domingo, 21 de noviembre de 2010

INTRODUCCIÓN - ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS


Se entiende como radiación al término general con que se indica un fenómeno de emisión, propagación y absorción de la energía por parte de la materia en tanto en forma de ondas (sonoras y electromagnéticas), como corpuscular. La radiación además de energía y cantidad de movimiento, puede transportar carga eléctrica y masa.
El trabajo se fundamenta en las ondas electromagnéticas, como funcionan y que las caracterizan. Las ondas electromagnéticas siendo un campo de tantas trascendencias  y de alta cobertura haremos su énfasis en una de sus tantas clasificaciones o tipos para ello hablaremos de los rayos ultravioletas su nombre se deriva  de la posición del espectro electromagnético respecto al color violeta, además se estudiara sobre el comportamiento de los rayos ultravioletas en la naturaleza, el ser humano, la salud y la ciencia. Como complemento de este estudio se aclararan las clasificaciones ventajas y desventajas de los rayos ultravioletas, aportes en las historia de las ciencia de científicos como Maxwell para una mayor compresión de temas físicos (ondas electromagnéticas) y la ingeniería.

ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS


Una onda electromagnética es la perturbación simultánea de los campos eléctricos y magnéticos existentes en una misma región. Las ondas originadas por los campos eléctricos y magnéticos son de carácter transversal, encontrándose en fase, pero estando las vibraciones accionadas en planos perpendiculares entre sí.
Las ondas electromagnéticas se propagan mediante una oscilación de campos eléctricos y magnéticos. Los campos electromagnéticos al "excitar" los electrones de nuestra retina, nos comunican con el exterior y permiten que nuestro cerebro "construya" el escenario del mundo en que estamos.

CARACTERISTICAS DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

·         Las ondas electromagnéticas se propagan en el vacío a la velocidad de 300000 km/s, que se conoce como "velocidad de la luz en el vacío" y se simboliza con la letra c (c = 300000 km/s)

·         Los campos producidos por las cargas en movimiento pueden abandonar las fuentes y viajar a través del espacio (en el vacio) creándose y recreándose mutuamente. Lo explica la tercera y cuarta ley de Maxwell.

·         Las radiaciones electromagnéticas se propagan en el vacio a la velocidad de la luz "c". Y justo el valor de la velocidad de la luz se deduce de las ecuaciones de Maxwell, se halla a partir de dos constantes del medio en que se propaga para las ondas eléctricas y magnéticas.

·         El campo eléctrico procedente de un dipolo está contenido en el plano formado por el eje del dipolo y la dirección de propagación. El enunciado anterior también se cumple si sustituimos el eje del dipolo por la dirección de movimiento de una carga acelerada.

·         Las ondas electromagnéticas son todas semejantes y sólo se diferencian en su longitud de onda y frecuencia.

·         Las ondas electromagnéticas transmiten energía incluso en el vacío. Lo que vibra a su paso son los campos eléctricos y magnéticos que crean a propagarse. La vibración puede ser captada y esa energía absorberse.

·         Las intensidad instantánea que posee una onda electromagnética, es decir, la energía que por unidad de tiempo atraviesa la unidad de superficie, colocada perpendicularmente a la dirección de propagación es: I=c· eoE2. La intensidad media que se propaga es justo la mitad de la expresión anterior.

·         La intensidad de la onda electromagnética al expandirse en el espacio disminuye con el cuadrado de la distancia y como "I "es proporcional a E2 y por tanto a sen2Q . Por lo tanto existen direcciones preferenciales de propagación.

·         La energía transportada por las ondas es proporcional a su frecuencia, de modo que cuanto mayor es la frecuencia de la onda, mayor es su energía.

Las ondas electromagnéticas se clasifican según su frecuencia como puede verse en el siguiente diagrama:


Es el conjunto de ondas electromagnéticas que se encuentran ordenados de acuerdo a su frecuencia (f ) y longitud de onda (l) si bien todas las ondas electromagnéticas son iguales por su naturaleza, los efectos que ocasionan no son siempre iguales, razón por la cual a cada grupo de ondas electromagnéticas que dan lugar a efectos similares se les ha asignado un nombre.
La LUZ es la radiación visible del espectro electromagnético que podemos captar con nuestros ojos.

CÁLCULOS VECTORIALES




HISTORIA DE LOS RAYOS ULTRAVIOLETA

La luz ultravioleta fue descubierta en 1801. Tomó más de 100 años en desarrollar lámparas y suministros de energía que permitieran la aplicación de esta tecnología a una escala industrial. Una planta de agua potable que trata 0.2 mgd de agua potable utilizó luz UV brevemente en Marsella, Francia en 1910.
La aplicación general del cloro en agua potable después de la Primera Guerra Mundial comenzó con la cloración del agua del Arroyo Bubbly en Chicago y el Reservorio Boonton en Nueva Jersey, en 1908. Para el año 1918, unas 1,000 ciudades estadounidenses proporcionando tratamiento a un total de 3,000 millones de galones por días, cloraban su agua potable. Tal era el éxito del cloro, que la luz UV solamente era utilizada en una aplicación municipal en la que el cloro no podía ser utilizado. La luz UV era utilizada cotidianamente para atender a las necesidades de deficiencias de vitamina D causadas por las malas dietas durante los años de guerra en Europa y, en 1937, los directores de Sherwood Colliery, Mansfield, Inglaterra instalaron un corredor de luz por el que los mineros caminaban después de tomar una ducha y antes de vestirse, para proveerles luz solar artificial a aquellas personas que trabajaban en minas subterráneas, como medio de superar las deficiencias vitamínicas.
La luz UV fue utilizada exitosamente para aplicaciones médicas terapéuticas desde los años 1940 hasta mediados de los 1980, cuando los medicamentos clínicos para el control de la tiña, psoriasis y eczema se hicieron ampliamente disponibles sin receta médica. Pudieron atender a las causas en sí, y no solamente abordar los síntomas de estas condiciones. Industrialmente, el uso de luz UV se desarrolló bien y fue adoptado por varios procesos que utilizan agua, tales como las cervecerías y plantas farmacéuticas, como forma de extender las corridas de filtros sub-micra o prevenir el deterioro. En varias industrias, tales como las granjas de peces, cultivos de jaibas, o para la depuración de mariscos, la luz UV era el único medio disponible para asegurar que el agua no tuviera organismos dañinos.
Los primeros sistemas de luz UV carecían de monitores UV útiles, el ensuciamiento óptico era difícil de eliminar y los altos precios causaron que esta tecnología no obtuviera una amplia aceptación sino hasta los años 1970.
Hoy en día, el uso de luz UV ha sido extendido a la desinfección de áreas de juego donde se salpica agua, piscinas, y como un método de mitigación contra el virus Norwalk en los cruceros y en plataformas de alojamiento a cierta distancia de la costa, y es utilizada normalmente en combinación con un régimen químico que provee un residuo efectivo.
La luz UV cerca de 260 nm tiene la habilidad de unir algunas pirimidinas adyacentes al ADN de todos los organismos vivos. Este proceso se conoce como dimerización. Este es un proceso irreversible al ocurrir en dosis altas de desinfección y debido al daño que se causa al ADN, la replicación resulta imposible y los organismos resultan no viables.

RAYOS ULTRAVIOLETA

Su nombre deriva de su posición en el espectro electromagnético respecto al color violeta de la luz visible (frecuencia inmediatamente superior a la radiación violeta).
La radiación ultravioleta (UV) es una forma de energía radiante. El Sol es un fuerte emisor de radiación UV, pero solo el ultravioleta cercano alcanza la superficie de la Tierra, ya que la capa de ozono de la atmósfera absorbe parte de ésta.
Su fuente natural es la proveniente del Sol, sin embargo los técnicos lo producen por medio de lámparas de vapor de mercurio. Su uso debe ser controlado, pues, esa radiación disminuye la formación de la vitamina D, produciendo el raquitismo.
La radiación ultravioleta se clasifica en tres rangos de acuerdo con sus efectos sobre la piel:
·         UV-A: beneficiosa para la vida en el planeta. Entre sus virtudes figura la de ser usada clínicamente para el tratamiento de ciertas enfermedades de la piel, como la psoriasis (es una enfermedad inflamatoria crónica de la piel); como catalizador de vitaminas y la de contribuir a la fijación del calcio en los huesos.

·         UV-B: es absorbida parcialmente por la capa de ozono, de modo que la intensidad que llega a la superficie de nuestro planeta es compatible con el desarrollo de la vida. Sin embargo, una reducción del espesor de la capa de ozono supone un aumento exponencial de la intensidad de la componente B de esta radiación. De este modo, las dosis de radiación UV-B podrían llegar a ser dañinas para los seres vivos que en el caso del ser humano podría afectar al sistema inmunológico, así como a la piel y a los ojos, donde puede incluso ocasionar cáncer y ceguera. También puede llegar a impedir el crecimiento de las plantas o producir daños en el plancton marino, lo que podría dar lugar a un desequilibrio ecológico importante.

·         Los rayos UV-B causan el mayor daño inmediato a la piel en la forma de bronceado. Estos rayos penetran la epidermis y activan las células melanocitas para producir melanina la cual, constituye el resultado del nivel de bronceado.
·         UV-B es la principal causa de cáncer de piel.

·         UV-C: es la más nociva, pero, por fortuna, la intensidad que nos llega a la superficie de la tierra es prácticamente nula, debido a que es absorbida por la capa de ozono. . Sin embargo, conforme la capa de ozono es destruida, el riesgo aumenta.


EFECTOS EN LA SALUD

La mayor parte de la radiación ultravioleta que llega a la Tierra lo hace en las formas UV-C, UV-B y UV-A; principalmente en esta última, a causa de la absorción por parte de la atmósfera terrestre. Estos rangos están relacionados con el daño que producen en el ser humano: la radiación UV-C (la más perjudicial para la vida) no llega a la tierra al ser absorbida por el oxígeno y el ozono de la atmósfera; la radiación UV-B es parcialmente absorbida por el ozono y sólo llega a la superficie de la tierra en un porcentaje mínimo, pese a lo que puede producir daños en la piel.
Entre los daños que los rayos ultravioleta pueden provocar se incluyen el cáncer de piel, envejecimiento de ésta, irritación, arrugas, manchas o pérdida de elasticidad. También pueden desencadenar lupus eritematoso sistémico.
La radiación UV es altamente mutagénica, es decir, que induce a mutaciones. En el ADN provoca daño al formar dímeros de pirimidinas (generalmente dímeros de timina) que acortan la distancia normal del enlace, generando una deformación de la cadena.








APLICACIONES DE LOS RAYOS ULTRAVIOLETA EN LA INDUSTRIA

1.    ESTERILIZADORES ULTRAVIOLETA PARA AGUA (LÁMPARAS ULTRAVIOLETA)
La desinfección de agua por radiación ultravioleta (U.V.)  es un procedimiento físico, que no altera la composición química, ni el sabor ni el olor del agua. La seguridad de la desinfección U.V. está probada científicamente y constituye una alternativa segura, eficaz, económica y ecológica frente a otros métodos de desinfección del agua, como por ejemplo la cloración.
La radiación U.V. constituye una de las franjas del espectro electromagnético y posee mayor energía que la luz visible. La irradiación de los gérmenes presentes en el agua con rayos U.V.
provoca una serie de daños en su molécula de ADN, que impiden
la división celular y causan su muerte.

La luz ultravioleta, a la onda germicida de 253.7 nanómetros, altera el material genético (DNA) en las células para que los microbios, virus, mojo, alga y otros microorganismos no puedan reproducirse. Los microorganismos están considerados muertos y se les elimina el riesgo de enfermedad.
La principal aplicación de los equipos U.V. es la desinfección de agua. Cualquier industria que utilice agua en su proceso industrial es susceptible de usar estos equipos. Los equipos U.V. también están indicados para tratamientos de superficies y aire.
Los esterilizadores U.V. están compuestos por:
·         Cámara de Irradiación.
·         Tubo de cuarzo.
·         Lámpara germicida.
·         Cuadro eléctrico constituido por: 
o   Interruptor/ piloto de funcionamiento.
o   Indicador visual de avería de cada lámpara
o   Medidor de horas de uso.
Ventajas:
  • A diferencia del cloro y el ozono, el UV no genera subproductos de desinfección como trihalometanos (THM) y bromato, que son considerados cancerígenos.
  • El UV no altera el sabor, olor, color y pH del agua.
  • El UV no requiere la adición de productos químicos. El UV es un equipo compacto, fácil de instalar y casi no requiere mantenimiento.
  • Provee desinfección sin el uso de químicos.
  • Reduce bacteria, virus y protozoos en un 99.99%
  • Arranques electrónicos proveen un voltaje estable.
  • Avisa cuando requiere mantenimiento.
  • Fabricado en acero inoxidable 304 pulido.
  • Fácil de operar y mantener.

2.    ESTERILIZADORES ULTRAVIOLETA  EN EL TRATAMIENTO DE AGUA
Aplicaciones
  • Agua de pozo
  • Agua superficial
  • Agua municipal
  • Procesamiento de alimentos
  • Hospitales
  • Acuacultura
  • Electrónicos
  • Farmacéuticos
  • Hoteles
  • Embotelladoras de agua
Tratamiento de piscinas: Mediante equipos de radiación UV se  desinfectar la piscina con el consiguiente ahorro de cloro químico. Además, mediante procesos fotoquímicos, la radiación ultravioleta elimina las cloraminas, compuestos organoclorados responsables del típico olor a piscina. Combinando el ozono con un equipo ultravioleta se genera un efecto sinérgico entre ambos que potencia la eliminación de microorganismos y favorece ciertas reacciones fotolíticas, que combinadas con el poder oxidante del ozono mejora enormemente la calidad del agua.
Tratamiento de aguas sanitarias o aguas residuales con carga biológica: Elimina cualquier tipo de problema sanitario o biológico que el efluente pudiese originar como la propagación de la legionella. Combinado con otros tratamientos supone una operación eficaz de desinfección y adecuación de un efluente sanitario o industrial.
Tratamientos terciarios de aguas residuales para riego: Mediante la radiación ultravioleta se reduce la carga biológica de efluentes industriales hasta límites admisibles para riego de jardines, reutilización de aguas para riego de campos de golf y agricultura en general lo cual favorece un aprovechamiento favorable de los recursos hídricos.
Tratamiento de agua potable: Desinfección del agua de consumo sin necesidad de depósitos de mezcla ni del uso de otro tipo de desinfectantes químicos. Este sistema posee una instalación sencilla, eficaz y a la vez que segura.

APLICACIONES DE LOS RAYOS ULTRAVIOLETA EN LA INDUSTRIA

3.    SISTEMAS GWTG-UV
Los sistemas GWTG-UV utilizan balastos electrónicos avanzados de output variable, desarrollados específicamente para operar las lámparas Philips®. Ofrece multitud de prestaciones únicas para un máximo rendimiento y fiabilidad del sistema.
La intensidad UV a la que es expuesto un organismo depende de la potencia de la lámpara, la claridad del tubo de cuarzo y la transmitancia del efluente. Utilizando censores  UV dedicados montados dentro de las disposiciones de las lámparas y el medidor de horas de uso le permitirán evitar operar el equipo sin alguna lámpara funcionando o fuera de su periodo de vida.
El tiempo de exposición se deriva de la relación del volumen del "reactor" del sistema UV con el caudal del efluente. La dosis UV resultante puede calcularse por el sistema de control como producto la intensidad UV medida y el tiempo de exposición.
PRODUCCIÓN UV-C
La fuente de ultravioleta es básicamente una fusión de un tubo de silicio cuarzo, típicamente con un diámetro comprendido entre 15mm y 25mm y con una longitud que va desde 100mm hasta 1200mm. El gas inerte con el cual el tubo es llenado proporciona la descarga primaria y la acción necesaria para excitar y vaporizar los minúsculos depósitos de mercurio.
DOSIS ULTRAVIOLETA
La dosis UV es el producto de la intensidad de UV (expresado como energía por unidad de área)
Por lo que:- DOSIS = I x T
Esto es comúnmente expresado como 1mj/cm=2 micro vatio segundo/cm2
La mínima dosis pared expresada por Willand da al usuario el aseguramiento garantizado del éxito del suceso. Las dosis medias y acumulativas son ofrecidas por otros dependiendo de las características de turbulencia del flujo las cuales pueden desaparecer cuando el flujo es variable.
Willand recomendara la dosis de UV apropiada para cada aplicación dentro de la calidad del agua, envejeciendo tubos de arco, Standard industriales y desafíos microbiológicos.

APLICACIONES DE LOS RAYOS ULTRAVIOLETA EN LA INDUSTRIA

4.    APLICACIONES DE DESINFECCIÓN
LÍQUIDOS: Agua, Siropes, Emulsiones.
SUPERFICIE: Empaquetando, Transportadores, Alimento, Superficies De trabajo.
GASES/AIRE: Preparación de comida, limpieza de cuartos, Aire acondicionado.
REACCIONES FOTOQUÍMICAS
Generadores de ozono:

Maquinas de ozono completas para el tratamiento de agua:
            Generadores y mezcladores completos.

Accesorios para mezclar agua y gas:
            Venturis Kynar.
            Torres de contacto y difusores.
            Válvula chack.

Aplicaciones:

Tratamiento de agua:
            Agua para riego de plantas y cultivos.
            Agua para instalaciones ganaderas.
Agua para acuarios y crías de peces.
Agua para amasado de pan.
Agua para embotelladoras de agua.
Agua para el hogar y viviendas.
Agua para piscinas.
Agua para lavado de alimentos.

Tratamiento del aire:
            Ambiente con personas.
Instalaciones industriales.
Conservación de alimentos.
Crías de animales.


5.    LAS CABINAS DE BRONCEADO
Máquinas de bronceado imitar los efectos de los rayos ultravioletas del sol sobre la piel humana, que utilizan especialmente diseñado lámparas fluorescentes que emiten rayos ultravioleta en un espectro similar a la del sol.

Función

La manera más simple para describir una máquina de bronceado es que está llena de lámparas que emiten radiación ultravioleta que hace que la piel humana para broncearse. Las camas de bronceado y las cabinas de utilizar varias lámparas fluorescentes con mezclas de fósforo que emiten rayos UV. Pequeñas máquinas de bronceado en casa generalmente tienen 12 a 28 bombillas de 100 vatios, mientras que los encontrados en los salones de bronceado puede tener entre 24, 60, 100 a las lámparas de 200 vatios. También hay máquinas de bronceado más avanzada que generan los rayos uva y UV-B con lámparas de cuarzo altamente especializados, filtros y reflectores, estas máquinas son caras, y rara vez son vistos fuera de los salones de bronceado profesional.

VIDEOS

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APRECIACIÓN PERSONAL

Las ondas electromagnéticas es un tema muy extenso, por esta razón hemos decidido profundizar específicamente en la radiación ultravioleta. Para nosotros este tema es de gran importancia pues  estamos en contacto con los rayos UV todo el tiempo, sin conocer cuáles son las consecuencias de dicha exposición. Por esta razón hemos querido investigar para mostrarles a nuestros compañeros lo que significan las ondas electromagnéticas y como están en todas partes sin que lo notemos, por ejemplo: cuando encendemos la radio o la televisión, cuando usamos el microondas, cuando nos toman una radiografía y cuando nos exponemos al sol. Precisamente de este último queremos basar nuestra investigación, para mostrar la importancia de conocer tanto las ventajas como las desventajas de los rayos UV.

CONCLUSIONES

·         Concluimos que las ondas electromagnéticas pueden ser percibidas de acuerdo  a su frecuencia, parecido a esto es lo que sucede con los colores, cuando la luz se refracta en un prisma no todos los colores son igual de intensos, todo depende como de la longitud de onda ésta vez.
·         A manera de síntesis se  pudo comprender la aplicación y cómo actúan en el medio externo  las ondas electromagnéticas como estas se reflejan en aparatos de uso domestico y en general en la sociedad como la televisión, los celulares, las ondas de radio y muchos más que pueden hacer parte de nuestra vida cotidiana.
·         Las ondas electromagnéticas se muestran sumamente favorables para la comunicación. Son veloces, efectivas en el sentido que requieren de muy poca energía para enviarlas y recibirlas, y su conocimiento y dominio tiene que desarrollarse mucho antes que la técnica de lanzamiento de naves espaciales.
·         La radiación ultravioleta concluimos que es un tipo de radiación electromagnética y sus efectos son variados, éstos efectos puede que sean beneficiosos y perjudiciales dependiendo de la intensidad con que nos afecte esta radiación. Dichos efectos perjudiciales son contrarrestados por la Capa de ozono.
·         Luz visible solo es una pequeña parte del espectro electromagnético, por lo que la mayor parte de los objetos del universo no pueden observarse ópticamente.

BIBLIOGRAFIA