Miércoles, febrero 16 2011 01: 25

Aire Interior: Ionización

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La ionización es una de las técnicas utilizadas para eliminar partículas del aire. Los iones actúan como núcleos de condensación de pequeñas partículas que, al adherirse, crecen y precipitan.

La concentración de iones en espacios interiores cerrados es, por regla general y si no hay fuentes adicionales de iones, inferior a la de los espacios abiertos. De ahí la creencia de que aumentar la concentración de iones negativos en el aire interior mejora la calidad del aire.

Algunos estudios basados ​​en datos epidemiológicos y en investigaciones experimentales planificadas afirman que el aumento de la concentración de iones negativos en los entornos de trabajo mejora la eficiencia del trabajador y mejora el estado de ánimo de los empleados, mientras que los iones positivos tienen un efecto adverso. Sin embargo, estudios paralelos muestran que los datos existentes sobre los efectos de la ionización negativa en la productividad de los trabajadores son inconsistentes y contradictorios. Por lo tanto, parece que todavía no es posible afirmar de manera unívoca que la generación de iones negativos sea realmente beneficiosa.

Ionización natural

Las moléculas de gas individuales en la atmósfera pueden ionizarse negativamente al ganar o positivamente al perder un electrón. Para que esto ocurra, una molécula dada primero debe ganar suficiente energía, generalmente llamada energía de ionización de esa molécula en particular. En la naturaleza se dan muchas fuentes de energía, tanto de origen cósmico como terrestre, que son capaces de producir este fenómeno: radiación de fondo en la atmósfera; ondas solares electromagnéticas (especialmente las ultravioletas), rayos cósmicos, atomización de líquidos como el rocío que provocan las cascadas, el movimiento de grandes masas de aire sobre la superficie terrestre, fenómenos eléctricos como rayos y tormentas, el proceso de combustión y las sustancias radiactivas .

Las configuraciones eléctricas de los iones que se forman de esta manera, aunque aún no se conocen por completo, parecen incluir los iones de carbonatación y H+, H3O+, La+, N+, OH, H2O Y O2. Estas moléculas ionizadas pueden agregarse por adsorción en partículas suspendidas (niebla, sílice y otros contaminantes). Los iones se clasifican según su tamaño y su movilidad. Este último se define como una velocidad en un campo eléctrico expresada como una unidad como centímetros por segundo por voltaje por centímetro (cm/s/V/cm), o, de manera más compacta,

Los iones atmosféricos tienden a desaparecer por recombinación. Su vida media depende de su tamaño y es inversamente proporcional a su movilidad. Los iones negativos son estadísticamente más pequeños y su vida media es de varios minutos, mientras que los iones positivos son más grandes y su vida media es de aproximadamente media hora. Él carga espacial es el cociente de la concentración de iones positivos y la concentración de iones negativos. El valor de esta relación es mayor a uno y depende de factores como el clima, la ubicación y la estación del año. En los espacios habitables este coeficiente puede tener valores inferiores a uno. Las características se dan en la tabla 1.

Tabla 1. Características de iones de movilidades y diámetro dados

Movilidad (cm2/Vs)

Diámetro (mm)

Características

3.0-0.1

0.001-0.003

Pequeño, alta movilidad, vida corta

0.1-0.005

0.003-0.03

Intermedio, más lento que los iones pequeños.

0.005-0.002

> 0.03

Iones lentos, agregados en materia particulada
(iones de Langevin)

 

Ionización Artificial

La actividad humana modifica la ionización natural del aire. La ionización artificial puede ser causada por procesos e incendios industriales y nucleares. El material particulado en suspensión en el aire favorece la formación de iones de Langevin (iones agregados sobre material particulado). Los radiadores eléctricos aumentan considerablemente la concentración de iones positivos. Los acondicionadores de aire también aumentan la carga espacial del aire interior.

Los lugares de trabajo cuentan con maquinaria que produce iones positivos y negativos simultáneamente, como es el caso de las máquinas que son fuentes locales importantes de energía mecánica (prensas, máquinas de hilar y tejer), energía eléctrica (motores, impresoras electrónicas, fotocopiadoras, líneas e instalaciones de alta tensión ), energía electromagnética (pantallas de rayos catódicos, televisores, monitores de ordenador) o energía radiactiva (terapia con cobalto-42). Este tipo de equipos crean ambientes con mayores concentraciones de iones positivos debido a la mayor vida media de estos últimos en comparación con los iones negativos.

Concentraciones ambientales de iones

Las concentraciones de iones varían con las condiciones ambientales y meteorológicas. En áreas con poca contaminación, como en bosques y montañas, o en grandes altitudes, la concentración de pequeños iones crece; en áreas cercanas a fuentes radiactivas, cascadas o rápidos de ríos, las concentraciones pueden alcanzar miles de pequeños iones por centímetro cúbico. En la proximidad del mar y cuando los niveles de humedad son altos, en cambio, hay un exceso de iones grandes. En general, la concentración promedio de iones negativos y positivos en el aire limpio es de 500 y 600 iones por centímetro cúbico respectivamente.

Algunos vientos pueden transportar grandes concentraciones de iones positivos: el Föhn en Suiza, el Santa Ana en los Estados Unidos, el Sirocco en el norte de África, el Chinook en las Montañas Rocosas y el Sharav en el Medio Oriente.

En lugares de trabajo donde no hay factores ionizantes significativos, a menudo hay una acumulación de iones grandes. Esto es especialmente cierto, por ejemplo, en lugares que están sellados herméticamente y en minas. La concentración de iones negativos disminuye significativamente en espacios interiores y en áreas contaminadas o polvorientas. Hay muchas razones por las que la concentración de iones negativos también disminuye en los espacios interiores que cuentan con sistemas de aire acondicionado. Una de las razones es que los iones negativos quedan atrapados en los conductos de aire y los filtros de aire o son atraídos por las superficies que tienen carga positiva. Las pantallas de rayos catódicos y los monitores de computadora, por ejemplo, están cargados positivamente, creando en su vecindad inmediata un microclima deficiente en iones negativos. Los sistemas de filtración de aire diseñados para "salas limpias" que requieren que los niveles de contaminación con partículas se mantengan en un mínimo muy bajo también parecen eliminar los iones negativos.

Por otro lado, un exceso de humedad condensa iones, mientras que su falta crea ambientes secos con gran cantidad de cargas electrostáticas. Estas cargas electrostáticas se acumulan en las fibras plásticas y sintéticas, tanto en la habitación como en las personas.

Generadores de iones

Los generadores ionizan el aire entregando una gran cantidad de energía. Esta energía puede provenir de una fuente de radiación alfa (como el tritio) o de una fuente de electricidad mediante la aplicación de un alto voltaje a un electrodo de punta afilada. Las fuentes radiactivas están prohibidas en la mayoría de los países debido a los problemas secundarios de la radiactividad.

Los generadores eléctricos están hechos de un electrodo puntiagudo rodeado por una corona; el electrodo recibe un voltaje negativo de miles de voltios y la corona está conectada a tierra. Los iones negativos son expulsados ​​mientras que los iones positivos son atraídos por el generador. La cantidad de iones negativos generados aumenta en proporción al voltaje aplicado y al número de electrodos que contiene. Los generadores que tienen una mayor cantidad de electrodos y usan un voltaje más bajo son más seguros, porque cuando el voltaje supera los 8,000 a 10,000 voltios, el generador producirá no solo iones, sino también ozono y algunos óxidos nitrosos. La diseminación de iones se logra por repulsión electrostática.

La migración de iones dependerá de la alineación del campo magnético generado entre el punto de emisión y los objetos que lo rodean. La concentración de iones que rodea a los generadores no es homogénea y disminuye significativamente a medida que aumenta la distancia a los mismos. Los ventiladores instalados en este equipo aumentarán la zona de dispersión iónica. Es importante recordar que los elementos activos de los generadores deben limpiarse periódicamente para asegurar su correcto funcionamiento.

Los generadores también pueden basarse en atomización de agua, en efectos termoeléctricos o en rayos ultravioleta. Hay muchos tipos y tamaños diferentes de generadores. Pueden instalarse en techos y paredes o pueden colocarse en cualquier lugar si son del tipo pequeño y portátil.

Medición de iones

Los dispositivos de medición de iones se fabrican colocando dos placas conductoras separadas 0.75 cm y aplicando un voltaje variable. Los iones recogidos se miden con un picoamperímetro y se registra la intensidad de la corriente. Los voltajes variables permiten la medición de concentraciones de iones con diferentes movilidades. La concentración de iones (N) se calcula a partir de la intensidad de la corriente eléctrica generada mediante la siguiente fórmula:

donde I es la corriente en amperios, V es la velocidad del flujo de aire, q es la carga de un ion univalente (1.6x10-19) en culombios y A es el área efectiva de las placas colectoras. Se supone que todos los iones tienen una sola carga y que todos quedan retenidos en el colector. Debe tenerse en cuenta que este método tiene sus limitaciones debido a la corriente de fondo y la influencia de otros factores como la humedad y los campos de electricidad estática.

Los efectos de los iones en el cuerpo

Los iones negativos pequeños son los que se supone que tienen el mayor efecto biológico debido a su mayor movilidad. Las altas concentraciones de iones negativos pueden matar o bloquear el crecimiento de patógenos microscópicos, pero no se han descrito efectos adversos en humanos.

Algunos estudios sugieren que la exposición a altas concentraciones de iones negativos produce cambios bioquímicos y fisiológicos en algunas personas que tienen un efecto relajante, reducen la tensión y los dolores de cabeza, mejoran el estado de alerta y reducen el tiempo de reacción. Estos efectos podrían deberse a la supresión de la hormona neural serotonina (5-HT) y de la histamina en ambientes cargados de iones negativos; estos factores podrían afectar a un segmento hipersensible de la población. Sin embargo, otros estudios llegan a conclusiones diferentes sobre los efectos de los iones negativos en el organismo. Por lo tanto, los beneficios de la ionización negativa aún están abiertos a debate y se necesitan más estudios antes de que se decida el asunto.

 

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