jueves, 26 de noviembre de 2009

Propiedades de la Plata

Cinco Propiedades Básicas que Distinguen a la Plata:


No es Volátil

Los iones de plata disueltos en Agua se quedan en ésta, Siguen actuando como bactericida y bacteriostático y evitan la formación de Algas, aun si las botellas o garrafones han sido abiertos. Comparando con otros desinfectantes (cloro, ozono, etc.), que en poco tiempo se reducen a concentraciones ya no efectivas, esto es una ventaja en beneficio de la seguridad y salud del consumidor.

Tiene el Efecto Residual mas Largo de los Desinfectantes

La plata tiene un efecto residual de varios meses como conservador natural en botellas y garrafones, y evita que éstos se recontaminen bacteriológicamente. Se alarga por varios meses la vida de anaquel del producto, y se elimina el crecimiento de algas en botellitas y garrafones (el llamado "enlamarse"), aplicando tan solo 0.05 ppm (mg/l).
No se afecta el sabor, color y olor del líquido, cosa que si ocurre si se usa cloro, yodo u ozono, dependiendo de la dosis.
Con otros desinfectantes como el ozono, que tienen un tiempo medio de vida de aproximadamente 10 minutos en agua, dependiendo de la temperatura y del pH, una vez abierta una botella o un garrafón, o que éste no cierre herméticamente, el Agua está mucho más expuesta a recontaminarse bacteriológicamente, debido al alto contenido de nutrientes que se generan en el proceso de oxidación de materia orgánica y microorganismos.

Proporciona un Beneficio de Adsorción

Siempre que usamos Agua tratada con iones de plata, un porcentaje de éstos, que fluctúa entre el 5% y el 15%, será adsorbido por los contenedores y ductos que contienen el Agua. Esto forma una capa protectora en tuberías, depósitos, tanques y cabezales de llenadoras, evitando en gran parte que se recontaminen los equipos, tanques y tuberías, aun en los días que no se trabajan los equipos.
Como este beneficio también se aplica a los garrafones, no se observará crecimiento de algas en los mismos, lo que facilita la limpieza y representa un ahorro en detergentes, sosa cáustica y energía, así como gastos por reposición, para la empresa.

No es Oxidante o Corrosiva

Esto significa que se puede utilizar en cualquier planta, con los equipos e instalaciones existentes.
No requiere de materiales especiales, e igual se usa con tuberías galvanizadas, PVC o acero inoxidable, como en tanques de acero al carbón, fibra de vidrio, etc. La puede manejar cualquier persona con las manos y sin equipo de protección. No se requiere de equipos adicionales como extractores de aire (ozono), bombas dosificadoras (cloro), etc. No es agresiva para el usuario, ni para el medio ambiente, y no oxida los materiales con los que está o entra en contacto.
No tiene costos consecutivos, ni genera problemas laborales.

No Representa Riesgo Alguno para la Salud.

La plata no representa ningún riesgo para la salud, ni en su manejo, ni en su consumo, respetando las dosificaciones sugeridas y aceptadas por la U.S. EPA (Environmental Protection Agency, U.S.A.).
En la U.S. EPA (Environmental Protection Agency), la plata no esta clasificada como contaminante con evidencias carcinógenas, a la dosis que sea. Se encuentra en el Grupo D: No clasificada (porque no existen evidencias carcinógenas).
En el estudio de la EPA “SILVER” (Plata), publicado en Abril de 1991 (Copia disponible en Aquadyn de México, S.A. de C.V), la dosis de plata en Agua para uso y consumo humano fue aumentada en un 100%, esto es, de 0.05 ppm (mg/l) a 0.1 ppm (mg/l).
También vale la pena mencionar, que la plata no aparece en la regulación de contaminantes inorgánicos primarios relacionados con la salud (Primary Drinking Water Regulations - Primary (Health Related) Inorganic Contaminants), éstos siendo impuestos por el Gobierno Federal, sino que aparece en la Regulación Secundaria con un valor sugerido de 0.1 ppm (mg/l).
Sugerido, porque la Regulación Secundaria se refiere a características estéticas del Agua, que no son impuestas por el Gobierno Federal.
Las características estéticas son las que afectan el sabor, olor, color y apariencia del Agua (y pueden afectar objetos en contacto con la misma), pero que no tienen ningún efecto adverso sobre la Salud, en Agua que de por si es potable (ver Glosario de Términos de la WQA - Water Quality Association, 3/97).

La cantidad de Agua que se puede platear con un ánodo de plata, depende de la concentración de plata que se añada al Agua, ya que ésta determina el desgaste de los ánodos.

En el caso de nuestros equipos, con cada ánodo se puede platear el siguiente volumen de Agua:


Volumen Uso Conc. (mg/l) Litros Garrafones

4,000 m3 Agua Potable 0.05 4'000,000 200,000
2,000 m3 Agua Potable 0.1 2'000,000 100,000
1,000 m3 Agua Producción 0.2 1'000,000 50,000
400 m3 Agua Lavado 0.5 400,000 20,000
200 m3 Agua Desinfección 1.0 200,000 10,000


El tipo de aparato, y el número de electrodos que debe llevar, se determina por el volumen de Agua que se requiere platear, la concentración de plata que se pretende aplicar, y la conductividad eléctrica del Agua.
Las capacidades indicadas en la siguiente tabla están basadas en Agua que tiene una conductividad eléctrica de mínimo 100 µS/cm (µ mhos), esto es, cualquier Agua que no ha sido desmineralizada, que no ha pasado por un proceso de osmosis inversa o de destilación. Generalmente, cualquier Agua de la red municipal o de pozo con un contenido de mínimo 50 ppm de sólidos disueltos totales expresados como CaCO3.







Capacidad en m3/hora

Tipo de Número Agua para Agua para Agua Agua Agua
unidad de beber beber para para para
ánodos producción lavar desinfectar

Conc.(mg/l) 0.05 (NOM) 0.1 (EPA) 0.2 0.5 1

1 ánodo EKN-4 1 8 4 2 0.8 0.4

2-6 ánodos EKN-2/24 2 16 8 4 1.6 0.8
EKN-3/24 3 24 12 6 2.4 1.2
EKN-4/24 4 32 16 8 3.2 1.6
EKN-5/24 5 40 20 10 4.0 2.0
EKN-6/24 6 48 24 12 4.8 2.4

8-18 ánodos EKN- 8/72 8 64 32 16 6.4 3.2
EKN-10/72 10 80 40 20 8.0 4.0
EKN-12/72 12 96 48 24 9.6 4.8
EKN-14/72 14 112 56 28 11.2 5.6
EKN-16/72 16 128 64 32 12.8 6.4
EKN-18/72 18 144 72 36 14.4 7.2

Cuando las magnitudes de flujo son reducidas, se pasa la totalidad del Agua a través del equipo, donde se platea la totalidad del Agua, a la dosis requerida.
Cuando se trata de volúmenes mayores, tan solo una parte del flujo total de Agua se pasa a través del aparato. Esta parte se sobre-platea, con una dosis mucho mayor, ya que se toma en cuenta el volumen de Agua que no platea. Se aplica el principio de “bypass” o desviación. De esta manera, al volver a juntar la línea de Agua plateada (la que pasó por el equipo), y la de Agua no plateada (que pasó por la línea principal), se obtiene la dosis de plata requerida en la línea que lleva el producto final.

Esto tiene las siguientes ventajas:

a) Permite manejar una amplia gama de volúmenes.
b) No hay grandes pérdidas de presión.
c) Se usan únicamente tres tipos de aparatos y diámetros de tubería de conexión.

Los flujos máximos a través de las unidades son:

Tipo Flujo max Conexión Pérdida de Presión

EK-4 0.4 m3/hora 3/4" 0.25 bar
EK-24 2.4 m3/hora 1" 0.35 bar
EK-72 7.2 m3/hora 1 ½" 0.45 bar

Nota: El equipo de Iones Plata será el último equipo en la línea de filtración-desinfección, y se sugiere instalarlo directamente antes del llenado.
TABLA DE DIMENSIONAMIENTO

Elektro-Katadyn, Sistema de Dosificación de Iones de Plata
Relación de Volúmenes de Flujo, Aplicando el Principio de Bypass


Tipo Flujo Total A Través EKN A Través Bypass Corriente
EKN m3/h m3/h m3/h aplicada
mA

Agua p/Beber 0.05 ppm Ag+ (Conservación de Agua previamente desinfectada)

4 8 0.4 7.6 100
2/24 16 2.4 13.6 200
3/24 24 2.4 21.6 300
4/24 32 2.4 29.6 400
5/24 40 2.4 37.6 500
6/24 48 2.4 45.6 600
8/72 64 7.2 56.8 800
10/72 80 7.2 72.8 1000
12/72 96 7.2 88.8 1200
14/72 112 7.2 104.8 1400
16/72 128 7.2 120.8 1600
18/72 144 7.2 136.8 1800



Agua p/Beber y p/Producto 0.1 ppm Ag+ (U.S. EPA y nueva NOM 201)

4 4 0.4 3.6 100
2/24 8 2.4 5.6 200
3/24 12 2.4 9.6 300
4/24 16 2.4 13.6 400
5/24 20 2.4 17.6 500
6/24 24 2.4 21.6 600
8/72 32 7.2 24.8 800
10/72 40 7.2 32.8 1000
12/72 48 7.2 40.8 1200
14/72 56 7.2 48.8 1400
16/72 64 7.2 56.8 1600
18/72 72 7.2 64.8 1800

Como disificar los Iones Plata

Hay básicamente tres métodos para añadir plata al Agua:

1) Principio de Contacto

Un sustrato neutro, que expone una gran superficie, es impregnado con pequeñas cantidades de plata en forma de una capa de metal. Arena, cerámica, grava de cuarzo, gel de sílice, carbón activado, porcelana, etc., pueden ser tales sustratos. Se obtiene así un material que libera y disuelve la plata, al estar en contacto con el Agua.
Este fue el proceso utilizado en los primeros días de la desinfección con plata en este siglo, siguiendo Krause su desarrollo. El aumentó la efectividad y acortó el tiempo de contacto, consiguiendo un estado óptimo en cuanto a la relación volumen/superficie. Este principio todavía se aplica en ciertos contenedores de almacenamiento de Agua, que tienen un recubrimiento de plata especial. Se usa también en elementos cerámicos filtrantes, para darles propiedades auto desinfectantes (Bacteriostáticas).
Nota: En esta última aplicación, la desinfección bacteriológica del Agua se hace mecánicamente por filtración, controlando que el tamaño max. de los poros no exceda 0.2 µ. Si la porosidad permite el paso de bacterias, el efecto de la plata es casi nulo.
El método de contacto no aplica en donde se necesita un control preciso de emisión o dosificación de plata.

2) Compuestos de Sales de Plata y Soluciones de Plata

En este caso, la plata se añade manualmente al Agua, en forma de comprimidos, polvos o líquido. Se puede dosificar con precisión.
Este método de tratamiento es indicado para aplicaciones intermitentes a volúmenes definidos de Agua (ejemplo: cisternas o tanques de almacenamiento de Agua en buques, barcos veleros, plataformas petroleras, etc.), o para volúmenes pequeños de Agua (cantimploras, garrafones, tambos, etc.).
En la forma líquida, también se puede tratar altos volúmenes mediante bombas
dosificadoras. Se puede usar nitrato de plata, pero también aumentan los nitratos.
En el caso de comprimidos o polvo, el excipiente se puede componer de minerales que porten la sal básica de plata, que incluso, puede ser cloruro de sodio.

3) El Proceso Electrolítico

Con este proceso, los iones de plata se liberan electrolíticamente y se incorporan al Agua en forma de cationes monovalentes de plata (Ag+).
Es el proceso ideal para una dosificación exacta de plata pura (electrolítica), basada en la aplicación práctica de la Ley de Faraday de equivalencias electroquímicas. Es un método de fácil operación, que se emplea a nivel industrial, y en situaciones de uso continuo, como es el caso en la Industrias de Alimentos y Bebidas, y de Purificación de Agua, y que requiere de una dosificación exacta, para cualquier volumen de Agua por unidad de tiempo, con un costo de operación bajo.


La Ley de Faraday

Faraday descubrió que el amperaje aplicado a un sistema electrolítico y la cantidad de metal liberado por éste, están interrelacionados. Cada metal tiene su propio "equivalente electroquímico".

El equivalente electroquímico de la plata es de 1.11817 mg/As.
Este es el cociente de la masa de metal liberada (expresada, por ejemplo, en mg) y de la cantidad eléctrica aplicada (expresada en Ampérios-segundo).

Esto significa que 1.11817 miligramos de iones de plata se desprenden de un ánodo de plata en un segundo, si se aplica una corriente de un Amperio al sistema.

Para añadir una dosis controlada de iones de plata al Agua, aplica la siguiente regla básica:

Si se aplica una corriente de 1 mA a un sistema electrolítico con electrodos de plata, se liberan 4 mg de plata (Ag+) por hora.

(1.11817 mg/As x 3,600 s/h = 4,025.4 mg/Ah  1A = 4,025 mg/h  4 g/hora)

 1 mA = 4 mg/hora
Debido a las pequeñas concentraciones de plata requeridas y permitidas, solo se aplicarán corrientes bajas, generalmente en el rango de miliamperios (mA).

Si, por ejemplo, se quiere platear 2 m3 de Agua por hora, con una concentración de 0.1 ppm (mg/l) y se quiere saber con que amperaje se debe trabajar, se hace el siguiente cálculo:

Flujo : 2 000 l/hora
Dosis: 0.1 mg/l

Plata requerida para platear 2,000 l/h con 0.1mg de Ag+/l = 200 mg Ag+/h.
(2,000 l/h x 0.1 mg Ag+/l = 200 mg Ag+/h).

Si con 1 mA se liberan 4 mg de plata/hora, para liberar 200 mg/h, se requiere aplicar 50 mA.

(200 mg/h  4 mg/h/ mA = 50 mA).


La Unidad de Proceso Electrolítico

El diseño de un equipo para el proceso electrolítico consta básicamente de una unidad con los controles eléctricos y de una cámara de ionización. Esta última contiene el sistema de electrodos, con ánodos de plata y cátodos que pueden ser de acero inoxidable.
La dosificación de la plata se controla a través del amperaje aplicado al sistema de electrodos (corriente directa). Los iones de plata se desprenden del ánodo y tratarán de llegar al cátodo. En este proceso, literalmente, se los lleva la corriente (de Agua). De esta manera se obtiene una dispersión óptima de los iones de plata disueltos en el Agua. Para conseguir un rendimiento óptimo con este método, es preciso que el Agua reúna determinadas condiciones físicas y químicas.


Condiciones para el Funcionamiento Adecuado de un Sistema Electrolítico

a) Conductividad eléctrica
Esta determina la distancia entre los ánodos y los cátodos del sistema de electrodos a usarse, por consiguiente, determina el tipo de aparato requerido. Por otra parte, una conductividad muy baja requiere más electrodos (área de contacto), para platear un determinado volumen de Agua. Es importante conocerla, para dimensionar correctamente el equipo requerido.


b) Contenido de Cloruros
En términos de parámetros químicos, el contenido de cloruros es el más importante. Los cloruros, por ser bi-polares, tienden a pegarse a los ánodos de plata. Si el contenido de cloruros es mayor de 25 ppm, esto impide la liberación adecuada de iones de plata al Agua. Cuanto mayor sea su concentración, con mayor frecuencia se tendrán que limpiar los ánodos. Si el contenido de cloruros es mucho mayor a 25 ppm, se tendrá que reducir previamente los cloruros, o usar sales o soluciones de plata, ya que el sistema electrolítico se vuelve ineficiente.

c) Contenido Orgánico
Las sustancias orgánicas, así como la turbidez y las partículas en suspensión, reducen la eficacia de los desinfectantes, y esto ocurre también con la plata. Por lo tanto, el Agua no debe tener materia en suspensión, y el contenido de sustancias orgánicas no debe superar un consumo de permanganato de potasio (KMnO4) de 10 ppm.

d) Dureza
La dureza no es en sí limitante, como es el caso de los cloruros. Es importante por los depósitos de calcio, manganeso y hierro que se adhieren al sistema de electrodos. Entre mayor sea la dureza, con mayor frecuencia será necesario limpiar los electrodos, ya sea con un cepillo duro de nylon, o con ácido clorhídrico (muriático) diluido (HCl de 3% - 5%).


Beneficios del Sistema Electrolítico

Si analizamos el método electrolítico, tiene las siguientes ventajas:
1) Es un método no agresivo de tratamiento.
2) No hay cambios en sabores, olores o colores del producto.
3) Se manejan corrientes eléctricas y concentraciones de plata muy bajas .
4) El sistema de dosificación es sencillo y exacto.
5) Es fácil y seguro de operar, limpiar y mantener.
6) No afecta al medio ambiente, y no tiene costos consecutivos.
7) Es muy eficiente en relación costo-beneficio.


Después de haber presentado los tres métodos para añadir plata al Agua, como desinfectante y conservador, vale la pena mencionar algunas características generales que distinguen a este noble metal de otros desinfectantes.




El espectro efectivo y activo de la plata cubre en su totalidad el rango de Bacterias Vegetativas y de Algas.

Ya que existen diferencias en la sensibilidad de diferentes tipos de bacterias hacia la plata, su eliminación depende, por un lado, de la concentración de plata que se aplique, y por otra parte, del tiempo de contacto.
Con una concentración de 0.1 ppm, el tiempo de contacto promedio para eliminar 99.9% de las colonias de las siguientes especies es el siguiente:



E. coli: 26 - 50 min Salmonella typhimurium: 30 min
Ps. fluorescens: 30 min Proteus vulgaris: 13 min
(Pseudomonas) Micrococcus pyogenes: 95 min
Salmonella paratyphi A : 48 - 70 min Micrococcus roseus: 170 min
Salmonella paratyphi B : 23 - 68 min Micrococcus candidus: 50 min
Salmonella typhosa : 20 min Streptococcus pyogenes: 115 min

A pesar de que la acción bactericida puede parecer lenta en lo que se refiere al tiempo de contacto, el poder residual de la plata es insuperable por otros desinfectantes, en dosis aptas para consumo humano. Además, el tiempo de contacto requerido generalmente se obtiene en los envases mismos, como son botellas o garrafones.
Frente a las esporas su acción es limitada. Al igual que otros desinfectantes, solo puede manifestar toda su capacidad después de la germinación de las mismas.