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El Acuarista®>Secciones>Filtración7>esterilizadores ultravioleta

Esterilizadores
UltraVioleta

 

 


Texto e ilustraciones
de
Marcelo Aldo Gnoato
krillaquarium(arroba)yahoo.com.ar

El autor:
Marcelo Gnoato, uno de los titulares e la firma Krill, ha adquirido abundantes conocimientos en
materia de esterilización con UV, no sólo a  raíz sus estudios  y conocimientos específicos, sino de la realización de experiencias prácticas. Esas experiencias se han volcado en la fabricación del primer esterilizador UV de industria argentina fabricado a nivel internacional.


Introducción

La mejor forma que nuestros peces puedan desarrollarse y vivir saludablemente es ofreciéndoles un hábitat adecuado, donde las diferencias en la calidad de agua con su lugar de origen sean mínimas, un acuario que funcione como una parte misma de la naturaleza, donde puedan sentirse como "en casa".

La mayor parte de los peces, habitan en grandes extensiones de agua, como mares y ríos, donde el agua fluye en forma constante, donde las deposiciones de los mismos se disuelven fácilmente completando así el ciclo biológico.

Sin embargo, en el acuario la situación es distinta, la polución del agua debida a la acumulación de los desechos orgánicos es mayor, favoreciendo de esta forma la multiplicación de micro-organismos. Muchos de ellos son bacterias y hongos que normalmente viven en el fondo o en el agua. En su medio natural los peces difícilmente se encuentren con cantidades importantes de estos microorganismos, por lo cual sus defensas los protegen fácilmente.

En el acuario, los peces reciben constantemente el ataque de estos organismos, que será resistido por sus defensas de acuerdo al estado en que se encuentre el pez ( stress, alimentación, agua, etc. ).

Otro problema se puede ocasionar cuando se introducen peces nuevos o plantas, que pueden traer parásitos u otros microorganismos que encuentren condiciones favorables para su multiplicación y ataque a los habitantes del acuario.

Una forma de mantener baja la cantidad de micro-organismos en el agua y de esta forma prevenir enfermedades es mediante la utilización de un esterilizador ultra-violeta.

La radiación ultra-violeta provoca cambios en los enlaces químicos de las moléculas de ADN de las células expuestas, evitando su multiplicación y destruyéndolas. Así se pueden eliminar micro-organismos que se encuentren en el agua, tales como : algas, parásitos, hongos, bacterias y virus.

No presenta efectos secundarios peligrosos, como la utilización de desinfectantes químicos o generación de inmuno-resistencia como los antibióticos.

Los rayos ultra-violeta no altera el pH o la estructura química del agua, no afecta a los peces ni plantas, como asi tampoco a las colonias de bacterias o algas que se encuentren en los filtros, sustratos, o paredes del acuario. Solamente los organismos que pasan por el esterilizador son eliminados.

Radiación Ultra Violeta

Se denomina ultra-violeta a la radiación electromagnética, cuyas longitudes de onda ocupan la banda que se encuentra después del color violeta de luz visible y antes del comienzo de la banda de rayos X.

Las longitudes de onda de la radiación Ultra-Violeta van desde los 400nm a los 100nm y se divide en tres bandas:

UV-A (onda larga) 315nm a 400nm ( 1 nm = 1 nano-metro )

UV-B (onda media) 280nm a 315nm

UV-C (onda corta) 100nm a 280nm

Los rayos UV-C son los que tienen mayores efectos sobre los microorganismos y por lo tanto son los utilizados en dispositivos de esterilización.

Generación y características de los UV-C

El método más eficiente de generar rayos UV-C es apartir de una lámpara de descarga de mercurio de baja presión. La radiación primaria generada por esta lámpara consiste practicamente en una linea del espectro a 254nm, la cual está situada junto al máximo efecto de sensibilidad a los rayos UV-C por parte de los organismos.

Estas lámparas tienen una cubierta de cristal especial con un índice de transmisión que permite el paso de las longitudes de onda mayores a 200nm.

La radiación de 254nm máxima es generada a una cierta presión de vapor de mercurio. Esta presión está determinada por la temperatura de operación y es óptima a una temperatura ambiente de 20 C. A otras temperaturas la eficiencia decrece como se observa en el siguiente gráfico.

Fig 1 – Eficiencia en la emisión de UV-C 254nm en función de la temperatura.

Acción de los rayos UV-C sobre los micro-organismos

La sensibilidad de los organismos sometidos a la exposición de los rayos UV-C es máxima para una longitud de onda de 255nm. Como se observa en la Fig 2, la pendiente decrece abruptamente hacia otras longitudes de onda. Las lámparas UV-C utilizadas en los esterilizadores emiten en 254nm, valor prácticamente igual al de máxima acción sobre los micro-organismos.

Fig 2 – Sensibilidad de los micro-organismos a los rayos UV

La resistencia de los micro-organismos a los rayos UV-C varia considerablemente entre si. Además, depende de las condiciones ambientales en las que se encuentren.

Un mismo organismo requiere de distintas dosis para su destrucción según se encuentre en aire seco, húmedo o dentro del agua. Por ejemplo, en el agua, la bacteria Escherichia coli requiere de 3 a 50 veces más dosis de radiación que en aire seco, dependiendo esto del índice de transmisión del agua y de la profundidad de penetración.

En la siguiente tabla se indican las dosis mínimas de radiación en Joule/m2 para desactivar distintos porcentajes de la bacteria Escherichia coli en aire seco. Se observa la relación exponencial entre la dosis de rayos UV-C suministrada y el porcentaje de desinfección obtenido.

Tabla 1

Organismos
Destruidos
%

Dosis
[ J /m2 ]

10

1.3

18

2.6

33

3.4

50

9.1

63

13.1

80

20.9

86

26.1

90

30.0

95

39

98

51

99

60

99.5

69

99.8

81

99.9

90

99.9

120

El tiempo de radiación t1 [seg] se calcula a partir de la dosis que requiere el organismo [ Joule/m2 ] y la irradiación incidente [ Watt/m2 ] de rayos UV-C de longitud de onda de 254nm

t1 [seg]  =   D [ J/m2 ]
                  I [ W ]

Tabla2 . Dosis mínima aproximada en [ J/m2 ] de radiación a 254nm para la destrucción del 90% de varios micro-organismos.

Organismo

Nombre

Dosis

Bacterias

Bacillus anthracis

45

B. megatherium (veg)

11

B. megatherium (esporas)

27

B. subtilis

70

B. subtilis (esporas)

120

Escherichia coli

30

Mycobacterium tuberculosis

62

Pseudomonas aeruginosa

55

Pseudomonas fluorescens

35

Salmonella enteritis

40

Sarcina lutea

197

Staphylococcus aureus

26

Streptococcus hemolyticus

22

Mycobacterium tuberculi

100

Vibrio comma-Cholera

34

Algas

Diatomeas

3600-6000

Alga verde

3600-6000

Alga azul

3600-6000

Protozoo

Paramecium

640-1000

Gusanos

Nematode (huevos)

400

La dosis necesaria para obtener un porcentaje de desinfección distinto al 90% (indicado en Tabla2) de un determinado organismo se calcula a partir de la siguiente formula:

D2= D1 *  ln ( N / (N-Nk2) )  
                  ln ( N / (N- Nk1) )

siendo:
         N = % organismos inicial ( 100% )
        Nk1 = % organismos que se eliminan con la dosis indicada en Tabla2 ( 90% )
        Nk2 = % organismos a eliminar
        D1 = dosis para eliminar el 90% ( Tabla2 )
        D2 = dosis para eliminar el % deseado

Ejemplo:

    Obtener la dosis de radiación para la destrucción del 80% de la bacteria Escherichia coli en aire seco.

    De la Tabla2 se obtiene la dosis para la destrucción del 90% de la bacteria......... D1 = 30 J/m2

D2 = D1 * ln ( N / (N-Nk2) )
              ln ( N / (N-Nk1) )

D2 = 30 * ln ( 100 / (100-80) ) = 20,9 J/m2
ln ( 100 / (100-90) )    

Desinfeción del agua

Los rayos UV-C son capaces de penetrar en los líquidos en mayor o menor medida según las características de los mismos. Por ejemplo, para el agua que contenga distintas cantidades de compuestos de hierro la transparencia a la radiación de 254nm puede variar en un factor de 10 o mas según sea su concentración.

En general las sales de hierro y la materia orgánica en suspención disminuyen la capacidad de acción de los rayos UV-C mientras que las sales de calcio, magnesio y sodio no influyen negativamente.

Los micro-organismos están más protegidos cuando se encuentran en el agua que en aire seco, de esta forma el tiempo de exposición puede ser de 3 a 10 veces mayor . Además según las características del esterilizador y el caudal de agua se generan turbulencias que afectan la eficiencia en el ataque a los mismos por un factor de hasta 5 . De esta forma, la exposición necesaria para lograr idéntico grado de desinfección en el agua se debe multiplicar por un factor de 15 a 50 veces respecto al aire seco.

El valor de la intensidad de rayos UV-C que atraviesan el agua depende del coeficiente de transmisión de la misma, es decir su transparencia, y decrece en forma exponencial en función de la profundidad de penetración de acuerdo a la siguiente fórmula:

I = Io * EXP ( - a * d )

Siendo:

    I = Intensidad en el agua a la profundidad d
    Io = Intensidad incidente
    a = Coeficiente de transmisión del agua à Agua destilada a = 0,007 ~ 0,001 [ 1 / cm ]
                                                                                Agua potable a = 0,02 ~ 0,1 [ 1 / cm ]
    d = Profundidad de agua [ cm ]

 

Utilización en acuarios

Instalación

La circulación de agua por el esterilizador puede hacerse mediante una bomba de agua de poco caudal o a partir de una derivación en la línea de retorno del filtro.

Es muy importante que el agua que ingrese al esterilizador no contenga materia en suspensión ya que disminuye el rendimiento del equipo, por esta razón se recomienda instalarlo después del filtro o en caso de utilizar un bomba colocarle un buen filtro de esponja a la entrada que retenga las partículas.

Es conveniente que el flujo de agua por el esterilizador sea lento para evitar la generación de turbulencias que desmejoran la efectividad del esterilizador.

Operación

El tiempo que debe permanecer encendido el esterilizador estará de acuerdo a la capacidad del acuario donde se lo utilice, como así también del tipo de organismos que se quieran eliminar. Las dosis de radiación UV-C requeridas pueden variar de un organismo a otro en 500 veces o más. También depende de la calidad del agua, las partículas y materia orgánica en suspensión reducen la efectividad, aumentando el tiempo de exposición para lograr los mismos resultados.

Su uso puede ser continuo en acuarios o instalaciones de gran tamaño, mientras que en otros casos solo algunas horas por día será suficiente.

Si se utilizan medicamentos, se debe apagar el esterilizador, ya que los rayos UV-C pueden descomponerlos. Es conveniente dejar que el agua circule en su interior, para evitar que se estanque.

Una vez terminado el tratamiento, los medicamentos pueden removerse mediante varios cambios de agua o el empleo de carbón activado para su eliminación.

Cálculo de Instalación

Los parámetros a tener en cuenta a la hora de calcular el tiempo necesario para esterilizar en un determinado porcentaje el agua del acuario son muchos y con un rango de variación muy amplio.

En principio hay que tener en cuenta la dosis de radiación UV-C que requiere el micro-organismo a eliminar, en la Tabla 2 hay una lista de varios tipos distintos de ellos, pero las dosis indicadas son para utilizar en aire seco, en el agua hay que multiplicar por los factores vistos anteriormente.

Otro punto a tener en cuenta es la intensidad de radiación UV-C que en el agua se ve afectada por el índice de transmisión de la misma, como también la emisión por parte de la lámpara puede verse reducida si el agua está a baja temperatura.

Teniendo en cuenta estos factores, a continuación se dan las siguientes tablas, calculadas para condiciones intermedias de la calidad del agua, que pueden tomarse a efecto orientativo para la utilización de un esterilizador de 15W de emisión directa, en acuarios de distintas características.

El tiempo que debe permanecer encendido el esterilizador estará de acuerdo a la capacidad del acuario donde se lo utilice, como así también del tipo de organismos que se quieran eliminar. Las dosis de radiación UV-C requeridas pueden variar de un organismo a otro en 500 veces o más. También depende de la calidad del agua, las partículas y materia orgánica en suspensión reducen la efectividad, aumentando el tiempo de exposición para lograr los mismos resultados.

Su uso puede ser continuo en acuarios o instalaciones de gran tamaño, mientras que en otros casos solo algunas horas por día será suficiente.

Si se utilizan medicamentos, se debe apagar el esterilizador, ya que los rayos UV-C pueden descomponerlos. Es conveniente dejar que el agua circule en su interior, para evitar que se estanque.

Una vez terminado el tratamiento, los medicamentos pueden removerse mediante varios cambios de agua o el empleo de carbón activado para su eliminación.

ESTERILIZADOR 15W  Temperatura : 25º C

CAPACIDAD

[litros]

CAUDAL

[litros/hora]

Tiempo teórico p/destruir 90% de micro-organismos en el agua

Bacterias
h=horas - d=dias

Parásitos
h= horas - d=dias

Algas
h=horas- d=dias

100

200

1,2 h

4 h

1 d

150

200

2 h

6 h

1,5 d

200

200

2,4 h

8 h

2 d

300

200

3,5 h

12 h

2,5 d

400

200

5 h

18 h

3,5 d

600

200

7 h

1 d

5 d

800

200

10 h

1,5 d

7 d / *3,5 d

1200

200

14 h

2 d

10 d / *5 d

1600

200

18 h

3 d

14 d / *7 d

2000

200

1 d

4 d

16 d / *8 d

* tiempo requerido para destruir el 70%

ESTERILIZADOR 15W - Temperatura : 25º C

CAPACIDAD
[litros]

CAUDAL
[litros/hora]

Tiempo teórico p/destruir 90% de micro-organismos en el agua

Bacterias
h=horas
d=días

Parásitos
h= horas
d=días

Algas
h=horas
d=días

100

400

1 h

7 h

1,5 d

150

400

1,2 h

11 h

2,5 d

200

400

1,5 h

14 h

3 d

300

400

2,4 h

21 h

4,5 d

400

400

3 h

1,5 d

6 d

600

400

4,5 h

2 d

9 d

800

400

6 h

2,5 d

12 d / *7d

1200

400

9 h

3,5 d

18 d / *10d

1600

400

12 h

4,5 d

28 d / *14d

2000

400

15 h

6 d

32 d / *16d

* tiempo requerido para destruir el 70%

ESTERILIZADOR 15W - Temperatura : 15º C

CAPACIDAD

[litros]

CAUDAL

[litros/hora]

Tiempo teórico p/destruir 90% de micro-organismos en el agua

Bacterias
h=horas
d=dias

Parásitos
h= horas
d=dias

Algas
h=horas
d=dias

100

200

1,2 h

7 h

2 d

150

200

2 h

12 h

3 d

200

200

2,5 h

15 h

4 d

300

200

4 h

22 h

5 d

400

200

5 h

1,4 d

8 d

600

200

8 h

2 d

10 d

800

200

10 h

2,5 d

14 d / *7 d

1200

200

16 h

4 d

20 d / *10 d

1600

200

20 h

5 d

28 d / *14 d

2000

200

1 d

6 d

32 d / *16 d

* tiempo requerido para destruir el 70%

 

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