Archivo para julio 14th, 2012


Este proceso consiste en el tratamiento biológico de los residuos orgánicos biodegradables en ausencia de oxígeno, utilizando la actividad microbiana para la descomposición de los residuos en un ambiente controlado. Como resultado de este proceso se obtiene biogás, rico en metano utilizado para la generación de energía, y un producto de la digestión, potencialmente utilizable como enmienda del suelo por su alto contenido en nutrientes. La utilización de esta tecnología para el tratamiento de residuos

sólidos urbanos debe incluir un pretratamiento, en el cual se separa la parte orgánica biodegradable del resto de residuos. Posteriormente se adecua el tamaño de partícula de los residuos para favorecer el proceso de digestión.
Éste proceso se lleva a cabo en el digestor, un contenedor sellado sin presencia de oxígeno. Existen dos tipos de digestión anaerobia:

  • Mesofílica: En la cual los residuos permanecen en el digestor durante 15 – 30 días a una temperatura de aproximadamente 30 – 35 °C.
  • Termofílica: en la cual los residuos permanecen menos tiempo (12 – 14 días) a una temperatura de 55 °C.

La digestión mesofílica tiene a ser un proceso más robusto y económico, mientras que la termofílica proporciona mayor cantidad de metano, así como una mayor eliminación de agentes patógenos.

La utilización de la digestión anaerobia para el tratamiento de residuos sólidos urbanos suele ir asociada a plantas de reciclaje, para el tratamiento de la materia orgánica separada en éstas últimas.

El empleo de la digestión anaerobia para el tratamiento de RSU (Residuos Sólidos Urbanos) sin selección previa presenta dificultades técnicas y económicas que han impedido su desarrollo.

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El compostaje es un proceso biológico, aeróbico y termófilo de descomposición de residuos orgánicos bajo condiciones controladas que transforma los residuos orgánicos biodegradables en un producto conocido como compost aplicable a los suelos como abono. Éste proceso puede llevarse a cabo mediante:

  • Sistemas abiertos: es el método más generalizado y consiste en la creación de pilas (agrupaciones de residuos en montones de aproximadamente 3 metros de altura y sin limitación en cuanto a su longitud). Durante la etapa del compostaje activo, es necesario garantizar una correcta aireación de los residuos, lo cual se puede llevar a cabo mediante volteo, o bien por medio de ventiladores. Una vez alcanzada la estabilización de los residuos (así como la eliminación de agentes patógenos) el producto puede ser tratado mecánicamente para adecuar el tamaño de partícula a su uso final o bien mezclado con otras sustancias.
  • Sistemas cerrados: en este caso el proceso de compostaje se lleva a cabo en reactores o digestores, que permiten un control mas adecuado de las variables físicas del proceso tales como temperatura, pH, oxígeno y humedad. Posteriormente el compost se somete a un proceso de maduración en pilas del tipo anteriormente descrito.

La incineración es un proceso térmico de tratamiento de RSU recogido dentro del marco de gestión integral de residuos sólidos, por ejemplo, en Madria – España lo es bajo la Directiva Comunitaria 75/442/CE. Esta tecnología aporta una serie de ventajas:

  • Reducción en peso y volumen (95 %) de los residuos.
  • Protección del medio ambiente (fiabilidad de las instalaciones de depuración de gases y alta calidad de combustión).
  • Alta disponibilidad y fiabilidad.
  • Valorización energética de los residuos.
  • Disminución de la necesidad de vertederos.
  • Valorización de escorias y cenizas.

El proyecto consiste en el estudio y dimensionamiento de una planta incinedora de residuos sólidos urbanos, con tecnología de parrilla y recuperación energética. La motivación de este estudio radica en el previsible aumento del empleo de la incineración para el tratamiento de residuos en los próximos años; se preveé un aumento del empleo de la valorización energética en detrimento del vertido.

La planta proyectada está dimensionada para dar servicio a una población de 300 000 habitantes, con una capacidad de incineración anual de 180 288 toneladas. Por razones de versatilidad, se  ha dotado a la planta con dos líneas de incineración, cada una de ellas con capacidad para procesar 12 t/h.

La tecnología escogida para el horno es la de parrilla de rodillos, por su capacidad para incinerar el residuo en bruto según llega a la planta, sin necesidad de tratamiento previo. El PCI de diseño, según el análisis de diferentes muestras de residuos, es de 1798 kcal/kg, por lo que la carga térmica de diseño de hornos se ha establecido en 25 MW, admitiéndose un rango de operación entre el 110% y el 60% del punto de diseño. La configuración adoptada para el hogar, así como para los sistemas de inyección de aire primario y secundario, permite la obtención de una combustión de alta calidad materializada en un bajo porcentaje de inquemados, y en la garantía de un tiempo de residencia de los gases de combustión de al menos dos segundos a temperaturas superiores a 850 °C para la destrucción de las dioxinas y furanos. Así mismo, el horno contará con un sistema de inyección de amoniaco para la desnitrificación de los gases.

Adjunto al horno de incineración se dispondrá un sistema de recogida y valorización de escorias.

El sistema de recuperación energética consistirá en una caldera de circulación natural y tiro horizontal para la generación de vapor, que formará una unidad con el hogar de parrilla para optimizar el aprovechamiento del calor. Las condiciones del vapor están limitadas a 420 °C y 40 bar, para prolongar la durabilidad de las superficies calefactoras y reducir el riesgo de corrosión inherente a la naturaleza agresiva de los gases de combustión. La producción de vapor estimada es de aproximadamente 53 t/h. La potencia generada prevista en el grupo turboalternador es de 12.5 MW, entregándose a la red 10.6 MW después de descontar la parte destinada a autoconsumo.

La planta contará con un sistema de tratamiento de gases, de forma que cumpla con las restricciones sobre emisiones recogidas por la normativa española y europea. Este sistema consistirá en un proceso de depuración semiseco, con inyección de lechada de cal y carbón activo, para la eliminación de los gases ácidos, metales pesados, y compuestos orgánicos (dioxinas y furanos), además de un filtro de mangas para la retención de partículas volantes. Se dispondrá de un sistema de medición y monitorización continuo de los diferentes parámetros de emisión para la verificación del proceso de depuración.

Con el fin de controlar la operación de la planta, ésta contará con un sistema de control automatizado, que regulará los diferentes parámetros de operación en función de los posibles cambios en la naturaleza o cantidad, del flujo de residuos de alimentación.

El presupuesto total, incluyendo el diseño, construcción y puesta en funcionamiento de la planta asciende a setenta y ocho millones ciento ochenta y seis mil euros (78.186.000 euros).  Considerando una vida útil de 25 años, se prevé un Pay-back de 11 años con un TIR del 8.12%, siendo el rendimiento contable de 1.52, por lo demás, el proyecto propuesto es interesante desde la perspectiva económica.

Reportado en:

Alejandro Fernández Martínez. “Planta de Incineración de Residuos Sólidos Urbanos con Tecnología de Parrilla y Recuperación Energética”. Proyecto Fin de Carrera. Escuela Técnica Superior de Ingeniería. Universidad Pontificia Comillas. Madrid, España. 2007.


Cuando se realiza la evaluación de las carácterísticas operativas de un generador de vapor que quema combustible heterogéneo, como basuras o desechos sólidos urbanos, no es posible obtener una muestra representativa del combustible, ya que la composición de las basuras puede varias mucho. Para el diseño de calderas que las queman, los datos se concentran en el análisis elemental del combustible promedio y en la variación de los componentes, humedad y ceniza; los cálculos de diseño son los mismos que los de calderas que queman combustibles homogéneos.

Cuando se quema un combustible heterogéneo, para evaluar sus características medias y determinar el rendimiento de la caldera, la práctica industrial más generalizada consiste en considerar la caldera como un calorímetro. Para calcular el rendimiento de la unidad, el método emplea los mismos principios que los utilizados cuando se analiza el combustible; la diferencia radica en que el régimen del flujo y el contenido en humedad de los mismos se miden directamente, basándose en el análisis del combustible y en la medida del O2 presente en los humos.

Otras medidas adicionales que se requieren respecto a métodos convencionales, son:

  • Flujo de humos y humedad presente en los mismos.
  • O2 y CO2 en los humos.
  • Régimen de flujo de residuos en los principales puntos de extracción.

Para hacer el ensaye se calculan el exceso de aire, el peso de los humos secos y el agua evporada procedente del combustible, se determinan:

  • El peso de los humos húmedos y su contenido de humedad.
  • El peso de los humos secos que se calcula como diferencia entre las dos cifras anteriores.

La composición de los humos se determina midiendo el O2 y CO2. EL nitrógeno N2a = 100 – (O2 + CO2). El N2(humos) = N2a, con un peso molecular de 28.16 lb/mol. El N2(combust) se desprecia, porque los quemadores de basura siempre operan con un exceso de aire elevado.

La humedad global presente en los humos puede proceder de vapor o de líquidos:

  • Los procedente de vapores se debe:
    • A la humedad del aire.
    • Al vapor de atomización.
    • Al vapor de sopladores.
  • Los procedente de líquidos se debe a:
    • La presente en el combustible.
    • La que se forma por la combustión del H2 del combustible.
    • La que se genera por el agua de apagado de los residuos o cenizas.
    • La relativa a los rociadores existentes en el foso de combustible.

La humedad del aire y la procedente de otras fuentes de vapor se tiene que medir, ya que las pérdidas de rendimiento por calor sensible se deben separar de las pérdidas por agua evaporada, que es la humedad total presente en los humos, menos la debida a fuentes de vapores.

El gasto de aire seco se calcula por medio del N2(humos). El aire exceso se determina con el O2. El aire teórico = aire_total – aire_exceso. El % aire exceso se calcula con los flujos gravimétricos de aire_exceso y aire_teórico.


Ley de conservación de la masa.- Establece que la materia no se crea ni se destruye, por lo que puede hacer un balance de masa, entre la suma de los componentes entrantes y salientes para un proceso determinado, Si x kg de combustible se combinan con y kg de aire, siempre resultan (x+y) kg de productos formados.

Ley de Conservación de la energía.- Estipula que la energía no se crea ni se destruye, de forma que la suma de las energías entrantes (potencial, cinética, térmica, química y eléctrica) en un proceso dado, debe ser igual a la suma de las salientes. En el proceso de combustión la energía química pasa fundamentalmente a energía térmica; cuando se quema 1 lb de carbón que libera 13500 Btu, la cantidad de masa que se convierte en energía es sólo de 3.5 x 10(-10) lb.

Desde el punto de vista de la física nuclear, las leyes de conservación de masa y energía no son muy exactas, pero son bastantes aceptables para los cálculos de combustión que se realizan en Ingeniería.

Ley de los gases ideales.- Según esta ley, el volumen de un gas ideal es directamente proporcional a su temperatura absoluta e inversamente proporcional a su presión. Para 1 mol de cualquier gas ideal la constante de proporcionalidad es la misma, y la ley se expresa en la forma:

vM = RT / p , siendo: vM el volumen/mol, p la presión absoluta, T la temperatura absoluta, R la constante universal de los gases.

Ley de pesos combinados.- Todas las sustancias se combinan según unas proporciones en peso, simples y bien definidas, exactamente proporcionales a las relaciones de los pesos moleculares de los respectivos componentes.

Ley de Avogrado.- Volúmenes iguales de diferentes gases sometidos a idénticas presión y temperatura, tienen el mismo número de moléculas. El cociente entre el peso de 1 mol de una sustancia y su peso molecular es constante; 1 mol de cualquier sustancia químicamente pura tiene el mismo número de moléculas. Por la ley de gases perfectos, como la molécula de cualquier gas ideal ocupa siempre el mismo volumen a una presión y temperatura dadas, se deduce que volúmenes iguales de diferentes gases (en iguales condiciones de presión y temperatura) contienen el mismo número de moléculas.

Ley de Dalton.- La presión total de una mezcla de gases es la suma de las presiones parciales de cada uno de los gases individuales, si cada uno de ellos ocupase el volumen que ocupa la mezcla. Cada gas presente en una mezcla ocupa, por sí solo, el volumen global de la misma y ejerce una presión independiente de la de los demás.

Ley de Amagat.- El volumen ocupado por una mezcla de gases es igual a la suma de los volúmenes ocupados por cada uno de los componentes de la mezcla, a presión y temperatura idénticas a las de la mezcla.


Un generador de vapor requiere de una fuente de calor a un determinado nivel de temperatura; un combustible fósil se quema en el hogar de la caldera y producir calor, aunque también se puede emplear energía residual procedente de otros procesos.

La combustión es la combinación rápida de O2 con los elementos inflamables del combustible. En la mayoría de los combustibles fósiles hay tres elementos combustibles significativos: C, H2 y S; el S es el de menor importancia como fuente de calor, pero puede tener una influencia importante en problemas de corrosión y contaminación.

El objetivo de una buena combustión es liberar toda la energía del combustible, a la vez que se minimizan las pérdidas derivadas de las imperfecciones de la combustión y del aire.

La combinación de los elementos inflamables del combustible con el oxígeno, requiere de:

  • Temperatura lo suficientemente alta para la ignición de los elementos inflamables.
  • Turbulencia que facilite el íntimo contacto combustible – oxígeno.
  • Tiempo suficiente para completar el proceso.

Estos parámetros se designan frecuentemente como las tres T de la combustión: Temperatura, Tiempo, Turbulencia.

La tabla a continuación relaciona los elementos químicos, simples y compuestos, que se encuentran en los combustibles normalmente utilizados en los diversos tipos de generación de vapor comercial de calor.