DESINFECCION POR RADIACION LASEREL LASEREl nombre "Lser" es una palabra formada por las iniciales de la frase "light amplification by stimulated emission of radiation" amplificacin de luz por emisin estimulada de radiacin. Un lser es un dispositivo que controla o dirige la forma en la que los tomos emiten energa en forma de fotones, transformando otras formas de energa en radiacin electromagntica. La unidad bsica de la luz es llamada fotn. Cuando un tomo es estimulado por medio de un fotn de luz, pasa a un nivel de energa superior produciendo "absorcin". Cuando el tomo regresa a su estado fundamental, emite una luz incoherente; denominada "emisin espontnea". Si este tomo fuese nuevamente bombardeado por un fotn de luz, igual al fotn que inicialmente lo estimul, pasara al nivel de energa superior, y al descender al estado original, formara dos fotones de luz, que sern idnticos en longitud de onda, fase y coherencia espacial; esto se llama "emisin estimulada". El estado de ms baja energa se denomina estado fundamental (E0), y el resto son estados excitados. Cuando un fotn incide en un tomo en estado fundamental, excita un electrn proporcionndole una energa E = h.f = h.c/. El electrn se promociona a un estado superior de energa. El fotn incidente no cambia nada, como consecuencia del proceso de emisin estimulada. Como resultado del proceso, tenemos dos fotones idnticos generados a partir de un nico fotn y un estado excitado. Por ello tenemos una amplificacin, ya que ha aumentado el nmero de fotones. La capacidad del Lser de concentrar una cantidad considerable de energa en una su transformacin adaptndole en energa trmica en el interior del al cabezal terminal una lente

superficie muy pequea, y elemento receptor,

permite

divergente, tratar una determinada superficie en segundos, incidiendo nicamente sobre esa zona. Aprovechando las excepcionales propiedades de la Radiacin Lser en su interaccin con la materia viva, al ser el aire y los lquidos medios de transmisin de la energa, permite depurar y desinfectar dichos medios, destruyendo los microorganismos en

segundos, utilizando una potencia de emisin muy baja.

Procesos bsicos de interaccin Radiacin Materia. a) Absorcin: en un sistema (tomo), con dos niveles de energa con energas E1 y E2, en presencia de radiacin con frecuencia resonante con el salto de niveles (h = E2E1), se produce la absorcin de un fotn cuando el tomo es excitado pasando del nivel de energa E1 al de energa E2 (figura a).

b) Emisin espontnea: un tomo decae de E2 a E1 y emite un fotn cuya frecuencia viene dada por h = E2- E1 (figura b).

c) Emisin estimulada: el tomo estimulado por una energa resonante decae de E2 a E1 y se emite un fotn idntico (misma frecuencia, polarizacin,...) al que estimul el tomo (figura c).

c)

La radiacin lser est constituida por ondas electromagnticas y se produce debido a los movimientos de vibracin y rotacin de los tomos y molculas. El cuerpo humano percibe esta radiacin en forma de calor. Sus caractersticas intrnsecas son: 1. Monocromaticidad. Emite en un solo color. Ya que todos los fotones que la forman tienen idnticas longitudes de onda y frecuencias f. 2. Coherencia. Adems de emitir un haz de luz monocromtico, todos los fotones del haz de un lser emiten coherentemente en idntica fase. 3. Direccionalidad: Debido a que los fotones del haz son idnticos en longitud de onda, fase y propiedades vectoriales, el haz que emite un lser es totalmente direccional (todos los fotones se comportan como s provinieran del mismo punto) y muy intenso. Ofrece ventajas importantes en comparacin con otras tecnologas:

Menor coste. Bajo consumo energtico. Accin no ionizante. Impacto ambiental nulo. Gran duracin de los equipos. Muy superior al UV. Escaso mantenimiento. Su aplicacin no presenta riesgo laboral alguno, eliminndose los riesgos producidos por otros procesos de desinfeccin.

Por todo ello la presente tecnologa, que en principio se calculaba sobre el agua, por ser un medio donde la Radiacin Lser tiene una enorme capacidad de transmisin, se ha desarrollado y estudiado para otros slidos y fluidos, tales como sangre, productos lcteos, huevo lquido, zumos, refrescos, vertidos contaminantes, y otros productos y gases, donde hasta la fecha actual, solamente calentando toda la masa del fluido (Procedimiento Pasteur), se podan esterilizar-pasteurizar casi todos los alimentos y bebidas lquidas que se preparan industrialmente y que se envasan con N de Registro Sanitario.

Con fecha 9 de junio de 2010 y publicacin en el BOPI del da 22, la Oficina Espaola de Patentes y Marcas, ha concedido a DELAIR la Patente n 200602528(7), DISPOSITIVO PARA TRATAMIENTO Y DESINFECCION DE SLIDOS Y FLUIDOS MEDIANTE RADIACION LASER.

INVESTIGACION Y DESARROLLO El Laboratorio Agroalimentario EPTISA y el Centro de Tecnologa Lser (C.T.L.) de Valladolid, han verificado y comprobado en varios ensayos la eficacia de la Patente Dispositivo con lser para la depuracin de aguas contaminadas. Las pruebas de comprobacin han sido realizadas en el referido Centro de Tecnologa Lser,

sometiendo aguas contaminadas tomadas del Canal del Duero, de la EDAR y el Colector de Palencia a las radiaciones de luz coherente lser de las bandas de IR, utilizndose lseres de tipos diferentes. Durante el mes de julio del 2.001, el Laboratorio ALCORA S.A., ha realizado los correspondientes anlisis de aguas de la Presa de Navacerrada, sometidas a irradiacin Infrarroja mediante un Lser de Nd:YAG facilitado por ROFIN BAASEL ESPAA. En Diciembre de 2007 hemos realizado conjuntamente con DAM, las pertinentes pruebas en la Unidad de Ingeniera de Sistemas Lser, del Instituto Tecnolgico AIDO de Valencia, que han sido analizadas por el Laboratorio ENAC (Anlisis de Aguas, Lodos, Residuos y Suelos), para comprobar las caractersticas del sistema, as como su aplicacin a la Desinfeccin de Lquidos. Las aguas residuales provenientes de la EDAR PINEDO de Valencia, previamente filtradas mediante una membrana de celulosa de 0,45 micras de poro, fueron recogidas en la EDAR, y llevadas en recipientes cerrados y debidamente aislados al Instituto Tecnolgico AIDO, para ser sometidas a los correspondientes Tratamientos de Radiacin mediante Lser Infrarrojo de CO2 de emisin continua y desprovisto de lente divergente, aplicndose distintas Potencias y Tiempos de exposicin. Las aguas procedentes de la EDAR (ARF), fueron sometidas a varias Potencias y Tiempos de radiacin (T1, T2, T3, T4, T5 Y T6), con la finalidad de comprobar la eficacia mxima de la radiacin Lser y el tiempo de exposicin ms satisfactorio. Los resultados de estas pruebas se encuentran debidamente certificados por dichas Entidades.

GENERADOR LASER.Dispositivo que emite radiacin de luz coherente, monocromtica y constante mediante emisin estimada. Medios de un Generador lser. Cualquier lser, se compone de cinco partes bsicas: 1. Un Medio activo o Amplificador ptico. Haz de luz coherente que entra por uno de sus extremos y se amplifica por medio de la emisin estimulada.. Consiste en un conjunto de tomos o molculas que al ser excitados provocan la inversin de poblacin (N2>N1. La luz lser es generada dentro del medio activo, que est confinado en la cavidad resonante y puede ser una sustancia: a. Slida. Lser de Nd:YAG, Diodos,... En el lser de Nd:YAG el medio activo es un cristal de granate de itrio y aluminio (Y3Al5O12), conocido como YAG, dopado aproximadamente con un 1% de in de Nd3+. b. Gaseosa. Lser de CO2, He-Ne,.. El medio activo es una mezcla gaseosa. En el de CO2 el medio activoest constituido por una mezcla aprox. de 10% de CO2, 40% de N2 y 50% de He. c. Lquida y qumica. Tintes inorgnicos, colorantes, 2. Un Mecanismo de excitacin o Bombeo. Fuente de energa que excita los tomos molculas para crear la inversin de poblacin. Mecanismo que entrega energa al medio activo (trmica, elctrica u ptica), destinado a producir la excitacin de los tomos del medio activo o amplificador lser mediante luz. En la terminologa lser, se conoce el proceso de estimular el medio de amplificacin como "bombeo". En los lseres de estado slido (Nd:YAG), el bombeo del medio activo YAG, es de tipo ptico por medio de lmparas de flash (Xenn o Kriptn) o mediante otro lser de Diodo, siendo los fotones que emiten absorbidos por los tomos de la cavidad amplificadora, los cuales pasan de su estado base a uno excitado, produciendo inversin de poblacin. En los lseres de gas (CO2,.) y en los de semiconductor el bombeo es de tipo elctrico, produciendo una intensa descarga elctrica en los tomos que se encuentran en la cavidad amplificadora. Parte de la energa de los electrones de la descarga es transferida por colisiones electrn-tomo a los tomos contenidos en la cavidad, logrando que stos pasen de su estado base a uno excitado, originando as la inversin de poblacin. 3. Un Resonador ptico o Cavidad resonante. Elemento que contiene el medio activo. Cavidad en la que un haz de luz despus de mltiples reflexiones en los espejos, se mueve en la direccin del eje de la cavidad y permanece en esa direccin si no ocurre ninguna perturbacin exterior. Bsicamente est formado por dos espejos altamente pulidos enfrentados y alineados, colocados a ambos extremos del medio activo, uno de reflexin total y el otro semi-reflectante (su reflectividad es del orden del 80%), la funcin es la de hacer rebotar hacia delante y atrs la radiacin a travs del medio activo para retroalimentar el sistema, favoreciendo el proceso de amplificacin (retroalimentacin ptica) y dejando salir nicamente un porcentaje de energa presente en su interior. La retroalimentacin obliga a cada fotn a pasar varias veces a travs del medio activo, los fotones que pasan a travs de un medio activo con una poblacin inversa de electrones son amplificados por una emisin estimulada. Debido al mecanismo de retroalimentacin, solo permanecern en el medio activo los fotones que se muevan entre los espejos, lo que provoca la direccionalidad del haz de salida. La cavidad de resonancia ptica es un elemento de retroalimentacin positiva que gua a los fotones viajando paralelos a su eje, adelante y atrs a travs de su medio activo, permitiendo de esta forma una amplificacin repetida y as potencialmente una salida ms significativa. En tales cavidades, la energa coherente de fotones se genera por la amplificacin repetida, estando solamente limitado el total por el porcentaje de energa de entrada y la cantidad de energa de salida en el haz de luz lser.

4. Un Acoplador de salida, para permitir la salida de la radiacin electromagntica del sistema lser por el espejo parcialmente reflectante situado en un extremo de la cavidad ptica. 5. Una Fuente de Alimentacin conexionada a la red elctrica. El conexionado del Generador lser a la red elctrica se realiza mediante una Fuente de Alimentacin, que consta de un puente rectificador a base de diodos que transforma la tensin trifsica de entrada en tensin continua en una batera de condensadores, cuya misin es la de almacn energtico. Dicha fuente necesita para su produccin una toma de corriente trifsica de 16 a 25 A y un sistema de refrigeracin (toma de agua, etc.).

FUENTE DE ENERGA

SEMI-ESPEJOESPEJO

MEDIO ACTIVO

RADIACION

CAVIDAD RESONANTE

LENTES DIVERGENTES. Constituyen el sistema ms seguro de la dispersin Lser, no causando ninguna prdida en la calidad de la emisin. Solamente habr que observar las dimensiones del dimetro del haz tras la dispersin.

Se utilizan para ampliar el campo de cobertura, distribuyendo el rayo lser, irradiando energa calorfica en espacios cerrados y abiertos a tenor de la masa contaminante a eliminar.

Las lentes divergentes pueden ser de: Seleniuro de zinc (ZnSe), Arseniuro de galio (GaAs), Fluorita (CaF2), Germanio (Ge), Cuarzo (SiO2) u otro material similar. Su apertura variar a tenor de la superficie a tratar. Pueden tener forma poligonal, cilndrica o esfrica.

El funcionamiento del lser puede ser descrito de la siguiente manera. 1. Con el bombeo del medio lser, la luz es emitida espontneamente. Una pequea fraccin de esta luz ilumina dos espejos y es dirigida nuevamente hacia el medio de ganancia ptica y amplificada coherentemente, una y otra vez. Siempre que la ganancia total sea mayor que las prdidas la seal se vuelve cada vez mayor. La inversin de poblacin empieza entonces a disminuir, pues, cada vez ms tomos preparados decaen por estimulacin. Finalmente, la ganancia se torna igual a las prdidas (saturacin de la ganancia), y el lser entra en un rgimen estacionario de oscilacin. Considrese que el rayo lser se obtiene a la salida del oscilador, generalmente por transmisin parcial de la luz a travs de uno de los dos espejos. Tpicamente, la reflectividad de uno de los espejos es aproximadamente 100% mientras que el otro refleja aproximadamente el 80%, dejando pasar un 20% de la intensidad incidente. Hay lseres que solo entran en oscilacin si la reflectividad de los espejos es superior a un 95% (HeNe), mientras que otros funcionan con solamente un 4% de realimentacin (feedback). 2. Por el hecho de que la luz es reflejada entre espejos paralelos, la salida del lser se da, en general, en forma de un haz paralelo de luz, altamente colimado (muy paralelo), monocromtico (pequeo ancho de banda) y coherente (una sola fase define la onda electromagntica emergente). La coherencia puede ser medida por la memoria que el lser tiene de lo que se emiti antes. Una lmpara incandescente emite luz blanca (varios colores), en varias direcciones, y sin relacin de fase, dado que la emisin es toda espontnea debida a bombeo trmico (efecto Joule). En el caso del lser, por causa de la amplificacin coherente y de la retroalimentacin, la luz emitida en cualquier instante permanece en relacin de fase con la luz emitida anteriormente durante un perodo considerable. Este perodo se llama tiempo de coherencia, y es la medida de la memoria de fase del lser. Si multiplicamos este perodo por la velocidad de la luz se tiene la longitud de coherencia del lser. Si tomamos un haz de lser y lo dividimos en dos partes con un espejo semi-reflector y volvemos a unir las dos partes despus de hacerlos recorrer un camino igual, aparecen franjas de interferencia siempre que la diferencia de caminos haya sido menor que la longitud de coherencia de la luz del lser, porque la relacin de fase no se ha perdido. 3. La coherencia puede ser explorada en muchas otras aplicaciones, como una medida exacta de distancias muy pequeas (