Generador de ozono

Generador de ozono
Generador de ozono

Un generador de ozono u ozonizador es un dispositivo o aparato capaz de producir ozono de forma artificial. El ozono es un forma alotrópica del oxígeno molecular caracterizada por estar formada por tres átomos de oxígeno (O3). La generación se produce por transformación del oxígeno atmosférico (O2), disponible en grandes cantidades. Sin embargo, puesto que el ozono es muy poco estable y presenta una gran tendencia a formar dioxígeno (O2), mucho más estable, se requiere el empleo de una importante cantidad de energía muy concentrada en un pequeño espacio, por lo que el procedimiento general de obtención de ozono, es mediante descargas eléctricas en arcos eléctricos que pueden trabajar con diferencias de potencial de uno 20 000 V. El generador de ozono injecta aire ambiental en la cámara de descargas y tras una serie de cargas eléctricas, el oxígeno (O2) se transforma en ozono (O3), que ya puede ser utilizado en cualquiera de sus múltiples aplicaciones.[1] La generación de ozono tiene aplicación en la eliminación de malos olores y desinfección del aire, en el tratamiento y purificación de aguas, y en electromedicina (ozonoterapia), entre otros.[2]

Ozonizadores

El ozono no puede ser almacenado ni transportado ya que es mucho menos estable que el oxígeno diatómico y rápidamente se descompone de forma espontánea, viviendo a producir oxígeno diatómico, que es la forma alotrópica más estable del oxigeno.

Como consecuencia, cada vez que se requiere el uso del ozono, es necesario producirlo en el lugar en donde será empleado, utilizando para ello, los generadores de ozono.

Generador de descarga de corona

Bobina Tesla
Bobina de Tesla casera. Durante la descarga eléctrica parte del oxígeno del aire se transforma en ozono.

Los generadores más comunes para la mayoría de usos industriales y personales, son los que trabajan por medio del efecto corona, con frecuencias que van de 600 Hz hasta 2 kHz, y con voltajes que oscilan entre los 4 kV y 20 kV. Si bien existen variaciones del método de descarga de corona de "chispa caliente" para la producción de ozono, incluyendo generadores de ozono de grado médico e industrial, estas unidades suelen funcionar mediante un tubo de descarga de corona o una placa de ozono.[3][4]

Generalmente estos ozonizadores resultan bastante rentables, pues no requieren una fuente de oxígeno, aparte del aire ambiente, para producir concentraciones de ozono del 3 al 6 %. El factor dominante que origina la generación de ozono, es la temperatura del gas vector, que debe ser enfriado mediante una corriente de agua; cuanto más fría es el agua, más eficaz es la síntesis del ozono. Otra fuente de variabilidad en el rendimiento son las fluctuaciones en el aire ambiente, debido al clima u otras condiciones ambientales, como la humedad, por lo que el aire debe ser previamente secado. Esto evita la formación de ciertos subproductos no deseados, como el ácido nítrico que se produce por la oxidación de los óxidos de nitrógeno producidos durante la descarga. Al eliminar el vapor de agua, se evita la formación de ácido nítrico, que a temperatura ambiente, se convierte en vapor, el cual es peligroso si se inhala. El uso de un concentrador de oxígeno puede aumentar aún más la producción de ozono y reducir aún más el riesgo de formación de ácido nítrico al eliminar no solo el vapor de agua, sino también la mayor parte del nitrógeno.

Otros métodos

Existen otros métodos de obtención del ozono, aunque de uso más restringido. Todos ellos se basan en el mismo principio en la que el oxígeno proveniente del aire o almacenado en un cilindro, mediante el aporte de una gran energía, se consigue romper algunos enlaces O = O, para formar oxígeno atómico, muy reactivo que rápidamente forma ozono al reaccionar con el exceso de oxígeno:

En el generador de descarga de corona, la energía necesaria procede de la descarga eléctrica, pero también pueden utilizarse otras fuentes de energía.

Luz ultravioleta

Los fotones de radiación ultravioleta de longitud de onda inferior a 240 nm tienen suficiente energía como para romper el doble enlace del dioxígeno, generando átomo de oxígeno, necesarios para producir el ozono. El proceso es similar al que se produce en la alta atmósfera (estratosfera) que da lugar a la denominada capa de ozono.[5][6]

Estos generadores también aire ambiente para la producción de ozono, aunque no requieren sistemas de preparación de aire (secador de aire o concentrador de oxígeno), por lo que suelen ser menos costosos. Sin embargo, generalmente producen ozono con una concentración menor que el ozonizador de descarga de corona, de aproximadamente 0,5 % o inferior. Otra desventaja de este método es que requiere que el aire ambiente (oxígeno) esté expuesto a la fuente UV durante un tiempo prolongado. Esto hace que los generadores UV no sean prácticos para su uso en situaciones que implican corrientes de aire o agua en movimiento rápido (esterilización de aire en conductos, por ejemplo). Los generadores de ozono UV se utilizan en piscinas y spas de gran capacidad. A diferencia de los generadores de descarga de corona, los generadores de ozono UV no producen subproductos de nitrógeno dañinos y funcionan excepcionalmente bien en ambientes húmedos.

Plasma frío

Este sistema de generación de ozono utiliza oxígeno puro en lugar de aire y producen una concentración máxima de aproximadamente el 24 % de ozono. Producen cantidades mucho mayores de ozono en un tiempo determinado en comparación con la producción ultravioleta. El gas pasa a través de un espacio estrecho entre dos electrodos separados por un aislante (vidrio, cuarzo o cerámica). Esto fragmenta la descarga eléctrica en miles de micro-rayos fríos por segundo, maximizando la producción de ozono sin sobrecalentar el sistema. El aislante dieléctrico se utiliza para distribuir uniformemente las microdescargas y evitar la formación de arcos eléctricos.

Electrolítico

La generación electrolítica de ozono (EOG) disocia las moléculas de agua en H2, O2 a la vez que produce O3. En la mayoría de los métodos de generación electroquímica de ozono, el hidrógeno gaseoso se elimina, dejando oxígeno y ozono como únicos productos de reacción. Para que se genere ozono en el proceso de electrolisis, es necesario emplear sobrepotenciales de electrodo y utilizar electrodos que actúen como catalizadores, como las membranas de titanio recubierto de dióxido de plomo[7] o el diamante dopado con boro.[8]

Consideraciones generales

Debido a la alta reactividad del ozono, solo unos pocos materiales pueden ser usados para entrar en contacto con él; entre estos estarían el acero inoxidable 316L, el vidrio, PVDF, EPDM, PVC. Sus propiedades antisépticas son de aplicación tanto a nivel doméstico como industrial, estando demostradas y certificadas por laboratorios.

Desde hace décadas, gracias a que se puede trabajar en alta frecuencia y al avance de la electrónica, se ha pasado, de utilizar grandes transformadores en baja frecuencia y válvulas, a fabricar equipos de ozono de menor tamaño (ionizadores de aire), con menor consumo energético y muy baja disipación de calor (inferior a 60 °C), siendo innecesario la refrigeración por agua de equipos con producciones incluso superiores a los 100g/h y con un precio considerablemente más bajo.

Desde la pandemia de COVID-19 se ha incrementado su utilización, está siendo utilizado como método de desinfección en diferentes medios del transporte público y otros espacios de alta concurrencia de personas.[9]Algunos establecimientos comerciales los utilizan para producir una estancia agradable y así atraer a la clientela.

Aplicaciones

El empleo de ozonizadores está ampliamente extendido ya que el ozono tiene múltiples aplicaciones en diversos campos de la industria, así como a nivel doméstico. El ozono se emplea en algunos procedimientos de preparación de productos farmacéuticos, lubricantes sintéticos y muchos otros compuestos orgánicos de utilidad comercial, donde se utiliza para romper enlaces carbono-carbono.[10]También se emplea como blanqueante y desinfectante, para eliminar microorganismos en el aire y el agua. Muchos sistemas municipales de agua potable eliminan las bacterias con ozono en lugar del cloro, que es más común. Debido a su alto poder oxidante, el ozono oxida a muchos de los contaminantes del agua sin formar compuestos organoclorados ni permanece en el agua después del tratamiento.[11] Aunque se ha publicitado que el ozono a bajas concentraciones tiene cierto uso desinfectante en hogares, la concentración de ozono en aire seco necesaria para lograr un efecto rápido y sustancial sobre los patógenos presentes en el aire supera los niveles de seguridad recomendados por la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) y la Agencia de Protección Ambiental (EPA) de EE. UU. No obstante, a nivel industrial puede utilizarse ozono para desinfectar quirófanos o la ropa en hospitales,[12] fábricas de alimentos, residencias de ancianos, etc. ya que debido a su acción oxidante elimina virus, bacterias, esporas, hongos y malos olores en lugares cerrados. Su empleo en este sentido esta regulado, debido a que produce irritación de la vías respiratorias de humanos y animales de sangre caliente, como las mascotas.[13] La regulación española, norma UNE 400201:1994 sobre generadores de ozono para tratamiento de aire, establece exposiciones seguras por debajo de 100 µg/m3.[14]


Referencias

  1. ↑ Logic Clean (7 de marzo de 2018). «Qué es un generador de ozono y para qué sirve». https://solidseo.es/#organization. Consultado el 14 de mayo de 2026.
  2. ↑ Cosemar Ozono (4 de marzo de 2017). «¿En qué consiste un generador de ozono?». Cosemar Ozono. Consultado el 14 de mayo de 2026.
  3. ↑ «Visual Encyclopedia of Chemical Engineering». encyclopedia.che.engin.umich.edu. Archivado desde el original el 19 de junio de 2021. Consultado el 15 de mayo de 2026.
  4. ↑ Smith, L. I.; Greenwood, F. L.; Hudrlik., O. (1946). «OZONE». Organic Syntheses 26: 63. doi:10.15227/orgsyn.026.0063. Consultado el 15 de mayo de 2026.
  5. ↑ VanLoon, Gary W.; Duffy, Stephen J. (2005). Environmental chemistry: a global perspective (en inglés) (2nd ed edición). Oxford University Press. pp. 48-49. ISBN 978-0-19-927499-4. OCLC ocm60130425. Consultado el 21 de abril de 2024.
  6. ↑ Dohan, J.M.; Masschelein, W.J. (1987-09). «The Photochemical Generation of Ozone : Present State–of–the–Art». Ozone: Science & Engineering (en inglés) 9 (4): 315-334. ISSN 0191-9512. doi:10.1080/01919518708552147. Consultado el 16 de mayo de 2026.
  7. ↑ Foller, Peter C.; Tobias, Charles W. (1 de marzo de 1982). «The Anodic Evolution of Ozone». Journal of The Electrochemical Society 129 (3): 506-515. ISSN 0013-4651. doi:10.1149/1.2123890. Consultado el 16 de mayo de 2026.
  8. ↑ Arihara, Kazuki; Terashima, Chiaki; Fujishima, Akira (2007). «Electrochemical Production of High-Concentration Ozone-Water Using Freestanding Perforated Diamond Electrodes». Journal of The Electrochemical Society (en inglés) 154 (4): E71. doi:10.1149/1.2509385. Consultado el 16 de mayo de 2026.
  9. ↑ EL OZONOCOMO DESINFECTANTE FRENTE AL CORONAVIRUS SARS-CoV-2.
  10. ↑ Brown, Theodore L., ed. (2003). Chemistry: the central science (9. ed., student ed edición). Prentice Hall, Pearson Education. ISBN 978-0-13-066997-1.
  11. ↑ Manahan, Stanley E. (2007). «Cap. 5.11. Desinfección del agua». Introducción a la química ambiental (Reimpresión de la primera edición). Barcelona: Reverté Eds. [u.a.] pp. 142-143. ISBN 978-84-291-7907-1.
  12. ↑ Boer, Hero E. L. de; van Elzelingen-Dekker, Carla M.; van Rheenen-Verberg, Cora M. F.; Spanjaard, Lodewijk (2006-10). «Use of Gaseous Ozone for Eradication of Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus From the Home Environment of a Colonized Hospital Employee». Infection Control & Hospital Epidemiology (en inglés) 27 (10): 1120-1122. ISSN 0899-823X. doi:10.1086/507966. Consultado el 19 de mayo de 2026.
  13. ↑ «Ozono y aire interior: Riesgos y aplicaciones en espacios cerrados». www.inbiot.es. 1 de julio de 2020. Consultado el 19 de mayo de 2026.
  14. ↑ «Generadores de ozono. Tratamiento de aire. Seguridad química.». Consultado el 19 de mayo de 2026.
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