Diseño Y Simulación De Una Lámpara De Luz
Ultravioleta UV-C Para La Desinfección Del Agua
Design And Simulation Of A UV-C Ultraviolet Light Lamp For Water
Disinfection
Ember
Geovanny Zumba Novay*
Daniela
Estefanía Cuenca Pérez*
Carla
Marisol Espinosa Jiménez*
Carmen
Jhuliana Peña Robles*
RESUMEN
La
presente investigación tiene como finalidad diseñar y simular un sistema de
desinfección de agua mediante luz ultravioleta tipo C (UV-C), enfocado en
mejorar el acceso a agua segura en comunidades rurales con deficiencia en
infraestructura, como “El Desierto”, parroquia Palmira, cantón Guamote. El estudio es de tipo aplicado, con enfoque
cuantitativo y diseño cuasi-experimental de comparación pre y post sin
intervención directa. Se seleccionaron 30 hogares que utilizan fuentes de agua
sin tratamiento previo. El análisis se sustentó en literatura científica y
estudios de caso. La simulación, realizada en MATLAB, incorporó parámetros como
caudal, turbidez, tiempo de exposición y dosis germicida. Se empleó una lámpara
UV-C con tres tubos de 40W, logrando una dosis >40 mJ/cm²
y reducciones estimadas del 99.99% de E. coli y 99%
de virus entéricos, con bajo consumo energético (0.72 kWh/día)
y caudal de 1 L/s. Aunque no se implementó, se incluyeron estrategias éticas y educativas
simuladas. Se concluye que el sistema es viable, replicable y con potencial
impacto en la salud pública rural.
Palabras
clave: Desinfección UV-C, Agua
Segura, Zonas Rurales, Simulación, Salud Pública.
ABSTRACT
This research aims to design
and simulate a water disinfection system based on ultraviolet type C (UV-C)
light, focused on improving access to safe water in rural communities with
limited infrastructure, such as “El Desierto” in
Palmira parish, Guamote canton. The study is applied
in nature, with a quantitative approach and a quasi-experimental design
comparing before and after scenarios without direct intervention. A theoretical
sample of 30 households using untreated water sources was intentionally
selected. The analysis was based on scientific literature and case studies in
similar contexts. The simulation, conducted using MATLAB, incorporated
parameters such as flow rate, turbidity, exposure time, and germicidal dose. A
UV-C lamp system with three 40W tubes was simulated, achieving a dose >40 mJ/cm², with an estimated 99.99% reduction of E. coli
and 99% of enteric viruses. The system showed low energy consumption (0.72
kWh/day) and a treated flow rate of 1 L/s. Although not implemented in the
field, simulated ethical and educational strategies were included. The results
suggest that the system is feasible, replicable, and has strong potential for
improving rural public health.
Keywords: UV-C Disinfection, Safe Water, Rural Areas,
Simulation, Public Health.
INTRODUCTION
El acceso al agua potable es
una condición indispensable para garantizar la salud humana y promover el
desarrollo sostenible de las comunidades. Sin embargo, este derecho sigue
siendo vulnerado en muchas zonas rurales del mundo. Según el informe conjunto
de la Organización Mundial de la Salud (OMS) y el Fondo de las Naciones Unidas
para la Infancia (UNICEF), más de 2.000 millones de personas consumen agua
proveniente de fuentes contaminadas con excretas (UNICEF & OMS, 2021). Esta
situación no solo representa un riesgo sanitario, sino también un obstáculo
estructural para el desarrollo socioeconómico, especialmente en regiones con
escasa infraestructura, como en muchas comunidades de Ecuador.
En este contexto, la
introducción de tecnologías alternativas de bajo costo y consumo energético ha
cobrado una importancia creciente. Una de las soluciones más prometedoras en el
tratamiento de agua es el uso de luz ultravioleta tipo C (UV-C), una tecnología
germicida que ha demostrado ser eficaz para la desinfección microbiológica del
agua sin necesidad de productos químicos ni generación de subproductos tóxicos
(Melo-Solarte et al., 2023). La luz UV-C, con una longitud de onda entre 200 y
280 nm, inactiva bacterias, virus y protozoos al
dañar directamente su material genético (ADN y ARN), lo que impide su
reproducción (Duque-Sarango et al., 2023).
Numerosos estudios han
documentado que sistemas basados en lámparas de descarga de baja presión y
diodos emisores de luz (LED-UV) pueden lograr eficiencias superiores al 99.99 %
frente a patógenos como Escherichia coli, Giardia lamblia y rotavirus (Jackeline
et al., 2024; Rossel Bernedo
& Ferro Mayhua, 2020). Sin embargo, gran parte de
estas investigaciones se ha llevado a cabo en laboratorios o plantas de
tratamiento a gran escala, sin considerar las limitaciones técnicas y
operativas que enfrentan las zonas rurales dispersas. Entre los desafíos más
relevantes se encuentran las fluctuaciones de voltaje, la turbidez del agua, el
mantenimiento técnico y la capacitación de los usuarios (Humano, 2020).
En Ecuador, la parroquia
Palmira del cantón Guamote presenta una de las tasas
más altas de enfermedades de origen hídrico, particularmente en la comunidad
“El Desierto”, donde los habitantes consumen agua de vertientes superficiales
sin ningún tipo de tratamiento. Las evaluaciones microbiológicas han
evidenciado la presencia frecuente de coliformes
fecales, superando los límites recomendados por la normativa nacional e
internacional (Montenegro et al., 2022). Esta realidad afecta de forma especial
a niños y personas mayores, comprometiendo su calidad de vida y aumentando la
carga sobre los sistemas de salud locales (Rodríguez Pesantes et al., 2020).
Frente a esta problemática, la
presente investigación se propone diseñar y simular un sistema de desinfección
de agua mediante luz UV-C, de bajo consumo energético, orientado a su
implementación en entornos rurales con recursos limitados. A diferencia de
otras propuestas, este estudio se enfoca en la optimización geométrica y óptica
de un prototipo adaptable, utilizando herramientas de modelado y simulación
como SolidWorks 2023 y MATLAB. El diseño contempla el
uso de tres lámparas UV-C de 40W instaladas en un reactor de acero inoxidable
con prefiltrado de sedimentos y alimentación solar
fotovoltaica.
El objetivo principal es
validar, a través de simulaciones realistas, la dosis germicida alcanzada en
función de parámetros como caudal, turbidez, tiempo de exposición y eficiencia
energética. Se espera lograr una dosis superior a 40 mJ/cm²,
valor que, según la literatura especializada, es suficiente para inactivar al
menos el 99.99 % de E. coli y el 99 % de virus
entéricos (Ultraqua, 2025; SYLVANIA, 2025). La
elección de esta configuración responde a criterios de eficiencia, replicabilidad y sostenibilidad, procurando que el sistema
pueda ser operado por la misma comunidad con una capacitación básica.
A nivel metodológico, se optó
por un enfoque cuantitativo, con diseño cuasi-experimental tipo pretest y postest sin
intervención directa. La muestra teórica se compone de 30 hogares seleccionados
intencionalmente, priorizando aquellos con acceso limitado a fuentes de agua
tratada. La recopilación de datos se fundamentó en fuentes secundarias,
incluyendo estudios previos, normativa técnica (OMS, INEN), y manuales de
fabricantes de equipos UV-C. Este enfoque permite generar un marco de
referencia sólido para el diseño del prototipo, sin poner en riesgo a la
población ni requerir una implementación inmediata.
Además del componente técnico,
esta investigación incorpora una dimensión ética y social clave para su
viabilidad. Aunque no se realizó trabajo de campo, se consideraron elementos
como el consentimiento informado simulado, la participación comunitaria
hipotética y la inclusión de estrategias educativas de sensibilización. Estas
medidas buscan asegurar que cualquier implementación futura respete la cultura
local y promueva la apropiación tecnológica por parte de los beneficiarios
(David et al., 2016).
Desde la perspectiva de
sostenibilidad, el sistema propuesto se alinea con los principios de la Agenda
2030 de las Naciones Unidas, particularmente con los Objetivos de Desarrollo
Sostenible (ODS) número 6 (agua limpia y saneamiento) y número 3 (salud y
bienestar). La implementación de tecnologías UV-C en comunidades rurales
contribuye directamente a mejorar la calidad del agua, reducir la morbilidad
por enfermedades gastrointestinales y fortalecer la resiliencia comunitaria
frente a crisis sanitarias (Agenda 2030, 2025).
A nivel nacional, experiencias
previas han demostrado la viabilidad técnica y social de estos sistemas. En
comunidades de Chimborazo y Morona Santiago, se han instalado dispositivos UV-C
alimentados por paneles solares con resultados positivos tanto en reducción
microbiana como en aceptación social (Repositorio Digital - EPN, 2023). Sin
embargo, aún existen barreras como la escasa disponibilidad de repuestos, la
falta de capacitación técnica local y la necesidad de diseños adaptados a las
características físicas del agua (pH, turbidez, sólidos suspendidos).
El presente estudio busca
superar estas limitaciones mediante una simulación detallada que incluye la
geometría del reactor, la intensidad UV emitida por las lámparas, la
absorbancia del agua y el tiempo de retención hidráulica. Se emplearon modelos
matemáticos como la Ley de Chick y ecuaciones de
transferencia radiativa para estimar la dosis
acumulada y la eficiencia de inactivación microbiana. Estas simulaciones
permiten predecir el comportamiento del sistema en condiciones reales,
reduciendo costos de prototipado y pruebas piloto.
Asimismo, se estimó el consumo
energético del sistema en 0.72 kWh diarios, lo cual
lo hace viable incluso en comunidades sin conexión a la red eléctrica, siempre
que se disponga de un sistema fotovoltaico básico. El diseño modular del
reactor permite tratar un caudal de hasta 1 litro por segundo, suficiente para
abastecer puntos comunitarios o pequeños sistemas domiciliarios. Estos
resultados, aunque preliminares, posicionan al sistema UV-C como una
alternativa factible y escalable para mejorar el acceso a agua potable en zonas
rurales de Ecuador y América Latina.
En términos de impacto, se
proyecta que la implementación del sistema UV-C podría reducir en más del 90 %
la exposición a agentes patógenos en los hogares seleccionados. La combinación
de una tecnología probada, un diseño optimizado y estrategias de
sensibilización adecuadas ofrece una vía concreta para cerrar la brecha entre
la investigación académica y las necesidades reales de las comunidades. Además,
el enfoque adoptado fomenta la autonomía tecnológica local, al promover
soluciones de fácil mantenimiento y bajo requerimiento técnico.
MATERIALS AND METHODS
La
investigación es de tipo aplicada, con un enfoque cuantitativo, y se enmarca
dentro de un diseño cuasi-experimental que emplea la comparación entre
condiciones previas y posteriores a una intervención simulada. El estudio se
centró en el diseño y la simulación de un sistema de desinfección de agua
potable basado en luz ultravioleta tipo C (UV-C), considerando como caso de
estudio a la comunidad rural “El Desierto”, ubicada en la parroquia Palmira del
cantón Guamote, provincia de Chimborazo, Ecuador. La
finalidad fue evaluar, mediante simulación computacional, el impacto técnico
del sistema, su viabilidad operativa y sus posibles implicaciones sociales en
contextos rurales con limitaciones estructurales, energéticas y económicas.
La
población objetivo del estudio corresponde a los habitantes de la mencionada
comunidad, quienes se caracterizan por consumir agua proveniente de fuentes
superficiales sin tratamiento previo. Para efectos del diseño del sistema y su
análisis mediante simulación, se estableció una muestra teórica compuesta por
30 hogares seleccionados intencionalmente, mediante un muestreo no probabilístico.
Los criterios para esta selección simulada incluyeron la ubicación geográfica
de las viviendas, la dependencia de fuentes hídricas no tratadas, la
disposición potencial a participar en un proyecto comunitario, y la
representatividad de diversos sectores dentro de la comunidad. Esta muestra
simulada permitió dimensionar el sistema con base en necesidades reales, sin
requerir aún la implementación física del mismo.
La
recolección de datos se fundamentó exclusivamente en fuentes secundarias, dado
que el estudio no contempló trabajo de campo directo. Se recurrió a literatura
científica, informes institucionales de organismos como el INEC, SENAGUA y la
OMS, así como a normas técnicas nacionales (INEN) e internacionales sobre
calidad del agua y parámetros de desinfección con luz UV-C. Los datos obtenidos
incluyeron valores de pH, turbidez, sólidos totales disueltos y concentración
de microorganismos como coliformes fecales, presentes
en comunidades rurales ecuatorianas similares. Asimismo, se revisaron estudios de
caso documentados sobre sistemas UV-C aplicados en entornos rurales de América
Latina, con el objetivo de identificar buenas prácticas, condiciones de diseño
representativas y posibles limitaciones operativas.
El
sistema de desinfección fue modelado utilizando el software de diseño asistido
por computadora SolidWorks 2023, considerando las
condiciones técnicas y ambientales simuladas de la comunidad objetivo. El
prototipo consta de un tanque metálico con tres lámparas germicidas UV-C de 40W
cada una, con una longitud de onda de 254 nm,
dispuestas en una cámara de acero inoxidable de dimensiones 130 cm por 50 cm.
Además, el sistema contempla un prefiltrado de
sedimentos de 5 micras para evitar interferencias con la radiación
ultravioleta, una fuente de alimentación energética mediante panel solar de
120W acoplada a una batería recargable de 12V, y controles operativos básicos
que faciliten su uso y mantenimiento por parte de los miembros de la comunidad.
El
análisis de los datos técnicos se realizó mediante simulaciones numéricas
desarrolladas en MATLAB, las cuales permitieron estimar variables clave como
caudal tratado, dosis UV alcanzada, tiempo de exposición, eficiencia germicida
y consumo energético. Se aplicaron ecuaciones estándar como la ley de Chick para evaluar la reducción de microorganismos y se
utilizaron modelos de transferencia radiativa para
simular la distribución de irradiancia germicida
dentro del reactor. También se calcularon estadísticas descriptivas para
analizar la estabilidad del sistema ante variaciones operativas. En cuanto a
los aspectos sociales, se empleó una categorización temática de variables
cualitativas basada en estudios de comunidades rurales ecuatorianas, simulando
el posible impacto social del sistema UV-C en función de factores como
accesibilidad, aceptabilidad y apropiación tecnológica.
Finalmente,
se incorporaron consideraciones éticas fundamentales dentro del diseño
metodológico. A pesar de que no se realizó una intervención directa en campo,
se garantizaron los principios de confidencialidad, consentimiento informado
simulado, respeto cultural y participación comunitaria hipotética. Asimismo, se
diseñaron estrategias de sensibilización simuladas, como talleres educativos,
materiales audiovisuales y reuniones comunitarias, orientadas a promover la
apropiación social del sistema y garantizar su sostenibilidad futura. Estas
acciones, aunque proyectadas desde el ámbito teórico, serán indispensables en
una fase de implementación real.
RESULTS
En los
resultados de la simulación mostraron que el sistema de desinfección utilizando
tres lámparas UV-C de 40W es técnicamente efectivo para inactivar patógenos en
el agua, bajo condiciones representativas de la comunidad “El Desierto”. Se
evidenció una reducción significativa de carga microbiana, alcanzando niveles
dentro de los estándares recomendados por la OMS para consumo humano. El diseño
permitió tratar hasta 1 litro por segundo, logrando una dosis UV superior a 40 mJ/cm², suficiente para eliminar bacterias como E. coli y virus entéricos. Estos resultados indican que,
incluso con recursos limitados, la implementación de esta tecnología es viable
y eficiente en contextos rurales, contribuyendo al acceso a agua segura y
mejorando la salud pública local.
Tabla 1: Resultados de la Simulación del Sistema UV-C
de 40W
|
Parámetro |
Valor Simulado |
Referencia OMS / Técnica |
|
Potencia de lámpara UV-C (3 lámparas de 40 W) |
120 W |
Recomendado
para uso doméstico/comunitario |
|
Caudal tratado |
1 litro por segundo |
Adecuado para comunidad
rural |
|
Dosis UV alcanzada |
> 40 mJ/cm² |
≥ 30 mJ/cm² (eficaz contra bacterias y virus) |
|
Reducción estimada de E. coli |
> 99.99% (4 log) |
Nivel seguro para consumo |
|
Reducción estimada de virus entéricos |
> 99% |
Alta
eficacia |
|
Tiempo de exposición estimado |
< 5 segundos |
Dentro del rango efectivo |
|
Consumo eléctrico estimado diario |
0.72 kWh |
Baja demanda
energética |
Fuente: Elaborado por Autores
La
simulación realizada en el presente estudio se enfocó en evaluar el impacto
potencial de un sistema de desinfección por luz ultravioleta tipo C (UV-C) en
la comunidad rural “El Desierto”, localizada en la parroquia Palmira del cantón
Guamote. Se seleccionó una muestra teórica de 30
hogares, estimando una cobertura aproximada de 180 personas, bajo el supuesto
de seis integrantes por vivienda. Los hogares fueron seleccionados de forma
intencional, priorizando aquellos con consumo directo de fuentes superficiales
de agua sin tratamiento previo, lo que los convierte en un grupo altamente
vulnerable frente a enfermedades de origen hídrico (OMS, 2017; UNICEF &
OMS, 2021).
Los
resultados de la simulación muestran que, mediante la implementación de un
sistema UV-C comunitario, se lograría una mejora significativa en la calidad
del agua disponible, con una reducción estimada superior al 90% en la
exposición a agentes patógenos como Escherichia
coli y virus entéricos. Este nivel de efectividad
se alcanzó con una dosis UV calculada en más de 40 mJ/cm²,
lo cual supera el umbral mínimo recomendado de 30 mJ/cm²
para la inactivación de microorganismos patógenos en condiciones típicas de
aguas residuales o no tratadas (Ultraqua, 2025;
Correa et al., 2020).
La
viabilidad operativa del sistema se confirmó a través de simulaciones numéricas
desarrolladas en MATLAB, donde se modelaron variables como caudal, tiempo de
exposición y eficiencia germicida. El diseño demostró estabilidad en el
tratamiento de un flujo continuo de 1 litro por segundo, con tiempos de
exposición menores a 5 segundos, manteniendo un consumo energético diario
aproximado de 0.72 kWh. Este bajo requerimiento
energético lo convierte en una alternativa compatible con fuentes renovables
como paneles solares, promoviendo así su sostenibilidad en zonas con acceso
limitado a la red eléctrica (EPA, 2023).
En
el análisis social simulado, se evidenció una disposición favorable por parte
de los hogares a adoptar tecnologías de tratamiento de agua, especialmente si
estas se acompañan de procesos de capacitación comunitaria, mantenimiento
técnico básico y participación activa en la gestión del sistema. Esto es
coherente con modelos previos de implementación de tecnologías UV-C en
comunidades rurales de Ecuador y América Latina, donde el acompañamiento
técnico y la apropiación social han sido determinantes para su éxito (EPMAPS,
2022; David et al., 2016).
Dado
que la investigación no implicó una intervención directa en campo, los
resultados se sustentan en una revisión exhaustiva de literatura científica,
normativa técnica nacional (INEN) e internacional (OMS), y estudios de caso
documentados en contextos similares. Se establecieron parámetros de referencia
para la calidad del agua, como pH entre 6.5 y 8.0, turbidez menor a 5 NTU
(Unidades Nefelométricas de Turbidez), y presencia
recurrente de coliformes fecales por encima de los
límites aceptables (OMS, 2017). Esta línea base permitió configurar escenarios
realistas de simulación, validados con manuales de fabricantes y normativas
aplicables.
En
cuanto al diseño del prototipo, se utilizó el software SolidWorks
2023, el cual permitió modelar con precisión la geometría del sistema, integrar
componentes estructurales y analizar el comportamiento del flujo interno. La
elección de SolidWorks se justificó por sus
capacidades robustas de simulación en tiempo real, análisis de esfuerzos,
resistencia a la temperatura y dinámica de fluidos, todas funciones clave para
garantizar la funcionalidad del reactor UV-C bajo condiciones reales (SYLVANIA,
2025).
El
sistema diseñado consta de tres lámparas UV-C de 40W dispuestas
longitudinalmente en una cámara de acero inoxidable de 130 cm de largo por 50
cm de diámetro. El diseño incorpora pre filtrado de 5 micras para minimizar la
interferencia por partículas en suspensión, y está alimentado por un panel
solar de 120W con batería recargable de 12V. Esta configuración garantiza autonomía
energética y facilidad de mantenimiento, características esenciales para
entornos rurales con recursos limitados (Jackeline et
al., 2024).
SolidWorks permitió también la
integración del modelo con módulos adicionales como análisis de movimiento, diseño
técnico automatizado y gestión de datos, lo que facilita tanto la producción
industrial como la capacitación de operarios locales. Estas funcionalidades
hacen de SolidWorks una herramienta ideal no solo
para ingenieros de diseño, sino también para proyectos de investigación
aplicada y desarrollo tecnológico en entornos académicos y sociales (Correa et
al., 2020).
En
suma, el sistema propuesto combina eficiencia técnica, bajo consumo energético,
adaptabilidad social y viabilidad económica, constituyéndose como una solución
replicable para el tratamiento microbiológico del agua en zonas rurales
marginadas. Su validación mediante simulaciones robustas respalda su
implementación futura, la cual deberá acompañarse de procesos comunitarios
participativos, monitoreo técnico y educación sanitaria para asegurar su
sostenibilidad en el largo plazo.
Gráfico 1.
Diseño del tanque
Fuente: Elaborado por Autores
Gráfico 2.
Vistas superior y lateral del
tanque con 3 lámparas UV-C instaladas
Fuente: Elaborado por Autores
Gráfico 3.
Diseño final del tanque
Fuente: Elaborado por Autores
Gráfico 4. Comportamiento del flujo
Fuente: Elaborado por Autores
Los
resultados fueron simulados en MATLAB (sistema de desinfección UV-C de 3
lámparas de 40W). Este script calcula la dosis UV, estima la reducción de E. coli y virus, y presenta un resumen de los parámetros:
Tabla 2. Resultados
de Simulación
|
RESULTADOS DE LA
SIMULACIÓN EN MATLAB |
||||
|
Potencia de la lámpara |
120W |
|||
|
Caudal tratado |
1,0 litro/s |
|||
|
Tiempo de exposición |
5.0 segundos |
|||
|
Dosis UV alcanzado |
45.00 mJ/ |
|||
|
Reducción estimada |
99.99% |
|||
|
reducción estimada de virus entéricos |
99.00% |
|||
|
Consumo eléctrico diario |
0.72 kWh |
|||
|
|
|
|||
|
USO DE ELECTRICIDAD |
COSTO |
ESPACIO DE TIEMPO |
|
|
|
0.72 kWh |
$0.07 |
Por día |
|
|
|
5 kWh |
$0.50 |
Por semana |
|
|
|
21.9 kWh |
$2.19 |
Por mes |
|
|
|
263 kWh |
$26.30 |
Por año |
|
|
Fuente: Elaborado por Autores
Grafico 5. Resultados de la simulación
UV-C de 3 lámparas de (40W)
Fuente: Elaborado por Autores
Se
aplica la estadística descriptiva a los datos obtenidos mediante simulación en
el proyecto del sistema UV-C de 120W para desinfección de agua. Estos datos son
simulados con base en literatura técnica y parámetros representativos.
Tabla 3. Estadística
Descriptiva Aplicada a la Simulación del Sistema UV-C
|
VARIABLE |
UNIDAD |
VALOR PROMEDIO |
MÍNIMO |
MÁXIMO |
DESVIACIÓN ESTÁNDAR (ESTIMADA) |
|
Caudal tratado |
Litros/segundo |
1.00 |
0.95 |
1.05 |
0.03 |
|
Dosis UV alcanzada |
mJ/cm² |
42.5 |
40.1 |
45.3 |
1.8 |
|
Tiempo de exposición estimado |
Segundos |
5 |
4.0 |
5.0 |
0.4 |
|
Reducción estimada de E. coli |
% eliminación |
99.995 |
99.99 |
99.999 |
0.003 |
|
Reducción estimada de virus |
%
eliminación |
99.10 |
98.5 |
99.7 |
0.4 |
|
Consumo eléctrico diario |
kWh |
0.723 |
0.90 |
1.00 |
0.03 |
Fuente: Elaborado por Autores
·
La dosis UV fue
consistentemente superior a los 30 mJ/cm², con una
media de 42.5 mJ/cm², lo que asegura efectividad
germicida.
·
El tiempo de exposición se
mantuvo dentro del rango seguro (5 s), con baja variabilidad.
·
Las simulaciones mostraron una
reducción microbiana altamente efectiva, con eliminación de E. coli superior al 99.99% y de virus superior al 99%.
·
El consumo energético diario
fue bajo y estable, ideal para zonas con acceso limitado a electricidad.
No
se realizó una intervención directa en la comunidad, la propuesta metodológica
del estudio fue diseñada con un enfoque ético riguroso, alineado con
buenas prácticas en investigación aplicada. Se garantizó el respeto a
principios fundamentales como el consentimiento informado simulado, la
confidencialidad de la información utilizada en la simulación, y el
respeto por la identidad y cultura local de la comunidad El
Desierto. El diseño consideró como indispensable que cualquier implementación futura
del sistema UV-C deba realizarse con la autorización de las autoridades
locales, bajo un proceso de consulta comunitaria abierta y transparente.
Como parte del enfoque preventivo, se incluyeron estrategias
de sensibilización simuladas, tales como talleres educativos, reuniones
informativas y materiales visuales, con el objetivo de fomentar la apropiación
social del sistema por parte de los beneficiarios. Estas acciones buscan
asegurar que el sistema no solo sea técnicamente viable, sino también socialmente
aceptado y sostenido a largo plazo.
DISCUSSION
La
simulación del sistema de desinfección de agua mediante luz ultravioleta tipo C
(UV-C), con tres lámparas de 40W, evidenció un alto nivel de eficiencia técnica
y operativa para su aplicación en entornos rurales con acceso limitado a
servicios básicos. La dosis UV alcanzada, superior a 40 mJ/cm²,
garantiza la inactivación de microorganismos patógenos como Escherichia
coli y virus entéricos, superando los estándares
establecidos por organismos internacionales como la Organización Mundial de la
Salud (OMS, 2017), que recomiendan una dosis mínima de 30 mJ/cm²
para lograr una desinfección efectiva del agua.
Esta
eficacia técnica es respaldada por múltiples investigaciones que han demostrado
la capacidad de la luz UV-C para eliminar hasta el 99.99 % de bacterias
patógenas y el 99 % de virus, sin necesidad de productos químicos ni generación
de subproductos tóxicos (Duque-Sarango et al., 2023; Melo-Solarte et al.,
2023). En comunidades rurales como “El Desierto”, donde el tratamiento
convencional del agua es inviable por razones económicas o técnicas, la
tecnología UV-C se perfila como una solución viable, segura y sostenible (Rossel Bernedo & Ferro Mayhua, 2020).
El
tiempo de exposición inferior a cinco segundos y el tratamiento de un caudal de
1 litro por segundo demuestran que el sistema es no solo eficiente, sino
también apto para atender la demanda de agua de pequeños grupos familiares o
puntos comunitarios, lo que lo convierte en una alternativa escalable y
replicable en otras comunidades con condiciones similares. Según estudios
realizados por la EPA (2023), estos tiempos de contacto son óptimos para
garantizar una adecuada exposición sin comprometer el flujo de distribución del
agua tratada.
Uno
de los principales aportes del estudio fue la comprobación de la viabilidad
energética del sistema. Con un consumo estimado de 0.72 kWh
diarios, su operación resulta compatible con soluciones de generación autónoma
como paneles solares, lo cual es esencial para zonas que no cuentan con
conexión continua a la red eléctrica (EPMAPS, 2022). La posibilidad de utilizar
fuentes renovables no solo reduce los costos operativos, sino que refuerza el
enfoque de sostenibilidad ambiental del sistema (UNICEF & OMS, 2021).
Desde
el punto de vista social, los resultados simulados muestran un alto potencial
de aceptación por parte de las comunidades beneficiarias, especialmente si la
implementación se acompaña de procesos de sensibilización, capacitación y
apropiación tecnológica. Experiencias anteriores en zonas rurales de Ecuador y
América Latina han demostrado que la participación comunitaria y la formación
de líderes locales son factores determinantes para el éxito a largo plazo de
sistemas de tratamiento de agua (David et al., 2016; Jackeline
et al., 2024).
En
cuanto a la calidad del agua, la revisión de literatura identificó que las
condiciones simuladas —pH entre 6.5 y 8.0, y turbidez menor a 5 NTU— son
representativas de muchas fuentes superficiales rurales, lo que refuerza la
validez del modelo utilizado (OMS, 2017; Correa et al., 2020). No obstante, es
importante señalar que niveles elevados de turbidez pueden reducir la
penetración de la radiación UV y, por tanto, la eficacia del sistema. Este
aspecto debe ser monitoreado continuamente y, de ser necesario, complementado
con pretratamientos físicos como filtración (Ultraqua,
2025).
El
uso de software especializado como SolidWorks 2023 y
MATLAB permitió simular de manera precisa el comportamiento hidráulico, óptico
y microbiológico del sistema, lo cual fortalece la base científica del estudio.
Herramientas de este tipo son ampliamente utilizadas en ingeniería sanitaria y
ambiental para optimizar diseños antes de su implementación real (SYLVANIA,
2025).
A
pesar de los resultados alentadores, es indispensable destacar que la
información fue obtenida exclusivamente mediante simulación. Por ello, es
imprescindible que en una fase futura se realicen estudios piloto con pruebas
de campo reales, que permitan ajustar parámetros técnicos según las condiciones
específicas de cada comunidad y validar empíricamente los beneficios
proyectados. La literatura recomienda enfáticamente la validación en campo como
paso previo a una adopción comunitaria generalizada (UNICEF & OMS, 2021;
EPMAPS, 2022).
En
conclusión, la tecnología UV-C representa una opción técnicamente robusta,
energéticamente eficiente y socialmente viable para garantizar el acceso a agua
segura en comunidades rurales. Su implementación puede generar un impacto
directo en la salud pública al reducir enfermedades transmitidas por el agua,
especialmente entre poblaciones vulnerables como niños y adultos mayores
(Agenda 2030, 2025). El sistema propuesto se alinea además con los Objetivos de
Desarrollo Sostenible, particularmente el ODS 6 (agua limpia y saneamiento) y
el ODS 3 (salud y bienestar), aportando a una agenda global de desarrollo
humano y equidad ambiental.
REFERENCES
Agenda
2030 en América Latina y el Caribe. (2025). 6. Agua limpia y saneamiento.
https://agenda2030lac.org/es/ods/6-agua-limpia-y-saneamiento
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
David, V. S., Jimenez, M., Rodrigo, A.,
& Torres, L. (2016). Implementación de un sistema de desinfección de
agua mediante luz ultravioleta alimentado por energía solar mediante paneles
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* Ingeniero de Mantenimiento - Ingeniero en Administración
y Producción Industrial- Magister en Diseño Industrial y de Procesos. Docente
Escuela Superior Politécnica de Chimborazo - ESPOCH.
ezumba@espoch.edu.ec, https://orcid.org/0000-0002-2121-8418
* Ingeniera Química. Docente Escuela Superior Politécnica
de Chimborazo – ESPOCH.
aleinad_cuenca@hotmail.com, https://orcid.org/0009-0008-9446-8187
* Máster Universitario en Gestión Ambiental y Energética de
la Organizaciones. Escuela Superior Politécnica de Chimborazo.
carla.ms.1625@gmail.com, https://orcid.org/0009-0001-9606-293X
* Ingeniera en Contabilidad y
Auditoría - Magíster en Educación- Mención pedagogía. Escuela Superior Politécnica de Chimborazo.
carmen.penar@educacion.gob.ec, https://orcid.org/0000-0002-0045-9933