MXPA06007045A - Dispositivo de alimentacion para lamparas ultravioleta usadas en el tratamiento de agua. - Google Patents

Abstract

La invencion se refiere a un dispositivo para desinfectar agua por radiacion ultravioleta, que comprende por lo menos dos lamparas de descarga (2,3) que estan conectadas mediante alambres electricos (5a, 5b) a medios de alimentacion que comprenden medios para precalentar y encender las lamparas y medios que aseguran su funcionamiento normal. La invencion esta caracterizada porque por lo menos uno de los componentes electricos (4a, 4b) de los medios de precalentamiento, esta provisto en la vecindad inmediata de las lamparas, y porque los demas componentes de los medios de suministro estan provistos a una distancia de ellas.

Description

DISPOSITIVO DE ALIMENTACIÓN PARA LÁMPARAS ULTRAVIOLETA USADAS EN EL TRATAMIENTO DE AGUA La invención se refiere al campo del tratamiento de agua, tanto a procesos de purificación como a procesos para crear agua potable. Más precisamente, la invención se refiere a tratamiento de agua mediante radiación ultravioleta usando lámparas UV. Se usan rutinariamente las lámparas UV en las instalaciones de tratamiento de agua, dedicadas a hacer el agua adecuada para beber, o a purificarla. Así, dichas lámparas son usadas frecuentemente en unidades de desinfección de agua, integradas en las plantas de agua potable. Se desactivan o destruyen microorganismos, tales como virus y bacterias, bajo el efecto fotoquímico provocado por la radiación ultravioleta a ciertas longitudes de onda. Estas lámparas UV también son usadas en las unidades de descloración, puesto que la energía que suministran favorece la aparición de especies químicas capaces de transformar las especies cloradas presentes en el agua. Dichas lámparas UV pueden ser usadas en canales abiertos o en recipientes de reacción cerrados, usualmente hechos de acero inoxidable, en los cuales circula el agua que se va a tratar, y en los que están completamente sumergidas las lámparas. Uno o varios bancos de lámparas dispensan radiación ultravioleta con una longitud de onda de entre 200 nm y 300 nm; usualmente de 254 nm, y usualmente están provistos en los canales. Estos bancos pueden estar organizados en módulos que frecuentemente son paralelos entre sí. Cada módulo está constituido por una o varias series de lámparas UV, protegidas por fundas de cuarzo. Las lámparas UV usadas para tratamiento de agua están conectadas por medio de cables eléctricos a los medios de alimentación de energía, que comprenden: • medios de calentamiento y de ignición para la lámpara; y • medios para asegurar la irradiación UV normal de las lámparas. Quienes tengan experiencia en la materia conocen estos medios de alimentación de energía como "balastras". Las balastras eran en su origen totalmente pasivas, y ahora consisten de un convertidor electrónico que eleva la baja frecuencia del voltaje de alimentación de energía, a una frecuencia de 20 a 80 kHz. La balastra electrónica puede ser usada para diferentes propósitos, incluyendo el ajuste de la energía suministrada a las lámparas. Esta balastra está instalada a una distancia de las lámparas propiamente dichas, y está conectada a ellas por medio de cables eléctricos. Cuando se usan dichos dispositivos para tratamiento de agua, la balastra de las lámparas debe estar colocada fuera del agua, en un gabinete eléctrico que es hermético a las fugas o que se hace hermético a las fugas, por ejemplo, usando resinas. Cada cable que conecta las lámparas a la balastra, por lo tanto, es largo. Cada lámpara UV está conectada a la balastra mediante cuatro alambres eléctricos para estar en capacidad de manejar lo siguiente, en forma independiente: • la fase de calentamiento de las lámparas; • la fase de operación durante el modo normal de irradiación. Durante la fase de calentamiento, la cantidad de corriente que pasa a través de los electrodos no provoca la Ionización del plasma contenido en ellos. Esta fase de calentamiento va seguida por la ignición de las lámparas, durante la cual se envía un pico de voltaje a las lámparas para obtener una primera ionización, debida a una variación en la frecuencia con que la balastra pasa a través de un pico de resonancia. Las lámparas operan entonces en un modo de irradiación UV normal, en el cual las cuatro conexiones manejan la cantidad de corriente que pasa desde un electrodo al otro, en el plasma, como una función de la frecuencia del generador eléctrico; y esto provoca que las lámparas emitan fotones UV. Algunos fabricantes desean suministrar energía a dos lámparas UV desde una sola balastra, a fin de incrementar la competitividad de su producto. Antes de que esta aplicación pueda ser económicamente atractiva, se deben instalar en serie estas lámparas, o parcialmente en serle. La instalación de dos lámparas en paralelo incrementa el número de componentes eléctricos y es prácticamente equivalente a formar dos balastras en la tarjeta electrónica con una sola balastra. La instalación de las dos lámparas en serie permite la alimentación de energía a las dos lámparas instaladas en serie sin ninguna modificación de importancia en los componentes eléctricos que constituyen la balastra usada para alimentar la energía a una sola lámpara UV, simplemente aumentando el voltaje aplicado a su terminal, en un factor de dos. Esta simplificación da por resultado ahorros correspondientes. Sin embargo, los sistemas de alimentación de energía existente para varias lámparas UV en serie, utilizan todavía cuatro cables conductores por lámpara. Aun cuando las lámparas sean conectadas en serie, la necesidad de controlar la corriente de calentamiento y la corriente de arco, a fin de permitir un buen manejo de los diferentes ciclos, impone un cableado con seis a ocho alambres, entre la balastra y las dos lámpara conectadas en serie. Están asociados medios de blindaje electromagnéticos con estos alambres conductores. Una desventaja de la técnica de acuerdo con el arte anterior es el costo relativamente elevado de usar seis a ocho conductores por balastra, y el blindaje asociado. Otra desventaja de esta técnica de acuerdo con ei arte anterior es que limita la distancia de conexión entre la balastra y las lámparas a un máximo de 15 metros. Cuando aumenta la distancia de conexión entre la balastra y las lámparas, la impedancia de los cables ya no es despreciable en comparación con la impedancia del circuito de alimentación de energía a la balastra resonante, lo que previene que las lámparas funcionen correctamente. Adicionalmente, las capacitancias parásitas entre los cables, proporcionales a la longitud de los alambres conductores, afectan entonces la correcta operación de la balastra y crean asimetrías en la alimentación de energía a la lámpara. Otra desventaja de esta técnica para dispositivos que usan lámparas UV para tratamiento de agua es el resultado de la necesidad de proteger la balastra del agua, cuando la balastra está cerca del agua. La reducción en la longitud del cableado a las lámparas hace necesario llevar las balastras cerca de las lámparas y, por lo tanto, cerca del agua, lo que hace necesario que las balastras o los gabinetes eléctricos o las cajas que contienen las balastras, sean herméticos a las fugas. Otro resultado es que hay dificultades en el uso e incrementos en el costo. Otra desventaja de esta técnica de acuerdo con el arte anterior es la pérdida de energía asociada con el uso de alambres conductores largos, relacionada esencialmente debido a su impedancia no despreciable. En particular, es el propósito de la invención proponer un dispositivo para resolver estas desventajas de acuerdo con la técnica anterior. Es un propósito de la invención proponer un dispositivo simple, menos costoso de implementar. Otro propósito de la invención es proponer un dispositivo para facilitar que las lámparas funcionen "simétricamente", en particular cuando se calientan las lámparas. Otro propósito de la invención es proveer un dispositivo para incrementar la longitud de los cables de conexión entre la balastra y las lámparas UV, sin alterar su funcionamiento. Es otro propósito de la invención proveer un dispositivo para desinfectar agua mediante radiación ultravioleta, que utiliza la alimentación de energía eléctrica para al menos dos lámparas UV, con una sola balastra, con mejor eficiencia eléctrica global. Estas ventajas y otras que aparecerán posteriormente se obtienen usando un dispositivo de desinfección de agua por radiación ultravioleta, que comprende por lo menos dos lámparas de descarga conectadas mediante alambres eléctricos a medios alimentadores de energía, que comprenden: • medios de calentamiento y de ignición de la lámpara; y • medios para obtener el funcionamiento normal de las lámparas, caracterizados porque por lo menos uno de los componentes eléctricos de dichos medios de calentamiento está provisto en la vecindad inmediata de las lámparas; estando provistos los demás componentes del medio de alimentación de energía a una distancia de ellos. De acuerdo con la invención, por lo menos uno de los componentes eléctricos que participan en el calentamiento de las lámparas está localizado cerca de las lámparas. De ese modo, la invención se basa en un enfoque novedoso e inventivo que consiste en situar algunos de los componentes de los medios de alimentación de energía que participan en el calentamiento, cerca de las lámpara; y en colocar los demás componentes de los medios de alimentación de energía, a una distancia de esas lámparas. En el estado de la técnica, estos componentes están totalmente integrados en la balastra, lejos de las lámparas. Dicha configuración puede reducir el número de conductores entre la balastra y las lámparas a únicamente dos y, de tal manera, se reduce la impedancia del cableado para una longitud equivalente, sin que sea necesario hacer hermética la balastra o el gabinete eléctrico que contiene la balastra. También reduce las asimetrías de la fuente de alimentación de la lámpara debidas a capacitancias parásitas. Como resultado son posibles longitudes de cable significativamente mayores (hasta 30 metros) que las que eran posibles en el pasado. Esta configuración hace posible el uso del dispositivo a menor costo y obtener una mejor eficiencia eléctrica. Nótese que dentro del alcance de esta invención, la expresión "en la vecindad inmediata" se refiere a una distancia de menos de 0.5 metro; y la expresión "a una distancia" significa una distancia de más de 2 metros. De acuerdo con una primera variante de la invención, los medios de calentamiento e ignición de la lámpara incluyen componentes eléctricos para calentar las lámparas controladas en la corriente. De acuerdo con una segunda variante de la invención los medios de calentamiento e ignición de la lámpara incluyen componentes eléctricos para calentamiento controlado en voltaje, de las lámparas. Se pueden ensamblar las lámparas en dos modos diferentes, para las variantes primera y segunda: • un modo en el que por lo menos dos lámparas del dispositivo están instaladas en serie; • un modo en el cual las al menos dos lámparas del dispositivo están instaladas en paralelo. Para un dispositivo que comprende dos lámparas, dichas configuraciones posibilitan el uso de cableado con dos alambres conductores (instalación en serie) o tres alambres conductores (instalación en paralelo). Se verá que, en caso de un dispositivo que comprende un número n de lámparas montadas en paralelo, el cableado comprende un número (n + 1) de alambres conductores. Por otra parte, en caso de un dispositivo que comprende una instalación de lámparas en serie, esto permite el uso de cableado con dos alambres conductores únicamente, independientemente del número de lámparas alimentadas mediante una sola balastra.

Con referencia a estas variantes diferentes, uno de los componentes en la vecindad inmediata de las lámparas incluye un capacitor o un transformador. Ventajosamente, los componentes provistos en la vecindad inmediata de las lámparas se pueden colocar en una caja estanca. Esta caja muy compacta puede ser colocada posiblemente en el receptáculo de la lámpara, o inmediatamente detrás de él. De acuerdo con estas diferentes variantes, las lámparas pueden ser lámparas UV, de preferencia lámparas de vapor de mercurio. Obviamente se pueden usar otros tipos de lámpara UV. Sin embargo, se entenderá que se puede aplicar la invención a cualquier otro tipo de lámpara de descarga que requiera de calentamiento. La invención cubre también cualquier instalación de desinfección de agua mediante radiación ultravioleta, que comprenda por lo menos un dispositivo como el que se describió más arriba. Otros aspectos y ventajas especiales de la invención se harán más claros después que se lea la siguiente descripción de una modalidad preferida, dada como un ejemplo simple y no limitativo, y las figuras anexas, en las que: La figura 1 muestra un diagrama de bloques del dispositivo de acuerdo con esta invención. La figura 2 ¡lustra un modo de operación con calentamiento controlado por corriente, en el caso de un ensamble de lámparas en serie, de acuerdo con la figura 1. La figura 3 ilustra un modo de operación con calentamiento controlado por corriente, en el caso de una instalación de lámparas conectadas en paralelo. Con referencia a la figura 1, el dispositivo incluye una "balastra" 1, dos lámparas UV 2, 3, montadas en serie, y un cable 5, que puede tener una longitud de 30 metros, que conecta la balastra 1 con estas lámparas UV. Cada una de estas lámparas 2, 3 tiene cuatro conectores. De acuerdo con la invención, los medios de calentamiento 4 de las lámparas 2, 3, están provistos en la vecindad inmediata de las lámparas. De tal manera, el cable 5 está compuesto únicamente de dos alambres conductores 5a y 5b, y posiblemente también un blindaje, mostrado en líneas interrumpidas. La figura 2 muestra el diagrama eléctrico que corresponde a un dispositivo mostrado en la figura 1, de acuerdo con el cual los componentes de la alimentación de energía eléctrica provistos en la vecindad inmediata de las lámparas, calientan las lámparas en un modo remoto controlado por corriente. De acuerdo con esta figura, la balastra 1 comprende un convertidor electrónico 1a, que da salida a una señal cuadrada, por medio de dos conmutadores 1b, 1c, con control de frecuencia variable; una bobina (denominada también inductancia) 1d, para regular la corriente, y dos capacitores 1f, 1g. Los componentes de alimentación de energía eléctrica provistos en la vecindad inmediata de las lámparas, forman un módulo 6 y comprenden por lo menos un capacitor 4a y un transformador 4d. El módulo 6 está conectado a la balastra 1 por medio de los dos alambres conductores 5a, 5b. En comparación con la técnica anterior, el número de alambres conductores entre la balastra y las lámparas montadas en serie se reduce de esa manera en un factor de tres o cuatro, limitando las capacitancias y las inductancias parásitas del cableado y su influencia relativa sobre el funcionamiento correcto de la balastra y de las lámparas. Consecuentemente, esta configuración puede reducir los costos de energía y los costos de usar el dispositivo, al mismo tiempo que permite tener cables mucho más largos. La figura 3 ilustra el diagrama eléctrico para otra modalidad de un dispositivo de acuerdo con la invención, en el que están instaladas en paralelo las lámparas 2, 3, usando también calentamiento controlado por corriente. En esta modalidad, la balastra 1 comprende un generador eléctrico 1a, dos conmutadores 1b, 1c, dos bobinas 1d, 1e, y dos capacitores 1f, 1g. Los componentes que participan en el calentamiento, provistos en la vecindad inmediata de las lámparas, están incluidos todos ellos en un módulo 6 y comprenden dos capacitores 4c, 4d. De acuerdo con esta modalidad, el número de alambres conductores 5a, 5b, 5c se conectan las lámparas a la balastra, se reduce a tres. En ambas modalidades descritas arriba, el módulo 6 es muy pequeño y puede ser colocado en el receptáculo para la lámpara, o detrás de él. De acuerdo con esta invención, se podrían contemplar otras modalidades. En particular, se pueden calentar las lámparas por medio de componentes eléctricos capaces de calentamiento controlado por voltaje. Obviamente, el dispositivo puede contener más de dos lámparas de descarga. Estas lámparas de descarga pueden estar montadas en serie o en paralelo, o en un ensamble de serie-paralelo.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1.- Dispositivo para desinfectar agua por radiación ultravioleta, que comprende por lo menos dos lámparas de descarga (2, 3) conectadas mediante alambres eléctricos (5a, 5b) a medios de alimentación de energía, que comprenden: • medios de calentamiento y de ignición de la lámpara; y • medios para obtener el funcionamiento normal de las lámparas; caracterizado porque por lo menos uno de los componentes eléctricos (4a, 4b) de los medios de calentamiento está provisto en la vecindad inmediata de las lámparas; estando provistos los demás componentes de los medios de alimentación de energía, a una distancia de ellas.

2.- Dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque los medios de calentamiento y de ignición de la lámpara incluyen componentes eléctricos para el calentamiento de las lámparas controlado por corriente.

3.- Dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque los medios de calentamiento y de ignición de la lámpara incluyen componentes eléctricos para el calentamiento de las lámparas controlado por voltaje.

4.- Dispositivo de conformidad con las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado además porque las al menos dos lámparas (2, 3) están instaladas en serie.

5.- Dispositivo de conformidad con las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado además porque las al menos dos lámparas (2, 3) están instaladas en paralelo.

6.- Dispositivo de conformidad con las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado además porque por lo menos uno de los componentes eléctricos en la vecindad inmediata de las lámparas incluye un capacitor (4a) o un transformador.

7.- Dispositivo de conformidad con las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado demás porque los componentes eléctricos provistos en la vecindad inmediata de las lámparas están incluidos en un módulo separado (6).

8.- Dispositivo de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque el módulo (6) está diseñado para ser colocado en el receptáculo para la lámpara, o inmediatamente detrás de él.

9.- Dispositivo de conformidad con las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado además porque las lámparas de descarga (2, 3) son lámparas UV.

10.- Dispositivo de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque las lámparas UV son lámparas de vapor de mercurio.

11.- Instalación para desinfección de agua mediante radiación ultravioleta, caracterizada porque incluye por lo menos un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9 o 10.