Durante los picos de demanda de los hoteles, la limpieza centralizada en-plantas de procesamiento de alimentos, el -arranque de línea-de llenado o el funcionamiento simultáneo de varios equipos, el caudal instantáneo puede aumentar muy por encima de su promedio normal.

El sistema UV puede permanecer encendido y el controlador puede no mostrar ninguna falla en la lámpara, pero es posible que el agua ya esté pasando a través del reactor más rápido de lo que permite el rango operativo validado. La verdadera pregunta no es si la lámpara UV funciona, sino si cada porción de agua sigue recibiendo la dosis de UV necesaria.

Por lo tanto, un sistema UV no debe dimensionarse únicamente para el flujo promedio. Debe mantener el rendimiento de desinfección requerido cuando ocurren juntos el flujo instantáneo máximo, la transmitancia UV real mínima (UVT), el envejecimiento de la lámpara y otras condiciones desfavorables.

¿Por qué el flujo máximo afecta la desinfección UV?

La desinfección UV sólo funciona cuando los microorganismos absorben suficiente energía ultravioleta mientras pasan por el reactor. En términos simplificados, la dosis de UV se puede expresar como:

Dosis UV (mJ/cm²) ≈ Intensidad UV (mW/cm²) × Tiempo de exposición (s)

El tiempo medio de retención hidráulica está relacionado con el caudal:

Tiempo de retención ≈ Volumen efectivo del reactor ÷ Caudal

Sin cambios en el volumen del reactor y la producción de UV, un caudal más alto generalmente acorta el tiempo que pasa el agua dentro del reactor y puede reducir la dosis de UV administrada.

La Inspección de Agua Potable del Reino Unido afirma que la dosis de UV depende de la irradiancia y del tiempo que permanece el agua dentro del reactor. Por lo tanto, no se debe exceder el caudal máximo de diseño especificado por el fabricante.

Fuente: Guía de desinfección UV DWI del Reino Unido

Sin embargo, en un reactor UV real, no es exacto suponer que un aumento del 40% en el flujo siempre producirá una reducción del 40% en la dosis de UV. La distribución hidráulica, la turbulencia, la posición de la lámpara, la geometría del reactor y las diferentes rutas de flujo a través de la cámara influyen en la dosis final.

Por lo tanto, los proyectos de ingeniería deberían basarse en una dosis equivalente de reducción (RED) validada, en lugar de cálculos teóricos únicamente.

Por ejemplo, supongamos que se ha validado un reactor UV en las siguientes condiciones:

• Caudal máximo: 10 m³/h
• UVT mínimo: 85%
• Dosis UV validada: 40 mJ/cm²
• Intensidad UV mantenida por encima del punto de ajuste especificado

Si el caudal máximo real alcanza los 14 m³/h, el reactor está funcionando fuera de su rango validado. La dosis de UV restante no se puede determinar de forma fiable mediante una simple extrapolación; la conclusión defendible es que los datos de validación originales ya no garantizan el rendimiento de la desinfección.

Los picos de flujo-de corta duración no se pueden ignorar

Algunos operadores suponen que un pico que dure sólo unos minutos tendrá poco efecto en la calidad general del agua. Sin embargo, la desinfección microbiana no se evalúa en función de una dosis diaria media.

Incluso si el flujo excede la capacidad del reactor durante solo un minuto, parte del agua puede recibir una dosis de UV insuficiente antes de ingresar a un tanque de almacenamiento, línea de producción o red de distribución.

Para el agua potable, la producción de alimentos y bebidas, la fabricación de productos farmacéuticos y otras aplicaciones microbiológicamente sensibles, incluso un período breve de dosificación insuficiente debe tratarse como un riesgo para el sistema.

El desafío puede ser mayor en aplicaciones de agua superficial-, agua de lluvia y aguas residuales porque el flujo máximo puede coincidir con una mayor turbidez, un aumento de sólidos en suspensión o una reducción de la UVT. El sistema se enfrenta entonces a dos problemas al mismo tiempo:

• El movimiento más rápido del agua reduce el tiempo de exposición.
• Una mayor absorción de rayos UV reduce la intensidad UV efectiva dentro del agua.

Esta combinación es más difícil de gestionar que un aumento del flujo por sí solo.

¿Cómo debería responder un sistema UV al flujo máximo?

1. Mida el flujo máximo real

No se debe seleccionar un sistema UV simplemente dividiendo el consumo total diario de agua por 24 horas. El valor de diseño relevante es el flujo instantáneo máximo que puede pasar a través del reactor UV.

El flujo máximo puede deberse a:

• Múltiples salidas de agua que se abren simultáneamente
• Arranque-de la bomba o cambio de bomba
• Almacenamiento rápido-reabastecimiento de tanques
• Limpieza CIP y enjuague de equipos.
• Operación de línea de llenado-simultánea
• Lavado a contracorriente del filtro
• Cambios de turno de producción
• Temporada-de lluvias o flujos máximos de aguas residuales

Para proyectos comerciales e industriales, el enfoque preferido es utilizar un medidor de flujo o un registrador de datos para registrar el perfil de flujo real durante un período representativo y luego comparar los resultados con la capacidad de salida máxima de la bomba.

El flujo-nominal de la bomba o el consumo promedio de agua por sí solos pueden no revelar el verdadero flujo máximo a través del reactor UV.

2. Seleccione el sistema UV para la peor combinación-de casos

El flujo nominal de un sistema UV no es independiente de las condiciones de funcionamiento. Como mínimo, la selección del sistema debe considerar:

• Flujo instantáneo máximo
• Dosis UV requerida
• UVT mínimo real
• Potencia de la lámpara al final de su vida útil
• Incrustaciones esperadas en la manga de cuarzo-
• Pérdida de presión en el flujo máximo
• Microorganismos objetivo

El mismo reactor UV puede tener capacidades máximas de tratamiento sustancialmente diferentes al 90 % de UVT y al 70 % de UVT.

Por lo tanto, una hoja de datos que indique "20 m³/h" es insuficiente a menos que también especifique el UVT correspondiente, la dosis de UV objetivo y las condiciones de funcionamiento.

Para algunas aplicaciones de agua potable-, los sistemas NSF/ANSI 55 Clase A utilizan una dosis de UV equivalente a al menos 40 mJ/cm² como requisito de rendimiento importante. Sin embargo, este valor no debe aplicarse automáticamente a todos los proyectos. La dosis final requerida debe determinarse según el riesgo del agua de fuente-, los microorganismos objetivo y las regulaciones locales aplicables.

Fuente: Documento técnico de Health Canada

3. Ajustar dinámicamente la salida de UV dentro del rango validado

Para sistemas con fluctuaciones frecuentes de flujo, se puede utilizar el control de ritmo-de flujo para adaptar la producción de UV a la demanda.

Cuando el caudal aumenta, el controlador puede:

• Aumentar la potencia de la lámpara
• Activar bancos de lámparas adicionales
• Inicie módulos LED UVC adicionales

Cuando el flujo disminuye, el sistema puede reducir la producción para evitar un consumo de energía innecesario.

Sin embargo, el control de potencia-variable no puede ampliar la capacidad del reactor indefinidamente. Incluso con las lámparas a máxima potencia, es posible que no se garantice la dosis requerida una vez que el flujo supere el máximo validado.

La EPA de EE. UU. afirma que el control de la dosis de UV debe incorporar el caudal, la intensidad de los UV y el estado de la lámpara. Algunos sistemas de dosis calculada-también pueden utilizar datos de potencia de lámpara- y UVT.

Fuente: Manual de orientación sobre desinfección ultravioleta de la EPA de EE. UU.

4. Utilice múltiples reactores UV en una configuración paralela por etapas

Para proyectos comerciales e industriales con grandes variaciones de flujo, los reactores UV paralelos por etapas pueden ofrecer mayor flexibilidad que un reactor de gran tamaño.

Por ejemplo:

• Un reactor funciona durante períodos-de flujo bajo.
• Un segundo reactor se pone en marcha cuando aumenta el flujo.
• Varios reactores funcionan simultáneamente durante los picos de demanda.
• Un reactor se mantiene como unidad de reserva.

Esta disposición mantiene cada reactor dentro de su rango de flujo validado y al mismo tiempo reduce el uso innecesario de energía durante los períodos de flujo bajo-.

Sin embargo, los sistemas paralelos requieren un cuidadoso equilibrio del flujo. Si la resistencia de la rama difiere, un reactor puede recibir un flujo excesivo mientras que otro recibe muy poco.

Por lo tanto, las tuberías deberían diseñarse con caudalímetros, válvulas de equilibrado o válvulas de control automáticas adecuadas.

5. Reduzca el flujo máximo con un tanque de compensación o un equipo de control de flujo-

Cuando un pico alto dura sólo brevemente, se puede instalar un tanque de compensación aguas arriba del sistema UV. Luego, una bomba de frecuencia-variable puede alimentar el reactor con un caudal más estable.

Otras opciones de control de flujo-incluyen:

• Restrictores de flujo
• Válvulas reguladoras automáticas
• Bombas de frecuencia-variable
• Dispositivos-de control de presión

Estos dispositivos ayudan a evitar que el flujo exceda el límite de tratamiento del sistema UV.

Los rayos UV no proporcionan desinfección residual. Si se instala un tanque de almacenamiento después del reactor, el agua desinfectada aún puede volver a contaminarse durante el almacenamiento.

Por lo tanto, el tanque debe diseñarse de forma higiénica, inspeccionarse y limpiarse periódicamente. En proyectos de mayor-riesgo, la etapa UV final se puede instalar después del tanque de almacenamiento y antes del punto de uso.

El DWI del Reino Unido también señala que los rayos UV no proporcionan un residuo desinfectante, lo que hace que la gestión de la higiene dentro de los sistemas de almacenamiento y distribución sea particularmente importante.

Fuente: Guía de desinfección UV DWI del Reino Unido

¿Cómo se deben seleccionar diferentes soluciones de flujo-pico?

La selección debe reflejar la duración máxima, la magnitud y frecuencia de las oscilaciones del flujo, los cambios que acompañan a la calidad del agua-, los requisitos de continuidad y el presupuesto. Los picos breves y ocasionales se pueden gestionar con amortiguación o limitación de flujo; las fluctuaciones frecuentes pueden adaptarse al control del ritmo del flujo-; y los requisitos amplios de reducción o redundancia pueden favorecer los reactores paralelos por etapas. En todos los casos, los enclavamientos deben impedir que el agua tratada fuera del rango validado llegue a los usuarios aguas abajo.

¿Qué deben confirmar los compradores con un proveedor de sistemas UV?

Los compradores deberían preguntarse algo más que: "¿Cuántos metros cúbicos por hora puede tratar este sistema?" También deberán confirmar:

1. ¿Qué dosis de UV se entrega con el flujo nominal?
2. ¿Bajo qué condición UVT se determinó el flujo nominal?
3. ¿Los datos de rendimiento tienen en cuenta el envejecimiento de la lámpara y la suciedad-de la funda de cuarzo?
4. ¿Cuáles son los caudales mínimos y máximos validados?
5. Si el caudal supera el límite validado, ¿el sistema activará una alarma, cerrará una válvula, recirculará el agua o seguirá suministrándola?
6. ¿El controlador monitorea el flujo, la intensidad UV, la UVT y la dosis validada en tiempo real?
7. ¿Cuál es la pérdida de presión en el flujo máximo?
8. ¿Se requiere un reactor de reserva durante el mantenimiento o falla de la lámpara?

Si un proveedor solo proporciona la potencia de la lámpara y no puede especificar la dosis UV objetivo, las condiciones UVT o el flujo máximo validado, la clasificación de potencia por sí sola no demuestra un rendimiento de flujo máximo- confiable.

Conclusión

Gestionar correctamente el flujo máximo requiere algo más que simplemente aumentar la potencia de la lámpara. Requiere una estrategia de control completa:

Mida el flujo máximo real, seleccione el sistema para las peores-condiciones de agua del caso, ajuste dinámicamente la salida de UV dentro del rango validado y utilice reactores paralelos, almacenamiento intermedio, limitación de flujo y enclavamientos automáticos para evitar que el agua con dosis insuficiente llegue al sistema aguas abajo.

Al evaluar un proyecto UV, Agua Topone recomienda que los clientes proporcionen el flujo instantáneo máximo, el UVT mínimo, datos relevantes sobre la calidad del agua-, la dosis de UV requerida y el patrón de funcionamiento real.

Sólo evaluando estas condiciones en conjunto puede el diseñador determinar si el proyecto necesita un reactor único más grande, reactores paralelos en etapas o una solución UV completa con control de flujo e interbloqueos de seguridad automáticos.

Un sistema UV no es confiable simplemente porque sus lámparas permanecen iluminadas en condiciones operativas promedio. Fiabilidad significa que cada porción de agua sigue recibiendo la dosis de UV necesaria incluso en las condiciones más concurridas y desfavorables.