con
un elevado poder de oxidación, por lo cual, es un excelente potenciador de la
acción química.
Su uso en las lavanderías se ha generalizado permitiendo tener grandes ventajas por su uso:
- Drástica reducción de agua caliente. Prácticamente el 100% del agua caliente, ya que con agua fría los resultados mucho mejores que lo habitual con agua caliente.
- Reducción del consumo de agua. Por sus especiales características hace que el agua pueda ser reutilizada en diferentes procesos del lavado.
- Disminución de tiempos de lavado.
- Incremento del grado de blanco. Sin necesidad de utilizar lejía.
- Aumento de la vida de las prendas. Al utilizar menos productos químicos y potenciar los que se usan, los tejidos no sufren y aumenta su durabilidad.
- Mejora del entorno de trabajo. Si no usamos agua caliente, desciende la humedad y al desodorizar el ambiente laboral es sensiblemente mejor.
- Respetuoso con el medio ambiente. Todo lo anterior hace que los vertidos sean mucho menos agresivos y dentro de la Normativa vigente.
El sistema más utilizado por su simplicidad de instalación y por su demostrada eficacia, es el de utilizar un eyector Venturi para incorporar el ozono al agua de carga.
Con este sistema se pueden cubrir todas las necesidades de todo tipo de lavanderías, sea cual sea su tamaño.
Además, este sistema permite una
simplicidad y rapidez de instalación, sin tener que modificar
ningún tipo de lavadora o
sistema de lavado, puede instalarse desde en pequeñas lavadoras hasta grandes túneles de lavado en continuo.
En EE.UU. se instaló la primera lavandería industrial con ozono incorporado en 1991, y si nos fijamos en los gráficos anteriores nos damos cuenta que es cuando bajan los costes de los ozonizadores y mejoran su eficiencia en la producción horaria, y estos adelantos tecnológicos, en la tecnología del ozono, han estado teniendo lugar desde entonces hasta ahora mismo.
En estos momentos más del 95% de las lavanderías textiles industriales sean de tren de lavadoras industriales o de Túneles de Lavado en Continuo.
A partir de un determinado umbral de Tm/día de lavado, es mucho más rentable un Túnel de Lavado en Continuo con ciclo en contracorriente.
A los ahorros de operación que tienen los túneles frente a los trenes de lavadoras, hay que sumar los ahorros en consumibles y ventajas medio ambientales de usar ozono.
CONCLUSIONES
Vamos enumerar las ventajas del uso del ozono en lavanderías, aunque ya lo hemos hecho por apartes en este mismo informe.
Aportaciones del ozono al proceso de lavado, limpieza y desinfección del tejido en la lavandería industrial, hotelera y hospitalaria:
- Se pueden realizar ciclos de lavado más breves con un ahorro de productos detergentes.
- Eliminación de las etapas de prelavado, utilización de lejía, y varios aclarados en casi todas las clasificaciones, independientemente del grado de suciedad.
- Menor desgaste de la maquinaria y del mantenimiento al ser los programas mucho más cortos y con agua fría.
No pretendemos hacer una relación exhaustiva, ya que dependerá del tipo
de instalación de lavandería, cuanto mayor sea el Control sobre el Sistema
(Túneles) mayor serán las ventajas.
El ozono actúa sobre el tejido de forma física y química, y actúa sobre la suciedad en suspensión en el agua, por eso hay diversas maneras de expresar sus ventajas:
- Descompone y elimina la suciedad del tejido.
- Descompone la suciedad en la solución de agua.
- Desinfecta el tejido.
- Dilata el tejido permitiendo que los líquidos penetren mejor.
- Actúa de blanqueador.
- El proceso con el ozono elimina la utilización de anticloros, ya que el cloro no es necesario utilizarlo en el proceso.
- Protege el tejido de la reacción de los álcalis y de los ácidos, haciéndolos más suaves al tacto.
- Reducción superior al 40% en el uso de detergentes en prelavado y un 45% en el proceso de lavado.
- Reducción de consumo de agua evaluado en aproximadamente del 40%.
- Eliminación del uso de blanqueadores, ya que el ozono actúa como tal.
- Eliminación del uso de neutralizantes.
- Reducción del 50% en el consumo de suavizantes bactericidas en Hospitales y del 100% en el resto de lavanderías, ya que al lavar ropa hospitalaria hemos de garantizar la higiene hasta el momento de uso, por lo que el poder remanente del bactericida es necesario y por este motivo no podemos prescindir de él, solo podemos reducir su consumo en un 50%.
- Al enjuagar con agua ozonizada los textiles, éstos quedan con un tacto muy agradable, haciendo innecesario el uso de suavizantes en el lavado de todo tipo de textiles, excepto los hospitalarios, en los que reducimos 50% por el motivo anteriormente comentado.
- Reduce en un 50% el tiempo de centrifugado y en un 25% el de secado ya que al dilatar el tejido expulsa mejor el agua.
- El tejido seca 25% más rápido.Incrementa la duración del tejido aproximadamente al doble de su vida útil normal.
Zaragoza (España) Mayo 2022
Roberto A. García
Ingeniero Industrial
Master en Ing. Medioambiental
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