PISCINAS

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención, según se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un sistema de desinfección integral para el agua de piscinas, la invención también relaciona al aparato y al método para sanitizar el agua; también relaciona a los aparatos y al método; está basado en la generación de cloro in situ por electrólisis salina y ozono por arco voltaico, con esta acción combinada se logra una eficiente desinfección, sin la aplicación de productos químicos sanitizantes, este tratamiento es de los denominados ecológicos, es realizado a fin de obtener numerosas y notables ventajas respecto a otros sistemas existentes análogas finalidades y con los resultados obtenidos se cumple con las Normas nacionales e internacionales, incluida la PROY-NOM-000-SSA1 -2005 (México). ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Comercialmente no existe un sistema similar al propuesto, el cual constituye un sistema integral de tratamiento; es realizado a fin de obtener numerosas y notables ventajas respecto a otros sistemas existentes análogas finalidades; de la función de algunos de sus componentes existen algunas versiones en el mercado, concretamente de los generadores de cloro y ozono.

Se conocen equipos de generación de cloro por electrólisis salina, basados en celdas de titanio; nuestra investigación se enfocó en el estudio metalúrgico de los recubrimientos compatibles (basado en metales preciosos), así como en el diseño electrónico, a fin de conferirles propiedades auto limpiantes y de una duración comercial cercana a las 30,000 hrs.

También se conocen equipos para generar ozono; también basados en la generación de una alta tensión eléctrica MAT (muy alto voltaje); en nuestro modelo, en el diseño de los electrodos empleamos materiales que nos permiten que sea más eficiente la generación de ozono, al minimizar las pérdidas por calor y operar a un menor amperaje, lo cual redunda en un menor costo operativo.

La acción sinergista del ozono y del cloro, elimina los microorganismos patógenos del agua de las piscina (bacterias y virus), manteniendo las paredes libres de crecimiento de algas y hongos, la piscina se convierte en una ligera salmuera (de 3 a 4 gr. de sal por lt.), que le confiere al agua una natural desinfección adicional, esta salinidad es menor a la de las lagrimas.

Con este sistema se logra un eficiente resultado con muy baja concentración de cloro y ozono en el agua de piscina, y por su aplicación continua y concentrada en las líneas de alimentación, no genera cloraminas. Con este tratamiento el agua de la piscina presenta un aspecto superior de cristalinidad al de los tratamientos convencionales.

El sistema tiene un control de proceso en automático, en la línea de agua se tiene un sensor de ORP Y PH, que envían señal al controlador del generador, el monitoreo se realiza localmente y remoto, a través de señal satelital; este sistema de desinfección tiene un compacto diseño amigable con el usuario; y los dispositivos eléctricos cumplen con los más estrictos estándares de seguridad.

Con todo esto, el sistema de desinfección objeto de esta patente, se constituye como la mejor y más eficiente manera de sanitizar el agua de piscinas; su total automatismo y monitoreo remoto facilitan la operación y la supervisión, todos los componentes son nacionales, de fácil reemplazo y bajo costo, con un reducido mantenimiento durante su vida útil.

El tratamiento desinfectante mayormente empleado para piscinas es el cloro; el de uso más común en éstas es el estabilizado con ácido cianúrico, denominado tricloroisocianúrico, si bien este tratamiento es eficiente y a buen costo, presenta la siguiente problemática: los limites de ácido cianúrico están en constante revisión, así la OMS marca un límite menor a 100 partes por millón, algunas normatividades europeas lo acotan entre 30 y 50 partes por millón.

En México la PROY-NOM-000-SSA1-2005, publicada por la Secretaría de Salud, establece un rango de 30 a 50 ppm para albercas sin techo y para piscinas con techo es de 0 ppm. Esta norma está sujeta a revisión y los nuevos valores propuestos son 0 para albercas techadas y menor de 20 ppm para albercas sin techo; evidentemente esto limita mucho el empleo de este cloro estabilizado.

La otra alternativa para sanitizar con cloro lo constituyen el hipoclorito de calcio y el hipoclorito de sodio, la problemática de estos cloros no estabilizados, lo constituye el hecho de su poco permanencia en la piscina debido a la acción de los rayos solares. Una problemática común a estos productos químicos lo constituyen el transporte el almacenamiento y el manejo que puede tornarse peligroso sin una adecuada supervisión y de mano de obra especializada. Los tratamientos químicos convencionales emplean productos químicos, con la problemática que constituye el transporte, el almacenamiento y el manejo que puede tornarse peligroso sin una adecuada supervisión y de mano de obra especializada. Como alternativa, a la aplicación de productos químicos se puede utilizar el Sistema de desinfección propuesto en este documento. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 muestra el Diagrama general, en donde se muestran el Sistema de filtración de una piscina, para una mejor comprensión del sistema, se incluye en el diagrama un sistema típico de filtración de una piscina, compuesto por la bomba, el filtro, las válvulas y las tuberías de aspiración y de retorno a las piscinas. La figura 2 muestra el Diagrama de la Celda de electrólisis, en donde Se describen los componentes principales de la celda, cuya función es generar una solución clorada, a partir de una solución salina.

La figura 3 muestra el Diagrama Generador de Ozono, donde se señalan los componentes básicos del generador de ozono. La figura 4 muestra el Diagrama electrónico del generador de cloro por electrólisis salina, en donde se Muestra un circuito electrónico de las celdas de titanio para la generación de cloro. La figura 5 muestra el Diagrama electrónico del generador de ozono, en donde este diagrama muestra un circuito electrónico que emite una oscilación calculada a través de un circuito capacitivo-resistivo para generar los pulsos que al llegar al transformador, se convierten en pulsos de alta tensión, en donde al haber corriente se enciende el enriquecedor de oxígeno y emite una señal a través de un foco.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención; el sistema integral de desinfección podemos describirla en 3 aspectos básicos. 1. Descripción del sistema general figura 1 .

2. La generación de cloro por electrólisis salina se ilustra en las figura 2 y su diagrama electrónico en la figura 4.

3. La generación de ozono mediante muy alta tensión, se ilustra en la figura 3 y su diagrama electrónico en la figura 5.

La figura 1 muestra el Diagrama general, en donde se muestran el Sistema de filtración de una piscina, Para una mejor comprensión del sistema, se incluye en el diagrama un sistema típico de filtración de una piscina, compuesto por la bomba, el filtro, las válvulas y las tuberías de aspiración y de retorno a las piscinas, el Generador salino de cloro (1), en donde una derivación del agua de piscina filtrada y con sal, alimenta la celda de electrólisis, que genera una solución clorada, la Celda de electrólisis (2), que genera cloro a partir de la solución salina, la Inyección de la salmuera (3), aprovechando el propio sistema de filtración de la piscina (retorno de agua filtrada a la piscina), la Válvula de presión (4), que actuaría como derivación en caso de obstrucción de la celda, el Venturi de Inyección de cloro (5) a la tubería de retorno a la piscina, la Válvula desgasificado ra (6), para evitar acumulación de gases en la celda, el Sensor de flujo de la celda (7), conectado al tablero de control del generador salino, que manda paro del sistema en caso de no detectar flujo, la Alimentación de agua a los sensores de cloro y ph (8), los Medidores de Ph y ORP (9); Sensor de cloro en base a ORP, conectado al tablero de control, manda paro del sistema de electrólisis si se excede el valor predeterminado. Sensor de PH, para medición y control del ph del sistema, se conecta a una bomba dosificadora auxiliar, que aspira de tanque contenedor del modificador de ph, esto se controla desde el tablero de control, el Tablero de control del generador salino (10), con las siguientes funciones: medición y control de ORP y PH, Alimentación eléctrica de la celda de electrólisis, voltaje y amperaje regulado, Salida de señal satelital, con los valores de ORP y PH, la Antena Satelital (1 1), el Tablero de alimentación eléctrica (12), el Enriquecedor de Oxigeno (13), del generador de ozono, que incluye filtro secador de del aire, el Generador de Ozono (14), el Medidor de Voltaje y amperaje (15), la Tubería plástica de la inyección de Ozono (16), el Venturi de inyección del Ozono (17), la Válvula de flujo principal (18), por donde circula el agua a través del venturi realizando un vacio para la inyección del ozono, la Bomba auxiliar del sistema de ozono (19), por donde circula el agua a través del venturi, al tanque de contacto, el Destrüctor de Ozono (20), el filtro de carbón activado colocado arriba del tanque de contacto, el Tanque de contacto de acero inoxidable (21), el Venturi de inyección de agua (22) con ozono a la tubería de retorno a la piscina, la Bomba dosificadora (23) de Modificador de PH (opcional), el Deposito contenedor (24) del modificador de PH, una "T" de inyección (25) de modificador de ph, la Tubería (26) de retorno principal a la piscina. La figura 2 muestra el Diagrama de la Celda de electrólisis, en donde Se describen los componentes principales de la celda, cuya función es generar una solución clorada, a partir de una solución salina, por lo que se enumeran de la siguiente manera:

(1) Tablero de control. Con indicación ORP, voltaje, amperaje y sensor de flujo.

(2) Placas de Titanio (5 placas por celda) de las dimensiones indicadas.

(3) Conexiones eléctricas, alimentación de voltaje y amperaje regulado a las celdas de Titanio.

(4) Entrada de salmuera, (5 mg de sal por It de agua).

(5) Salida de solución de cloro, formada por la electrólisis en la celda.

Tubería de pvc ced 80 2". (6) Desgasificador, para evitar la acumulación de gases.

(7) Gabinete plástico, contenedor de la celda.

(8) Sensor de flujo. Manda paro del sistema en caso de detectar la ausencia de flujo.

(9) Alimentación eléctrica.

(10) Conexión eléctrica

(11) Tubería de pvc ced 80 2"

(12) Material aislante

(13) Salida de solución de cloro La figura 3 muestra el Diagrama Generador de Ozono, donde se señalan los componentes básicos del generador de ozono, que se enumeran de la siguiente manera:

(1) Enriquecedor de Oxigeno. Envía aire seco a presión a la celda generadora de ozono.

(2) Tablero de control del generador de ozono.

(3) Celda de generación de ozono.

(4) Material plástico aislante de alta presión.

(5) Entrada de oxigeno enriquecido.

(6) Salida de Ozono (0 ₃ ).

(7) Contenedor plástico hermético.

(8) Manguera plástica.

(9) Manguera plástica resistente al ozono.

(10) Apagador.

(11) Acero inoxidable 3161 espacio 2mm de vidrio.

(12) Aletas de enfriamiento.

La figura 4 muestra el Diagrama electrónico del generador de cloro por electrólisis salina, en donde se muestra un circuito electrónico de las celdas de titanio para la generación de cloro.

Por el punto (20) ingresa la corriente a 110 ó 220 Voltios después baja a 12 Voltios a través de un transformador de alta potencia (5) y dicha corriente se rectifica a través de una corriente de 12 Voltios con alto amperaje, de manera directa esta corriente alimenta de forma permanente un temporizador variable de dos ciclos (14); En cada uno de los ciclos se encenderán ó apagarán los reveladores (4) y (6) alternando de esta manera la polaridad de las celdas, por lo que se enumeran de la siguiente manera:

(1) LED VD

(2) 1.2 K OHM

(3) DIODO IN4001

(4) RE2

(5) 9V 25A

(6) RE1

(7) 1.2 K OHM

(8) LED VD

(9) LED VD

(10) 1.2 K OHM

(11 ) BC548C

(12) 1.8 K OHM

(13) R1

(14) Circuito de temp, base, ne555, 8 horas

(15) Bomba alterna de emergencia ph

(16) 12v

(17) Bomba químico

(18) Bomba alterna de emergencia orp

(19) Corte corriente

(20) 110/220 60Hz 50Hz

La figura 5 muestra el Diagrama electrónico del generador de ozono, en donde este diagrama muestra un circuito electrónico que emite una oscilación calculada a través de un circuito capacitivo-resistivo para generar los pulsos que al llegar al transformador, se convierten en pulsos de alta tensión; Al haber corriente se enciende el enriquecedor de oxígeno y emite una señal a través de un foco. La corriente entra (1 ), prendiendo así el enriquecedor de aire (1 1 ), y el indicador luminoso (2) cuyo voltaje se disminuye a través de una resistencia (3); La corriente se rectifica a través de diodos (4), los condensadores (7) terminan la rectificación y sirven de disparo para el SCR (12) a través de la resistencia (5) y (6) dicho disparo es amplificado por el embobinado primario del transformador (9) obteniendo así una salida MAT (Muy alta tensión) por el secundario del transformador (10), por lo que se enumeran de la siguiente manera:

(1 ) Entrada de corriente alterna

(2) Indicador encendido

(3) Resistencia 10k 2 watts

(4) Diodo in4007

(5) Resistencia 33k 1w

(6) Resistencia 82 ohm 1/4w

(7) 225k 250 v capacitor

(8) Transferencia alta ganancia

(9) Primario de transformador

(10) Secundario de transformador

(1 1 ) salida carga (enriquecedor de 0 ₂ )

(12) ser (controlador rectificado de silicio) Descripción del sistema total (Diagrama general):

Nuestro sistema de desinfección integral para el agua de piscinas, se instala en el sistema de filtración propio de las piscinas convencionales, con la condicionante de convertir el agua de piscina en una ligera salmuera, esto se logra adicionando al cuerpo de agua 5 gr. de cloro por litro. El cloro y el ozono generado, se inyectan en la línea de retorno de agua ya filtrada. Así mismo instalaran en la línea de retorno, un sensor de ORP, este monitoreo retroalimentara el sistema de control, quien enviara paro del sistema en caso de exceder el valor preestablecido. Complementa el sistema un medidor de ph y un controlador, quien enviara señal a una bomba dosificadora de un modificador de ph, con la finalidad de mantener este parámetro dentro del rango normado. Estas mediciones son enviadas por el controlador, vía satelital a una página web, con los valores en tiempo real, alarmas y gráficas que contribuyen a una fácil y eficiente operación.

Con este sistema automático, se evitan los riesgos implicados en la dosificación manual, que requiere mano de obra y supervisión especializada. Breve descripción de los componentes:

El funcionamiento del generador salino es el siguiente: Una derivación del flujo de agua de retorno a la piscina (agua con una salinidad de 5 gr. de sal), alimenta la celda de electrólisis, la solución de cloro generada en la celda se inyecta a través de un venturi a la línea de retorno a la piscina; completan el sistema de generación de cloro una válvula de presión que deriva el flujo en caso de obstrucción de la celda por ensuciamiento, dispone la celda de una válvula desgasificadora que elimina los gases acumulados, un sensor de flujo, envía señal al tablero de control, mismo que manda paro del sistema en caso de no detectar flujo a través de la celda de generación salina. El tablero de control del generador de cloro, cuenta con medición de voltaje, amperaje, ORP (medición indirecta del cloro) y PH, así como los indicadores de encendido y flujo de la celda.

Los sensores de cloro y PH, se alimentan de una derivación del agua de retorno de piscina, y se conectan electrónicamente al tablero de control, y manda paro del sistema si se excede el punto de ajuste.

El tablero de control, se alimenta del tablero de alimentación eléctrica, cuya función es distribuir las cargas e interrumpir en caso de emergencia a base de interruptores termoeléctricos.

El sistema cuenta con un Generador de Ozono, alimentado por un controlador electrónico, que genera el MAT (muy alta tensión), el controlador electrónico se alimenta eléctricamente del tablero eléctrico.

El enriquecedor de Oxigeno, tiene una compresora y un filtro, alimenta oxigeno enriquecido (0 ₂ ) al generador de ozono, donde por un muy alto voltaje, se genera Ozono (O3); este ozono se inyecta a la tubería de arrastre a través de una manguera y un venturi, el flujo de arrastre es generado con una bomba auxiliar, a través de la válvula de alimentación al tanque de contacto, el agua llega al tanque a través de microburbujeo; esta solución de agua y ozono, se inyecta a la línea de retorno, a través de un venturi. El tanque lleva integrado en la parte superior un destructor de Ozono (filtro de carbón activado), para evitar fuga de ozono al ambiente.

Se ilustra un dispositivo opcional a este sistema, para la aplicación de un modificador de ph con una bomba dosificadora, que se alimenta de un deposito contenedor, esta bomba dosifica a la tubería de retorno a la piscina a través de una "T" de inyección.

En el sistema se implementa una señal satelital, para el control y monitoreo remoto, del valor de ORP (medición indirecta del cloro y Ozono) y del PH, ambos valores Normados en la Norma oficial Mexicana (PROY-NOM-000-SSA1-2005).

Descripción de la generación de cloro por electrólisis salina: La cual se realiza en una celda de electrólisis, constituida por placas de Titanio, recubiertas con metales preciosos, Oro, Platino y Ruterio. La calidad de los electrodos, (componentes y modalidades de alimentación eléctrica), es determinante en la producción de cloro y en la duración del sistema.

Nuestra invención se desarrollo experimentando con distintos tipos de recubrimientos y variando la alimentación eléctrica, incorporamos un diseño de celda que nos permite eliminar con facilidad y de manera total, los gases que se acumulan, esto minimiza la posibilidad de una explosión, dando por resultado una eficiente y segura generación de cloro.

El recubrimiento mencionado le confiere propiedades auto limpiantes a los electrodos, al poder cambiar la polaridad del voltaje que suministramos a las celdas, intercambiando la función de ánodo y cátodo; las celdas que diseñamos se estima tengan una duración de 30,000 hrs.; aun así incorporamos al diseño un sistema de limpieza química con una solución quelante. Hacemos circular agua ligeramente salada (de 3 a 5 gramos de sal por litro de agua), entre los electrodos de Titanio, aplicando una débil corriente eléctrica; un voltaje de 12 a 18 volts rectificado, con una polaridad constante durante un periodo de tiempo; la demanda de amperaje es de hasta un máximo de 30 amperios. El cloro producido por el generador salino, en la celda de electrólisis, depende de la combinación de voltaje y amperaje que pasa por la celda. Hemos elaborado una celda tipo, capaz de producir 1.0 kg., de cloro gas/día, nuestro sistema de ensamble facilita el montaje en paralelo de la cantidad de celdas que cada sistema requiere; esta demanda de cloro es calculada para cada usuario por un software que obtiene su información de un grupo de sensores.

La producción de cloro gaseoso que se obtiene, se combina con el agua como ácido hipocloroso HCIO (una especie muy activa de cloro), este cloro activo se elimina bajo los efectos de los rayos UV del sol y es renovado constantemente en la celda de electrólisis, por la supercloracion local que se da en cada celda, se evita la formación de cloraminas y otros compuestos clorados.

Reacciones:

►

NaCI + 2H ₂ 0 corriente directa continua HCIO + NaOH + H ₂ en electrodos de titanio

Esta reacción es reversible bajo la acción de los rayos uv del sol. En la célula del dorador salino se producen varias reacciones químicas secundarias, en el ánodo (+) se produce oxígeno y pequeñas cantidades de ozono, mientras que en el cátodo (-) se produce hidrógeno; es por esto que en la celda se debe instalar un sistema desgasificador a fin de evitar la acumulación de estos gases. Otros factores que afectan la generación de cloro son: La concentración de salinidad en el agua; la temperatura del agua y por último el pH (potencial Hidrógeno) del sistema. En nuestro diseño un medidor de salinidad nos indica cuando la salinidad baja, por la reposición de agua que se pierde por retro lavados de filtro, haciéndose necesario la adición de sal al sistema. La generación de Ozono mediante muy alta tensión (MAT), muestra un generador de ozono, que es capaz de producir ozono-una molécula triatómica (contiene tres átomos de oxígeno) artificialmente, mediante la generación de una MAT (muy alta tensión) eléctrica que produce ozono, y, colateralmente, iones negativos, integramos un concentrador de oxigeno a fin de hacer más eficiente esta reacción.

El ozono no puede ser almacenado ni transportado -es mucho menos estable que el oxígeno diatómico- como otros gases industriales. El motivo es que rápidamente se reconvierte en oxígeno, y por ello debe ser producido en el lugar donde será empleado. El generador objeto de la invención, genera ozono a frecuencias de 1 kHz, y con voltajes que oscilan entre 20 kV y 150 kv.

El factor dominante que origina la generación de ozono, es la temperatura del gas vector que es controlada por el aire de enfriamiento; cuanto más frío es el aire, mejor es la síntesis del ozono; la mayor parte de la energía se disipa en calor, que debe neutralizarse por un muy eficiente flujo de aire, el sistema de aire enriquecido, incorporado al sistema cumple con esta función.

Debido a su alta reactividad, gran parte de la investigación para llevar a cabo esta invención consistió en la selección de materiales; el material que seleccionamos para los electrodos fue el acero inoxidable 316L, así como el aluminio, y vidrio entre los electrodos, el cuerpo contenedor y mangueras de conducción fue de PVDF y EPDM, las tuberías que seleccionamos fueron de PVC cédula 80.

Desarrollamos un módulo de generación de ozono típico, capaz de producir 100 gramos de ozono por día, podemos montar módulos en paralelo, con una sola inyección a la línea de agua auxiliar a través de un dispositivo, que produce micro burbujas, a fin de incorporar eficientemente el ozono al agua; esta línea auxiliar descarga el ozono en el retorno a la piscina según el diagrama.

Cada modulo de generación se compone de: 2 electrodos de ac. Inoxidable 316 L, y entre cada electrodo una placa de vidrio, se arma herméticamente para inyectar el aire enriquecido a través de un muy pequeño espacio entre los electrodos (2 milímetros), se aplica un MAT (muy alto voltaje) a través de fly back, a 150,000 volts y frecuencias cercanas a 1 khz.

Para el diseño de esta invención el electrodo es aleteado, permite enfriar estos, con aire a presión, evitando en la medida de lo posible la pérdida por calentamiento; el aire suministrado es un aire seco enriquecido con oxigeno, que descarga de un compresor/enriquecedor, el volumen de aire seco que requiere cada modulo es de 3 Ipm (litros por minuto), que se inyecta al modulo a través de mangueras de PVDF.

Dado la extrema reactividad del gas en el diseño de esta invención se incorporó un destructor de de ozono, esto es, un filtro de carbón activado, que impida que este gas, fugue al ambiente y entre en contacto con los usuarios; está bien documentada en la bibliografía médica los adversos efectos a la salud humana por la exposición a este gas.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN El sistema objeto de esta invención, cuenta con componentes de uso comercial convencional, mismos que no fabricaremos por su bajo costo y fácil accesibilidad, como son los componentes hidráulicos eléctricos, válvulas, sensores ph y ORP y señal satelital; de tres partes fundamentales del sistema y que son el objeto de nuestro desarrollo e investigación, nos enfocamos en las siguientes descripciones para el tema de las realizaciones referentes a la invención:

Celdas de electrólisis. Las placas de Titanio se pueden colocar horizontal o verticalmente, y ser de Titanio puro o bien recubiertos con metales preciosos, tal como el oxido de Reuterio. El dimensionamiento de las placas, puede cambiar dependiendo de las medidas comerciales, Las 5 placas de cada celda, podrán ser conectadas eléctricamente de distintas maneras, para que realice o no la función de autolimpieza, en casos específicos se pueden aumentar o disminuir el número de celdas.

Celdas de generación de ozono. Las placas pueden ser de acero inoxidable 316 L, y su forma podrá ser laminar o tubular, de la misma manera se puede utilizar el método de arco eléctrico (método inductivo) o placas con vidrio (método capacitivo), Los gabinetes pueden cambiar de forma o tamaño. El modulo de alta tensión se puede hacer en base a un transformador expuesto o encapsulado.

Circuitos electrónicos. Los circuitos electrónicos pueden ser parcial o totalmente automatizados, con microcontroladores o bien con transistores o interruptores manuales, la soldadura de los circuitos puede ser base cautín o crisol, y el PCB puede construirse de baquelita o fibra de vidrio.