Generadores de ozono electrolíticos

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1 Generadores de ozono electrolíticos Tecnología PEM A V electrocatalizador ánodos con poros abiertos espesor de la membrana 00 µm cátodos con poros abiertos 09/005 Se mantiene el derecho de proceder a cambios! INNOVATEC // Gerätetechnik GmbH von-liebig-str. 6 D Rheinbach Tel.: +49/(0)6/ Fax: -5 home-page: info@innovatec-rheinbach.de Todos los derechos reservados La difusión y la reproducción de esta documentación, así como su uso por terceros están terminantemente prohibidas sin nuestra autorización

2 Los diferentes métodos para crear ozono Para crear ozono se conocen hasta la fecha tres procedimientos para aplicaciones técnicas: 1.) La producción de ozono por medio de radiación de rayos ultravioleta.) Producción de ozono por medio de la descarga eléctrica silenciosa 3.) Por medio de la producción electrolítica de ozono La creación de ozono por medio de radiación ultravioleta. Aquí hay que señalar que es un tipo frecuente de generación de ozono natural en las capas atmosféricas de la Tierra, sin embargo, su aplicación técnica no es económica, puesto que sólo crea pequeñas cantidades de ozono en las que en la mayoría de los casos, la concentración de ozono es baja. Esto conlleva para la aplicación especial en el tratamiento de agua depurada, que las estaciones de rayos de rayos ultravioleta usen una radiación dura con el fin de producir ozono (longitud de onda de 185 nm) por ello se usan estaciones muy pequeñas (aparatos aptos para mesas). Se pueden usar con éxito en instalaciones pequeñas, para análisis, (como por ejemplo, el agua en cromatografía líquida bajo alta tensión, etc.). Sin embargo, para todas aquellas aplicaciones en las que se necesiten grandes cantidades de agua (<1m 3 /d), la radiación de rayos ultravioleta no es ninguna alternativa, ya que el tamaño de las estaciones de rayos ultravioleta sería demasiado grande, y por ello los costes energéticos serían demasiado altos. En caso de que se necesite producir en mayores cantidades y concentraciones, siempre podrá recurrir a los otros procedimientos de ceración de ozono. La empresa INNOVATEC // Gerätetechnik GmbH construye y desarrolla desde hace años aparatos para producir ozono, y al contrario que otras fabricantes, usa los dos procedimientos. Esta metodología está condicionada por el hecho de que es necesario ponderar las ventajas y los inconvenientes. Generación de ozono por la descarga eléctrica silenciosa. Respecto a este método, se trata de aparatos en los que con ayuda de un campo de alta tensión alterna, y que causa una ionización por impulsos, con lo que se crea ozono de oxígeno puro o parte del ozono del aire (mezcla gaseosa). Respecto a potencias más elevadas (100 g Ozon/h) este tipo de producción de ozono representa, hoy en día, un procedimiento económico. Los sistemas de depuración de agua tienen el inconveniente de que hay que usar un aparato de alta tensión, así como disponer de sistemas de inyección con seguro de retroceso de agua para proteger el aparato. Por otra parte, también habría que utilizar un gas de servicio aprobado que es en sí caro, y que eventualmente podría causar un exceso de gas en el agua. Asimismo, las substancias emitidas por la descarga de alta tensión se podrían transmitir al agua por medio del gas. La generación electrolítica de ozono no tiene las desventajas mencionadas. Para producir ozono las células electrolíticas usadas se alimentan con una tensión pequeña proveniente de una alimentación eléctrica especial. La producción de ozono se efectúa in situ, por lo tanto, el agua a tratar es simultáneamente la materia de funcionamiento. La única condición prácticamente es que el agua cuente con una conductancia de, en funcionamiento continuo, de <0 µs/cm. Página

3 La generación electrolítica de ozono y sus principios La mayor ventaja de la producción electrolítica de ozono se encuentra en la sencillez de su procedimiento y función, que es el de la electrolisis del agua. Las ilustraciones siguientes muestran este punto en un esquema simplificado: A ánodo V Disociación de moléculas de agua H O + electrolito cátodo Principio de la electrolisis del agua Se aplica en una célula electrolítica una tensión continua, superior a la tensión conocida como de disolución del agua, luego pasa una corriente eléctrica en los electrodos, se forman burbujas de gas, que están compuestas de ánodos (+) de oxígeno y cátodos (-) de hidrógeno. Debido al efecto de la corriente eléctrica, el agua se descompone en diferentes elementos. La cantidad de gas generado es directamente proporcional a la carga que ha atravesado la célula, de manera que es directamente proporcional a la corriente eléctrica. Esta relación se describe en la ley de Faraday. La tensión de disolución/el potencial necesitados para este proceso corresponden con su valor de energía química, que está almacenada en el oxígeno y el hidrógeno del producto. A V electrocatalizador producción de ozono La producción electrolítica de ozono Para poder producir ozono por ánodos mediante la electrolisis, se necesita un electrocatalizador. La energía aumenta y con ello la reactividad química del desarrollo de oxígeno como producto secundario del oxígeno absorbido. Con un potencial de electrodo superior a,3 V es teóricamente posible la formación libre de átomos de oxígeno. ánodo Disociación de moléculas de agua H O+electrolito cátodo Los átomos libres de oxígeno son muy reactivos. En reacción con el oxígeno molecular (O ) forman ozono (O 3 ). Debido a las bajas temperaturas del generador electrolítico de ozono, se puede lograr una mayor concentración de ozono que por medio de los aparatos clásicos de descarga de gas. Página 3

4 La empresa INNOVATEC // Gerätetechnik GmbH desarrolla células electrolíticas para los generadores de ozono, los cuales funcionan sin los peligrosos electrolitos líquidos. Se usan exclusivamente los llamados electrolitos de extracto seco (sólidos). La producción de ozono electrolítica de ozono en las células electrolíticas PEM (Polymer-Elektrolyt-Membran) funciona del modo que se describe a continuación: La generación de ozono en una célula PEM ánodos con poros abiertos V A electrocatalizador espesor de la membrana 00 µm cátodos con poros abiertos En vez de usar los electrolitos líquidos que se usan en la electrolisis de agua, usamos electrolitos sólidos. Este tipo de electrolito está compuesto de un polimero, que como los electrolitos, puede transportar cargas eléctricas, como en el caso de iones hidrógenos/protones* ( membrana de intercambio de cationes). La membrana sirve simultáneamente como separador para separar físicamente el producto de la electrolisis: Parte del ánodo Oxígeno + ozono Parte del cátodo hidrógeno La fabricación de las células electrolíticas PEM deinnovatec está protegida por: Patente alemana DE Patente suiza CH Patente estadounidense US 5,779,865 * El transporte de protones se realiza junto con un transporte neto de las moléculas de agua en una relación de 1:5 aprox. La tecnología PEM se remonta a las células de combustible en 1958, las cuales se usaban, por ejemplo en la astronáutica, como fue el caso del proyecto Géminis. Las células PEM se usan en la depuración de agua desde hace unos 0 años en más de 700 aplicaciones Página 4

5 Aparte de remplazar la solución electrolítica liquida por una membrana PEM, el punto más importante es el desarrollo de los electrodos, ya que los electrodos determinan la eficiencia, es decir, el rendimiento obtenido de una célula electrolítica PEM. De manera, que estos permiten expresar el estado de desarrollo fabricación del substrato. capa finalizada de substrato particulas microfinas con superficie esférica ideal particulas globulares prácticamente ideales 1 = capa fine de substrato = capa gruesa de substrato 3. substrato cubierto (=electrodo acabado) capa activa electrocatalizadora Los electrodos microsphere Es importante para el funcionamiento de las células PEM: Los electrodos deben tener una estructura porosa, que garantice una alimentación suficiente de agua y una buena evacuación del producto de la electrolisis. Respecto a la estabilidad química, las exigencias del material de los electrodos son muy altas. Para garantizar que se reparta la corriente de forma homogénea en una superficie grande de la membrana, es necesario que los electrodos se sometan a tolerancias pequeñas de fabricación, de modo que puedan contactar la membrana en todos los puntos de ésta. Se deberá evitar que se acumulen en la membrana o en la superficie de los electrodos substancias. parte posterior del electrodo microsphere - es una marca registrada, los electrodos están protegidos por las patentes: Patente alemana DE Patente suiza CH Patente estadounidense US 5,873,988 Los electrodos microsphere cumplen excelentemente todas estas exigencias. Su porosidad especial permite una alimentación perfecta de agua mientras que al mismo tiempo se garantiza un efecto capilar pequeño. Los electrodos microsphere, que son los que usa la empresa INNOVATEC // Gerätetechnik GmbH, se caracterizan por su especial electrocatalizador, que tiene la superpresión necesaria para producir ozono y oxígeno. El rendimiento de ozono con estos electrodos es aproximadamente de una composición de 10 hasta 15%, y esto a una temperatura de servicio óptima, la cual se encuentra un poco por encima de la temperatura ambiente normal. Página 5

6 La electrolisis del agua conlleva siempre por naturaleza, la producción del hidrógeno en el cátodo como producto secundario innecesario, y que ha de ser desechado. Una meta era desarrollar las células electrolíticas de manera que se produjera la menor cantidad posible de hidrógeno. La formación de hidrógeno en las células PEM de ozono es un malgaste de la energía eléctrica, de manera que el valor calorífico del gas hidrógeno combustible se invierte como energía eléctrica en la electrolisis de agua. La formación de hidrógeno en el cátodo se puede evitar si las células PEM están dotadas de los así llamados cátodos de aire. Estos cátodos permiten usar oxígeno como reactivo de una célula electroquímica. El siguiente esquema muestra el uso de los cátodos de aire en una célula PEM: ánodos con poros abiertos A V electrocatalizador espesor de la membrana 00 µm La tecnología de células electrolíticas PEM INNOVATEC está protegida por: el modelo de utilidad alemán DE Patente alemana DE Patente suizo CH Patente estadounidense US 5,993,618 cátodos "de aire" aire con su contenido natural en oxígeno Células de ozono PEM con cátodos de aire El ánodo está compuesto de un electrodo microsphere, el cual, como es sabido, se alimenta con agua. El cátodo está compuesto de un electrodo despolarizado por aire (cátodo de aire). Éste se caracteriza por su estructura hidrófoba y porosa. Los poros de este electrodo no están humidificados, y por lo tanto, están abiertos para que pueda entrar el oxígeno gaseoso. El agua transportada por la membrana, se evapora en el cátodo. Esta entalpia de vaporización se usa para enfriar la célula electrolítica. De esta manera, el producto de la célula PEM con cátodo de aire es el mismo: ozono de alta concentración en oxígeno puro. En este sentido, la célula electrolítica funciona como bomba de oxígeno (oxígeno de aire diluido con nitrógeno y concentrado por medio de una membrana para conseguir oxígeno de una gran pureza). La principal ventaja técnica del uso de los cátodos de aire en las células electrolíticas PEM para la técnica del ozono radica en el hecho de que las células se pueden enfriar eficazmente con aire de reacción. Página 6

7 La generación electrolítica de ozono y sus campos de aplicación Las principales aplicaciones industriales de los generadores de ozono electrocatalíticos que usan la tecnología PEM se encuentran en la industria farmacéutica, la fabricación de elementos electrotécnicos, o de semiconductores o en la tecnología médica. Aquí se usan principalmente productos hechos a medida del cliente. Podrá encontrar más información en la rúbrica Productos hechos a la medida del cliente. Trinkwasser Descripción de los productos O 3 ZONE-PEN O 3 ZONE-PEN es una novedad dentro de los generadores de ozono, especialmente dentro de lo que se refiere a la aplicación de ozono en el agua. Las dimensiones de un lápiz y el peso ligero producen una movilidad excelente. Además, la alimentación de energía eléctrica se puede hacer por pilas o baterías recargables. También hay otras fuentes de alimentación disponibles. Página 7

8 La aplicación de O 3 ZONE-PEN se realiza de manera muy sencilla gracias a la immersión de las células electrolíticas integradas en agua ozonizada. Los recipientes correspondientes a esta aplicación deben tener una apertura mínima de 15 mm de diámetro, y pueden tener cualquier forma geométrica como vasos, copas, ampollas redondas, ampollas Erlenmeyer, diferentes formas de botellas, bidones o depósitos de agua (hasta aprox.0 litros). Para poder realizar una inducción de ozono acelerada, se puede usar también el O 3 ZONE-PEN.como agitador Para O 3 ZONE-PEN el agua a tratar es al mismo tiempo el material de servicio. No se necesita ninguna substancia adicional. Para generar ozono sólo se necesita la energía eléctrica que alimentará el núcleo de la célula. Aplicaciones Según la calidad del agua (dureza del agua) habrá que remplazar el núcleo de la célula tras cierto tiempo. Esto se realiza siguiendo un procedimiento tan sencillo como cambiar una pila. Los núcleos de las células están disponibles en sets económicos. Se puede usar el O3 ZONE-PEN cada vez que se necesite ozono en el agua. Incluso si la variante del ozono desprendido del agua es otra alternativa. Entre las diferentes aplicaciones nos encontramos con los análisis, el reglaje de los aparatos de medición de ozono, en la ozonólisis para pequeños usos preparativos. El ozono es conocido como un desinfectante muy poderoso en la fase del agua y en la gaseosa, y se descompone de una manera independiente y ecológica, lo que difiere del cloro y otros desinfectantes. El ozono fuerza la descomposición natural de los oxidantes de la mayoría de contaminantes y elimina efectivamente gérmenes. Los campos de aplicación de O 3 ZONE-PEN incluyen la tecnología farmacéutica y médica, así como los viajes y el hogar. Página 8

9 Variantes de alimentación El uso de un adaptador de alimentación externo opcional, permite alimentar el O 3 ZONE-PEN con electricidad procedente de varias fuentes como un adaptador de la red, un panel solar, o un adaptador de la red de distribución eléctrica. Datos técnicos Producción de ozono máx. 15 mg O 3 /h Concentración de ozono en la fase de agua* máx. 750 ppb (= 0,75 mg/l) Concentración de ozono en la fase de gas máx. 10 composición % *cantidad de agua a tratar aprox. 0,1 0 l (tamaño del recipiente) Tensión por electrolisis 6 VDC Corriente por electrolisis máx. 00 ma Peso (pilas incluidas) aprox 70 g (aprox 10 g) Dimensiones Medidas aproximadas en mm * En caso de que se use un adaptador de alimentación externo, el largo total es de aprox. 47 mm ** Diámetrp mínimo de la apertura del contenedor. Página 9

10 Distribuidor: Fabricante: von-liebig-str. 6 D Rheinbach Tel: ++49 /(0)6 / Fax: ++49 /(0)6 / info@innovatec-rheinbach.de home-page: innovatec-rheinbach.de Página 10