UNIVERSIDAD PRIVADA BOLIVIANA PROYECTO DE FIN DE MATERIA “PLANTA DE INCINERACIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS PARA LOS MUNICIPIOS DE CERCADO Y SACABA COCHABAMBA – BOLIVIA” Nombre de los participantes: Samuel Ancalle Rolando Loayza Henry Barrionuevo Docente: Dra. Carla Quiroga Materia: Ingeniería del Medio Ambiente Semestre: I-2011
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El proyecto consiste en el estudio y dimensionamiento de una planta incineradora de residuos sólidos para los municipios de
Cercado y Sacaba en el departamento de Cochabamba, dicha planta contara con tecnología de parrilla y recuperación
energética. La motivación de este estudio radica en el previsible aumento de la población y a la par el aumento de residuos
sólidos de los municipios mencionados, donde la planta de incineración para el tratamiento de residuos en los próximos años,
puede ser la respuesta a los principales problemas de tratamiento de residuos sólidos generados, ya que Cercado cuenta con el
relleno sanitario de Kara Kara que actualmente se encuentra en su etapa de abandono y el municipio de Sacaba tan solo cuanta
con un botadero y con la mayor perspectiva de crecimiento a nivel departamental.
La planta proyectada está dimensionada para dar servicio a una población a p r o x i m a d a d e 7 8 4 . 0 8 7 h a b i t a n t e s
e n t r e l o s d o s m u n i c i p i o s ( C e r c a d o 6 1 1 . 0 6 8 h a b i t a n t e s y S a c a b a c o n 1 7 3 . 0 1 9 h a b i t a n t e s ) , con una
capacidad de incineración anual de 171.715 [toneladas/año]. 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 Poder Calorífico de diseño, según el análisis de diferentes muestras de
residuos, es de 2921 Kcal/Kg, por lo que la carga térmica de diseño de los hornos se ha establecido en 19 MW. 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 850ºC para la
destrucción de las dioxinas y furanos. Así mismo, el horno contará con un sistema de inyección de amoniaco para la des
nitrificación 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 420ºC 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
48 t/h. La potencia generada prevista en el grupo turboalternador es de 10,5 MW, entregándose a la red 9,8 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 en e l R e g a l m e n t o e n M a t e r i a e n c o n t a m i n a c i ó n A t m o s f é r i c a d e l a L e y 1 3 3 3 . 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.
Los ingresos derivados del proceso de explotación de la planta procederán del mismo proceso de incineración por tonelada
tratada de los municipios de Cercado y Sacaba, que se les corra adjunto en la boleta de electricidad reconocido como el
servicio de aseo público, establecido en 280 Bs./t, y de la venta del excedente de energía eléctrica generada. Los costes de
operación consistirán fundamentalmente en costes de personal, y costes de compra de aditivos para tratamiento de gases.
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 dólares americanos (78.186.000 $u$/00).
Introducción
Una incineradora de desechos orgánicos sólidos es un sistema de tratamiento de la basura que consiste en incinerar a altas
temperaturas los desechos sólidos, con lo que se reduce su volumen un 90% y su peso hasta un 75%. De esta combustión
resultan cenizas, escoria o residuos inertes y gases tóxicos que pueden afectar gravemente a la salud de las personas
La incineración es popular en países como Japón donde la tierra es un recurso escaso. Suecia ha sido un líder en la utilización de
energía generada por incineración desde 1985. Dinamarca también hace un uso extensivo de la incineración WtE en generación
de calor y electricidad que se utiliza para calefacción urbana.
Ventajas e inconvenientes
Este sistema de procesamiento de los residuos presenta una serie de ventajas frente a otras técnicas de tratamiento como son:
1. - Posibilidad de recuperación de energía.
2. - Posibilidad de tratamiento de numerosos tipos de residuos.
3. - Posibilidad de implantarlo cerca de núcleos urbanos.
4. - Es necesaria poca superficie de terreno.
5. - Reduce el volumen de residuos un 90% - 96%.
También presenta una serie de inconvenientes bastante importantes como son:
1. - No elimina totalmente los residuos, por lo que se necesita un vertedero para el depósito de cenizas procedentes de la
incineración.
2. - Se generan gases tóxicos (por ejemplo las dioxinas pueden tener un efecto cancerígeno) que deben ser tratados.
3. - Necesitan un aporte de energía exterior para su funcionamiento.
4. - Baja flexibilidad para adaptarse a variaciones estacionales de la generación de residuos.
5. - La inversión económica y los costes del tratamiento son elevados
6. -Necesita un sistema de tratamiento de gases.
7. Costos de implementación sumamente elevados.
Antecedentes
Cochabamba es la ciudad más densamente poblada de Bolivia; con 1.500 hab/km2. Esta altísima concentración de actividades
humanas ocasiona una demanda muy fuerte de recursos naturales y una generación muy alta de contaminantes en una
superficie muy pequeña y encerrada entre altas montañas. Por esto, fue la primera ciudad del país donde la contaminación
atmosférica ocasionó afecciones respiratorias sobre la población más sensible (ancianos, gestantes, niños, etc.) que derivaron en
Materia Organica 45,25Plasticos 17,29Residuos de Jardin 10,02Residuos Sanitarios 9,4Papel y Carton 7,68Textiles 2,64Otros 2,14Tierra 1,5Barreduras 1,34Vidrio 1,22Metales 1,52
Según la información proporcionada por EMSA, en Cercado se produce una media de 0,6 [Kg/hab.día] de basura con una densidad de unos 272 Kg/m3, representando un total aproximado de unas 400 [T/día]La caracterización de los residuos de Sacaba es similar a la del municipio de Cercado, también su índice de generación lo
tomamos en cuenta como de 0,6 [Kg/hab.día],lo único que varía es la cantidad producida debido al diferencia de habitantes en
cada municipio.
Diagramas de proceso
Diagrama de procesos:
Diagrama de Bloques de la planta:
Diagrama de procesos:
Especificación de los procesos en la planta de Incineración:
1. Llega la Basura
En este proceso llegan las basuras sin ningún tipo de reciclado y tratamiento. Los camiones depositan la basura compactada. Los camiones se aproximan a un foso y depositan los residuos ahí.
1. Foso de Residuos
El material es depositado en fosas en donde el material se va acumulando.
2. Puentes Grua
Estos puentes de grúa tienen como propósito transportar los residuos.
3. Tolvas de alimentación
Tienen como propósito alimentar de basura el horno de forma controlada. Empieza el proceso de combustión de los residuos sólidos.
4. Parrilla de Incineración
La parrilla de incineración tiene temperaturas mayores a 800 grados centígrados debido a que una temperatura menor a esa ocasionaría una combustión incompleta.
5. Horno
Los gases provenientes del horno se usan para la producción de energía eléctrica. Los gases calientes son usados para calentar el agua. Este proceso da como producto vapor de agua y es usado en la turbinas para producir electricidad.
6. Cenizas de Fondo
Las cenizas son depositas en una fosa en donde son almacenadas y extraídas por medio de una grúa. Después son llevadas a un relleno sanitario.
7. Tratamiento de Gases
Los gases que pasan a través del sistema se espolvorean con cal, amoniaco y carbono activo. En estos procesos se forman cenizas volantes que son residuos contaminados con dioxinas, metales pesados y otras sustancias toxicas.
8. Filtros
Estos gases pasan por filtros done queda atrapado el polvo y quedan adheridos a su superficie las dioxinas, metales pesados y otras sustancias toxicas. Estos residuos son recolectados y depositados en la cámara de tratamiento de gases.
9. Cenizas Volantes
Las cenizas volantes constituyen un 5-10% del peso de los residuos que entran en las incineradoras. Este material es recolectado y depositado en un relleno de seguridad. Si se hizo una combustión completa y adecuada los desechos de cenizas serán de 5-10%. Estos residuos son insertados en un camión para su disposición adecuada.
10. Chimenea
Las chimeneas suelen tener una altura de 75-100 metros en el cual los desechos remanentes son liberados a la atmosfera.
11. Turbinas
El vapor caliente es dirigido a las turbinas en donde se produce la energía. Dependiendo del poder calorífico de los residuos se genera la energía.
Balances de Masa
Las reacciones de combustión que se producen en el horno son las siguientes:
Debido a que no tenemos la composición de los residuos por laboratorio, es decir su composición química hacemos un balance
800 a 1000 °C Operación adecuada>1000 °C Daño al material refractario
Temperatura en CC2< 850 °C Combustión incompleta
850 a 1200 °C Operación adecuada> 1200 °C Daño al material refractario
Tiempo de retención en CC2< 2 seg Insuficiente para destrucción de compuestos orgánicos? 2 seg Suficiente para destrucción de compuestos orgánicos
Pérdida de materia volátil de las cenizas
> 10% Representa combustión incompleta5 a 10% Representa combustión satisfactoria
< 5% Garantiza la mejor combustión
Criterios para el tratamiento de gases
Control de partículas y gases ácidos
Nulo Se emiten contaminantes a la atmósferaBásico Hay remoción de partículas
Avanzado Hay remoción de partículas y gases ácidos
Temperatura de salida de los gases
> 250 °C Altas probabilidades de generación de dxnc
250 a 200 °C Se reduce la generación de dxn (c)
< 200 °C La generación de dxn es casi nula
Otros criterios importantes
Almacenamiento de residuosNo adecuado Genera condiciones de inseguridad en la planta
Adecuado Existe buen manejo de los residuos
Manejo de cenizas
S/separación Provoca dilución y disposición inadecuada
C/separación Evita la dilución
C/separación y estabilización
Provee el manejo adecuado
Tratamiento de aguaNulo Provoca descarga de contaminantes
Físico-químico Provee tratamiento adecuado
Nota: CC1 = Cámara de combustión primaria; CC2 = Cámara de combustión secundaria
Parámetros de Diseño:
Caminos de acceso Dimensiones del terreño. Posibilidad de expansión. Morfología del terreno. Actividad Sísmica. Valor Económico del Terreno. Condiciones Climatológicas. Existencia de Áreas protegidas. Valor ecológico del terreno.
Cálculos de diseño (Debe incluirse paso a paso todos los cálculos)
Estimación de costos
Costos Fijos
De operación:
Personal
El funcionamiento de la planta de incineración será de 24 horas interrumpidas, con un funcionamiento de 313 días al año. Se
estima un costo de 64,000 bolivianos al año.
Seguridad
Los gastos de seguridad se estiman 120,000 bolivianos al año
Análisis Ambiental
La norma exige un seguimiento de los parámetros de impacto más importantes estimados en unos 665,000 al año.
Retirada de escorias y cenizas
Se estima que el costo por el retirado de escorias es de 127,000 al año
Costos Variables
De operación:
Cal
La planta usara oxido de calcio para el proceso de desulfuración de gases. El costo se estima de 846,000 bolivianos al año.
Aditivos
Los aditivos serán usados para la limpieza de gases. El costo de estos es de 419,000 al año.
Varios
El costo de materiales e implementos generales de limpieza y material de oficina es de 200,000 bolivianos al año.
Costos de la planta
1. Infraestructura: 4, 000,000 bolivianos
2. Obra civil y Servicios: 6, 500,000 bolivianos
3. Estructura metálica: 2, 000,000 bolivianos
4. Horno: 70, 000,000 bolivianos
5. Caldera: 80, 000,000 bolivianos
6. Instrumentos para limpieza de gases: 6, 800,000 bolivianos
7. Aero Condensador: 21, 000,000 Bolivianos
8. Sistema Agua Vapor: 14, 500,000bolivianos
9. Turbo Alternador- 49, 000,000 bolivianos
10. Sistemas de Cenizas y Escoria: 12, 000,000 bolivianos
11. Sistemas de tratamiento de Agua: 3, 122,000 bolivianos
12. Básculas de Camiones: 700,000 bolivianos
13. Puente grúa y pulpo: 4, 669,000 bolivianos
14. Sistema eléctrico: 8, 000,000 bolivianos
15. Instrumentación y control: 28, 000, 000 bolivianos
16. Chimenea: 7, 000,000 bolivianos
17. Sistemas Auxiliares: 45, 600, 000 bolivianos
18. Pruebas y Puesta en Marcha: 3, 122,000 bolivianos
TOTAL: 366, 013,000 bolivianos
52, 287,572 U$ Dólares Americanos
Presupuesto General
El precio de una planta incineradora de Residuos Sólidos es de 52, 287,572 U$ Dólares Americanos
Conclusiones
El proceso y mantenimiento de una planta de incineración tiene ventajas y desventajas, dependiendo del tipo de inversor y de su
visión al crear esta empresa tiene que guiarse por distintos factores no solo el económico sino el ambiental y social.
Para dar una explicación mejor, es verdad que la planta es útil para desaparecer una gran cantidad de basura en corto tiempo,
también que se necesita una gran inversión en la maquinaria y además que es muy atractiva a los Municipios ya que se libran de
una carga fácilmente, sin embargo, esta planta generaría mucha contaminación que tal vez no sea fácil de controlar, es por ello
que para crearse esta planta hay que tener mucho cuidado porque puede ser un arma de doble filo y condicionemos la calidad
de vida de futuras generaciones.
Bibliografía (Debe identificar claramente las fuentes consultadas)
Tablas de Propiedades Calorificas(papel, carton, textiles): onsager.unex.es/Apuntes/Termo/Tablas-Tema-3.pdf
Tablas de Propiedades Calorificas(materia organica): www.dipucadiz.es/opencms/export/sites/.../Biomasa.pdf
Residuos Solidos Industriales (Tipos y clases de desechos): www.desechos- solidos .com/desechos- solidos - industriales .html
Potencia de Turbinas: http://usuarios.multimania.es/jrcuenca/Spanish/Turbinas/T-8.htm
Plantas de Incineracion Ejemplo 1: http://habitat.aq.upm.es/dubai/96/bp014.html