Análisis y Simulación de un Purificador de Agua Mediante Luz Ultravioleta

Ember Geovanny  Zumba Novay; Gabriel Fernando Erazo LLuguin; Diego Antonio Vásquez Fueltala; Norma Patricia Ulloa Yuve

doi:10.70577/asce.v5i2.825

Authors

Ember Geovanny Zumba Novay Escuela Superior Politécnica de Chimborazo https://orcid.org/0000-0002-2121-8418
Gabriel Fernando Erazo LLuguin Unidad Educativa Provincia de Chimborazo https://orcid.org/0009-0005-4534-4020
Diego Antonio Vásquez Fueltala Universidad Politecnica Nacional https://orcid.org/0009-0005-0124-2460
Norma Patricia Ulloa Yuve Unidad Educativa Amelia Gallegos Díaz https://orcid.org/0000-0001-9406-1397

DOI:

https://doi.org/10.70577/asce.v5i2.825

Keywords:

Water, purification, disinfection, microbiological, contamination, simulation, CFD.

Abstract

Access to safe drinking water remains a critical global challenge, particularly in rural areas lacking conventional treatment systems. This study presents the design, simulation, and experimental evaluation of a continuous-flow ultraviolet (UV-C) disinfection system for microbiological water treatment. The system consists of a cylindrical reactor equipped with two 36 W UV-C lamps, optimized using computational fluid dynamics simulations in SolidWorks and ANSYS to ensure uniform flow and adequate hydraulic retention time. Experimental analysis was conducted using naturally contaminated water samples with coliform concentrations above 100 CFU/100 mL and turbidity below 5 NTU. Microbial inactivation was modeled using the Weibull kinetic model. Results demonstrated a predominantly laminar flow regime with improved mixing and reduced dead zones, enhancing disinfection efficiency. Significant microbial reduction was achieved, meeting international standards. The system offers a sustainable, low-cost alternative without harmful by-products, although performance depends on water quality conditions.

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References

Albarrán, G., & Mendoza, E. (2022). PROCESOS DE OXIDACIÓN AVANZADOS PARA LA PURIFICACIÓN DE AGUA: REVISIÓN.

Amézquita, J., & Carvajal, L. (2023). Generalidades sobre métodos de desinfección mediante radiación UV Overview of Disinfection Methods Using UV Radiation. Reto, 9–21. https://doi.org/10.23850/reto

Armijos, J., & Coronel, T. (2022). DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE REACTOR DE FLUJO CONTINUO CON DIODOS EMISORES DE LUZ ULTRAVIOLETA PARA DESINFECCIÓN DE AGUA DE CONSUMO HUMANO.

Ashok, A., & Khedikar, I. (2016). Overview of Water Disinfection by UV Technology-A Review. IJSTE-International Journal of Science Technology & Engineering |, 2. www.ijste.org

Blanco, J., Malato, S., Estrada, C., Bandala, E., Gelover, S., & Leal, T. (2017). PURIFICACIÓN DE AGUAS POR FOTOCATÁLISIS HETEROGÉNEA: ESTADO DEL ARTE.

Buzrul, S. (2021). The Weibull Model for Microbial Inactivation. DOI: https://doi.org/10.1007/s12393-021-09291-y

Calidad, L., Agua, D., Coli Y Su Salud, E., Rock, C., & Rivera, B. (2014). ¿Qué es La Calidad del Agua?

Casierra, H., Casalins, J., Vargas, X., & Caselles, A. (2016). Desinfección de agua residual doméstica mediante un sistema de tratamiento acoplado con fines de reúso.

Casierra, H., Casalins, J., Vargas, X., Caselles, A., Casierra, H., Casalins, J., Vargas, X., & Caselles, A. (2010). Tecnología y ciencias del agua. Tecnología y ciencias del agua, 7(4), 97–111. http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2007-24222016000400097&lng=es&nrm=iso&tlng=es

Correa, M., Mera, S., Guacho, F., Villarreal, E., & Valencia, S. (2020). Desinfección mediante el uso de luz UV-C germicida en diferentes medios como estrategia preventiva ante la COVID-19. Minerva, 1(2), 46–53. https://doi.org/10.47460/minerva.v1i2.11 DOI: https://doi.org/10.47460/minerva.v1i2.11

De La, E. E., Nájera, R., Mendoza González, F. J., Leticia, V., Contreras, R., Gabriel, C., Perales, S., Patricia, E., Cisneros, S., Lizeth, F., Ramírez, R., Isabel, A., & Segura, V. (2021). Revista Odontológica Mexicana (Vol. 25). www.medigraphic.com/facultadodontologiaunam

De La Rosa, E., Rebolledo, F., Segura, E., Mendoza, F., & Vargas, A. (2023). Evaluación del efecto bactericida de la luz UV-LED sobre impresiones de alginato Evaluation of the bactericidal effect of UV-LED light on alginate impressions. 39.

Delgado, D., Ortiz, C., Rubiano, H., & Arias, M. (2018). Evaluación del uso de luz UV como alternativa para la descontaminación de equipos odontológicos.

Diomedi Pacheco, A., Chacón, E., Delpiano, L., Hervé, B., Jemenao, M. I., Medel, M., Quintanilla, M., Riedel, G., Tinoco, J., & Cifuentes, M. (2017). Antisépticos y desinfectantes: apuntando al uso racional. Recomendaciones del Comité Consultivo de Infecciones Asociadas a la Atención de Salud, Sociedad Chilena de Infectología. Revista chilena de infectología, 34(2), 156–174. https://doi.org/10.4067/S0716-10182017000200010 DOI: https://doi.org/10.4067/S0716-10182017000200010

Escobedo, T., Salas, J., & Muñoz, G. (2016). EVALUACION DE LOS PROCESOS DE PURIFICACION DE UNA DESPACHADORA DE AGUA POTABLE EN CIUDAD JUAREZ.

Fathi, M., Amjadifard, R., Eshghi, F., & Kelarestaghi, M. (2024). Design and implementation of a novel multi-faceted-efficient pneumatic dual-axis solar tracker. World Journal of Engineering, 21(2), 254–266. https://doi.org/10.1108/WJE-04-2022-0173 DOI: https://doi.org/10.1108/WJE-04-2022-0173

Garcés, L., Hernández, M., Peñuela, G., Rodríguez, A., & Salazar, J. (2021). Fotodegradación sensibilizada con TiO2 del colorante rojo recoltive utilizando lámpara de luz UV.

Gómez, M., García, M., Angosto, J., & Bayo, J. (2017). UTILIZACIÓN DE TÉCNICAS DE ANÁLISIS MULTICRITERIO EN LA ELECCIÓN DE UN SISTEMA DE DESINFECCIÓN DE AGUA RESIDUAL.

González, Y., Gómez, G., Moeller-Chávez, G. E., & Vidal, G. (2023). UV Disinfection Systems for Wastewater Treatment: Emphasis on Reactivation of Microorganisms. Sustainability 2023, Vol. 15, 15(14). https://doi.org/10.3390/SU151411262 DOI: https://doi.org/10.3390/su151411262

Guimarães, J., Ibáñez, J., Pizarro, R., & Litter, M. (2021). DESINFECCIÓN DE AGUA.

Guo, Y., Zhou, C., Zhu, T., Shao, K., & Wang, J. (2025a). Impact of Ultraviolet-Based Combined Disinfection Processes on the Formation and Toxicity of Ciprofloxacin Disinfection Byproducts in Water. Toxics, 13(11). https://doi.org/10.3390/TOXICS13110995/S1

Guo, Y., Zhou, C., Zhu, T., Shao, K., & Wang, J. (2025b). Impact of Ultraviolet-Based Combined Disinfection Processes on the Formation and Toxicity of Ciprofloxacin Disinfection Byproducts in Water. Toxics, 13(11). https://doi.org/10.3390/TOXICS13110995/S1 DOI: https://doi.org/10.3390/toxics13110995

Hammer, M. (2014). Water and wastewater technology. Pearson.

Hernando, C. (2023). Evaluación del efecto de la luz UV-C y del antimicrobiano natural vainillina sobre la calidad microbiológica de bebidas proteicas.

Kim, H. J., Yoon, H. W., Lee, M. A., Kim, Y. H., & Lee, C. J. (2022). Impact of UV-C Irradiation on Bacterial Disinfection in a Drinking Water Purification System. Journal of Microbiology and Biotechnology, 33(1), 106. https://doi.org/10.4014/JMB.2211.11027 DOI: https://doi.org/10.4014/jmb.2211.11027

Lema, M., & Collins, N. (2025). Vista de Sistema Automatizado para la purificación de agua utilizando energía solar, reflexión y luz ultravioleta.

Makuei, M. S., Ketabchi, F., & Peleato, N. (2022). Impact of water characteristics on UV disinfection of unfiltered water. Water Quality Research Journal, 57(4), 247–261. https://doi.org/10.2166/WQRJ.2022.006 DOI: https://doi.org/10.2166/wqrj.2022.006

Martín, R. (2024). Desarrollo de sensores de CO₂ y luz UV basados en películas delgadas de óxido de cinc.

Millán, D., Romero, L., Brito, M., & Ramos, A. (2015). LUZ ULTRAVIOLETA: INACTIVACIÓN MICROBIANA EN FRUTAS ULTRAVIOLET LIGHT: MICROBIAL INACTIVATION ON FRUITS. 27, 454–469.

Montenegro, K., Carreño, R., & Mosquera, J. (2019). Empresa Pública Metropolitana de Agua Potable y Saneamiento (EPMAPS)-Gerencia de Operaciones.

Moore, N., Pousty, D., Ma, D., Hofmann, R., Pras, A., Higbee, R. E., Mamane, H., & Beck, S. E. (2026). Decentralized UV disinfection systems in rural areas or low-resource contexts: a case study compilation. Environmental Science: Water Research & Technology, 12(1), 14–58. https://doi.org/10.1039/D4EW00822G DOI: https://doi.org/10.1039/D4EW00822G

Morena, W., Cert, A., León, M., & Pérez, M. (2016). Determinación de absorción de luz UVa 232 nm, composición de ácidos grasos, trilinoleína y triglicéridos con número equivalente de carbonos igual a 42, en aceites de olvida y de orujo de oliva. 47, 401–410.

Moro, L., Vichera, G., Olivera, R., & Salamone, D. (2021). Evaluación de la enucleación asistida por demecolcina como método para evitar la exposición a luz UV en la producción de embriones bovinos por técnica de clonación.

Novay, E. G. Z., Pérez, D. E. C., Jiménez, C. M. E., & Robles, C. J. P. (2025). Design And Simulation Of A UV-C Ultraviolet Light Lamp For Water Disinfection. Revista Tecnológica Ciencia y Educación Edwards Deming, 9(2), 112–134. https://doi.org/10.37957/RFD.V9I2.157 DOI: https://doi.org/10.37957/rfd.v9i2.157

Nwankwo, E. J. (2025a). Impact of UV intensity, water temperature, and turbidity on solar disinfection efficiency: insights from moderated mediation analysis using the Johnson–Neyman technique. Environmental Science: Water Research & Technology, 11(8), 1909–1923. https://doi.org/10.1039/D5EW00466G

Nwankwo, E. J. (2025b). Impact of UV intensity, water temperature, and turbidity on solar disinfection efficiency: insights from moderated mediation analysis using the Johnson–Neyman technique. Environmental Science: Water Research & Technology, 11(8), 1909–1923. https://doi.org/10.1039/D5EW00466G DOI: https://doi.org/10.1039/D5EW00466G

Oh, Y., Kim, H. C., Boczek, L., & Ryu, H. (2025). Evaluating Disinfection Performance and Energy Efficiency of a Dual-Wavelength UV-LED Flow-Through Device for Point-of-Use Water Treatment. Water (Switzerland), 17(20). https://doi.org/10.3390/W17202965/S1 DOI: https://doi.org/10.3390/w17202965

Quirola, M. (2017). DISEÑO DE UN SISTEMA DE DESINFECCIÓN PARA AGUA DE CONSUMO HUMANO, BASADO EN ENERGÍA TERMOSOLAR Y LUZ UV DE FUENTE FOTOVOLTAICA, MEDIANTE EVALUACIÓN DEL PARÁMETRO INDICADOR DE CONTAMINACIÓN MICROBIANA, COLIFORMES TOTALES.

Ramos Ascue, J. D. (2018). Online measurement of the DQO by correlation of the spectral absorption coefficient of uv light. Produccion y Limpia, 13(2), 67–76. https://doi.org/10.22507/pml.v13n2a8 DOI: https://doi.org/10.22507/pml.v13n2a8

Rock, C., & Rivera, B. (2014a). La Calidad del Agua.

Rock, C., & Rivera, B. (2014b). La Calidad del Agua.

Rojas, N., Sánchez, A., Matiz, A., Salcedo, C., Carrascal, K., & Pedroza, M. (2020a). Evaluación de tres métodos para la inactivación de coliformes y Escherichia coli presentes en agua residual doméstica, empleada para riego. Universitas Scientiarum, 15(2), 139–149. http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0122-74832010000200005&lng=en&nrm=iso&tlng=es

Rojas, N., Sánchez, A., Matiz, A., Salcedo, C., Carrascal, K., & Pedroza, M. (2020b). Evaluación de tres métodos para la inactivación de coliformes y Escherichia coli presentes en agua residual doméstica, empleada para riego. Universitas Scientiarum, 15(2), 139–149. http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0122-74832010000200005&lng=en&nrm=iso&tlng=es DOI: https://doi.org/10.11144/javeriana.SC15-2.iaon

Rossel Bernedo, L. J., Ferro Mayhua, F. P., Ferro Mayhua, Ferro Gonzales, A. L., Zapana Quispe, R. R., Rossel Bernedo, L. J., Rossel Bernedo, L. A., Ferro Mayhua, Ferro Gonzales, A. L., & Zapana Quispe, R. R. (2020). Radiación ultravioleta-c para desinfección bacteriana (coliformes totales y termotolerantes) en el tratamiento de agua potable. Revista de Investigaciones Altoandinas - Journal of High Andean Research, 22(1), 68–77. https://doi.org/10.18271/ria.2020.537 DOI: https://doi.org/10.18271/ria.2020.537

Sánchez, M., Villalobos, N., Gutiérrez, E., & Caldera, Y. (2025). Diseño de un equipo de desinfección por luz ultravioleta para el tratamiento de aguas residuales con fines de reutilización.

Schenk, M. (2010). Preservación de productos frutales mínimamente procesados mediante la aplicación de luz UV y su combinación con otras tecnologías emergentes.

Schmelling, D. (2016). ULTRAVIOLET DISINFECTION GUIDANCE MANUAL FOR THE FINAL LONG TERM 2 ENHANCED SURFACE WATER TREATMENT RULE. http://www.epa.gov/safewater/disinfection/lt2/compliance.html

Solsona, F., & Méndez, J. (2022). Desinfección del agua. http://www.cepis.ops-oms.org

Sun, W., Ao, X., Lu, D., Zhang, Y., Xue, Y., He, S., Zhang, X., & Mao, T. (2024a). Ultraviolet technology application in urban water supply and wastewater treatment in China: Issues, challenges and future directions. Water Research X, 23. https://doi.org/10.1016/j.wroa.2024.100225

Sun, W., Ao, X., Lu, D., Zhang, Y., Xue, Y., He, S., Zhang, X., & Mao, T. (2024b). Ultraviolet technology application in urban water supply and wastewater treatment in China: Issues, challenges and future directions. Water Research X, 23. https://doi.org/10.1016/j.wroa.2024.100225

Sun, W., Ao, X., Lu, D., Zhang, Y., Xue, Y., He, S., Zhang, X., & Mao, T. (2024c). Ultraviolet technology application in urban water supply and wastewater treatment in China: Issues, challenges and future directions. Water Research X, 23, 100225. https://doi.org/10.1016/J.WROA.2024.100225 DOI: https://doi.org/10.1016/j.wroa.2024.100225

Tao, Z., Sun, H., Deng, B., Wang, J., & Calautit, J. (2025). Integrating computational fluid dynamics (CFD) and machine learning to improve urban green infrastructure for heat mitigation and air quality: A systematic review. Building and Environment, 284, 113516. https://doi.org/10.1016/J.BUILDENV.2025.113516 DOI: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2025.113516

Tchobanoglous, G., David, H., Tsuchihashi, R., Burton, F., Abu-Orf, M., Bowden, G., & Pfrang, W. (2014). Wastewater Engineering Treatment and Resource Recovery.

World Health Organization. (2011). Guidelines for drinking-water quality. World Health Organization.

Wright, H. B., & Cairns, W. L. (2021). DESINFECCION DE AGUA POR MEDIO DE LUZ ULTRAVIOLETA.

Yerovi, R. (2020). COMPARACIÓN DE MÉTODOS DE DESINFECCIÓN PARA AGUAS RESIDUALES DE PORCICULTURA DESTINADAS AL CULTIVO DE CHLORELLA VULGARIS.

Zumba, E., Cuenca, D., Espinosa, C., & Peña Carmen. (2025). Diseño Y Simulación De Una Lámpara De Luz Ultravioleta UV-C Para La Desinfección Del Agua. 18. https://revista-edwardsdeming.com/index.php/es

Zumba, I. E. (2025). INTRODUCCION A LA INGENIERIA DE MATERIALES metalicoszumba ESPOCH 2024. moz-extension://783228d4-4bfe-438d-be39-8b63dc969b5e/enhanced-reader.html?openApp&pdf=https%3A%2F%2Fpublicaciones.espoch.edu.ec%2Fdocs%2Fbooks%2F2024-10-21-163649-ingenieria%2520de%2520materiales.pdf

Zumba Novay, E. G., & Mayorga Pérez, D. F. (2026). “Diseño y simulación de una lámpara de luz ultravioleta UV-C para la desinfección del agua”. ASCE MAGAZINE, 5(1), 969–994. https://doi.org/10.70577/asce.v5i1.627 DOI: https://doi.org/10.70577/asce.v5i1.627