MXPA06003735A - Pared de purificacion de aire. - Google Patents

Abstract

La invencion se refiere a un aparato para la purificacion fotocatalitica continua del aire en una habitacion, dicho aparato de preferencia esta en forma de pared (1) y comprende una estructura de acero externa, una abertura (11) para la admision del aire que sera preocesado, un marco metalico interno (4) al que esta fija una pluralidad de lamparas de UVA (3), un filtro fotocatalitico (2), y una abertura (12) para descargar el aire purificado, el aparato de la invencion esta caracterizado porque el filtro fotocatalitico comprende por lo menos una rejilla de metal (2) cubierta por una pelicula que contiene dioxido de titanio (TiO2), principalmente en una fase anatasa, con el fin de maximizar la superficie del fotocatalizador iluminado por la luz UVA.

Description

SK, ???, OAP1 (??. BJ, CF, CG, , CM, GA, CJN, GQ, En Cft c/tti concerne les w w ? deux le res ¿t auires abrevia- GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG). tiotis. se référer aux "Notes expticatives relatives aux cedes el uhréviatfo/is" figurara au debut de choque mimérú ordm' aire de ttibliée : la Gazctte du PCT. — avec rapport de mcherche intemalionüle — avara l'expiration áu d lai prévu pour la modiflcation des revendicciitons, sera republiée si des modifwaiions som re- ?.???? PARED DE PURIFICACION DE AIRE CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere a un dispositivo de purificación de aire que trabaja según el principio de la fotocatálisis heterogénea al entrar en contacto con el dióxido de titanio y que, de preferencia, toma la forma de un panel de pared. La invención se refiere también al método de purificación de aire implementado por dicho dispositivo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION La fotocatálisis heterogénea se conoce desde la década de los setenta como un resultado de los estudios sobre la disociación foto-inducida del agua. Esta técnica consiste en irradiar un semiconductor, generalmente de dióxido de titanio, por medio de la luz solar natural o por iluminación UV artificial (? < 400 nm). Este material sufre de excitación, lo cual permite que un electrón e" de la banda de valencia sea expulsado en la banda de conducción del semiconductor (reducción). El hueco h+ correspondiente (oxidación) puede reaccionar con un grupo OH absorbido en la superficie del semiconductor, con el fin de formar radicales hidroxilos OH altamente oxidantes. Estos son capaces de reaccionar con moléculas orgánicas, por ejemplo contaminantes, conduciendo a la mineralización de estas últimas con la formación de agua y dióxido de carbono. La fotocatálisis es una aceleración de la foto-reacción debida a la presencia del catalizador. Es heterogénea, dado que las foto-reacciones se generan en la interfaz entre dos ambientes que se encuentran en distintas fases en la superficie del catalizador. El dióxido de titanio Ti02 existe en distintas formas cristalinas: rutilo, anatasa, brookita y un gran número de fases obtenidas por alta presión. Solamente las formas cristalinas de rutilo y anatasa muestran actividad fotocatalítica. En particular, la anatasa, la forma más activa, que ha sido utilizada en el marco de la presente invención, presenta una estructura tetraédrica alargada, con octaedros irregulares de oxigeno. El dióxido de titanio se encuentra presente en grandes cantidades, ya sea en pinturas, cosméticos, alimentos, etcétera. Por lo tanto, su fotoactividad permite utilizarlo para descomponer moléculas orgánicas absorbidas en su superficie. Por lo tanto, al entrar en contacto con el dióxido de titanio, la fotocatálisis heterogénea se empleó, en particular, para la purificación de agua, la destrucción de contaminantes, pesticidas, colorantes, bacterias, la destoxificación de aguas de aclarado agrícolas e industriales, la purificación del aire (desodorización, eliminación de gases tóxicos) y como agente auto-limpiador para objetos o construcciones al aire libre, que se encuentran expuestos a los elementos. Se ha propuesto un número muy grande de dispositivos de desodorización y/o purificación del aire con un filtro fotocatalítico, basándose en Ti02l algunos de los cuales tienen también una función estructural o arquitectónica. En la mayor parte de los casos, los problemas resueltos por estas invenciones son los siguientes: - optimización del uso de la irradiación UV como un resultado, por ejemplo, de la optimización de la geometría y arreglo entre el soporte fotocatalítico y las lámparas o incrementado la efectividad de una lámpara UV en relación con su efecto fotocatalítico por medio de la adición de reflectores (véanse, por ejemplo, los documentos JP 09 084866, EP 993859, JP 2000 334448, JP 10 249166, JP 2001 293336, JP 2002 295874, JP 2001 218820); - incremento en la escala de luz espectral utilizable para la actividad catalítica, por ejemplo el uso de luz visible en aplicaciones del tipo de luz fotocatalítica (véanse, por ejemplo, los documentos JP 2002 083511 , JP 2002 035599); - mejoramiento del mantenimiento de los dispositivos como resultado de un reemplazo más fácil de las lámparas; - incremento de lo compacto por medio del uso de diodos emisores de luz (LEDs, por sus siglas en inglés) o lámparas planas, en lugar de las lámparas UV tradicionales (véanse, por ejemplo, los documentos JP 2000 051332, JP 09 000941). En la mayor parte de los casos, el dispositivo patentado cuenta con un ventilador para forzar la circulación de aire, el flujo de aire tornándose posiblemente turbulento.

Sin embargo, los dispositivos de conformidad con el estado de la técnica brindan poca o ninguna ayuda para cumplir con los siguientes requerimientos: - la incorporación del purificador de aire como un elemento arquitectónico requiere, por un lado, de propiedades mecánicas estructurales del ensamble que sean satisfactorias y, por otro, ser muy compacto en términos de profundidad, lo cual es difícil de lograr dada la necesidad de colocar las lámparas UV en la orientación correcta; -maximización de la superficie del filtro fotocatalítico lograda por la iluminación UV; - optimización de la circulación del aire al interior del dispositivo; - regulación de la temperatura de las paredes externas del dispositivo.

OBJETIVOS DE LA INVENCION La presente invención pretende proveer una solución que supere las desventajas del estado de la técnica. La invención pretende proveer un purificador de aire incorporado en los elementos de construcción de edificios a nivel de sus péneles de paredes.

En particular, la invención pretende proveer un purificador de aire que funciona como un circuito abierto, de manera que elimine continuamente la contaminación de la atmósfera de un espacio ocupado.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Un primer propósito de la presente invención se refiere a un dispositivo de purificación fotocatalítica continua del aire de una habitación ocupada que, de preferencia, toma la forma de un panel de pared, que comprende: - una estructura metálica externa, de preferencia hecha de acero; - una abertura para la entrada del aire a ser tratado, localizada en la porción inferior de la parte frontal de la pared; - un marco metálico interno al que se fijan una serie de lámparas UVA, es decir, lámparas que emiten radiación ultravioleta en la escala de 3 5 - 400 nm; - un filtro que comprende un soporte cubierto por una película con dióxido de titanio (Ti02) fotocatalítico; - una abertura para la salida del aire purificado, localizada en la porción superior de la parte frontal de la pared, el flujo de aire al interior del dispositivo siendo asegurado por circulación naturai o circulación forzada con por lo menos un ventilador; caracterizado porque dicho dispositivo comprende por lo menos una rejilla hecha de metal expandido cubierto con una película con dióxido de titanio (T¡02), principalmente en la fase anatasa, de modo que se maximice la superficie del fotocatalizador iluminada por la luz UVA. La presente invención tiene la ventaja sobre el estado en la técnica de que el soporte del filtro fotocatalítico está hecho de metal, por lo que tiene una vida útil ilimitada, en comparación con los soportes de papel que se utilizan generalmente. De preferencia, se pretende que el dispositivo de purificación del aire del ambiente de conformidad con la invención se utilice para la destrucción de compuestos orgánicos volátiles como aléanos, alcoholes, aldehidos, cetonas, aromáticos y terpenos por fotocatálisis al contacto con el dióxido de titanio. Este dispositivo tiene el propósito más general de utilizarse en la industria de la construcción, en forma de un elemento estructural o decorativo como, por ejemplo, un panel de pared, pared divisora, piso, techo, techo falso, etcétera. Ventajosamente, el elemento estructural que tiene una superficie metálica extema es compatible con todos los tipos de terminado de recubrimiento, como yeso, pintura, papel tapiz, etcétera. Como ventaja, la estructura metálica externa está hecha ya sea de un acero, como un acero inoxidable recocido brillante, o cuenta con una superficie interna cubierta con una capa delgada con un índice de reflexión mayor al 90% para longitudes de onda menores a 400 nm. aximizar, por un lado, la superficie total iluminada y, por el otro, la potencia absorbida por unidad de área de superficie del filtro, presenta la ventaja de permitir una reducción significativa de la potencia de iluminación requerida y, por lo tanto, del calentamiento y costo de operación, optimizando la eficiencia en última instancia. De conformidad con una modalidad preferida de la invención, la parte frontal de la estructura externa tiene un ancho de por lo menos 1.5 metros, de preferencia de 2 metros, las aberturas para la entrada y salida de aire teniendo la forma de hendiduras del mismo ancho y con un ancho ligeramente menor a aquel de dicha parte frontal, así como una altura mayor a 3 centímetros, de preferencia igual a 5 centímetros. De preferencia, dichas aberturas se localizan a por lo menos 0 centímetros, de mayor preferencia a 5 centímetros, de distancia de los extremos inferior y superior, respectivamente, de dicha parte frontal. Al ser una característica esencial de la invención maximizar la superficie de metal expandido, de preferencia acero expandido, cubierta con un fotocatalizador, la totalidad de la superficie de malla de este acero expandido (Sstee,, en inglés) está cubierta por la película de Ti02, exceptuando la superficie del grosor de malla, es decir: J . En donde, LDmesh, SDmesh y stmesh son la diagonal larga, la diagonal corta y las franjas de la malla respectivamente. Para incrementar aún más esta ventaja, la malla se selecciona de modo que minimice la proporción (Ssteei) entre su superficie física (Ssteel) y su superficie total (Smesh, en inglés): dicha proporción siendo, de preferencia, 1/3. De conformidad con modalidades preferidas de la invención, la rejilla se mantiene verticalmente con accesorios localizados solamente en el perímetro de la rejilla, las lámparas UVA se disponen en series de tres a lo largo del ancho de la pared, el ventilador es de tipo tangencial, fijado a 90° y se localiza en la parte superior de la pared, el número de ventiladores siendo seleccionado para asegurar que por lo menos 30 m3/hora/persona de aire se renueven en la habitación ocupada. De conformidad con otra modalidad preferida más de la invención, el dispositivo de purificación de aire puede tomar la forma de un cilindro de una sección circular, rectangular o cuadrada, con por lo menos un tubo de iluminación UVA a lo largo del eje del cilindro y rodeado por una rejilla de metal expandido cubierta con Ti02 fotocatalítico, la superficie interna del cilindro teniendo un índice de reflexión mayor al 90%. Se pretende que esta modalidad sea más específicamente para la purificación del aire o para la eliminación de la contaminación del aire en un ducto.

Un segundo propósito de la presente invención se refiere a un método para optimizar el tamaño de un elemento de purificación de aire según se detalla con anterioridad, este método caracterizándose por los siguientes pasos: a) definición de la geometría externa del dispositivo; b) definición del número de rejillas de acero expandido y del dispositivo de iluminación; c) cálculo de la iluminación de las rejillas; si la intensidad de la luz no es mayor al umbral de tolerancia establecido, regresar al paso b); d) cálculo del flujo de aire y de la distribución de la temperatura; si las paredes de acero se calientan, regresar al paso b); e) cálculo del cambio de la concentración de contaminantes; si la eficiencia de purificación general no es mayor al límite predefinido, regresar al paso b); f) logro de las dimensiones óptimas para la purificación o elemento de eliminación de contaminación.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La figura 1 muestra esquemáticamente una vista tridimensional de la pared de purificación de aire de conformidad con la presente invención. La figura 2 muestra esquemáticamente una vista ampliada de la pared activa de conformidad con la invención.

La figure 3 muestra esquemáticamente una malla, la unidad básica de un elemento hecho de metal expandido, en donde se deposita el dióxido de titanio. La figura 4 muestra esquemáticamente la modificación del flujo en un ventilador tangencial fijado a 90°. La figura 5a muestra el cuadro de iluminación en bruto calculado en una rejilla de metal expandido que corresponde al purificador de aire de conformidad con la invención. La figura 5b muestra ejemplos de perfiles con una intensidad de luz bruta que llega a la rejilla de metal expandido en términos de iluminación directa e indirecta. La figura 6 muestra el cuadro de intensidad de luz utilizado en el modelo de purificación asociado con la presente invención. La figura 7 muestra el algoritmo para optimizar el tamaño de la pared de purificación de conformidad con la presente invención. La figura 8 muestra esquemáticamente un ejemplo de un modelo bidimensional de una pared de purificación que comprende una rejilla y tres lámparas. La figura 9 muestra gráficamente la eficiencia de la pared de purificación de conformidad con la presente invención como una función del número de rejillas, el número de series de lámparas y el tipo de circulación del aire (natural o forzada).

Las figuras 10a-10b muestran los perfiles de temperatura en las caras externas de la pared de purificación como una función del número de lámparas UVA y del tipo de flujo supuesto.

DESCRIPCION DE UNA MODALIDAD PREFERIDA DE LA INVENCION La pared de purificación de aire 1 mostrada en las figuras 1 y 2 funciona según el conocido principio de fotocatálisis heterogénea al contacto con el dióxido de titanio. Este dispositivo comprende una pared activa 1 que opera como un circuito abierto que comprende: - una entrada de aire 11 localizada en la parte inferior de la parte frontal 10 de la pared a través de la cual la mezcla de aire y cualquier posible contaminante se introducen en el dispositivo; - al interior de la pared, una o varias rejillas 2 hechas de acero expandido, en donde se deposita el dióxido de titanio, iluminadas por un dispositivo de iluminación con lámparas UVA 3 para la activación de la película de T¡02; - una abertura 12 localizada en la parte superior de la parte frontal 10 de la pared a través de la cual se expulsa el aire, una vez limpio de sus contaminantes. El flujo de aire es generado ya sea por ventiladores (convexión o circulación forzada) o por medio del incremento de la temperatura como resultado del sistema de iluminación (circulación natural).

Con el fin de dar un tamaño óptimo al dispositivo de purificación de aire de conformidad con la invención, es utilizaron modelos matemáticos y numéricos, en particular para describir el flujo de convexión turbulenta y térmico generador de la circulación de los contaminantes en la pared. Un modelo teórico de purificación desarrollado para este caso específico y revisado por medio de resultados experimentales, se introdujo a nivel de las condiciones limitadoras para evaluar la eficiencia del dispositivo de purificación con respecto a la eliminación de la contaminación. Por lo tanto, el estudio general del diseño y tamaño de la pared debe tomar en cuenta los fenómenos de purificación y las restricciones estructurales, acústicas y térmicas. El estudio realizado se centra fundamentalmente en el aspecto térmico y en la eliminación de la contaminación. En el contexto del tamaño de la pared, el cálculo del flujo, de la distribución de la temperatura y del proceso de purificación deben introducirse en un algoritmo de optimización general, sin desacoplamiento. La razón para este acoplamiento es aclarada por la definición de los criterios para el establecimiento del tamaño. La pared de purificación 1 se ubica en un espacio confinado, como una oficina de juntas, etcétera. Por lo tanto, la temperatura ambiente en este espacio se relaciona con la temperatura de la pared de acero que actúa como una condición ümitadora. Además, el contacto directo potencial entre la gente que ocupa el espacio y la pared requiere regular la temperatura de superficie del acero. Como resultado de ello, un primer criterio de optimización es la minimización del calentamiento de la pared. El segundo criterio de optimización es la eficiencia del procedimiento de purificación. La eficiencia general de la fotocatálisis debe maximizarse de manera que se reduzca el tiempo requerido para purificar el espacio ocupado bajo consideración. Estos dos criterios generan una función de optimización que tiene gran valor. De hecho, para satisfacer el primer criterio, resulta necesario reducir el calentamiento de la pared por parte del sistema de iluminación y, si es necesario, intentar que sea de cero. Para el segundo criterio, debe haber un flujo de fotones que sea suficiente para maximizar la eficiencia general del procedimiento de purificación y, por lo tanto, intensificar el sistema de iluminación. Lo óptimo consiste en determinar el sistema de iluminación que provoca un calentamiento mínimo, al mismo tiempo que sigue manteniéndose la eficiencia de purificación máxima. Para los cálculos, las dimensiones extemas de la pared 1 fijándose en 2 metros de alto (Hwa|„ en inglés), 2 metros de ancho (WwaJ|l en inglés) y 10 centímetros de grosor (t^,, en inglés), los tres parámetros en los que puede optimizarse el tamaño son: el número de rejillas 2 de metal expandido, el número de lámparas UVA 3 utilizadas en el sistema de iluminación y el uso de un ventilador(es) 5 para forzar el flujo (véase, por ejemplo, la figura 5).

Como se muestra en la figura 2, la pared de acero activa utilizada comprende un ensamble de elementos, cada uno de los cuales tiene una función particular que permite obtener un sistema optimizado para la purificación del aire por fotocatálisis: la estructura de acero externa, básicamente la parte frontal 10 y la parte trasera 15, las rejillas de metal expandido 2 en donde se deposita la película de Ti02, el sistema de iluminación con las lámparas UVA 3 fijadas en un marco metálico 4. El ensamble es completado por los ventiladores 5 y una caja de electricidad que suministra energía a toda la pared (no mostrada).

. La estructura externa La estructura externa de la pared activa 1 comprende placas de acero. Las propiedades de superficie de estas placas desempeñan un papel fundamental en términos de iluminación del dióxido de titanio. Con el fin de lograr una eficiencia óptima de la fotocatálisis al contacto con el dióxido de titanio, todas las rejillas de metal expandido deben iluminarse con una luz ultravioleta de las distintas lámparas que conforman el sistema de iluminación. Para hacerlo, las superficies internas de las caras de metal de la estructura externa deben tener un índice de reflexión máximo para las longitudes de onda menores a la longitud de onda de referencia del dióxido de titanio de anatasa, es decir, 387 nm. Por lo tanto, debe utilizarse un acero con un índice de reflexión ultravioleta que sea alto (mayor al 90%), por ejemplo acero inoxidable recocido brillante.

De conformidad con la modalidad preferida implementada, la parte frontal 10 de la estructura externa cuenta con dos aberturas de 1.9 metros de largo y 5 centímetros de alto. La abertura 11 localizada en la parte inferior de la parte frontal 10 permite que el aire se introduzca en la pared y que sufra fotocatálisis heterogénea al contacto con el dióxido de titanio haciendo, por lo tanto, que se purifique. La abertura 12 localizada en la parte superior de la parte frontal 10 permite que el aire purificado sea alimentado de nuevo en el espacio que debe ser tratado. Las dimensiones de las aberturas son determinadas de conformidad con varios parámetros: el volumen de aire tratado, el tiempo que el aire permanence en la pared y la velociedad del aire en la entrada y salida de la pared. Con el fin de maximizar el volumen de aire tratado por la pared activa, la superficie de la abertura de entrada 11 , localizada en la parte inferior de la parte frontal, debe ser lo mayor posible. Por lo tanto, se optó por una longitud A de 1.9 metros, que satisface las restricciones mecánicas en términos de fuerza de la parte frontal y restricciones en términos del volumen de aire a ser tratado. La longitud de la abertura de salida 12 es igual a la longitud de la abertura de entrada 11 pues, para lograr una eficiencia de purificación máxima, el flujo de aire en la pared debe ser horizontalmente uniforme, lo cual se obtiene precisamente con longitudes de salida y entrada iguales.

Con el fin de maximizar el tiempo que el aire permanece en la pared activa, resulta esencial ubicar la entrada y salida tan lejos como sea posible. Por lo tanto, la abertura de entrada se ubicó a 5 centímetros de distancia de la parte inferior de la pared activa, mientras que la abertura de salida a 5 centímetros de su parte superior. De conformidad con los estándares IAQ, las velocidades promedio aceptables de aire en edificios son del orden de 20 a 30 cm/s. Además, el índice de renovación del aire para una persona es del orden de 30 m3/hr. Con el fin de satisfacer estas dos condiciones, la altura de las aberturas 11 , 12 se define como de 5 centímetros. 2. Las rejillas de metal expandido Las rejillas de metal expandido 2 conforman el soporte del semiconductor utilizado para el procedimiento de fotocatálisis heterogénea. En el estudio realizado, se consideró el dióxido de titanio principalmente en la fase de anatasa. El metal expandido se define como una matriz con la malla 6 como elemento básico (véase la figura 3). Esta malla 6 es definida por cuatro parámetros: la diagonal larga (LDmesh), la diagonal corta (SDmesh), el ancho de las franjas (wsmesh en inglés) y el grosor (thmesh, en inglés). Con base en los primeros tres parámetros, la superficie metálica de una malla (Sstee|, en inglés) puede definirse como: C _ G / ,lJ esh , ( Umesh l WSmesh 1 S steel = L WSmesh ( G ) + ( ~ ) - V V 1 2sin(2are g(-^-)) Con el fin de definir los cuatro parámetros del metal expandido, deben tomarse en cuenta varios parámetros: la superficie total de la película de dióxido de titanio y la iluminación de esta superficie por medio del sistema de iluminación. Con el fin de lograr una eficiencia de purificación óptima, la superficie total de la película de ??02 debe maximizarse. Cuando el Ti02 se deposita en el metal expandido, la superficie cubierta con el Ti02 es igual a la superficie metálica (Sstee)). Esta igualdad de ambas superficies es correcta si no se deposita nada de dióxido de titanio en el grosor de la malla 6. Con base en el método industrial de deposición que deberá utilizarse, esta hipótesis se considera válida. De hecho, para una aplicación industrial, la deposición del dióxido de titanio se logrará en una lámina continua de acero antes de que se expanda lo que, por lo tanto, implica la ausencia de dióxido de titanio en el grosor de la malla. Además, con el fin de maximizar el procedimiento de fotocatálisis heterogénea al contacto con el dióxido de titanio, toda la superficie del semiconductor debe iluminarse con la luz UVA del sistema de iluminación. Por lo tanto, con la pared activa teniendo posiblemente varias rejillas de metal expandido, resulta necesario que la luz pueda llegar a ambas superficies de cada rejilla. Para hacerlo, la proporción entre la superficie física de la malla (Ssteel) y la superficie de la malla (Smesh) debe ser mínima: S 4 = Ti ~ ~ G cñ ^ steeI ^ Con el fin de satisfacer estos dos requerimientos, se optó por una proporción de Sstee| del orden de 1/3. Con base en el catálogo de metal expandido de la compañía MDB (Métal Déployé Belge S.A., Arcelor Group), se seleccionaron tres metales aceptables, cuyas referencias son 62.25.43.30, A28. 5.21 . 0 y A28.15.25. 5 y corresponden a las siguientes dimensiones respectivamente: (LDmesh = 62 mm, SDmesh = 25 mm, wsmesh = 4.3 mm, thmesh = 3 mm), (LDmesh = 28 mm, SDmesh = 15 mm, wsmesh = 2.5 mm, thmeSh = mm), (LDmesh = 28 mm, SDmesh = 15 mm, wsmesh = 2.5 mm, thmesh = .5 mm). El último criterio de selección para el tipo de metal expandido depende de su rigidez estructural. Las rejillas de metal expandido se ubican verticalmente en la pared activa. Para evitar saturar la pared con reforzamiento interno, el metal expandido utilizado debe poder mantenerse en posición vertical únicamente con accesorios en el perímetro de la rejilla. Este criterio permite hacer una elección final de 62.25.43.30 como el metal expandido, dado que tiene un grosor suficiente para satisfacer el criterio de rigidez. 3. El sistema de iluminación El sistema de iluminación comprende un conjunto de lámparas UVA de 25 W de tipo CLEO 2 (Philips). Este tipo de lámpara tiene una potencia de salida de 4.3 W en UVA, es decir, para longitudes de onda de entre 320 y 400 nm. También producen radiación UVB con una proporción con respecto a UVA de 1.2%. Su tamaño es de 516.9 milímetros de largo y 16 milímetros de diámetro. Las lámparas se disponen en series de tres a lo largo del ancho de la pared (Wwa„). El número de series se determina durante el cálculo del tamaño de la pared. Los criterios que permiten determinar el número de series son: lograr un calentamiento mínimo del aire y de la estructura externa de la pared y lograr un umbral de iluminación mínimo de todas las superficies de las rejillas de metal expandido en donde se deposita el dióxido de titanio. 4. Los ventiladores Los ventiladores 5 aseguran la circulación del aire a través de la pared activa. El flujo de aire generado por los ventiladores debe cumplir con los estándares para la renovación del aire. Los estándares recomienda una renovación del aire del orden de 30 m3/hora/persona para espacios ocupados. El ajuste del flujo de aire puede determinarse dependiendo del tipo de espacio a ser purificado. Se utilizan ventiladores tangenciales fijados a 90°, es decir, ventiladores que permiten modificar la dirección del flujo en 90°, de la marca ZiehI-Abegg y de tipo QR 06-GKM7OPB. Este tipo de ventilador permite flujos importantes del orden de 550 m3/hr. El caudal se ajusta por medio de un potenciómetro que controla la energía eléctrica suministrada al motor. La figura 4 muestra la modificación de la dirección del flujo en un ventilador tangencial fijado a 90°. Los ventiladores se colocan en la parte superior de la pared activa, de manera que se logre un flujo uniforme a lo largo de toda la pared. 5. La caja de electricidad La operación de la pared activa requiere de una fuente de electricidad para el suministro al sistema de iluminación y los ventiladores.

Con el fin de evitar la necesidad de un enchufe eléctrico para cada lámpara y para cada ventilador, se instala una caja de electricidad en una esquina inferior. Esta caja de electricidad recibe el suministro de un único enchufe eléctrico desde el exterior y provee la energía requerida para todos los componentes eléctricos de la pared. 6. Condiciones limitadoras v flujo Con el fin de modelar los flujos, se utilizan las ecuaciones estacionarias e no compresibles de Navier-Stokes. Los efectos térmicos sobre el flujo se introducen también en el modelo por medio de la aproximación de Boussinesque. El número de Reynolds, definido por el caudal de aire en la pared y la superficie de entrada, es suficientemente grande para justificar el uso de un modelo de turbulencia. Las velocidades bajas de flujo, del orden de 1 m/s, y el bajo nivel de calentamiento de la pared, validan la hipótesis requerida para el uso del abordaje no compresible y la aproximación Boussinesca. 6.1 Condiciones limitadoras dinámicas El caudal de aire debe aplicarse en la entrada para el dispositivo de purificación. Deben aplicarse dos condiciones limitadoras dinámicas a la entrada de aire. Se introducen el caudal de aire Qa¡r, que se hará variar durante el estudio numérico, así como la dirección del flujo, que es presumiblemente perpendicular a la superficie de entrada. En la salida, solamente se requiere una condición limitadora. Se aplica el valor de la presión de referencia. 6.2 Condiciones turbulentas limitadoras En la entrada del dispositivo de purificación, debe aplicarse una condición para la energía cinética turbulenta (k) y la disipación de la energía cinética turbulenta (e). Estas condiciones son muy difíciles de evaluar, dado que dependen del flujo ascendente de la entrada del dispositivo, un flujo que no se modela en las simulaciones numéricas.

Para definir las condiciones limitadoras, razonamos en términos del propósito del estudio. En este estudio concerniente al tamaño de la pared de purificación, la eficiencia del dispositivo debe evaluarse en términos de la purificación del aire. Podría mostrarse que el mezclado de aire favorece el procedimiento de purificación, dado que asegura una administración óptima del contaminante a la superficie del semiconductor. El mezclado del aire se caracteriza fundamentalmente por el nivel de turbulencia: a mayor la turbulencia, mayor se homogeniza el contaminante. Con el fin de estudiar el caso más crítico, es decir, el caso en el que el mezclado es mínimo, suponemos que el flujo es laminar en la entrada del dispositivo de purificación. La turbulencia se genera solamente al interior de la pared. Por lo tanto, las condiciones limitadoras a ser aplicadas en la entrada para la energía cinética turbulenta y su disipación se vuelven muy simples. La energía cinética turbulenta y su disipación se cancelan. 6.3 Condiciones térmicas limitadoras Para las condiciones térmicas limitadora, se definen cuatro condiciones distintas: la condición limitadora en la entrada del dispositivo de purificación, la condición limitadora en las lámparas, la condición limitadora en las partes internas de la pared y la condición limitadora en las distintas partes de las rejillas de metal expandido con el dióxido de titanio. La expresión general de una condición térmica limitadora incorpora el flujo de convexión, flujo de radiación, flujo de conducción y flujo externo. Esta expresión general se simplifica como una función de la superficie considerada.

A) La entrada del dispositivo de purificación Esta condición limitadora es la más simple. Esta permitirá determinar el nivel de temperatura promedio en la pared de purificación. Para hacerlo, se aplica una temperatura de 20 °C.

T + = xrc (1.3) B) Las lámparas La entrada de energía es asegurada por un sistema de lámparas de 25 W de tipo CLEO que asegura una potencia de iluminación de 4.3 W. La condición limitadora en cada lámpara es: en donde el flujo normal de las lámparas es proporcionado por la expresión: ?nta» = -^- = — = 147íf/m2 (1.5) ° lamps ^"^lamp^lamp en donde R,arT,p es el radio de la lámpara (8 mm) y Llamp es la longitud de la lámpara (517 mm).

C) Las partes internas de la pared La condición térmica limitadora de la pared es muy complicada, pues los intercambios de conducción al interior de la placa de acero inoxidable recocido brillante y los intercambios de convexión y radiación al exterior de la pared deben tomarse en cuenta. Este tipo de datos podría no estar definido de manera precisa. Pueden considerarse dos soluciones: utilizar coeficientes de intercambio de convexión o radiación externo promedio o suponer el caso menos favorable para determinar el tamaño del dispositivo de purificación. Se ha optado por la segunda solución. De hecho, si puede obtenerse una pared de purificación con un calentamiento mínimo en las condiciones menos favorables, con seguridad pueden cubrirse todos los demás casos. Analicemos el caso menos favorable. Cuando el sistema de iluminación con lámparas UV de tipo CLEO se encuentra operando en la pared, las rejillas de metal expandido y las placas de acero inoxidable recocido brillante se calientan. La parte frontal de la pared se encuentra en contacto directo con la temperatura del aire del ambiente en el espacio adyacente. Por lo tanto, existe una transferencia térmica de la parte frontal al espacio adyacente. Por lo tanto, el espacio adyacente tiende a reducir la temperatura de la parte frontal. El caso menos favorable sería suponer que el aire del espacio adyacente alcanza de inmediato el valor de la temperatura de la parte frontal: esta condición es una condición de adiabaticidad. La posibilidad de que se produzca eliminación externa de la parte frontal que lógicamente elevaría la temperatura, no es tomada en cuenta. La condición de adiabaticidad se utiliza, es decir, suponiendo que la suma del flujo de conducción en la parte frontal y de los flujos de radiación y convexión externos es cero. Por lo tanto, la condición limitadora es: en donde q"nght es el flujo de luz que llega a la superficie desde las lámparas y astain,ess es el coeficiente de absorción del acero inoxidable recocido brillante. El coeficiente de absorción del acero inoxidable recocido brillante es del orden de 0.15 en infrarrojo y alcanza un valor del orden de 0.3 en ultravioleta.

D) Las rejillas de metal expandido Las rejillas de metal expandido se incorporan por completo en el cálculo. Por lo tanto, se utiliza un tipo acoplado de condición limitadora con entrada adicional, debido a la entrada de energía desde el sistema de iluminación. 7. Contaminantes y modelo de purificación teórico El dispositivo de purificación, la pared de purificación, debe operar para mezclas complejas conformadas por una amplia variedad de contaminantes. Los contaminantes se agrupan bajo el nombre genérico de compuestos orgánicos volátiles (VOCs, por sus siglas en inglés). Las normas que regulan los niveles de contaminación en edificios imponen límites con respecto a cada uno de los contaminantes, pero también con respecto a la cantidad total de compuestos orgánicos volátiles (TVOC, por sus siglas en inglés). Las concentraciones promedio permitidas son del orden de 200 - 500 pg/m3. Este nivel de concentración corresponde a valores inferiores al PPmvoiume Para caa"a uno de los contaminantes. Los principales contaminantes se clasifican en 6 categorías: aléanos, alcoholes, aldehidos, cetonas, aromáticos y terpenos. La primera categoría de contaminantes es aquella de los aléanos. Los aléanos son moléculas conformadas exclusivamente de una cadena de carbono a la que se unen átomos de hidrógeno (cuadro 1).

CUADRO 1 La concentración total de alcanos, obtenida sacando el total de las concentraciones promedio de cada compuesto, es de 103 g/m3. En la categoría general de los alcanos, hay compuestos con cadena de carbono cíclica. Estos son los cicloalcanos (cuadro 2).

CUADRO 2 Los cicloalcanos representan una pequeña porción de los compuestos que pertenecen a esta categoría de alcanos. Su concentración total es de 14 g/m3. La segunda categoría de compuestos orgánicos volátiles enumerada es aquella de los alcoholes (cuadro 3).

CUADRO 3 Los cuatro contaminantes principales que pertenecen a esta categoría tienen concentraciones individuales que dan un total de 69 pg/m3. La tercera categoría se caracteriza por los compuestos de aldehidos. Estos son compuestos con concentraciones individuales que son las más altas, en particular formaldeh ido y acetaldehído (cuadro 4).

CUADRO 4 Las concentraciones de cada uno de los compuestos de esta categoría son tales que su concentración total es de 116 pg/m3. La cuarta categoría es aquella de las cetonas. Los tres compuestos enumerados en el cuadro 5 tienen una concentración total de 30.8 pg/m3.

CUADRO 5 Los aromáticos son los compuestos que pertenecen a la quinta categoría. Esta categoría incluye también un compuesto con una alta concentración, que es el tolueno (cuadro 6).

CUADRO 6 La concentración total de los compuestos aromáticos es de 86 pg/m3. La última categoría cubre los compuestos de terpeno (cuadro 7). Su concentración total es de 76.8 µ?/??3.

CUADRO 7 La concentración total de los compuestos orgánicos volátiles es de 420 pg/m3. Esta lista no exhaustiva de contaminantes muestra que su concentración promedio es mejor a ppmVO|Ume. Durante el análisis de los resultados experimentales de las mezclas complejas a bajas concentraciones, se observó que cada uno de los contaminantes sufre el procedimiento de purificación por fotocatálisis al contacto con el dióxido de titanio como si fuera el único contaminante en la cámara de prueba. Esta propiedad se utiliza para introducir todos los compuestos mencionados con anterioridad en un algoritmo para determinar el tamaño del dispositivo de purificación. Al utilizar esta propiedad, se define un contaminante de prueba A, con una concentración inicial que es la concentración total de VOCs, es decir, 420 pg/m3. Los parámetros en el modelo de purificación mencionado anteriormente podrían definirse de manera precisa en el caso de la purificación de acetaldehído. Estos parámetros, la eficiencia cuántica y la concentración de referencia, dependen del flujo de fotones que llega al dióxido de titanio. Con base en los tres valores de los parámetros, determinados para un flujo de fotones de 1.66*10"4, 7.26*10'5 y 2.56*10"5 einstein/m2/s, respectivamente, se define una función de interpolación para la eficiencia cuántica y la concentración de referencia. Estas funciones de interpolación permiten obtener el valor de los parámetros de purificación como una función del flujo de fotones. La exactitud de los valores es asegurada en tanto el flujo incidente de fotones es de entre 1.66*10"4 y 2.56*10"5 e'instein/m2/s. El conocimiento preciso de los parámetros de purificación para el acetaldehído hace que este compuesto sea el contaminante de prueba que permite introducir todos los compuestos VOC citados en las listas anteriores. Por lo tanto, el dispositivo de purificación de conformidad con la invención tiene un tamaño que presupone una atmósfera contaminada solamente con acetaldehído a una concentración de 420 µ9/p?3, lo que corresponde a 213 ppbvo,ume. Con el fin de asegurar un margen de seguridad para la determinación del tamaño, la concentración de acetaldehído es presumiblemente de 1 ppmV0|ume. Durante el análisis de los resultados experimentales, no apareció ningún producto intermedio en el proceso de descomposición del acetaldehído al contacto con la película de dióxido de titanio depositada en aerosol. Por lo tanto, la única reacción de descomposición considerada es la reacción de descomposición del acetaldehído por parte de los radicales hidroxilos. El uso de nuestro modelo teórico de purificación como una condición limitadora en la circulación general de la dispersión del acetaldehído en la pared de purificación, requiere determinar los parámetros de purificación que son obtenidos con las funciones de interpolación en relación con valores determinados en cualquier otro lugar (no publicados), la determinación de coeficientes estequiométricos obtenidos por medio de la ecuación para la descomposición del acetaldehído y la determinación del flujo de fotones que llegan a la superficie de dióxido de titanio. 7.1 Flujo de fotones La evaluación del flujo de fotones es un paso importante en el algoritmo de optimización. Para este cálculo se utiliza un software de cálculo visual, por ejemplo el software SPEOS (Optis, Francia). Este software determina cuadros de iluminación y cuadros de flujo de luz calculando la propagación de los rayos de luz de conformidad con las leyes de la física. Estos cuadros permiten definir una función espacial de la distribución de la intensidad de la luz a lo largo de una superficie determinada (FSPE0S): en donde: - x,y son las coordenadas espaciales dadas a un punto en la superficie; - total_spectrum es el espectro de emisión total de las lámparas utilizadas; - 1 es la intensidad de la luz (W/m2/nm); - ? es la longitud de onda de la radiación (nm).

Para nuestro modelo teórico de purificación, el flujo de fotones debe ser determinado, es decir, el número de fotones que llegan a la superficie iluminada en un punto de coordenada (x,y) por unidad de tiempo. Con el fin de vincular los datos obtenidos de los cuadros de iluminación y el número de fotones (Nhv), se avanza la siguiente hipótesis: la intensidad de la luz I (?,?,?) puede separarse en tres elementos de contribución; el primero es el estándar de intensidad de la luz 1 1| , el segundo depende solamente de la posición espacial del punto en la superficie considerada Ts(x,y) y el tercero representa la dependencia espectral ??(?). Los últimos dos valores se normalizan. Tenemos: Al introducir esta definición de intensidad de la luz (1.8), la ecuación del flujo de fotones que llega al punto x,y de la superficie iluminada se rescribe como: en donde E(hv) = hv = h.c/?. La integral en relación con las longitudes de onda que pueden ser absorbidas por el semiconductor, puede evaluarse cuando el espectro de emisión de la fuente es conocido (provisto generalmente por la compañía que fabrica la lámpara). Para las lámparas de tipo CLEO de la compañía Philips, se advirtió que hay una disminución de la intensidad de la luz, dependiendo de la distancia entre el sistema de iluminación y la superficie iluminada. Cuando se normalizan los espectros, se obtiene el espectro de emisión para la lámpara provista por el fabricante. Un flujo normalizado de fotones (Fhv,0), que solamente puede calcularse a partir de los datos suministrados por el fabricante y que es constante a lo largo de toda la superficie iluminada, se define entonces como: Si la proporción (1.8) se introduce también en la expresión (1 .7), se obtiene la siguiente expresión de la función FSPE0S: FSPEOS (x,y) = (1 .1 1 ) total _spectnim En esta expresión (1.1 1 ), un término que puede calcularse directamente a partir de los datos del fabricante de la fuente de luz, se obtiene una vez más: „ra,o = J/AWJ2 = 35909 l0-8 (1.12) total _spectr m Al introducir las expresiones (1.10, 1.1 1 , 1.12) en el cálculo del número de fotones que llegan a la superficie iluminada por unidad de tiempo (1 .9), la fórmula es: ^^ = * ^ (1 -13) (en donde Fhvfi IIsm? = 2.48*10"6). Al utilizar esta fórmula (1.13), los cuadros de iluminación proporcionados por el software SPEOS (FSPE0S(x,y)) y los datos espectrales para la fuente de luz, puede calcularse el flujo de fotones que llega a cada uno de lo puntos de la superficie del catalizador. 7.2 Cuadros de iluminación En el párrafo precedente se mostró que, con base en un cuadro de iluminación obtenido con el software SPEOS y en las características espectrales de las fuentes de luz, se encuentran disponibles todos los datos disponibles para nuestro modelo de purificación. Con el fin de obtener los cuadros de iluminación, se introduce un modelo tridimensional de la pared de purificación en el software SPEOS. Al igual que para los modelos geométricos utilizados para las simulaciones de flujo, se determinan los elementos esenciales, los elementos importantes y los elementos desdeñables. Sin embargo, los elementos definidos en cada una de las tres categorías son distintos a aquellos definidos en el contexto del cálculo de Dinámica Computacional de Fluidos (CFD, por sus siglas en inglés). Siendo distintos los propósitos de las simulaciones CFD y aquellos del software SPEOS, resulta útil enumerar de manera distinta los elementos de las tres categorías. Las lámparas UVA de 25 W de tipo CLEO y las partes frontal y trasera del dispositivo de purificación se incluyen en los elementos esenciales, es decir, los elementos con características geométricas y posiciones espaciales que podrían no diferir de la realidad. Las rejillas de purificación se incluyen en los elementos importantes, es decir, los elementos que deben considerarse en el modelo geométrico, pero que pueden describirse como teniendo una posición espacial y geometría que difieren de la realidad. El grosor de la rejilla de 3 milímetros no desempeña un papel central en el cálculo de iluminación. Las sombras que pueden ser provocadas por el grosor de la rejilla podrían ser ignoradas. Presumiblemente las rejillas son superficies planas bidimensionales. Los ventiladores, las partes superior e inferior, así como los lados verticales de la pared, la caja de electricidad con el suministro para distintos sistemas eléctricos, etcétera, se incluyen en los elementos desdeñables, es decir, los elementos cuya influencia sobre el propósito de la simulación es desdeñable. Los ventiladores, la caja de electricidad, etcétera, se ignoran, pues los materiales de los que están hechos tienen un índice de reflexión muy pequeño, en la escala de UVAs, lo que significa que la cantidad de energía reflejada hacia las superficies de las rejillas cubiertas con dióxido de titanio, es desdeñable. Para las partes superior, inferior y laterales de la pared, suponemos que su impacto sobre la iluminación de las rejillas, que son perpendiculares en relación con las mismas, también es desdeñable. Una vez que se han definido los elementos de nuestro modelo geométrico, se introducen los parámetros requeridos para la simulación. Todas las superficies se caracterizan por propiedades físicas en relación con el tema de la luz: el tipo de reflexión de luz a ser considerado, Lambertiano, Gaussiano u otro, etcétera, lo cual depende del estado de la superficie del material; la dependencia espectral de la reflectividad, etcétera. Para las fuentes de luz, se introducen sus espectros de emisión y potencia. Las simulaciones que utilizan el software SPEOS deben proporcionar la cantidad de energía que llega a cada uno de los puntos de cada rejilla de metal expandido. Para obtener esta información, debe realizarse un procesamiento adicional en los cuadros de iluminación. De hecho, los cuadros de iluminación son superficies bidimensionales planas simples que "cuentan" el número de rayos de luz que las atraviesan en un punto, de modo que se deduzca la cantidad de energía en el punto bajo consideración (figura 5a). De manera similar, el software SPEOS permite sacar los perfiles de la intensidad de la luz que llega a la rejilla por iluminación directa e indirecta (véase el ejemplo de la figura 5b). El procesamiento adicional consiste simplemente en proyectar el cuadro de iluminación en bruto en la superficie real de la rejilla de metal expandido. Esta operación se realiza de manera simple multiplicando el cuadro de iluminación en bruto por una función í~(x,y) de cero en cualquier lugar, exceptuando el sitio en donde se localiza el metal expandido, en cuyo caso es igual a uno. Se obtienen los cuadros de intensidad de la luz para introducirse en nuestro modelo de purificación (figura 6). Se encuentra disponibles dos métodos para introducir estos cuadros de intensidad: 1 ) introducir todos los datos en un archivo que se utilizará en el código de cálculo; 2) definir una función matemática que describa la distribución especial de la intensidad de la luz. Se opta por el segundo método, dado que permite obtener soluciones analíticas en condiciones específicas. La función matemática tiene la siguiente forma: FSPBOS C, y) = T(x,y)m[jg(kx,ky) exp[i(kxx÷ (1.14) en donde: " ^SPEOS es la función espacial que describe la distribución de la intensidad de la luz en la superficie bajo consideración; - x,y son las coordenadas del punto bajo consideración en la superficie iluminada; - g(kx,ky) es la transformada de Fourier de la función FSPEOS; - kx,ky son los números de ondas de conformidad con x,y (2tt/??, 2p/??) respectivamente; - ¾ es la parte real de la integral; - G(?,?) es la función de proyección del cuadro de iluminación en bruto sobre la superficie real del metal expandido. Esta es una integral de Fourier integral. Esta función FSPE0S(x,y) se utiliza en nuestro modelo de purificación. Para cualquier distribución de la 5 intensidad de la luz, las ondas de amplitud planas g(kx,ky) deben entrelazarse a lo largo del número total de ondas (0,8). En nuestro estudio, esta integral de Fourier puede simplificarse en una serie de Fourier, pues las característica geométricas del sistema estudiado permiten definir la periodicidad. En una primera aproximación, se presume que la intensidad de 0 la luz es horizontalmente constante, lo cual elimina la dependencia de x en la integral de Fourier. Además, la periodicidad de las lámparas de conformidad con y, permite reemplazar la integral por un total de las longitudes de onda múltiples de la distancia entre dos lámparas. c F SPEOS (x,y) = r(x,y)?Aj cos(j-—y) (1. 5) ' ü "lamp en donde Aj representa la amplitud de la onda j, dlamp representa la distancia entre dos filas de lámparas. En general, este total se refiere a un número infinito de elementos de contribución. En algunos casos, solamente los elementos de 0 contribución de los primeros modos son significativos, lo cual permite reducir el total infinito a un total de un número finito de modos. Por lo tanto, para obtener la función FSPE0S, se realiza un análisis de Fourier en los cuadros de iluminación en bruto suministrados por las simulaciones realizadas con el software SPEOS. Este análisis provee los únicos parámetros no definidos en la expresión (1.15), es decir, los coeficientes A¡ de la descomposición de Fourier. 7.3 Condiciones limitadoras y ecuación de evolución El propósito del dispositivo de purificación es purificar continuamente el volumen de aire de un espacio bajo consideración. Por lo tanto, la eficiencia del dispositivo de purificación debe estudiarse en el modo estacionario. Por lo tanto, las ecuaciones de evolución para la concentración de acetaldehído son ecuaciones de evolución estacionarias (ecuación de advección-difusión): V.(ÜCA ) = V[DA (T, p'°' , µ' ) VC, ] ( 1. 6) en donde ü(m/s) es la escala de la velocidad del aire, CA(kg/m3) es la concentración de contaminante A, DA es el coeficiente de difusión del contaminante A, conformado por un elemento de contribución molecular y un elemento de contribución turbulento, con T(K) siendo la temperatura del aire, ptot(atm) la presión total y 1 la viscosidad turbulenta. En las partes internas del marco externo de la ' pared de purificación, la eliminación del flujo de masa se preserva como una condición limitadora. En las rejillas de metal expandido, nuestro modelo de purificación se introduce para el acetaldehído. La introducción de los datos del software SPEOS y las funciones de interpolación de los parámetros de purificación, permiten especificar la expresión para la reducción del acetaldehído con el paso del tiempo. Para el estudio de la determinación del tamaño de la pared de purificación, debe aplicarse una concentración en la entrada de la pared. Dado que debe calcularse la eficiencia del dispositivo de purificación en modo estacionario, se aplica una concentración constante igual a 1 ppmvohjme. En la salida, no se aplica condición alguna. 7.4 Definición de la eficiencia del dispositivo de purificación Con el fin de determinar el tamaño del dispositivo de purificación, debe definirse un criterio para permitir la evaluación del desempeño de purificación. Para hacerlo, el caudal de contaminante que entra y sale del dispositivo se define como: QAMake-outlet = ¿ÜMS ^ 7) en donde: - QAJ¡ntake-outiet es e' caudal de contaminante en la entrada o salida del dispositivo de purificación; - CA es la concentración del contaminante en la entrada o salida del dispositivo de purificación; - ü es la escala de velocidad en la entrada o salida del dispositivo de purificación; - ñ es la normal en la superficie bajo consideración que señala hacia el interior del dispositivo de purificación, en la entrada y hacia el exterior en la salida. Con base en el caudal del contaminante, la eficiencia de la pared de purificación para el contaminante A (r|AiWa ) se define como: Esta definición (1.18) permite tener un valor que varía entre 0, cuando el sistema es totalmente ineficiente, y 1 , cuando el sistema es perfectamente eficiente, lo cual corresponde a un dispositivo de purificación que no re-introduce contaminante alguno en el espacio a ser limpiado. La figura 7 resume el algoritmo de optimización del dispositivo de purificación. 7.5 Abordaje bidimensional La geometría de la pared de purificación permite manejar el problema con un abordaje bidimensional, en lugar de un abordaje tridimensional completo. El componente de velocidad a lo largo del eje e y (figura 1) es desdeñable, en comparación con las velocidades vertical y horizontal a lo largo del ejee x. El estudio del dispositivo de purificación se realiza a lo largo de una sección vertical. Los efectos tridimensionales son desdeñables a lo largo de todo el ancho de la pared, excepto en los dos extremos en donde el efecto de las dos paredes verticales puede sentirse. En un primer estudio, estos efectos de 3D son ignorados, de manera que se presupone un flujo bidimensional en toda la pared. Este abordaje bidimensional permite utilizar un código de cálculo desarrollado para el caso de 2D. En la descripción de la pared, se ha definido el tamaño de las mallas de metal expandido en donde se deposita el catalizador, Ti02. Las rejillas de metal expandido se colocan en el plano O, e y, é z, que es el plano perpendicular a la sección vertical definida para proveer un abordaje bidimensional para el flujo. Para modelar el metal expandido, debe hacerse referencia a su efecto principal. El metal expandido se utiliza para depositar dióxido de titanio. La principal característica que debe conservarse en el modelo es la proporción (Ssteel) entre la superficie del metal expandido y la superficie total de la rejilla. El metal expandido se modela como una pared perforada, con tamaños de apertura que son tales que se conserva la proporción de superficie (figura 8: 1 rejilla y 3 lámparas). Para una pared activa con rejillas nrgrates de metal expandido, se obtiene una superficie total de dióxido de titanio igual a: S-no2 = 2 ngrate Sstee| Hwa|, Lwan (1.19) El factor 2 expresa el hecho de que el dióxido de titanio se deposita en ambos lados de la rejilla.

La figura 9 sintetiza las curves de eficiencia de la pared de purificación como una función del número de filas de las lámparas UVA, dependiendo de si se utilizan una o dos rejillas y de si la ventilación es natural o forzada. La mayor eficiencia es lograda con el mayor número de filas de lámparas (4 lámparas), dos rejillas y ventilación natural. El uso de un flujo UVA como activador de la película de Ti02 provoca un incremento de la temperatura al interior de la pared de purificación. Con el fin de determinar los perfiles del incremento de temperatura en las caras externas, se utilizó un software CFD que permitía el cálculo del flujo y escalas de temperatura, tomando en cuenta los flujos de calor de conducción, convexión y radiación. Las figuras 10a-10b proporcionan ejemplos de incrementos de temperatura ?? = T-TO como una función de la altura y de la pared, dependiendo del número de lámparas y dependiendo de una convexión natural o forzada.

Claims (10)

45 NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1.- Un dispositivo para la continua purificación fotocatalítica del aire de una habitación ocupada, de preferencia en forma de un panel de pared (1), que comprende: - una estructura metálica extema, de preferencia hecha de acero; - una abertura (11) para la entrada del aire a ser tratado, localizada en la parte inferior de la parte frontal (10) de la pared; - un marco metálico interno (4) al que se une una serie de lámparas UVA (3); - un filtro (2) que comprende un soporte cubierto con una película con dióxido de titanio fotocatalítico (Ti02); - una abertura (12) para la salida del aire purificado, localizada en la parte superior de la parte frontal (10) de la pared, el flujo de aire al interior del dispositivo siendo asegurado por circulación natural o circulación forzada, con por lo menos un ventilador (5); caracterizado porque dicho dispositivo comprende por lo menos una rejilla (2) hecha de metal expandido cubierto con una película con dióxido de titanio (T¡02), principalmente en la fase anatasa, de manera que se maximice la superficie del fotocatalizador iluminado por la luz UVA.

2.- El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque la estructura metálica externa está hecha de acero o tiene una superficie interna cubierta por una capa delgada con un índice de reflexión mayor al 90% para longitudes de onda menores a 400 nm. 46

3. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque la estructura metálica externa está hecha de acero inoxidable recocido brillante.

4. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 , 2 ó 3, caracterizado además porque la parte frontal (10) de la estructura externa tiene un ancho de por lo menos 1.5 metros, de preferencia 2 metros, y en donde las aberturas de entrada y salida (11 ,12) para el aire tienen la forma de hendiduras de igual ancho y de una longitud ligeramente menor a aquella de dicha parte frontal (10) y de una altura mayor a 3 centímetros, de preferencia igual a 5 centímetros.

5. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque dichas aberturas (11 ,12) se ubican a menos de 10 centímetros, de preferencia 5 centímetros, de distancia de los extremos superior e inferior de dicha parte frontal (10), respectivamente.

6.- El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el metal expandido es un acero expandido y en donde toda la superficie de las mallas (6) de este acero expandido (Ssteel) están cubiertas con la película de Ti02, con excepción de la superficie del grosor de la malla, i.e.: 47 en donde LDmesh, SDmesh y wsmesh son, respectivamente la diagonal larga, la diagonal corta y la franja de la malla.

7.- El dispositivo de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque la malla (6) se selecciona para minimizar la proporción (Sstee,) entre su superficie física (Sstee|) y su superficie total (Smesh): 1 steel S Steel ~ ' ¦s steel mesh mesh ^^mesh dicha proporción siendo, de preferencia, 1/3.

8.- El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque la rejilla (2) se mantiene verticalmente con accesorios localizados solamente en el perímetro de la rejilla.

9. - El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque las lámparas UVA (3) se disponen en series de tres a lo largo del acho de la pared.

10. - El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado además porque el ventilador (5) es de un tipo tangencial fijado a 90° y se localiza en la parte superior de la pared, el número de ventiladores siendo seleccionado para asegurar que por lo menos 30 m3/hora/persona de aire se renueven en una habitación ocupada. 1. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado además porque tiene la forma de un cilindro de sección 48 transversal circular, rectangular o cuadrada, con por lo menos un tubo de iluminación UVA a lo largo del eje del cilindro y rodeado por una rejilla de metal expandido cubierta por Ti02 fotocatalítico, la superficie interna del cilindro teniendo un índice de reflexión mayor al 90%. 12.- El uso del dispositivo de purificación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 para la destrucción de compuestos orgánicos volátiles como alcanos, alcoholes, aldehidos, cetonas, aromáticos y terpenos por fotocatálisis de dióxido de titanio. 13.- El uso del dispositivo de purificación de aire de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 en el sector de la construcción, en forma de un elemento estructural o decorativo, como un panel de pared, pared divisora, piso, techo o techo falso, dicho elemento teniendo una superficie metálica externa cubierta con un terminado como yeso, pintura o papel tapiz. 14.- El uso del dispositivo de purificación de aire de conformidad con la reivindicación 11 en forma de un ducto de aire. 15.- Un método para optimizar la determinación del tamaño de un elemento de purificación de aire de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, el método está caracterizado por los siguientes pasos: a) definición de la geometría externa del dispositivo; b) definición del número de rejillas (2) hechas de acero expandido y del dispositivo de iluminación (3); c) cálculo de la iluminación de las rejillas; si la intensidad de la luz no es mayor al umbral establecido, regresar al paso b); d) cálculo del flujo 49 de aire y de la temperatura de distribución; si las paredes de acero (11 ,15) se calientan, regresar al paso b); e) cálculo del cambio en la concentración de contaminante; si la eficiencia general de purificación no es mayor al límite predefinido, regresar al paso b); f) logro del elemento de purificación o eliminación de la contaminación con óptimas dimensiones.