modelaciÓn de la incineraciÓn de residuos sÓlidos …
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MODELACIÓN DE LA INCINERACIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS COMO
ALTERNATIVA COMPLEMENTARIA AL RELLENO SANITARIO DOÑA JUANA EN
BOGOTÁ.
JORGE LEÓN SÁNCHEZ TOLOZA
DIRECTORA: LAURA MARCELA VARGAS LÓPEZ. MAGÍSTER EN INGENIERÍA
CIVIL
BOGOTA D.C.
2012
MODELACIÓN DE LA INCINERACIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS COMO
ALTERNATIVA COMPLEMENTARIA AL RELLENO SANITARIO DOÑA JUANA EN
BOGOTÁ.
RESUMEN:
En este estudio se analiza la recuperación de la energía de los residuos sólidos
urbanos (RSU) que se disponen en el Relleno Sanitario Doña Juana (RSDJ) a través
del proceso de incineración, para diferentes escenarios simulados. Se tiene en cuenta
la tendencia actual de generación de residuos fermentables, papel y cartón, textil, y
madera, su influencia en los flujos másicos y de energía en el sistema de incineración,
así como en la disminución del volumen de residuos que se disponen en el relleno y
por ende en el aumento de su vida útil. Para su desarrollo se utilizó el software
STELLA, información relacionada con la disposición de residuos en el relleno sanitario
y del crecimiento poblacional de los lugares que lo sirven. Los resultados obtenidos
permitieron estimar el poder calorífico teórico de los residuos analizados, la cantidad de
energía que podrían generar al ser incinerados y su influencia en la vida útil del relleno.
ABSTRACT:
This study analyzes the energy recovery from municipal solid waste (MSW) disposed at
Doña Juana sanitary landfill (RSDJ) through the incineration process, based on different
simulated scenarios. It considers the up to date tendency of generation of fermentable
waste, paper and cardboard, textiles, wood and metals and their influence in the fluxes
of mass and energy in the incineration system of MSW, as well as reducing the amount
of waste going to the landfill, helping to prolong its useful life. For its development was
used information related to the disposal of waste in the landfill, the population growth
rates of each cities that dispose of their waste in the landfill and the Stella software. The
results so obtained allowed the estimation of the calorific value of the typical MSW, and
the amount of energy that can be generated through the incineration process and its
influence on the lifetime of the landfill.
TABLA DE CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 1
2. OBJETIVOS.............................................................................................................. 2
2.1 Objetivo General .................................................................................................... 2
2.2 Objetivos Específicos ............................................................................................. 2
3. MARCO REFERENCIAL .......................................................................................... 3
3.1 Marco Conceptual .............................................................................................. 3
3.2 Marco Teórico .................................................................................................... 3
3.3 Estudios en el Área de Trabajo ........................................................................ 18
4. ÁREA DE ESTUDIO ............................................................................................... 19
5. MATERIALES Y MÉTODOS .................................................................................. 21
5.1 Diagrama de Flujo ............................................................................................ 21
5.2 Diseño del Estudio ........................................................................................... 21
5.3 Métodos de Recolección de Datos ................................................................... 22
5.4 Métodos de Análisis de Datos .......................................................................... 22
6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ............................................................................... 41
7. CONCLUSIONES ................................................................................................... 57
8. RECOMENDACIONES ........................................................................................... 59
9. REFERENCIAS ...................................................................................................... 59
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Zonificación Relleno Sanitario Doña Juana. ...................................................... 7
Tabla 2. Composición física de los RSU (%) del RSDJ................................................. 27
Tabla 3. Porcentaje Humedad total de los residuos sólidos urbanos del Relleno
Sanitario Doña Juana. ................................................................................................... 28
Tabla 4. Porcentaje de Humedad Típica de los RSU. ................................................... 29
Tabla 5. Porcentaje de Humedad estimada para Bogotá año 1981. ............................. 29
Tabla 6. Porcentaje de Humedad estimada para Bauru (Brasil) año 1997. .................. 30
Tabla 7. Porcentaje de Masa Húmeda y Humedad Total asumido en el estudio para
cada una de las categorías de los RSU del RSDJ. ....................................................... 30
Tabla 8. Porcentaje Cenizas para cada categoría de los RSU analizados. .................. 31
Tabla 9. PCI teórico para las diferentes categorías de RSU. ........................................ 32
Tabla 10. Residuos sólidos urbanos dispuestos en el Relleno Sanitario Doña Juana. . 33
Tabla 11. Contribución de cada categoría de RSU del RSDJ al PCI y PCIu. ................ 41
Tabla 12. PCI y PCIu del total de los RSU del RSDJ. ................................................... 45
Tabla 13. Rendimiento incineración y producción de escorias de la totalidad de los RSU
del RSDJ de acuerdo a su PCI y su PCIu. .................................................................... 46
Tabla 14. PCI y PCIu de los RSU del RSDJ considerando la segregación de los
fermentables. ................................................................................................................ 48
Tabla 15. Rendimiento incineración y producción de escorias de los RSU del RSDJ,
considerando la segregación de los fermentables, de acuerdo a su PCI y su PCIu. .... 49
Tabla 16. PCI y PCIu de los residuos plásticos y fermentables. ................................... 51
Tabla 17. Rendimiento incineración y producción de escorias de los residuos plásticos y
fermentables de acuerdo a su PCI y su PCIu. .............................................................. 52
Tabla 18. PCI y PCIu del 50% de los residuos fermentables. ....................................... 54
Tabla 19. Rendimiento incineración y producción de escorias del 50% de los residuos
fermentables de acuerdo a su PCI y su PCIu. .............................................................. 55
Tabla 20. Tabla Resumen principales resultados de los escenarios corridos en el
modelo. ......................................................................................................................... 57
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Rendimientos energéticos habituales en una incineradora ............................ 13
Figura 2. Simbología Stella Software ............................................................................ 17
Figura 3. Área de Estudio .............................................................................................. 20
Figura 4. Diagrama Metodológico ................................................................................. 21
Figura 5. Generación per cápita kg/año RSU población atendida en el RSDJ 2001 –
2020 .............................................................................................................................. 23
Figura 6. Composición Física Residuos Fermentables del RSDJ 1998 – 2012 ............ 24
Figura 7. Composición Física Residuos de Cartón y Papel del RSDJ 1998 – 2012 ..... 24
Figura 8. Composición Física Residuos Plásticos del RSDJ 1998 – 2012 .................... 25
Figura 9. Composición Física Residuos Textiles del RSDJ 1998 – 2012 ...................... 25
Figura 10. Composición Física Residuos de Madera del RSDJ 1998 – 2012 ............... 26
Figura 11. Composición Física Categoría de Residuos Otros del RSDJ 1998 – 2012 .. 26
Figura 12. % Humedad RSU Relleno Sanitario Doña Juana 1998 – 2012 .................... 28
Figura 13. Modelo General Incineración de Residuos Sólidos Urbanos ....................... 34
Figura 14. Sección Modelo - Generación de RSU. ....................................................... 35
Figura 15. Sección Modelo – Poder Calorífico de los RSU analizados. ........................ 37
Figura 16. Sección Modelo – Incineración de RSU. ...................................................... 38
Figura 17. Sección Modelo – Producción de cenizas incineración de RSU. ................. 39
Figura 18. Sección Modelo – Ocupación del RSDJ. ..................................................... 40
Figura 19. Vida útil del RSDJ sin contemplar la incineración ........................................ 44
Figura 20. Variación del acumulado de residuos en el RSDJ contemplando la
incineración del total de los RSU .................................................................................. 47
Figura 21. Variación del acumulado de residuos en el RSDJ contemplando la
incineración de RSU con segregación total de fermentables ........................................ 50
Figura 22. Variación del acumulado de residuos en el RSDJ contemplando la
incineración de los residuos plásticos y fermentables ................................................... 53
Figura 23. Variación del acumulado de residuos en el RSDJ contemplando la
incineración del 50% de los residuos fermentables. ..................................................... 56
ÍNDICE DE ANEXOS
Anexo 1. ......................................................................................................................... III
Anexo 2. .......................................................................................................................... V
Anexo 3. ........................................................................................................................ VII
Anexo 4 .......................................................................................................................... IX
1
1. INTRODUCCIÓN
Las actividades humanas en general siempre han generado residuos, en las ciudades
el problema aumenta debido a la densidad poblacional, cada vez más personas se
desplazan desde las zonas rurales a entornos urbanos debido a las actividades
económicas y la calidad de vida prestada a los habitantes, haciendo que las ciudades
se expandan (Zaman y Lehmann, 2011), evidencia de esto, es el aumento en el
número de grandes ciudades en los últimos tiempos (Mulligan y Crampton, 2005).
La población mundial según la ONU, a finales de octubre de 2011, alcanzó los 7 mil
millones de habitantes, lo que combinado con factores como el poder adquisitivo y las
costumbres, han generado un crecimiento en el consumo global de recursos y por lo
tanto en la generación de residuos, pero a un ritmo mucho más alto (Noguera y Olivero,
2010). La tasa de RSU generados parece ser proporcional a los estándares sociales,
es decir, en las sociedades más avanzadas y ricas las personas producen más
desechos (El-Haggar, 2007). “Se puede afirmar que en los países industrializados la
tasa varía entre 1.0 y 2.5 kg/día-hab, y puede llegar hasta 3. mientras que en los países
en desarrollo, la tasa se encuentra entre 0.2 y 0.5 kg/día-hab” (Feuerman, 2002).
El uso energético de los residuos sólidos municipales es una práctica bien establecida
en países desarrollados y constituye una de las mejores opciones para el tratamiento
de la mayor parte de estos residuos, especialmente ante limitaciones de espacio y
debido a los grandes costos para su transporte y manejo (Ramírez, 1997, p. 44). “Para
los países latinoamericanos donde los recursos son limitados y construir una cultura de
reciclaje toma tiempo, los rellenos sanitarios constituyen una opción segura a mediano
y corto plazo, amigable con el ambiente y además económica, en comparación con
otros métodos como la incineración” (Collazos, 2009 citado por Noguera y Olivero,
2010), pero a largo plazo no constituyen una opción viable, por lo que se hace
necesaria la adopción de métodos y alternativas complementarias para el manejo de
los residuos.
2
Bogotá D.C, contará con una población de 7.571.345 habitantes para finales de 2012
según proyecciones del DANE (2010), con un único sitio con capacidad y condiciones
técnicas, además de los permisos ambientales para disponer los residuos de la ciudad,
el Relleno Sanitario Doña Juana (UAESP, 2012a), con una vida útil de alrededor de 9
años, donde cada día se disponen en promedio 6.274 toneladas de RSU, unas
2.290.178 de toneladas al año (UAESP, 2012b) provenientes de Bogotá, y siete
municipios (Aluna Consultores Limitada, 2011).
Por lo anterior, y teniendo en cuenta las técnicas de transformación de los residuos
como opción complementaria, el presente estudio pretende evaluar la incineración,
considerando la generación de energía y la disminución del volumen de los residuos,
mediante el análisis de las variables relevantes que determinan la eficiencia del
proceso.
2. OBJETIVOS
2.1 Objetivo General
Evaluar la incineración como alternativa complementaria al Relleno Sanitario Doña
Juana en Bogotá, mediante la modelacion de las variables que influyen en el proceso.
2.2 Objetivos Específicos
Determinar el Poder Calorífico Inferior (PCI) y el Poder Calorífico Inferior Útil
(PCIu) de los RSU que se disponen en el RSDJ.
Establecer la cantidad de energía recuperada de la incineración de mezclas de
diferentes residuos dispuestos en el RSDJ.
Determinar la influencia de la incineración de RSU sobre la vida útil del RSDJ,
para los diferentes escenarios simulados.
3
3. MARCO REFERENCIAL
3.1 Marco Conceptual
Residuos Sólidos Convencionales: son objetos, materiales, sustancias o elementos
sólidos que por su naturaleza, uso, consumo o contacto con otros elementos, objetos o
productos no son peligrosos y el generador abandona, rechaza o entrega siendo
susceptibles de aprovechamiento o transformación en un nuevo bien, con valor
económico o de disposición final. Los residuos sólidos se dividen en aprovechables y
no aprovechables (Dimaté, 2012)
Residuos Sólidos Urbanos (RSU) o Residuos Sólidos Municipales (RSM): Material de
desecho que se genera en espacios urbanizados como consecuencia de actividades de
consumo, domésticas, de servicios, etc. (Castells, 2005).
3.2 Marco Teórico
Alternativas para el Tratamiento de Residuos Sólidos Urbanos
Procesos Biológicos
Compostaje
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. Este proceso generalmente debe ir acompañado de un pretratamiento, en el
cual se separa la parte orgánica biodegradable del resto de residuos y 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 de compostaje
activo, es necesario garantizar una correcta aireación de los residuos, lo cual se
puede llevarse a cabo mediante volteo, o bien por medio de ventiladores. Una
4
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
(Fernández, 2007).
Sistemas cerrados: en este caso el proceso de compostaje se lleva a cabo en
reactores o digestores, que permiten un control más 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 (Fernández, 2007).
Para lograr la descomposición de la materia orgánica, los microorganismos realizan
procesos enzimáticos para degradar las moléculas de estructura compleja, hasta llegar
a estructuras más simples. En este proceso utilizan el soporte de macro nutrientes
orgánicos como el Nitrógeno y el Fósforo (UAESP, 2011).
El carbono es la principal fuente de energía de síntesis de tejido celular para muchos
microorganismos. Si se quiere analizar la posibilidad de obtener compost a partir de los
RSU, el rango óptimo de la relación Carbono/Nitrógeno, debe estar comprendido entre
25 - 50 (Tchobanoglous et al., 1994).
Digestión anaerobia
La digestión anaerobia de los residuos (o biometanización) consiste en la
descomposición de la materia orgánica en ausencia de oxígeno, obteniendo dos
productos:
• Biogás, rico en metano que puede utilizarse para producir energía eléctrica.
• Digesto de materia orgánica, potencialmente utilizable en recuperación de suelos por
su alto contenido en nutrientes.
Este tipo de tratamiento debe ir precedido de un tratamiento de clasificación y seguido
de un proceso de compostaje para la estabilización del digesto (URBASER, s.f).
5
La utilización de esta tecnología para el tratamiento de RSU 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 (Fernández, 2007).
Este 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 - 35ºC.
Termofílica: en la cual los residuos permanecen menos tiempo (12 – 14 días) a
una temperatura de 55ºC.
La digestión mesofílica tiende 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.
El empleo de la digestión anaerobia para el tratamiento de RSU sin selección previa
presenta dificultades técnicas y económicas que han impedido su desarrollo
(Fernández, 2007).
Reciclaje
Las plantas de reciclaje permiten recuperar parte de los componentes (papeles,
cartones, metales, vidrios, plásticos, textiles, cauchos etc...) presentes en los RSU para
ser reutilizados. La tecnología a emplear en estas plantas dependerá de la composición
de los residuos a tratar, especialmente si éstos han sido separados en origen o no. En
el caso de instalaciones para el procesado de RSU sin clasificar, las instalaciones
deberán contar con sistemas que permitan separar los distintos componentes que
conforman los residuos. Las tecnologías a emplear a tal fin comprenden procesos de
separación manual, clasificación neumática, separación por densidad, separación
magnética, por corrientes de Foucault, etc. Así mismo, se pueden integrar a las plantas
6
de reciclaje plantas de compostaje o digestión anaerobia para el tratamiento de la
fracción orgánica biodegradable presente en los residuos (Fernández, 2007).
Relleno Sanitario
Un relleno sanitario es una técnica para la disposición de la basura en el suelo sin
causar perjuicio al ambiente y sin causar molestia o peligro para la salud y seguridad
pública. Este método utiliza principios de ingeniería para confinar la basura en el menor
área posible, reduciendo su volumen al mínimo practicable, y cubriendo la basura allí
depositada con una capa de tierra con la frecuencia necesaria al fin de cada jornada
(Meléndez, 2004).
El vertido controlado es el sistema de tratamiento de RSU más utilizado en la
actualidad, sin embargo directivas como la de la unión europea abogan por la
utilización de prácticas más sostenibles para el tratamiento de RSU tales como el
reciclado o la valorización energética. En cualquier caso, deberán seguir existiendo
instalaciones para el vertido controlado de los residuos procedentes de otros
tratamientos, tales como cenizas producto de incineradoras o material de rechazo de
plantas de reciclaje. Estas instalaciones requieren la utilización de un conjunto de
sistemas dirigidos a la recepción de los residuos, control de las emisiones y
minimización del impacto medio ambiental (Fernández, 2007).
Los productos resultantes del vertido de RSU con presencia de materia biodegradable
son biogás (compuesto de metano y dióxido de carbono) y lixiviados, por lo que los
vertederos controlados deberán estar equipados con sistemas de contención y
extracción de dichos productos. El gas obtenido puede emplearse posteriormente para
la generación de energía (Fernández, 2007).
Relleno Sanitario Doña Juana (RSDJ) - Ocupación
El área total del RSDJ comprende aproximadamente 560 hectáreas, de las cuales
solamente el 40% son utilizadas como relleno sanitario, en donde se han desarrollado o
están en proceso de desarrollo, las etapas de disposición de RSU y de residuos
hospitalarios (UAESP, 2010).
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Para su manejo operativo y ambiental, el RSDJ ha sido dividido geográficamente en
zonas de disposición tanto para residuos ordinarios como para residuos hospitalarios o
patógenos detalladas en la Tabla 1:
Tabla 1. Zonificación Relleno Sanitario Doña Juana.
Nombre Zona
Operación
Zona I Fue la primera zona del relleno y se dispuso desde septiembre de 1988 hasta septiembre 1993, actualmente clausurada y empradizada.
Zona I Caja VII
Zona de disposición entre septiembre de 1993 hasta febrero de 1995. Actualmente clausurada y empradizada.
Zona Mansión
Operada desde febrero de 1995 hasta octubre de 1995. Actualmente clausurada y empradizada.
Zona II
Zona operada desde octubre de 1995 hasta septiembre de 1997. El 27 de septiembre de 1997 el Relleno sanitario Doña Juana tuvo una explosión de basura por la acumulación de gases y lixiviados en la zona de II. Esta explosión tapono el cauce del rio Tunjuelito con aproximadamente 500.000 toneladas de basura, se reportó una desacomodacion de 3.000.000 de toneladas de basura dentro del relleno, fue declarada emergencia sanitaria en la ciudad de Bogotá. Luego de esto se construyó la planta de tratamiento de lixiviados y la operación del relleno tuvo un cambio para evitar explosiones futuras.
Zona III Esta zona está ubicada cercana a la Autopista al Llano y es donde se ubica el cementerio Serafín.
Zona IV Operada desde septiembre de 1997 hasta enero de 1999. Actualmente clausurada y empradizada.
Zona V En esta zona está ubicada la planta de lixiviados.
Zona VI Esta zona está dispuesta como zona de emergencia.
Zona VII Operada desde marzo de 2000 hasta noviembre de 2002.
Zona Patógenos
En esta Zona se recibían los residuos hospitalarios desde julio de 1998 hasta el noviembre de 2004, luego recibió una ampliación y se encuentra operativa.
Zona de Biosólidos
Destinada a recibir todos los biosólidos resultantes del tratamiento de la Planta de tratamiento El Salitre, en el año de 2007. También sirvió como frente de disposición en el año de 2010 y 2011. Actualmente en proceso de clausura.
Zona VIII Operada desde abril de 2002 hasta septiembre de 2010. Actualmente en proceso de clausura.
Zona de Optimización
Inaugurada el 1 de Julio de 2011, actualmente operando.
Fuente: Adaptado de (CGR, s.f).
Para la disposición de los residuos sólidos ha sido construida una serie de obras de
infraestructura de tipo hidráulico (canales de conducción de aguas lluvias, tubería de
conducción de lixiviado) vías de acceso a las diferentes zonas de disposición y frentes
de trabajo, pondajes para el almacenamiento de lixiviado, báscula de 30 Ton para el
pesaje de los vehículos transportadores de basura, campamento para la firma
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operadora e interventora, portería, planta de tratamiento de lixiviado y las zonas de
disposición mencionadas anteriormente (UAESP, 2010).
Operativamente, en el proceso de alistamiento de las terrazas para iniciar la disposición
de residuos, el terreno es preparado no solo en los aspectos geotécnicos y
topográficos, sino también en los dispositivos instalados para la impermeabilización del
suelo con geomembrana (geotextil) de acuerdo con el reglamento técnico RAS/2000,
con el propósito de evitar filtración de los líquidos generados en la descomposición de
los residuos mezclados con aguas lluvias, así como la captación y conducción de
dichos líquidos a través de filtros y canales se captura hacia los pondajes de
almacenamiento temporal y a la planta de tratamiento de lixiviados (UAESP, 2010).
En el 2008 la Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca CAR autorizó
mediante la resolución 2211/2008 la construcción y operación de la Fase I de
Optimización para disposición final de los RSU generados en el Distrito Capital y los
municipios del Oriente de Cundinamarca con una capacidad de 9.3 millones de
toneladas y una vida útil de 5 años en un terreno que abarca un área de 40 hectáreas,
esta fase inició operaciones el primero de julio de 2011; adicional a esto, se están
concluyendo los estudios que el concesionario: Centro de Gerenciamiento de Residuos
Doña Juana (CGR) debe presentar para aprobación de la CAR de la construcción y
operación de la Fase II de optimización para disposición de los residuos sólidos que
contará con una capacidad de 12.1 millones de toneladas, una vida útil de 5.4 años
(concluyendo en abril de 2021) abarcando un área dentro el relleno de 37 Hectáreas
(UAESP, 2012a), lo que le daría al RSDJ un máximo de 59.560.662 toneladas de
residuos para 2021.
En lo que respecta a los RSU que se han dispuesto en Doña Juana, durante el periodo
comprendido entre los años 1988 a Junio 2011, se dispusieron 38.160.662 toneladas
de residuos (UAESP, 2010) y (UAESP, 2012b).
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Procesos térmicos
Los procesos térmicos para el tratamiento de RSU comprenden la gasificación, la
pirolisis y la incineración. El empleo de las dos primeras tecnologías para el tratamiento
de residuos es relativamente reciente puesto que anteriormente su empleo se limitaba
a la industria petroquímica (Fernández, 2007).
Gasificación
La gasificación es un proceso en el que se convierte, mediante oxidación parcial a
temperatura elevada, una materia prima (generalmente sólida) en un gas con un
moderado poder calorífico. Normalmente, se trabaja con un 25-30% del oxígeno
necesario para la oxidación completa. Esta característica distingue a la gasificación de
otros procesos termoquímicos como la incineración (oxidación completa, generalmente
con exceso de oxígeno) y la pirólisis (descomposición térmica en ausencia de oxígeno)
(Castells, 2005).
En la gasificación, la energía química contenida en el sólido se convierte en energía
química contenida en un gas. Este gas se puede utilizar de forma mucho más flexible
(como materia prima de procesos químicos o como combustible en calderas, motores,
turbinas, o pilas de combustible). Las cenizas pueden considerarse un residuo o bien
valorizarse, usándolas como material de construcción o como fertilizante, fabricación de
vidrio, etc. Si la materia prima es un residuo con un bajo contenido en cenizas y estas
no son aprovechables, se habrá conseguido, en cualquier caso minimizar
considerablemente el volumen de residuo al tiempo que se inertiza y se aprovecha su
contenido energético. Así pues, la gasificación es una técnica energéticamente eficaz
para reducir el volumen de los residuos sólidos y recuperar su energía, convirtiéndose
en una de las vías más adecuadas a mediano y largo plazo para la obtención de
energía en el marco del desarrollo sostenible (Castells, 2005).
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Pirólisis
La pirólisis es la descomposición térmica de la materia orgánica como la presente en
los residuos, en ausencia de oxígeno, si el proceso es autotérmico, se introduce algo
de oxígeno con el fin de producir una combustión parcial que aporte calor al proceso.
Los compuestos basados en carbono contenidos en el residuo se descomponen dando
gases, hidrocarburos condensables y un residuo carbonoso o char (palabra que se
emplea en la tecnología para designar al coque). Si bien este fenómeno fisicoquímico
constituye una etapa previa a la combustión o a la gasificación, también se encuentra
como proceso industrial (Castells, 2005).
Incineración de Residuos Sólidos Urbanos
La incineración de los RSU es un tratamiento térmico de carácter destructivo de los
componentes de entrada, es una combustión controlada en la cual se reduce el
volumen y se puede aprovechar la energía liberada en el proceso. La gran
preocupación es en términos ambientales la emisión de gases complejos de carácter
peligroso, entre los que se encuentran las dioxina y furanos como producto de la
combustión de los RSU (OEI, 2008).
La Incineración se define como “Proceso por el que se someten los materiales sólidos y
líquidos, sean residuales o no, a un régimen de temperaturas medias (850 - 1.200 °C),
por efecto de las reacciones de oxidación exotérmica de los propios residuos y, si es
preciso, de combustible aportado, en presencia de exceso de oxígeno suficiente para
que casi toda (>99,99%) la fracción orgánica presente pase a la forma gaseosa, los
compuestos oxidables a esa temperatura se hayan combinado con el oxígeno, y la
fracción inorgánica se haya reducido a escorias (vidrio, piedras, metales) y cenizas”
(Castells, 2005).
Los sistemas de incineración de residuos pueden diseñarse para trabajar con dos tipos
de combustibles de residuos sólidos: residuos sólidos no seleccionados (quemados en
bruto) y residuos sólidos procesados en forma de combustible derivado de residuos
(Tchobanoglous et al., 1994).
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Tradicionalmente los RSU o asimilables se han quemado en hornos provistos con
parrillas. De estas existen muchos tipos, pero en líneas generales se pueden clasificar
en: Parrillas fijas o móviles y rodillos (Castells, 2005).
Principales tipos de hornos incineradores
Actualmente existen diversas tecnologías disponibles para la combustión de RSU,
siendo las principales:
• Hornos de lecho fluidizado.
• Hornos de parrillas
• Hornos rotativos
El Horno de Lecho Fluidizado
Este tipo de horno ha sido concebido para el tratamiento de materiales difíciles, con un
poder calorífico inferior (PCI) bajo o diferencias de tamaño en el combustible y en la
alimentación. El principio de funcionamiento estriba en la gran transferencia de calor
que se lleva a cabo desde las partículas de refractario que constituyen el lecho que se
mantiene en constante agitación, gracias al caudal de fluidificación. La alimentación se
realiza por la parte central del lecho. Una de las características más importantes de los
lechos fluidizados es su rápido transporte de calor, por lo que se utilizan cuando exigen
gran precisión en el control de la temperatura. Las partículas serán recogidas en un
ciclón (OEI, 2008).
Incinerador de Lecho Fluidizado Circular
Es un incinerador diseñado para tratar de 500 a 5000 kg/hora, comprende siete
módulos y con gran facilidad de transportar, la superficie que ocupa es de 500m2. La
destrucción térmica de los componentes tiene lugar en la cámara de combustión, la
cual comprende la cámara de combustión, ciclón, y parrilla de distribución de aire. El
ciclón se encarga de remover las partículas del flujo de gas de combustión y retornarlas
a la cámara de combustión vía válvulas, las cuales previenen el contraflujo de los
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gases de combustión. Todos los componentes internos del incinerador están protegidos
de la abrasión y corrosión por materiales aislantes (OEI, 2008).
Los Hornos de Parrillas
Este horno es lo suficientemente flexible como para manipular una gran variedad de
residuos de diversos valores de PCI y caudales de alimentación, mientras que se
genera una cantidad mínima de residuos. Se pueden clasificar en: Parrillas fijas o
móviles y rodillos. La ventaja de este sistema es que admite residuos no seleccionados
“todo uno”, no obstante ello se lleva a cabo con base en el empleo de unas parrillas
metálicas que, obviamente tienen un mantenimiento y unas limitaciones (OEI, 2008).
El Horno Rotatorio
Es la modalidad de horno que suele usarse para la incineración de residuos
industriales, cárnicos o bien cuando se trata de incinerar mezclas de residuos con PCI
no bien definidos. Esencialmente consta de un cilindro con revestimiento de material
cerámico en su interior, que va girando a una velocidad variable y montado también en
una inclinación que permita regular el tiempo de residencia de los sólidos (OEI, 2008).
Rendimiento Típico de un Incinerador
El rendimiento de un sistema de incineración no depende esencialmente del tipo de
horno, es decir, igual rendimiento pueden dar hornos del tipo rotativo, parrilla, o lecho
fluidizado. Desde esta óptica el rendimiento debe definirse como la transformación de
solidos combustibles en gases, ver Figura 1. Al dar el rendimiento de un sistema horno-
caldera es importante fijar el poder calorífico del residuo tratado, ya que al incrementar
el PCI aumenta el rendimiento debido a que el volumen de gases de combustión es
relativamente mayor para mayores PCI. Cuanto menor sea, menor energía generada
(Castells, 2005).
Es muy importante al hablar de rendimientos considerar:
Exceso de aire o (O2): siendo este la cantidad de aire necesaria para oxidar
correctamente el combustible RSU, entre mayor sea el requerimiento de exceso de
13
aire, la estación de depuración de gases deberá ser más grande y se gastará más
combustible en la cámara de combustión (Castells, 2005).
Humedad de los RSU: es claro que si el residuo contiene más humedad ello irá en
detrimento de la fracción combustible y, por tanto de la energía generada. Además toda
esta agua debe calentarse y evaporarse a costa de parte de la energía del combustible
(Castells, 2005).
Figura 1. Rendimientos energéticos habituales en una incineradora
Fuente: (Castells, 2005).
En resumen, la incineración consiste en un sistema de conversión energético con un
rendimiento global del orden del 20% al 24% (Castells, 2005). Sin embargo, Poletto y
da Silva (2009) reportan eficiencias teóricas del 28% para plantas de incineración de
RSU, al igual que Morales (1981) de acuerdo con datos experimentales obtenidos de
instalaciones en funcionamiento.
La cantidad de energía que se puede generar estará dada por la siguiente expresión
(Morales, 1981):
Erec = M * PCI *nT kW
860
En donde:
Erec = energía recuperada
14
M = flujo de masa de residuos kg/hora
PCI = Poder Calorífico Inferior en Kcal/kg
nT= Eficiencia o rendimiento total de la planta
860 = factor de conversión Kcal/kW-hora
Flujo de masa: M = PPC * Ma
24 En donde:
Ma = número de habitantes
P.P.C = producción per cápita de basuras
Poder Calorífico
El poder calorífico de un combustible es la cantidad de energía (KJ o kcal) que produce
la combustión de 1 kilo del mismo. El poder calorífico superior (PCS) es el calor que
desprende 1 kilo de combustible completamente seco, contando con el calor latente de
vaporización del agua formada por la combustión del hidrógeno (si lo hay) (Castells,
2005).
El poder calorífico Inferior (PCI) es la cantidad de calor neto desprendido por unidad de
combustible sin enfriar o condensar los productos de la combustión, con lo que se
pierde el calor contenido en el vapor de agua formado en la combustión. El PCI es
siempre menor que el PCS, y es el valor que se tiene en cuenta al hablar de las
cualidades energéticas de un producto (Castells, 2005).
En los procesos industriales no se aprovecha el calor de condensación del vapor,
puesto que los gases se evacuan a una temperatura superior al punto de rocío. De ahí
que en la práctica se use el poder calorífico inferior (PCI). Obviamente, en los
combustibles exentos de hidrógenos el PCS y el PCI coinciden (Castells, 2005).
Si el combustible está húmedo (h porcentaje de agua) interviene el concepto de poder
calorífico inferior útil (PCIu) que según Castells (2005), aproximadamente, vale:
PCIu = PCI*(1-h)-600*h
15
Humedad
Dentro de las propiedades físicas de los RSU se destaca la humedad, presente en los
RSU, oscila alrededor del 40% en peso, con un margen que puede situarse entre el 25
y el 60%. La máxima aportación la proporcionan las fracciones orgánicas, y la mínima,
los productos sintéticos. Esta característica debe tenerse en cuenta por su importancia
en los procesos de compresión de residuos, producción de lixiviados, transporte,
procesos de transformación, tratamientos de incineración y recuperación energética y
procesos de separación de residuos en plantas de reciclaje (Ambientum, s.f.).
En los residuos urbanos, la humedad tiende a unificarse y unos productos ceden
humedad a otros. Esta es una de las causas de degradación de ciertos productos como
el papel, que absorbe humedad de los residuos orgánicos y pierde características y
valor en los procesos mecánicos de reciclaje sobre el reciclado en origen, que evita
este contacto (Ambientum, s.f.).
Producción de Cenizas o Escorias
Aunque la incineración reduce el volumen de los residuos considerablemente,
alrededor de un 70%, las cenizas que se generan y qué hacer con ellas sigue siendo
un problema. Una gran parte de las cenizas va a parar a los vertederos, lo que es una
solución parcial: si bien es un volumen menor de residuos, lo cierto es que se genera
basura muy rápidamente, y los vertederos crecen desmesuradamente (CSIC, 2003).
Una alternativa es encontrar otro destino a las cenizas. En EE.UU, el uso de "bottom
ashes" o cenizas que se depositan en el fondo (escorias) de las calderas, como
material de relleno de terraplenes y como base y sub-base de carreteras está muy
extendido (CSIC, 2003).
La principal diferencia entre los términos “ceniza” y “ceniza volante”, es que la ceniza
volante, debido a su pequeño tamaño de partícula, es arrastrada por los gases que se
generan durante la combustión y queda retenida en los sistemas de depuración de
gases, mientras que las denominadas “cenizas” (escorias), son las que por su mayor
tamaño de partícula no son arrastradas por los gases y quedan en el fondo del horno,
16
de ahí que en inglés se las denomine “bottom ash” (cenizas del fondo). Además del
diferente tamaño de partícula, la composición de ambos tipos de cenizas es también
diferente y determina las posibles aplicaciones y tratamientos que se les pueden dar
(CSIC, 2003).
Según Castells (2005) las escorias de los RSU son una mezcla heterogénea de
metales, vidrios, piedras, cerámica, escombros, material sin quemar, etc., La escoria es
básicamente un material alcalino, los óxidos de Si, Ca, Na, Al, Fe, Mg y K superan el
75% en peso. El material orgánico puede oscilar entre el 3 – 20%.
Así bien de acuerdo con Castells (2005) las escorias son un síntoma de la eficacia de
la combustión, expresado de la siguiente manera.
Escorias bien quemadas: proceden de las grandes instalaciones de incineración en
continuo. Suelen representar el 10% del residuo respecto al RSU entrante en volumen
o entre el 20% y el 30% del residuo en peso.
Escorias Intermedias: corresponden a aquellos hornos que generan el 20% de residuo
en volumen o bien del 25% al 35% del residuo entrante en peso.
Escorias mal quemadas: Se producen en procesos intermitentes de alimentación muy
deficiente. Su cantidad supone entre el 30% y el 40% en volumen respecto al total del
residuo entrante.
Modelación
Se denomina modelo al conjunto de conceptos y ecuaciones que nos permiten
aproximarnos a la realidad de un fenómeno, existen diversas herramientas informáticas
que permiten la creación de formulaciones predefinidas sobre diferentes casos
específicos (Paredes, 2004). Para el desarrollo de este estudio se utilizó el software
STELLA versión 7.0.2 para Windows.
17
Software STELLA 7.0.2
A continuación se presenta una descripción general del software basada en su manual
práctico.
Stella es un programa de simulación por computadora, que proporciona un marco de
referencia y una interfase gráfica de usuario para la observación e interacción
cuantitativa de las variables de un sistema.
La interfase se puede utilizar para describir y analizar sistemas biológicos, físicos,
químicos o sociales muy complejos. Complejidad que se puede representar muy bien,
con sólo 4 elementos o bloques de construcción: stock, flujo, conector y convertidor, ver
Figura 2.
Figura 2. Simbología Stella Software
Stock: Es un símbolo genérico para cualquier cosa que acumula o consume recursos.
Por ejemplo. Agua acumulada en una tina de baño. En cualquier tiempo, la cantidad de
agua en la tina refleja la acumulación del agua que fluye desde la llave, menos lo que
fluye hacía el drenaje. La cantidad de agua es una medida del stock de agua.
Flujo: Un flujo es la tasa de cambio de un stock. En el ejemplo de la tina de baño, los
flujos son el agua que entra y el agua que sale.
Convertidor: Un convertidor se utiliza para tomar datos de entrada y manipularlos para
convertir esa entrada en alguna señal de salida. En el ejemplo de la tina de baño, si se
toma el control de la llave que vierte el agua al interior, el convertidor toma como
entrada esta acción en la llave y convierte la señal en una salida que se refleja en la
salida de agua.
18
Conector: Un conector es una flecha que le permite a la información pasar entre:
convertidores; stocks y convertidores; stocks, flujos y convertidores. Un conector cuya
dirección va de un convertidor 1 a un convertidor 2 significa que el convertidor 2 es
función del convertidor 1. En otras palabras, el convertidor 1 afecta al convertidor 2.
3.3 Estudios en el Área de Trabajo
La Corporación Alfa & Omega, publica en su página web el proyecto de
construcción a partir de 2005 de una Planta Incineradora de Residuos Sólidos para
el Norte de Bogotá, con la reducción de los volúmenes dispuestos en el RSDJ,
prolongando su vida útil remanente de 12 a 17 años, sin embargo la corporación
afirma que debido a voluntad política el proyecto no se llevó acabo.
La Universidad de los Andes en el año 2005 realizó un Estudio de Caracterización y
Cuantificación de los Materiales Potencialmente Reciclables presentes en los
Residuos Sólidos Municipales generados en Bogotá, D.C encomendado por la
Unidad Ejecutiva de Servicios Públicos (UESP) actual (UAESP).
La Organización de Estados Iberoamericanos (OEI) y la Alcaldía Mayor de Bogotá
D.C. en el 2008 realizaron un estudio de Prefactibilidad de Alternativas y
Tecnologías para el Manejo de los Residuos Ordinarios en la Ciudad de Bogotá, en
el que se evaluaron las siguientes alternativas: reducción en la fuente, compostaje,
tratamiento mecánico de Residuos Sólidos Orgánicos – Tratamiento Mecánico
Biológico, incineración y gasificación, y en donde se concluyó que el compostaje es
la alternativa tecnológica que más viabilidad presenta. En lo concerniente a la
incineración el estudio afirma que es una tecnología muy costosa, comparada con
las demás evaluadas (OEI & Alcaldía Mayor de Bogotá 2008).
La universidad Nacional para 1981 llevó a cabo un estudio sobre la posibilidad de
producir energía por medio de la incineración de las basuras provenientes de la
ciudad de Bogotá, estableciendo un PCI útil de 1.840 kcal/kg, para una producción
per cápita de residuos de 0,93 kg/hab-día, una población de 5.000.000 de
19
habitantes, estableciendo un flujo de masa de 193.750 Kg/hora y una producción de
energía de 116.070 kW – hora (Morales, 1981).
4. ÁREA DE ESTUDIO
Colombia, con 46.581.823 millones de habitantes (Proyección DANE para el año 2012),
genera a diario 27.300 toneladas de residuos sólidos (Secretaría Distrital del Habitat,
2011).
Actualmente, el 77% (847 municipios) de los municipios del país disponen en promedio
22.998 ton/día en rellenos sanitarios y plantas de tratamiento. Colombia cuenta con 308
rellenos sanitarios que reciben los residuos de 764 municipios; de los cuales 90 son
celdas transitorias donde se dispone el 3% de la producción de residuos sólidos del
país, esto es 680 ton/día (Superintendencia de Servicios Públicos Domiciliarios-SSPD,
2010).
Los residuos sólidos se generan a diferentes niveles: municipal, doméstico,
institucional, industrial, construcción y agrícola (Tchobanoglous et al., 1994).
Bogotá D.C, contará una población de 7.571.345 habitantes para finales de 2012 según
proyecciones del DANE (2010), con un único sitio con capacidad y condiciones
técnicas, además de los permisos ambientales para disponer los residuos de la ciudad,
el Relleno Sanitario Doña Juana (UAESP, 2012a), donde cada día se disponen en
promedio 6.274 ton de RSU, unas 2.290.178 de toneladas al año (Datos suministrados
por la UAESP para el año 2011) provenientes de Bogotá, Quetame, Une, Caqueza,
Chipaque, Ubaque, Choachí y Fosca (Aluna Consultores Limitada, 2011), ver Figura 3.
20
Figura 3. Área de Estudio
Fuente: Construcción a partir de (Planeación, 2001) y (Wolff, 2006).
Según la Secretaría Distrital del Hábitat (2011), en la ciudad se recupera en promedio
el 10,7% de los residuos sólidos, alrededor de 650 ton/día o 237.000 ton/año para
2011, de las cuales aproximadamente el 99% son recuperadas gracias a la labor que
realizan los recuperadores y clasificadores de oficio y el 1% restante a través de las
Ruta de Recolección Selectiva (RRS) implementadas en la ciudad desde septiembre de
2006 (UAESP, 2008), y que actualmente cuentan con un cubrimiento aproximado al
30% del total de usuarios del servicio público de aseo (UAESP, 2010).
De acuerdo con un estudio realizado por la UESP y el DANE (2004), en Bogotá hay
18.506 personas relacionadas con la actividad del reciclaje, de las cuales 8.479 se
dedican directamente a esta labor, cifra que según García (2011) tiende a incrementar
21
debido al fenómeno del desplazamiento y a la falta de opciones de trabajo, miles de
personas encuentran en esta labor una opción de supervivencia que no exige
formación ni contrato laboral. Su nivel de educación es bajo, solo el 58% tiene algún
grado de formación en primaria y cerca del 17% son analfabetas (UESP y DANE,
2004). Así mismo según datos de la Secretaría de Hábitat (2011), un reciclador trabaja
entre 8 y 10 horas al día, recorre 2 kilómetros, revisa 200 canecas de basura y obtiene
un promedio de ingreso de 7.000 pesos diarios.
5. MATERIALES Y MÉTODOS
5.1 Diagrama de Flujo
La Figura 4 presenta el diagrama metodológico desarrollado en el presente estudio.
Figura 4. Diagrama Metodológico
5.2 Diseño del Estudio
Para el diseño del estudio, primero a través de una revisión bibliográfica, se
identificaron las variables que influyen en el rendimiento de los procesos de
incineración de RSU, considerando únicamente las que se relacionan con los residuos,
(composición física, (%) de humedad total, (%) de masa húmeda, PCI y PCIu).
Se analizó la información disponible sobre las caracterizaciones que se hacen de los
RSU del RSDJ y sobre las estimaciones y proyecciones del crecimiento poblacional de
22
los municipios que disponen sus residuos en el relleno. A partir de ello, se realizó un
ejercicio de modelación de 5 escenarios en los que se consideró el aumento de la
población, el aumento de la generación de RSU per cápita, la incineración de la
totalidad de dichos RSU, y de diferentes cantidades y composiciones. Analizando las
variaciones en el PCI y PCIu, el rendimiento del incinerador en términos de GW, su
producción de cenizas en términos de toneladas, y la influencia que tendría la
incineración de residuos en la vida útil del RSDJ, para cada escenario. Lo anterior se
realizó mediante el software STELLA versión 7.0.2 para Windows.
5.3 Métodos de Recolección de Datos
Para el desarrollo del estudio, fue utilizada información secundaria de las estimaciones
de población 1985 - 2005 y proyecciones de población 2005 – 2020 del DANE (2010)
para los municipios que disponen sus RSU en el RSDJ, ver Anexo 1, las estadísticas
mensuales de RSU dispuestos en el RSDJ, ver Anexo 2, las caracterizaciones de RSU
del RSDJ de junio de 1998 a junio de 2009 a partir de (UNIANDES, 2009), de
diciembre de 2009 a enero de 2011 a partir de (ConCol, 2011) y de abril 2012 a partir
de (UNIANDES, 2012), ver Anexo 3, e información disponible en literatura de
(Ambientum, s.f., Morales, 1981, Castells, 2005, Poletto y da Silva, 2009).
5.4 Métodos de Análisis de Datos
Generación per cápita de RSU
Para el cálculo de la generación de residuos sólidos per cápita/día del año 2001 al
2021, no se distinguió entre municipios, se simuló a través de la tasa de crecimiento de
disposición de RSU en el RSDJ 2001 - 2011 y la tasa de crecimiento poblacional de los
municipios que disponen sus RSU en el RSDJ 2001 - 2020, resultando en una
generación per cápita de 270 kg/año para 2001 es decir 0,74 kg/día, hasta 330 kg/año
para 2021 es decir 0,9 kg/día, ver Figura 5, por lo tanto es importante considerar que
éstos datos no corresponden al per cápita real de RSU generados en Bogotá ni el de
los demás municipios analizados, debido a que las generación de residuos per cápita
23
varía de acuerdo a las condiciones particulares de cada municipio (gestión de RSU,
transporte, actividades económicas, etc).
Figura 5. Generación per cápita kg/año RSU población atendida en el RSDJ 2001 – 2020
Composición Física de RSU del RSDJ
Para la simulación de la composición física de RSU dispuestos en el RSDJ, se
identificaron las siguientes categorías de residuos, de acuerdo a las caracterizaciones
realizadas para el RSDJ; fermentables mal llamados orgánicos, ver Figura 6; (orgánico
también es el papel o el cartón, pero éstos no fermentan), cartón y papel, ver Figura 7,
plásticos, ver Figura 8, textil, ver Figura 9, madera, ver Figura 10 y otros, ver Figura 11;
correspondiente a caucho, cuero, cerámica, hueso, ladrillo, metales, minerales y vidrio.
A partir de esto, se obtuvo un promedio histórico para cada categoría, así mismo se
obtuvo un promedio para cada categoría de residuos del periodo entre septiembre de
2006 a Abril de 2012 (en cuadro rojo) ya que al analizar el comportamiento de cada
gráfica, a partir de este periodo se identificó una tendencia para la mayoría de los
residuos, con el fin de obtener resultados que se aproximen más a una tendencia futura
y no se vieran sesgados por los datos anteriores.
24
Figura 6. Composición Física Residuos Fermentables del RSDJ 1998 – 2012
Figura 7. Composición Física Residuos de Cartón y Papel del RSDJ 1998 – 2012
25
Figura 8. Composición Física Residuos Plásticos del RSDJ 1998 – 2012
Figura 9. Composición Física Residuos Textiles del RSDJ 1998 – 2012
26
Figura 10. Composición Física Residuos de Madera del RSDJ 1998 – 2012
Figura 11. Composición Física Categoría de Residuos Otros del RSDJ 1998 – 2012
27
De lo anterior se obtiene la Tabla 2 en donde se expresa el promedio histórico para
cada categoría de RSU y el promedio de la tendencia de septiembre de 2006 a abril de
2012:
Tabla 2. Composición física de los RSU (%) del RSDJ.
Categoría Residuo Promedio Histórico
Jun 1998 – Abril 2012 Promedio Tendencia Sep
2006 - Abril 2012
Fermentables 66 77,4
Papel y Cartón 8,3 5,4
Plástico 17,18 10,9
Textil 3,80 3,0
Madera 0,86 0,6
Otros 4,64 3,1
100 100
Para efectos de este estudio se consideran los datos de la tendencia septiembre 2006
a abril 2012, como ya se mencionó, con el objetivo de aproximarse más a una
tendencia futura.
Humedad
Las caracterizaciones de residuos obtenidas, establecen una variación del contenido de
humedad total para los RSU dispuestos en el RSDJ mes a mes, está variación se
presenta en la Figura 12. A partir de esto se obtuvo un promedio histórico y un
promedio de septiembre de 2006 a Abril de 2012 (en cuadro rojo) de acuerdo al
establecido para las categorías de residuos.
28
Figura 12. % Humedad RSU Relleno Sanitario Doña Juana 1998 – 2012
De lo anterior se obtiene la Tabla 3, en donde se presenta el promedio histórico del
porcentaje de humedad y el promedio de la tendencia de septiembre de 2006 a abril de
2012.
Tabla 3. Porcentaje Humedad total de los residuos sólidos urbanos del Relleno Sanitario Doña Juana.
Promedio Histórico Jun 1998 – Abril
2012 Promedio Tendencia Sep 2006 -
Abril 2012
% Humedad 50,2 52,2
Para efectos de este estudio se considera el promedio del porcentaje de humedad de la
tendencia septiembre 2006 a abril 2012.
Masa Húmeda
El porcentaje de masa húmeda de cada categoría de RSU debe tenerse en cuenta por
su importancia en los tratamientos de incineración y recuperación energética
(Ambientum, s.f.), sin embargo las caracterizaciones de RSU del RSDJ solamente
establecen el porcentaje de humedad total 52,2%, mas no, el porcentaje de humedad
para cada categoría con el que se obtendría el porcentaje de masa húmeda para cada
una.
29
Se resolvió a partir de los porcentajes de humedad para cada residuo reportados por
tres fuentes diferentes; ver Tabla 4,Tabla 5 y Tabla 6, y considerando la composición
física de los RSU del RSDJ, calcular para cada caso los porcentajes de masa húmeda
para cada categoría de RSU y el de humedad total.
Una vez calculados, los tres resultados de humedad total se compararon con el
determinado según las caracterizaciones del RSDJ, estableciendo cual se aproximaba
más, y así determinar los porcentajes de masa húmeda y humedad total con los que se
iba a correr el modelo.
Tabla 4. Porcentaje de Humedad Típica de los RSU.
Categoría Residuo
% Composición Física RSDJ
* % Humedad %Masa Húmeda
% Masa seca
Fermentables 77,4 65,0 50,33 27,1
Papel y Cartón 5,4 24,0 1,28 4,1
Plástico 10,09 2,0 0,22 10,7
Textil 3,0 19,0 0,58 2,5
Madera 0,6 24,0 0,13 0,4
Otros 3,1 5,0 0,16 3,0
TOTAL 100,0 % Humedad Total 52,70 47,74
Fuente: *(Ambientum, s.f.).
Tabla 5. Porcentaje de Humedad estimada para Bogotá año 1981.
Categoría Residuo
% Composición Física RSDJ
*% Humedad %Masa Húmeda
% Masa seca
Fermentables 77,4 56,2 43,52 33,9
Papel y Cartón 5,4 22,6 1,21 4,1
Plástico 10,09 0,0 0,00 10,9
Textil 3,0 3,7 0,11 2,9
Madera 0,6 1,3 0,01 0,5
Otros 3,1 5,0 0,16 3,0
TOTAL 100,0 % Humedad Total 45,00 55,44
Fuente: *(Morales, 1981).
30
Tabla 6. Porcentaje de Humedad estimada para Bauru (Brasil) año 1997.
Categoría Residuo
% Composición Física RSDJ
*% Humedad %Masa Húmeda
% Masa seca
Fermentables 77,4 70,0 54,20 23,2
Papel y Cartón 5,4 6,0 0,32 5,0
Plástico 10,09 2,0 0,22 10,7
Textil 3,0 10,0 0,30 2,7
Madera 0,6 20,0 0,11 0,4
Otros 3,1 5,0 0,16 3,0
TOTAL 100,0 % Humedad Total 55,32 45,13
Fuente: *(Poletto y da Silva, 2009).
De acuerdo a lo anterior, el porcentaje de humedad total que más se aproximan con el
del RSDJ, es el calculado a partir de (Ambientum). Por lo que los porcentajes
calculados de masa húmeda y humedad total a partir de este autor, serán los que se
asuman para efectos del modelo, ver Tabla 7.
Tabla 7. Porcentaje de Masa Húmeda y Humedad Total asumido en el estudio para cada una de las categorías de los RSU del RSDJ.
Categoría Residuo % Masa Húmeda
Fermentables 50,33
Papel y Cartón 1,28
Plástico 0,22
Textil 0,58
Madera 0,13
Otros 0,16
% Humedad Total 52,70
31
Producción de escorias
Aunque la incineración reduce el volumen de los residuos considerablemente,
alrededor de un 70%, las cenizas que se generan y su disposición sigue siendo un
problema. Una gran parte de las cenizas va a parar a los vertederos, lo que es una
solución parcial, sin embargo, dependiendo de sus características, pueden ser
aprovechables como material de construcción.
Ya que a partir de las caracterizaciones del RSDJ no es posible obtener el porcentaje
de escorias real para cada categoría de los RSU al ser incinerados, se establecieron
estos a partir de los valores teóricos reportados por (Castells, 2005), considerando la
composición física de los residuos dispuesto en el RSDJ.
Se estableció una producción de cenizas total con respecto al peso de los RSU al
ingresar al incinerador del 30%, es decir del 33% para el material orgánico papel y
cartón, textiles, madera y del 10 % para el Plástico.
Tabla 8. Porcentaje Cenizas para cada categoría de los RSU analizados.
Categoría de Residuo
% Composición Física
% Cenizas Equivalente en
toneladas
Fermentables 77,4 33 1.663 Papel y cartón 5,4 33 114,96 Plástico 10,09 10 71,19 Textil 3,0 33 65,41 Madera 0,6 33 11,93 % Peso Ceniza
Total 100 - 1.926 30
Los porcentajes de cenizas para cada categoría de residuos anteriormente calculados y
el porcentaje total de cenizas son asumidos para efectos del estudio.
32
Poder Calorífico Inferior - PCI y Poder Calorífico Inferior Útil – PCIu
El poder calorífico Inferior PCI se estableció a partir del PCI teórico reportado por
(Castells, 2005) para las diferentes categorías de RSU, ver Tabla 9, pero teniendo en
cuenta las variaciones en masa seca y húmeda para cada residuo.
Tabla 9. PCI teórico para las diferentes categorías de RSU.
Categoría de Residuo PCI kcal/kg
Fermentables 5000
Papel y cartón 4200
Plástico 6500
Textil 3600
Madera 4400
El poder calorífico inferior útil - PCIu se calculó a partir de la siguiente fórmula (Castells,
2005):
PCIu = PCI*(1-h)-600*h
Rendimiento o Eficiencia del Incinerador
Según los valores reportados por Castells (2005) para el rendimiento de un incinerador
típico del orden del 20 y 24% y los reportados por (Morales, 1981) y por (Poletto y da
Silva, 2009) del orden del 28%, para el presente estudio se establece un rendimiento
del incinerador del 24%.
Ocupación Relleno Sanitario Doña Juana - RSDJ
En lo que respecta a los RSU que se han ubicado en el RSDJ, durante el periodo
comprendido entre los años 1988 a Junio 2011 se dispusieron 38.160.662 toneladas de
residuos (UAESP, 2010) y (UAESP, 2012b), ver Tabla 10.
33
Tabla 10. Residuos sólidos urbanos dispuestos en el Relleno Sanitario Doña Juana.
TOTAL RESIDUOS DISPUESTO RSDJ
Año Residuos Sólidos Urbanos (ton/año)
1988 (Nov)* 158.391
1989* 999.852
1990* 1.072.415
1991* 1.052.743
1992* 1.171.423
1993* 1.429.920
1994* 1.485.170
1995* 1.553.561
1996* 1.609.219
1997* 1.589.311
1998* 1.736.171
1999* 1.766.334
2000* 1.350.000
2001** 1.746.779
2002** 1.844.015
2003** 1.837.188
2004** 1.930.752
2005** 1.974.971
2006** 2.132.326
2007** 2.091.331
2008** 2.161.587
2009** 2.096.427
2010** 2.239.216
2011 (Ene - Jun)** 1.131.562
TOTAL 38.160.662 (ton) Capacidad a Disponerse
(Jul 2011 - Abr 2016)*** Fase I Optimización 9.300.000 (ton)
(Mayo 2016 - Abr 2021)*** Fase II Optimización 12.100.000 (ton)
TOTAL Residuos a disponer en el RSDJ (Nov 1988 - Abr 2021)
59.560.662 (ton)
Fuente: Construcción a partir de *(UAESP, 2010), **(UAESP, 2012b) y ***(UAESP, 2012a).
La capacidad máxima de los RSU a disponer hasta abril de 2021 es de 59.560.662
toneladas, la cual es considerada en este estudio para las simulaciones de la vida útil
del relleno.
A partir del análisis de datos se construyó el siguiente modelo:
34
Figura 13. Modelo General Incineración de Residuos Sólidos Urbanos
35
Cada sección del anterior modelo se describe a continuación:
Generación de RSU: La población de Bogotá para el año 2000 y la generación de
RSU per cápita anual para el mismo periodo, se definió a partir de los datos reportados
por el DANE (2010) de 6.365.259 habitantes y calculados a partir de UAESP (2012b)
de 269.76 kg/año, que se definieron en los STOCKS (POB BOG) y (kg Residuos Per
Cápita año), a partir de esto, se simuló la generación de RSU anual 2001 a 2020 (kg
RESIDUOS AÑO), a través del producto del aumento de la población con una tasa de
crecimiento del orden de 116.892 habitantes/año y la generación de RSU per cápita,
con una tasa de aumento de 3 kg habitante/año. Ver Figura 14.
Figura 14. Sección Modelo - Generación de RSU.
36
Poder Calorífico: Teniendo en cuenta que el poder calorífico de un combustible es la
cantidad de energía (KJ o kcal) que produce la combustión de 1 kilo del mismo, para
cada categoría de RSU analizada considerando su proporción en el total de residuos
del relleno, se determinó el poder calorífico inferior PCI mediante su PCI teórico, la
proporción de masa húmeda y la de masa seca.
El poder calorífico inferior útil PCIu para cada categoría de RSU analizada, se
determinó considerando lo anterior, y adicionalmente restándole el calor latente de
vaporización del agua.
Establecido el PCI y PCIu de cada RSU, se hizo la sumatoria de los PCI y los PCIu de
los residuos, determinando así el PCI en kcal/kg (PCI Total kcal kg en el modelo) y el
PCIu en kcal/kg (PCIu Total kcal kg en el modelo) de 1 kilo de RSU del RSDJ,
resultados que cada uno por separado se multiplicaron por la proporción que se
incineraría del total de kilogramos que ingresan anualmente al relleno dependiendo del
escenario, calculando así el poder calorífico inferior y el poder calorífico inferior útil (PCI
RSU kcal año y PCIu RSU kcal año en el modelo) del total de la masa de residuos a
incinerar. Ver Figura 15.
37
Figura 15. Sección Modelo – Poder Calorífico de los RSU analizados.
38
Incineración: EL proceso de incineración de los RSU se simuló para el PCI (que
considera un secado previo de la masa total de residuos) y del PCIu (que considera la
entrada de los residuos húmedos), considerando los rendimientos en cada etapa del
proceso según Castells (2005), que se traduce en una tasa de rendimiento global de
0,24 (Tasa Rendimiento Global en el modelo) del calor total suministrado por los RSU
que ingresan al incinerador (Ingreso de Calor de los RSU kcal/año en el modelo). Ver
Figura 16.
Figura 16. Sección Modelo – Incineración de RSU.
Producción de cenizas o escorias: La producción de escorias generada de la
combustión de los RSU en el incinerador, se simuló a partir de los valores teóricos
reportados por Castells (2005), considerando la composición física de los residuos
39
dispuesto en el RSDJ y la proporción de residuos incinerados dependiendo del
escenario corrido. Ver Figura 17. Por ejemplo, para el caso de los residuos
fermentables en el escenario 2 el valor teórico de escorias es de 33%, es decir una
Tasa Producción Cenizas R Fermentables (en el modelo) de 0,33, su composición
física es del 77% es decir una proporción de 0,77 R Fermentables (en el modelo, ver
Figura 15) y la proporción de residuos incinerados (Residuos Fermentables kg año
en el modelo, ver Figura 17) que equivale al producto de la producción anual de
residuos; kg RESIDUOS AÑO (en el modelo, ver Figura 14) por R Fermentables.
Figura 17. Sección Modelo – Producción de cenizas incineración de RSU.
40
Ocupación del RSDJ: La ocupación del RSDJ en toneladas desde el primero de
noviembre de 1988 al 31 de diciembre de 2000 se definió en el stock (Toneladas
Acumuladas RSDJ, en el modelo) con un total 16.974.510 ton a partir de datos
reportados por la UAESP (2010), y partiendo de esto, se consideró la simulación de la
ocupación del relleno del 1 de enero de 2001 al 31 de diciembre de 2021 a partir de la
generación de RSU anual, considerando la incineración de residuos a partir del 1 de
enero de 2013 y la disposición de escorias provenientes de este proceso en el relleno
(Producción total cenizas Ton año, en el modelo, ver Figura 17) en conjunto con la
categoría de residuos otros (Otros Ton año, en el modelo, ver Figura 18), ya que para
ninguno de los escenarios se consideró su incineración.
Figura 18. Sección Modelo – Ocupación del RSDJ.
41
6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Es importante tener en cuenta que los resultados de este estudio corresponden a los
RSU dispuestos en el RSDJ, provenientes de Bogotá y siete municipios más.
Poder Calorífico Inferior y Poder Calorífico Inferior Útil
La Tabla 11 presenta la contribución de cada categoría de RSU del RSDJ para el PCI y
el PCIu. No se calculó para la categoría (Otros), ya que en su mayoría son residuos de
tipo inerte que no aportan nada desde el punto de vista energético.
Tabla 11. Contribución de cada categoría de RSU del RSDJ al PCI y PCIu.
Categoría de Residuo
% Composición Física
% Humed
ad
%Masa Húmed
a
Proporción
Masa Húmed
a
% Masa seca
Proporción
Masa Seca
PCI* Teórico kcal/kg
Contribución PCI
Contribución PCIu
Fermentables 77,4 65,0 50,33 0,5033 27,1 0,2710 5000 1355,09 1.053
Papel y cartón 5,4 24,0 1,28 0,0128 4,1 0,0407 4200 170,87 163
Plástico 10,9 2,0 0,22 0,0022 10,7 0,1072 6500 696,80 695
Textil 3,0 19,0 0,58 0,0058 2,5 0,0247 3600 88,81 85
Madera 0,6 24,0 0,13 0,0013 0,4 0,0042 4400 18,57 18
Otros 3,1 5,0 0,16 0,0016 3,0 0,0296 - - -
TOTAL 100 - 53 0,53 47,74 0,48 -
PCI (kcal/kg RSU): 2330,14
PCIu (kcal/kg RSU):
2.015
Fuente: *Valoración teórica sobre masa seca (Castells, 2005).
El valor de PCI calculado fue de 2.330 kcal/kg Tabla 11, el cual es comparable con el
reportado por Poletto y da Silva (2009) para la ciudad de Bauru (Brasil) de 2.292
kcal/kg, considerando las similitudes en cuanto a la composición física de los residuos
así como del porcentaje de humedad total. De igual manera este resultado es
comparable por el calculado por (Morales, 1981) para los residuos generados en
Bogotá de 1.840 kcal/kg.
42
El valor de PCIu establecido 2.015 kcal/kg es comparable al reportado por Castells
(2005) para el PCIu de la ciudad de Barcelona de 1.884 kcal/kg para el año 2002 y de
1.831 kcal/kg con recogida selectiva para el año 2006.
Escenarios Modelados
Para todos los escenarios se mantuvieron los siguientes parámetros (con más detalle
en el Anexo 4):
Una tasa de crecimiento poblacional del orden de 103.837 hab/año para la
totalidad de la población de Bogotá y los 7 municipios analizados, ver Anexo 1.
Una tasa de aumento de la generación per cápita de residuos, del orden de 3
kg/año, ver Figura 5.
Un índice de energía recuperada a partir de la incineración de RSU del 24% del
total que aporta la masa de residuos, ver Figura 1.
El modelo asume la aprobación de la Fase II de optimización del RSDJ para la
disposición de los residuos sólidos que contará con una capacidad de 12.1
millones de toneladas (UAESP, 2012a), lo que le daría al RSDJ una capacidad
máxima de 59.560.662 toneladas, ver Tabla 10.
La composición física de los RSU dispuesto en el RSDJ, promedio septiembre
de 2006 a abril de 2012, ver Tabla 2.
Los valores teóricos de PCI reportados por (Castells, 2005), ver Tabla 9.
Para ninguno de los escenarios se consideró la incineración de la categoría de
residuos (Otros).
El porcentaje de Humedad para cada una de las categorías de residuos, ver
Tabla 7.
A partir de los valores teóricos reportados por (Castells, 2005) y considerando la
composición física de los residuos dispuesto en el RSDJ, en el modelo se
43
asume, un porcentaje de escorias del orden del 33% para la fracción orgánica
(Papel y Cartón, Textiles y Madera) y del 10 % para la fracción combustible
(Plástico), lo que resultaría una producción total de cenizas del 30% respecto al
peso del residuo entrante en el incinerador, ver Tabla 8.
A pesar de que el uso de las cenizas o escorias generadas en los incineradores
de RSU como material de relleno de terraplenes y como base y sub-base de
carreteras está bien extendido (CSIC, 2003), para este estudio se consideró que
la totalidad de estas se dispondrían en el RSDJ.
El modelo considera la incineración del 1 de enero de 2013 al 31 de diciembre
de 2021, es decir un horizonte de 9 años.
Se asume una disposición de 16.974.510 toneladas de RSU del primero de
noviembre de 1988 al 31 de diciembre de 2000 en el RSDJ, ver Tabla 10.
Se asume que para el 31 de diciembre de 2000 la población a la que atiende el
RSDJ (Bogotá y los 7 municipios analizados) es de 6.365.259 habitantes, ver
Anexo 1.
Según, el modelo, este calcula el alcance de la capacidad máxima o la
colmatación total del RSDJ a febrero de 2020, a diferencia de las proyecciones
de la UAESP que la establecen con la Fase II de optimización para abril de
2021, ver Figura 19.
Se asume un consumo energético promedio mensual por hogar en Bogotá para
los estratos (1,2,3) de 176 kW (UNAL, 2006).
Las consideraciones tenidas en cuenta para simular los escenarios fueron las
siguientes, i) Método de integración de Euler, ii) El intervalo de tiempo entre las
operaciones DT, fue de 0.1, iii) La unidad de tiempo considerada fue anual.
El objetivo de este estudio pretende analizar la disminución del volumen a disponer en
el relleno, utilizando como alternativa complementaria la incineración, la cual además
de disminuir el volumen a disponer, permite hacer aprovechamiento del poder calorífico
44
de los RSU de acuerdo a su composición. Por lo tanto el parámetro que se varía en los
escenarios es la cantidad de cada una de las categorías de residuos analizadas que
ingresan al incinerador y por ende las cantidades que se disponen en el RSDJ.
Escenario 1. Disposición de RSU en el RSDJ sin Incineración
Se simuló un escenario en el que se disponían en el Relleno la totalidad de los RSU,
sin contemplar la incineración, con el fin de establecer su vida útil.
1. Capacidad máxima RSDJ 2. Acumulado RSU sin incineración
Figura 19. Vida útil del RSDJ sin contemplar la incineración
Al simular la vida útil del RSDJ sin considerar la incineración, se alcanza su capacidad
máxima o la colmatación total para febrero de 2020, resultado que discrepa con las
proyecciones de la (UAESP, 2012a) que la establecen con la Fase II de optimización
para abril de 2021, lo que indica una diferencia de 14 meses, lo que resulta siendo una
diferencia importante, ya que esto se traduce en aproximadamente 4.362.590
toneladas.
Escenario 2. Incineración de la totalidad de los RSU
Se simuló un escenario en el que se incinera la totalidad de las categorías de residuos
analizadas desde el año 2013 hasta 2020 a excepción de la categoría (Otros) que se
dispone en el RSDJ en conjunto con la producción de cenizas proveniente del
45
incinerador. A partir de esto se estableció en el PCI y el PCI útil de los residuos a
incinerar (que corresponden al ya reportado arriba para el total de RSU dispuestos en
el RSDJ), el rendimiento promedio del incinerador en GW/mes para cada año, número
de hogares promedio en Bogotá a los que podría suplir la energía generada por el
incinerador, la producción de escorias, y la influencia de la incineración en la vida útil
del RSDJ.
Poder Calorífico Inferior y Poder Calorífico Inferior Útil
La Tabla 12 presenta la contribución de cada categoría de los RSU para el PCI y el
PCIu de un kilogramo de residuos, considerando la incineración de la totalidad de los
RSU.
Tabla 12. PCI y PCIu del total de los RSU del RSDJ.
Categoría de Residuo
% Composición Física
Contribución PCI
Contribución PCIu
Fermentables 77,4 1.355,09 1.053,10
Papel y Cartón 5,4 170,87 163,16
Plástico 10,9 696,80 695,49
Textil 3,0 88,81 85,34
Madera 0,6 18,57 17,77
Otros 3,1 - -
TOTAL 100 PCI (kcal/kg
RSU): 2.330,14 PCIu (kcal/kg RSU): 2.015
El PCI y el PCIu de los RSU dispuestos en el RSDJ es de 2.330 kcal/kg y 2.015 kcal/kg
respectivamente.
Rendimiento Energético (Erec) y Producción de Escorias
La Tabla 13 presenta las toneladas/año de residuos incinerados, el promedio anual del
rendimiento del proceso, el número de hogares a los que se podría proveer electricidad
mensualmente y la producción de escorias anual, todo a partir de la incineración de la
totalidad de los RSU del RSDJ de acuerdo a su PCI y su PCIu.
46
Tabla 13. Rendimiento incineración y producción de escorias de la totalidad de los RSU del RSDJ de acuerdo a su PCI y su PCIu.
PCI (Base seca) PCIu (Base húmeda)
Año
Flujo de masa de residuos Ton/año
Rendimiento GW/mes
Suministro eléctrico (# Hogares Estrato
1, 2 y 3)
Rendimiento GW/mes
Suministro eléctrico (#
Hogares Estrato 1, 2 y 3)
Producción Escorias Ton/año
2013 2.329.953 126,25 717.380 109,17 620.313 711.041
2014 2.387.890 129,39 735.218 111,88 635.738 728.722
2015 2.446.508 132,57 753.266 114,63 651.344 746.611
2016 2.505.806 135,78 771.524 117,41 667.131 764.707
2017 2.565.785 139,03 789.991 120,22 683.100 783.011
2018 2.626.445 142,32 808.668 123,06 699.249 801.523
2019 2.687.786 145,64 827.554 125,94 715.580 820.242
2020 2.749.807 149,01 846.650 128,84 732.092 839.170
2021 2.784.181 150,87 857.234 130,45 741.244 849.660
Para el año 2013, si al incinerador los RSU ingresaran secos, se generarían 126,25
GW/mes, equivalente al 45,02% del consumo energético promedio mensual del sector
residencial bogotano en el año 2006 de 277,92 GW (SDP, 2007), o para proveer de
electricidad mensualmente a 717.380 hogares del consumo promedio de los estratos 1,
2 y 3 de Bogotá.
Sin embargo el incinerador tendría que tener la capacidad de recibir anualmente entre
2.329.953 ton/año de residuos para el año 2013 y 2.784.181 ton/año para 2021,
capacidad que no se lograría alcanzar ni con las más grandes plantas de incineración
de residuos existentes. Actualmente la más grande se ubica en Ámsterdam con una
capacidad de un poco más de 850.000 ton/año (McCarthy et al., 2008), por lo que se
haría necesaria la creación de alrededor de tres plantas de ese tipo, para lograr
incinerar la totalidad de los residuos.
La generación de escorias sería del orden de 711.041 ton/año para el año 2013 y de
849.660 ton/año para 2021, lo que equivale a un porcentaje de reducción del 70% con
respecto al flujo de masa de entrada.
47
Vida Útil del Relleno Sanitario Doña Juana
A partir de la incineración de la totalidad de RSU, se genera la Figura 20, en donde
puede ser visualizada la variación del acumulado en toneladas de RSU en el RSDJ,
con y sin incineración.
1. Capacidad máxima RSDJ 2. Acumulado RSU sin incineración 3.Acumulado RSU con incineración
Figura 20. Variación del acumulado de residuos en el RSDJ contemplando la incineración del total de los RSU
Considerando la incineración de la totalidad de las categorías de residuos analizadas a
excepción de la categoría otros, que se dispone en el RSDJ en conjunto con la
producción de escorias provenientes del incinerador. El RSDJ alcanza su capacidad
máxima o la colmatación total para septiembre del año 2031, es decir que se
aumentaría la vida útil del relleno en un poco más de 11 años, a partir de la
colmatación total a febrero de 2020 establecida sin considerar la incineración.
Teniendo en cuenta, que en el modelo se estableció disponer las escorias provenientes
del incinerador en el RSDJ, a pesar de que su uso en el campo de la construcción está
bien extendido, de considerarse su utilización y solamente la disposición de la
categoría otros, la capacidad máxima del RSDJ se alcanzaría a febrero del año 2107,
dato que no resulta desmedido, ya que se dispondrían a partir de 2013 solamente el
3% de los RSU generados por la población analizada.
48
Escenario 3. Incineración sin entrada de Residuos Fermentables
Se simuló un escenario en el que se incineraron, los residuos de papel y cartón,
plástico, textil y madera y se dispusieron en el relleno los residuos de las categorías
otros y fermentable en conjunto con la producción de escorias provenientes del
incinerador. Estableciendo el PCI y el PCIu de los residuos a incinerar, el rendimiento
promedio del incinerador en GW/mes para cada año, el número de hogares promedio
en Bogotá a los que se podría suministrar la energía generada por el incinerador, la
producción de cenizas, y la influencia de la incineración en la vida útil del RSDJ.
Poder Calorífico Inferior y Poder Calorífico Inferior Útil
La Tabla 14 presenta la contribución de cada categoría de los RSU para el PCI y el
PCIu de un kilogramo de residuos, considerando la incineración sin entrada de residuos
fermentables.
Tabla 14. PCI y PCIu de los RSU del RSDJ considerando la segregación de los fermentables.
Categoría de Residuo
%Composición Física
Contribución PCI
Contribución PCIu
Fermentables - - -
Papel y Cartón 5,4 170,87 163,16
Plástico 10,9 696,80 695,49
Textil 3,0 88,81 85,34
Madera 0,6 18,57 17,77
Otros 3,1 - -
TOTAL
PCI (kcal/kg RSU): 975,05
PCIu (kcal/kg RSU): 961,76
El PCI y el PCIu de los RSU dispuestos en el RSDJ al considerar la incineración con
segregación de las categorías fermentables y otros, es de 975 kcal/kg y 962 kcal/kg
respectivamente.
49
Rendimiento Energético (Erec) y Producción de Escorias
La Tabla 15 presenta las toneladas/año de residuos incinerados, el promedio anual del
rendimiento del proceso, el número de hogares a los que se podría proveer electricidad
mensualmente y la producción de escorias anual, todo a partir de la incineración de los
RSU del RSDJ con segregación total de los residuos fermentables de acuerdo a su PCI
y su PCIu.
Tabla 15. Rendimiento incineración y producción de escorias de los RSU del RSDJ, considerando la segregación de los fermentables, de acuerdo a su PCI y su PCIu.
PCI (Base seca) PCIu (Base húmeda)
Año
Flujo de masa de residuos Ton/año
Rendimiento GW/mes
Suministro eléctrico (# Hogares Estrato
1, 2 y 3)
Rendimiento GW/mes
Suministro eléctrico (#
Hogares Estrato 1, 2 y 3)
Producción Cenizas Ton/año
2013 477.827 10,83 61.563 10,68 60.723 97.250
2014 489.709 11,10 63.093 10,95 62.233 99.668
2015 501.730 11,37 64.642 11,22 63.761 102.115
2016 513.891 11,65 66.209 11,49 65.306 104.590
2017 526.192 11,93 67.794 11,76 66.870 107.093
2018 538.632 12,21 69.397 12,04 68.451 109.625
2019 551.212 12,49 71.017 12,32 70.049 112.186
2020 563.931 12,78 72.656 12,61 71.666 114.774
2021 570.980 12,94 73.564 12,77 72.561 116.209
Para el año 2021, si al incinerador ingresaran los RSU secos, se generarían 12,94
GW/mes, equivalentes al 4,66% del consumo energético promedio mensual del sector
residencial bogotano en el año 2006, o para proveer de electricidad mensualmente a
61.563 hogares del consumo promedio de los estratos 1, 2 y 3 de Bogotá, recibiendo
570.980 ton/año de residuos, capacidad que lograría alcanzarse con una planta de
incineración con capacidad para alrededor de 600.000 ton/año.
La generación de escorias sería del orden de 97.250 ton/año para el año 2013 y de
116.209 ton/año para 2021, lo que sería alrededor de un 20% de la cantidad que se
50
dispondría de escorias considerando la incineración de la totalidad de los RSU del
escenario 2.
Vida Útil del Relleno Sanitario Doña Juana
A partir de la incineración de los RSU con segregación total de fermentables, se genera
la Figura 21, en donde puede ser visualizada la variación del acumulado en toneladas
de RSU en el RSDJ, con y sin incineración.
1. Capacidad máxima RSDJ 2. Acumulado RSU sin incineración 3.Acumulado RSU con incineración
Figura 21. Variación del acumulado de residuos en el RSDJ contemplando la incineración de RSU con segregación total de fermentables
Al incinerar los residuos de papel y cartón, plástico, textil, y madera, y disponer las
cenizas generadas en el RSDJ con las categorías otros y fermentables, la vida útil del
RSDJ se extendería por tan solo un año más, es decir, hasta febrero del 2021,
demostrando lo anterior la importancia que tiene la gestión de los residuos
fermentables en Bogotá y los municipios cercanos, ya que sin esta, cualquier tipo de
manejo de los RSU resulta prácticamente insignificante.
51
Escenario 4. Incineración Residuos Plásticos y Fermentables.
Se simuló un escenario en el que se incineraron, los residuos plásticos y fermentables
y se dispusieron en el relleno las categorías de residuos otros, papel y cartón, textil y
madera en conjunto con la producción de escorias provenientes del incinerador.
Estableciendo el PCI y el PCIu de los residuos a incinerar, el rendimiento promedio del
incinerador en GW/mes para cada año, el número de hogares promedio en Bogotá a
los que podría suplir la energía generada por el incinerador, la producción de cenizas, y
la influencia de la incineración en la vida útil del RSDJ.
Poder Calorífico Inferior y Poder Calorífico Inferior Útil
La Tabla 16 presenta la contribución de los RSU para el PCI y el PCIu de un kilogramo
de residuos, considerando la incineración de los residuos plásticos y fermentables.
Tabla 16. PCI y PCIu de los residuos plásticos y fermentables.
Categoría de Residuo
%Composición Física
Contribución PCI
Contribución PCIu
Fermentables 77,4 1.355,09 1.053,10
Papel y Cartón 0,0 0,0 0,0
Plástico 10,9 696,80 695,49
Textil 0,0 0,0 0,0
Madera 0,0 0,0 0,0
Otros 3,1 - -
TOTAL
PCI (kcal/kg RSU): 2.051,9
PCIu (kcal/kg RSU): 1.749,59
El PCI y el PCIu de los RSU dispuestos en el RSDJ al considerar la incineración total
de los residuos fermentables y plásticos, es de 2.061 y 1.749 kcal/kg respectivamente.
Rendimiento Energético (Erec) y Producción de Escorias
La Tabla 17 presenta las toneladas/año de residuos incinerados, el promedio anual del
rendimiento del proceso, el número de hogares a los que se podría proveer electricidad
52
mensualmente y la producción de escorias anual, todo a partir de la incineración de la
totalidad de los residuos plásticos y fermentables, de acuerdo a su PCI y su PCIu.
Tabla 17. Rendimiento incineración y producción de escorias de los residuos plásticos y fermentables de acuerdo a su PCI y su PCIu.
PCI (Base seca) PCIu (Base húmeda)
Año
Flujo de masa de residuos Ton/año
Rendimiento GW/mes
Suministro eléctrico (# Hogares Estrato
1, 2 y 3)
Rendimiento GW/mes
Suministro eléctrico (#
Hogares Estrato 1, 2 y 3)
Producción Escorias Ton/año
2013 2.122.725 101,29 575.530 86,32 490.457 640.066
2014 2.175.509 103,81 589.841 88,46 502.653 655.982
2015 2.228.913 106,36 604.321 90,63 514.992 672.085
2016 2.282.937 108,93 618.968 92,83 527.474 688.375
2017 2.337.582 111,54 633.784 95,05 540.100 704.852
2018 2.392.847 114,18 648.768 97,30 552.869 721.516
2019 2.448.732 116,84 663.920 99,57 565.781 738.367
2020 2.505.237 119,54 679.240 101,87 578.837 755.405
2021 2.536.553 121,04 687.730 103,14 586.072 764.848
Para el año 2013, si al incinerador los RSU ingresaran secos, se generarían 101,29
GW/mes, equivalentes al 36,45% del consumo energético promedio mensual del sector
residencial bogotano en el año 2006, o para proveer de electricidad mensualmente a
575.530 hogares del consumo promedio de los estratos 1, 2 y 3 de Bogotá. Sin
embargo, similar al escenario 2, el incinerador tendría que tener la capacidad de recibir
anualmente entre 2.122.725 ton/año para 2013 y 2.536.553 toneladas para 2021,
capacidad que se lograría únicamente con tres plantas de una capacidad cercana a
850.000 ton/año.
La generación de escorias sería del orden de 640.066 ton/año para el año 2013 y de
764.848 ton/año para 2021.
53
Vida Útil del Relleno Sanitario Doña Juana
A partir de la incineración de los residuos plásticos y fermentables, se genera la Figura
22, en donde puede ser visualizada la variación del acumulado en toneladas de RSU
en el RSDJ, con y sin incineración.
1. Capacidad máxima RSDJ 2. Acumulado RSU sin incineración 3.Acumulado RSU con incineración
Figura 22. Variación del acumulado de residuos en el RSDJ contemplando la incineración de los residuos plásticos y fermentables
Considerando la incineración de los residuos plásticos y fermentables y disponiendo en
el RSDJ las categorías otros, papel y cartón, textil y madera en conjunto con la
producción de escorias provenientes del incinerador. El relleno alcanza su capacidad
máxima o la colmatación total para marzo de 2029, es decir un aumento de su vida útil
de 9 años, a partir de la colmatación total a febrero de 2020 establecida sin considerar
la incineración.
Escenario 5. Incineración del 50 por ciento de los residuos Fermentables
Se simuló un escenario en el que se incineró únicamente la mitad de los residuos
fermentables, disponiendo la mitad restante en el relleno en conjunto con las categorías
de residuos otros, papel y cartón, plástico, textil y madera, y la producción de escorias
provenientes del incinerador. Estableciendo el PCI y el PCIu de los residuos a incinerar,
el rendimiento promedio del incinerador en GW/mes para cada año, el número de
54
hogares promedio en Bogotá a los que se podría suministrar la energía generada por el
incinerador, la producción de cenizas, y la influencia de la incineración en la vida útil del
RSDJ.
Poder Calorífico Inferior y Poder Calorífico Inferior Útil
La Tabla 18 presenta la contribución de cada categoría del RSU para el PCI y el PCIu
de un kilogramo de residuo, considerando la incineración del 50% de los residuos
fermentables.
Tabla 18. PCI y PCIu del 50% de los residuos fermentables.
Categoría de Residuo
% Composición Física
Contribución PCI
Contribución PCIu
Fermentables 38,7 677,55 526,55
Papel y Cartón - - -
Plástico - - -
Textil - - -
Madera - - -
Otros - - -
TOTAL
PCI (kcal/kg RSU): 677,55
PCIu (kcal/kg RSU): 526,55
El PCI y el PCIu de los RSU al considerar la incineración de únicamente el 50% de los
residuos fermentables sería 678 y 527 kcal/kg respectivamente.
Rendimiento Energético (Erec) y Producción de Escorias
La Tabla 19 presenta las toneladas/año de residuos incinerados, el promedio anual del
rendimiento del proceso, el número de hogares a los que se podría suministrar
electricidad mensualmente y la producción de escorias anual, todo a partir de la
incineración del 50% de los residuos fermentables, de acuerdo a su PCI y su PCIu.
55
Tabla 19. Rendimiento incineración y producción de escorias del 50% de los residuos fermentables de acuerdo a su PCI y su PCIu.
PCI (Base seca) PCIu (Base húmeda)
Año
Flujo de masa de residuos Ton/año
Rendimiento GW/mes
Suministro eléctrico (# Hogares Estrato
1, 2 y 3)
Rendimiento GW/mes
Suministro eléctrico (#
Hogares Estrato 1, 2 y 3)
Producción Escorias Ton/año
2013 929.987 14,65 83.260 11,38 64.705 306.896
2014 953.509 15,01 85.330 11,67 66.314 314.527
2015 976.509 15,38 87.425 11,95 67.941 322.248
2016 1.000.177 15,75 89.544 12,24 69.588 330.058
2017 1.024.118 16,13 91.687 12,54 71.254 337.959
2018 1.048.330 16,51 93.855 12,83 72.939 345.949
2019 1.072.813 16,90 96.047 13,13 74.642 354.028
2020 1.097.569 17,29 98.263 13,44 76.364 362.198
2021 1.111.289 17,51 99.491 13,60 77.319 366.725
Para el año 2021, si al incinerador los RSU ingresaran húmedos, se generarían 13,60
GW/mes, equivalentes al 4,89% del consumo energético promedio mensual del sector
residencial bogotano en el año 2006, o para proveer de electricidad mensualmente
77.319 hogares del consumo promedio de los estratos 1, 2 y 3 de Bogotá, recibiendo
1.111.289 ton/año de residuos, capacidad que lograría alcanzarse con dos plantas
incineradoras, cada una con capacidad para alrededor de 600.000 ton/año.
La generación de escorias sería del orden de 306.896 ton/año para el año 2013 y de
366.725 ton/año para 2021.
56
Vida Útil del Relleno Sanitario Doña Juana
A partir de la incineración del 50% de los residuos fermentables, se genera la Figura
23, en donde puede ser visualizada la variación del acumulado en toneladas de RSU
en el RSDJ, con y sin incineración.
1. Capacidad máxima RSDJ 2. Acumulado RSU sin incineración 3.Acumulado RSU con incineración
Figura 23. Variación del acumulado de residuos en el RSDJ contemplando la incineración del 50% de los residuos fermentables.
Considerando la incineración del 50% de los residuos Fermentables y disponiendo en
el relleno las categorías de residuos otros, papel y cartón, textil, plásticos, madera y el
50% de fermentables, en conjunto con la producción de escorias provenientes del
incinerador, el RSDJ alcanza su capacidad máxima o la colmatación total para febrero
de 2022, es decir un aumento de su vida útil de 2 años, a partir de la colmatación total
a febrero de 2020 establecida sin considerar la incineración.
57
Tabla Resumen
La Tabla 20 presenta un compendio de los principales resultados obtenidos en cada
uno de los escenarios corridos en el modelo para el año 2021.
Tabla 20. Tabla Resumen principales resultados de los escenarios corridos en el modelo.
PCI (Base seca) PCIu (Base húmeda)
Escenarios (Año 2021)
Flujo de masa de residuos Ton/año
Rendimiento GW/mes
Suministro eléctrico (#
Hogares Estrato 1,
2 y 3)
Rendimiento GW/mes
Suministro eléctrico (#
Hogares Estrato 1,
2 y 3)
Producción Escorias Ton/año
Aumento Vida Útil RSDJ (años)
Escenario 1
2,870,289 - - - - - -
Escenario 2
2.784.181 155.53 883.746 125.99 715.874 849.660 11
Escenario 3
570.980 12.94 73.564 12.77 72.561 116.209 1
Escenario 4
2.536.553 121.04 687.730 103.14 586.072 764.848 9
Escenario 5
1.111.289 17.51 99.491 13.60 77.319 366.725 2
7. CONCLUSIONES
Los valores de poder calorífico inferior y poder calorífico inferior útil calculados para los
residuos sólidos urbanos provenientes de la población atendida en la disposición de
residuos en el relleno sanitario de Doña Juana son de 2.330 kcal/kg y 2.015 kcal/kg
respectivamente.
El escenario 2 en el que se plantea la incineración de la totalidad de los residuos
resulta ser el más interesante en cuanto al aumento de la vida útil del RSDJ,
incrementándola en 11 años. Sin embargo, para lograr tratar el total del flujo de masa
de entrada de residuos, se necesitarían tres plantas con una capacidad de alrededor de
850.000 ton/año, para poder recibir anualmente entre 2.404.978 toneladas para 2013 y
de alrededor de cuatro plantas para el año 2021 recibiendo 2.870.291 toneladas/año
Considerando la incineración de la totalidad de los residuos analizados y un secado
previo al proceso, para el año 2013 el incinerador generaría 126,25 GW/mes, es decir
el 45,02% del consumo energético total del sector residencial bogotano del año 2006 o
58
equivalente a proveer de electricidad mensualmente a 717.380 hogares del consumo
promedio de los estratos 1, 2 y 3 de Bogotá.
Teóricamente considerando un índice de energía recuperada del 24% del total de la
energía que aporta la masa de residuos para una planta de incineración, los residuos
que se disponen en el Relleno Sanitario Doña Juana, podrían generar 109,17 GW/mes
para el año 2013, sin un pretratamiento de secado de los mismos.
Las políticas y acciones del distrito deben estar orientadas principalmente al manejo de
los residuos fermentables, ya que estos representan más del 70% del total de los RSU
que se disponen en el RSDJ, lo que indica que la falta de gestión sobre esta categoría
conlleva a que los esfuerzos resulten siendo insignificantes.
La incineración para los RSU que se disponen en el RSDJ, presentaría ventajas en
cuanto a la disminución del peso y volumen de los residuos dispuestos en el relleno, y
aún más si se considera el aprovechamiento de cenizas, sin embargo es evidente que
no representa una solución integral al problema de manejo de RSU de Bogotá,
principalmente por el flujo de masa que se debería incinerar.
La incineración de los RSU que se disponen en el RSDJ podría ser parte de una
solución en la que se integren tecnologías como el compostaje, debido al gran
porcentaje de residuos fermentables que se disponen.
Disponer los RSU generados en Bogotá y los 7 municipios mediante relleno sanitario,
no es la técnica más eficaz para el tipo de residuos que se manejan, principalmente
debido a la gran cantidad de residuos fermentables, siendo éstos los mayores
responsable de la producción de gases y lixiviados en los rellenos sanitarios.
59
8. RECOMENDACIONES
En el estudio se consideraron algunas variables teóricas, como la generación de
cenizas, y el poder calorífico, en el momento que se requiera hacer un análisis más a
fondo sobre la viabilidad de la incineración, se recomienda llevar a cabo los pertinentes
estudios para tal fin.
Ampliar el estudio, considerando la viabilidad en aspectos como el ambiental,
económico y técnico.
Se recomienda en futuros estudios considerar la tasa de compactación de los residuos
en el relleno y no solamente su capacidad en toneladas.
Se recomienda analizar variables que para este estudio no se tuvieron en cuenta como
la generación de gases del incinerador, y su consumo energético.
Se recomienda analizar escenarios en los que varíe la humedad de los RSU.
9. REFERENCIAS
Ambientum (s.f.) Características físicas de los residuos sólidos urbanos. Castells, X. E. (2005) Tratamiento y valorización energética de residuos. Ediciones Díaz de Santos. CGR, C. d. G. d. R. D. J. S. A. E. (s.f) Relleno Sanitario Doña Juana - Historia. ConCol, C. H.-. (2011) Cuadro Resumen Caracterizaciones (ed C. r. sol_mar_11). CSIC, C. S. d. I. C. (2003) Nuevos productos de interés industrial a partir de las cenizas. DANE (2010) Estimaciones de población 1985 - 2005 y Proyecciones de población 2005 - 2020, total
Departamentales y Municipales, por Sexo y Grupos quinquenales de edad. Excel (ed p_20052020_Ajustadosgruposedad).
Dimaté, C. A. D. B. (2012) MANEJO DE RESIDUOS SÓLIDOS. MANEJO DE RESIDUOS SÓLIDOS. Domiciliarios, S. d. S. P. (2010) SITUACIÓN DE LA DISPOSICIÓN FINAL DE RESIDUOS SÓLIDOS. El-Haggar, D. S. M. (2007) Chapter 5 - Sustainability of Municipal Solid Waste Management. Sustainable
Industrial Design and Waste Managementpp. 149-196. Academic Press, Oxford. Fernández, A. (2007) PLANTA DE INCINERACIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS CON TECNOLOGÍA DE
PARRILLA Y RECUPERACIÓN ENERGÉTICA. INGENIERO INDUSTRIAL, UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS, 2007.
Feuerman, A. G. (2002) Residuos sólidos (la basura): un enfoque basado en los derechos de propiedad. Política pública, 17, 1-15.
García, C. M. (2011) Possibilities and Challenges of Solidarity Organizations: the Case of Recyclers' Organizations in Bogotá. Diversitas: Perspectivas en Psicología, 7, 265-280.
Habitat, S. D. d. (2011) Estadisticas » Datos de Ciudad »Servicios Publicos » Cobertura 28-04-2011. Limitada, A. C. (2011) Caracterización del Servico de Aseo en los Municipios Objeto de Estudio. pp. 150. McCarthy, T., Mulder, M. & Van Berlo, M. (2008) Integración de la gestión de residuos sólidos urbanos y
lodos: una solución simbiótica. Residuos: Revista técnica, 18, 20-25. Meléndez, C. E. (2004) Guía práctica para la operación de celdas diarias en rellenos sanitarios pequeños
y medianos.
60
Morales, A. (1981) Producción de energía por combustión de basuras en Bogotá. Ingeniería e Investigación.
Mulligan, G. F. & Crampton, J. P. (2005) Population growth in the world’s largest cities. Cities, 22, 365-380.
Noguera, K. M. & Olivero, J. T. (2010) LOS RELLENOS SANITARIOS EN LATINOAMÉRICA: CASO COLOMBIANO. Rev. Acad. Colomb. Cienc, 34, 347-356.
OEI, O. d. E. I. A. M. d. B. D. C. (2008) Estudio de Prefactibilidad de Alternativas y Tecnologias para el Manejo de los Residuos Sólidos Ordinarios en la Ciudad de Bogotá.
Paredes, J. (2004) Integración de la modelización de la calidad del agua en un sistema de ayuda a la decisión para la gestión de recursos hídricos. Doctoral thesis. Universidad Politécnica de Valencia.
Planeación, G. d. C.-S. d. (2001) División Política. Poletto, J. A. & da Silva, C. L. (2009) Influencia de la Separación de Residuos Sólidos Urbanos para
Reciclaje en el Proceso de Incineración con Generación de Energía. (Spanish). Influence of the Separation of Municipal Solid Wastes to Recycling in the Incineration Process with Energy Generation. (English), 20, 105-112.
Ramírez, R. (1997) Incineración de Residuos Solidos Municipales Una Alternativa Energetica Para Su Disposición Final Estrategia Económica y Financiera, 267, 44-47.
SDP, S. D. d. P. (2007) Las Tarifas de los Servicios Públicos Frente a la Capacidad de pago de los Hogares Bogotanos. Síntesis de Coyuntura Dirección de Políticas Sectoriales (ed S. D. d. P. SDP).
Tchobanoglous, G., Theisen, H. & Vigil, S. (1994) Gestión integral de residuos sólidos. McGraw-Hill. UAESP, U. A. E. d. S. P. (2008) Proposición 300 de 2008 – Programa Distrital de Reciclaje. pp. 15. UAESP, U. A. E. d. S. P. (2010) Programa para la Gestión de Residuos Sólidos Orgánicos para la Ciudad de
Bogotá D.C. Bogota D.C. UAESP, U. A. E. d. S. P. (2011) CARACTERIZACIÓN DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS RESIDENCIALES
GENERADOS EN LA CIUDAD DE BOGOTÁ D.C. 2011. 02/29/2012. UAESP, U. A. E. d. S. P. (2012a) BOGOTA BASURA CERO Y EL RELLENO SANITARIO DONA JUANA. UAESP, U. A. E. d. S. P. (2012b) ESTADISTICA MENSUAL RESIDUOS CONVENCIONALES TOTALES (Ton). UESP & DANE (2004) Resultados de los estudios realizados sobre el reciclaje en Bogotá 2001- 2003. El
reciclaje en Bogotá: actores, procesos y perspectivas. Alcaldía Mayor de Bogotá (UESP) y DANE. UNAL, U. N. d. C. (2006) Determinación del Consumo Final de Energía en los Sectores Residencial
Urbano y Comercial y Determinación de Consumos para Domésticos de Energía Eléctrica y Gas (Resumen Ejecutivo).
UNIANDES (2009) Composición Físicoquimica de los Residuos y su Variación en el Tiempo. (ed F. C. d. R. Solidos).
UNIANDES (2012) Informe de Resultados. (ed A.-C. d. R. Sólidos). URBASER (s.f) Plantas de Digestión Anaerobia. Wolff, L. (2006) Mapa Administrativa Bogotá. Wikipedia. Zaman, A. U. & Lehmann, S. (2011) Urban growth and waste management optimization towards ‘zero
waste city’. City, Culture and Society, 2, 177-187.
I
ANEXOS
II
III
Anexo 1.
Crecimiento Poblacional Bogotá 2001 - 2020. Fuente: Construcción periodo 2001 a 2005 a partir de las estimaciones de población 1985 – 2005
(DANE, 2010) y periodo 2006 a 2020 a partir de las proyecciones de población 2005 – 2020, (DANE, 2010).
En la anterior figura anterior se observa que el crecimiento poblacional de Bogotá para
el periodo 2001 – 2020 obedece claramente a un comportamiento lineal.
Población municipios que disponen sus RSU en el RSDJ 2001 – 2020 (sin incluir Bogotá).
Fuente: Construcción periodo 2001 – 2005 a partir de Estimaciones de población 1985 – 2005 (DANE,
2010) y periodo 2006 – 2020 Proyecciones de población 2005 – 2020 (DANE, 2010).
En la anterior figura se evidencia que la población del municipio de Usaque y Choachí
presenta una leve disminución a través del tiempo, lo que puede atribuirse a la
influencia regional de Bogotá, así mismo para algunos municipios la población se
mantiene prácticamente fija, como es el caso de Chipaque y Quetame.
IV
Población total municipios que disponen sus RSU en el RSDJ 2001 – 2020.
Fuente: Construcción periodo 2001 a 2005; a partir de las estimaciones de población 1985 – 2005 (DANE, 2010) y periodo 2006 a 2020; a partir de las proyecciones de población 2005 – 2020, (DANE,
2010).
Al comparar la población de Bogotá con la de Bogotá más los 7 municipios se observa
que el aumento que generan estos últimos con respecto a la población Bogotana es
mínimo del orden de 64 mil habitantes para 2005.
V
Anexo 2.
Residuos sólidos urbanos que ingresaron al Relleno Sanitario Doña Juana entre 2001 y 2011.
Fuente: Construcción a partir de información de (UAESP, 2012b).
El aumento en la disposición de RSU que ingresaron al RSDJ entre 2001 y 2011
obedece a un comportamiento lineal.
VI
VII
Anexo 3.
Caracterización de los residuos sólidos urbanos del Relleno Sanitario Doña Juana 1998 – 2012.
Fuente: Construida periodo jun 1998 a jun 2009 a partir de (UNIANDES, 2009), dic 2009 a ene 2011 a partir de (ConCol, 2011) y abril 2012 a
partir de (UNIANDES, 2012). Para los periodos marzo a Dic 2000, jul a nov 2009 y feb 2011 a mar 2012 no se obtuvo información.
VIII
IX
Anexo 4.
GENERACION RSU
Kg_Residuos_Per_Capita_año(t) = Kg_Residuos_Per_Capita_año(t - dt) + (d_RPC) * dt INIT Kg_Residuos_Per_Capita_año = 269.764114141198 INFLOWS: d_RPC = Tasa_Crecimiento__Kg_Residuos__Per_Capita_año POB_BOG(t) = POB_BOG(t - dt) + (d_POB_BOG) * dt INIT POB_BOG = 6365259 INFLOWS: d_POB_BOG = Tasa_de_Crecimiento Residuos_kg(t) = Residuos_kg(t - dt) + (d_Kg__Residuos_) * dt INIT Residuos_kg = 16974510000 INFLOWS: d_Kg__Residuos_ = Kg_RESIDUOS_AÑO Kg_RESIDUOS_AÑO = POB_BOG*Kg_Residuos_Per_Capita_año PPC_Kg__dia = Kg_Residuos_Per_Capita_año/365 Tasa_Crecimiento__Kg_Residuos__Per_Capita_año = 3.001836502 Tasa_de_Crecimiento = 103837 Ton_RSU_dia = (Kg_RESIDUOS_AÑO/365)/1000
INCINERADOR
Acumulado_Perdidas_Horno_Caldera_kcal(t) = Acumulado_Perdidas_Horno_Caldera_kcal(t - dt) + (d_APHC) * dt INIT Acumulado_Perdidas_Horno_Caldera_kcal = 0 INFLOWS: d_APHC = Perdidas_Post_Combustion__kcal_año Acumulado_Perdidas__Turbina_y_Condensador_kcal(t) = Acumulado_Perdidas__Turbina_y_Condensador_kcal(t - dt) + (d_APTC) * dt INIT Acumulado_Perdidas__Turbina_y_Condensador_kcal = 0 INFLOWS: d_APTC = Perdidas_Turbina__y_Condensador__kcal_año Acumulado_Rendimiento_Post__Combustion_kcal(t) = Acumulado_Rendimiento_Post__Combustion_kcal(t - dt) + (d_ARPC) * dt INIT Acumulado_Rendimiento_Post__Combustion_kcal = 0 INFLOWS: d_ARPC = Rendimiento_Post_Combustion__kcal_año Acumulado__Perdidas_Totales_kcal(t) = Acumulado__Perdidas_Totales_kcal(t - dt) + (d_APT) * dt INIT Acumulado__Perdidas_Totales_kcal = 0 INFLOWS: d_APT = PERDIDAS_TOTALES__kcal_año Acumulado__Rendimiento_Global_Incinerador_kcal(t) = Acumulado__Rendimiento_Global_Incinerador_kcal(t - dt) + (d_ARGI) * dt INIT Acumulado__Rendimiento_Global_Incinerador_kcal = 0 INFLOWS: d_ARGI = RENDIMIENTO__GLOBALINCINERADOR__kcal_año Ingreso__de_Calor_de_los_RSU_kcal_año = if(time>2012.9)then(PCIu_RSU_kcal_año) else 0 Perdidas_Post_Combustion__kcal_año = Ingreso__de_Calor_de_los_RSU_kcal_año*Tasa_Perdidas__Post_Combustion PERDIDAS_TOTALES__kcal_año = Perdidas_Post_Combustion__kcal_año+Perdidas_Turbina__y_Condensador__kcal_año Perdidas_Turbina__y_Condensador__kcal_año = Ingreso__de_Calor_de_los_RSU_kcal_año*Tasa_Perdidas_Turbina_y_Condensador
X
Rendimiento_Post_Combustion__kcal_año = Ingreso__de_Calor_de_los_RSU_kcal_año*Tasa_Rendimiento_Post_Combustion Rendimiento_RSU_kWh_año = RENDIMIENTO__GLOBALINCINERADOR__kcal_año/860 Rendimiento_RSU_kWh_dia = Rendimiento_RSU_kWh_mes/30 Rendimiento_RSU_kWh_mes = Rendimiento_RSU_kWh_año/12 Rendimiento_RSU_kW_hora = Rendimiento_RSU_kWh_dia/24 RENDIMIENTO__GLOBALINCINERADOR__kcal_año = Ingreso__de_Calor_de_los_RSU_kcal_año*Tasa_Rendimiento_Global Tasa_Perdidas_Turbina_y_Condensador = 0.56 Tasa_Perdidas__Post_Combustion = 0.2 Tasa_Rendimiento_Global = 0.24 Tasa_Rendimiento_Post_Combustion = 0.8
OCUPACION RSDJ
Toneladas_Acumuladas__RSDJ(t) = Toneladas_Acumuladas__RSDJ(t - dt) + (d_VA_RSDJ) * dt INIT Toneladas_Acumuladas__RSDJ = 16974510 INFLOWS: d_VA_RSDJ = Ocupacion_RSU_Ton_año Acumulado_RSU_Ton_sin_Incineracion_ = Residuos_kg/Factor_Toneladas Capacidad_Relleno = 59560662 Ocupacion_RSU_Ton_año = if(TIME<2012.9)then(TON_RSU_AñO) else if(time>2012.9)then(Otros_Ton_año+Produccion_Total_Cenizas_Ton_año) else 0 Otros_Ton_año = Otros_kg_año/Factor_Toneladas Ton_Residuos_año_RSU__Incinerados= if(TIME>2012.9)then(TON_RSU_AñO*0.97) else if(time<2012.9)then(0) else 0
PODER CALORIFICO INFERIOR (PCI)
Calor_Latente_Vaporizacion_Agua_R_F = Masa_Humeda_Fermentables*600 Calor_Latente_Vaporizacion_Agua_R_M = Masa_Humeda_Madera*600 Calor_Latente_Vaporizacion_Agua_R_P = Masa_Humeda_Plastico*600 Calor_Latente_Vaporizacion_Agua_R_T = Masa_Humeda_Textil*600 Calor_Latente_Vaporizacion_Agua__R_PC = Masa_Humeda_Papel_Carton*600 Humedad__Fermentables = 0.65 Humedad__Madera = 0.24 Humedad__Papel_Carton = 0.24 Humedad__Plastico = 0.02 Humedad__Textil = 0.19 Masa_Humeda_Fermentables = R_Fermentables*Humedad__Fermentables Masa_Humeda_Madera = R_Madera*Humedad__Madera Masa_Humeda_Papel_Carton = R_Papel_Carton*Humedad__Papel_Carton Masa_Humeda_Plastico = R_PLastico*Humedad__Plastico Masa_Humeda_Textil = R_Textil*Humedad__Textil Masa_Seca_Fermentables = R_Fermentables-Masa_Humeda_Fermentables Masa_Seca_Madera = R_Madera-Masa_Humeda_Madera Masa_Seca_Papel_Carton = R_Papel_Carton-Masa_Humeda_Papel_Carton Masa_Seca_Plastico = R_PLastico-Masa_Humeda_Plastico Masa_Seca_Textil = R_Textil-Masa_Humeda_Textil PCIu_RSU_kcal_año = (Kg_RESIDUOS_AÑO*0.9368)*PCIu__TOTAL_kcal_kg PCIu__TOTAL_kcal_kg = (PCI_Util_kcalkg_Fermentables+PCI_Util_kcalkg_Papel_Carton+PCI_Util_kcalkg_Textil+PCI_Util_kcalkg_Madera+PCI_Util_kcalkg_Plastico) PCI_kcal_kg_Madera = Masa_Seca_Madera*PCI_Teorico_kcal_kg_Madera
XI
PCI_kcal_kg_Papel_Carton = Masa_Seca_Papel_Carton*PCI_Teorico_kcal_kg_Papel_Carton PCI_kcal_kg_Plastico = Masa_Seca_Plastico*PCI_Teorico_kcal_kg_Plastico PCI_kcal_kg_R_Fermentables_ = Masa_Seca_Fermentables*PCI_Teorico_kcal_kg_R_Fermentables PCI_kcal_kg_Textil = Masa_Seca_Textil*PCI_Teorico_kcal_kg_Textil PCI_RSU_kcal_año = Kg_RESIDUOS_AÑO*PCI_TOTAL_kcal_kg PCI_Teorico_kcal_kg_Madera = 4400 PCI_Teorico_kcal_kg_Papel_Carton = 4200 PCI_Teorico_kcal_kg_Plastico = 6500 PCI_Teorico_kcal_kg_R_Fermentables = 5000 PCI_Teorico_kcal_kg_Textil = 3600 PCI_TOTAL_kcal_kg = (PCI_kcal_kg_Madera+PCI_kcal_kg_Papel_Carton+PCI_kcal_kg_Plastico+PCI_kcal_kg_R_Fermentables_+PCI_kcal_kg_Textil) PCI_Util_kcalkg_Fermentables = PCI_kcal_kg_R_Fermentables_-Calor_Latente_Vaporizacion_Agua_R_F PCI_Util_kcalkg_Madera = PCI_kcal_kg_Madera-Calor_Latente_Vaporizacion_Agua_R_M PCI_Util_kcalkg_Papel_Carton = PCI_kcal_kg_Papel_Carton-Calor_Latente_Vaporizacion_Agua__R_PC PCI_Util_kcalkg_Plastico = PCI_kcal_kg_Plastico-Calor_Latente_Vaporizacion_Agua_R_P PCI_Util_kcalkg_Textil = PCI_kcal_kg_Textil-Calor_Latente_Vaporizacion_Agua_R_T R_Fermentables = 0.774339184 R_Madera = 0.005553469 R_Papel_Carton = 0.053530612 R_PLastico = 0.109388163 R_Textil = 0.03045551
PRODUCCION CENIZAS
Produccion_Cenizas__kg_Mes = Produccion_Total_Cenizas_Ton_año/12 Produccion_Total_Cenizas_Ton_año = if(time>2012.9)then((Prod_Cenizas_R__Fermentables_kg_año+Prod_Cenizas_R_Papel_Carton_kg_año+Prod_Cenizas_R_Textil_kg_año+Prod_Cenizas_R_Madera_kg_año+Prod_Cenizas_R_Plasticos_kg_año)/Factor_Toneladas)else 0 Prod_Cenizas_R_Madera_kg_año = (Madera_kg_año)*Tasa_Produccion_Cenizas_R_Madera Prod_Cenizas_R_Papel_Carton_kg_año = (Papel_Carton__kg_año)*Tasa_Produccion_Cenizas_R_Papel_Carton Prod_Cenizas_R_Plasticos_kg_año = (Plastico_kg_año)*Tasa_Produccion_Cenizas_R_Plastico Prod_Cenizas_R_Textil_kg_año = (Textil_kg_año)*Tasa_Produccion_Cenizas_R_Textil Prod_Cenizas_R__Fermentables_kg_año = (Residuos__Fermentables_kg_año)*Tasa_Produccion_Cenizas_R_Fermentables Tasa_Produccion_Cenizas_R_Fermentables = 0.33 Tasa_Produccion_Cenizas_R_Madera = 0.33 Tasa_Produccion_Cenizas_R_Papel_Carton = 0.33 Tasa_Produccion_Cenizas_R_Plastico = 0.1 Tasa_Produccion_Cenizas_R_Textil = 0.33 Not in a sector Acumulado_Madera_kg(t) = Acumulado_Madera_kg(t - dt) + (d_AM) * dt INIT Acumulado_Madera_kg = 0 INFLOWS: d_AM = Madera_kg_año Acumulado_Otros_kg(t) = Acumulado_Otros_kg(t - dt) + (d_AO) * dt INIT Acumulado_Otros_kg = 0 INFLOWS:
XII
d_AO = Otros_kg_año Acumulado_Plastico_kg(t) = Acumulado_Plastico_kg(t - dt) + (d_AP) * dt INIT Acumulado_Plastico_kg = 0 INFLOWS: d_AP = Plastico_kg_año Acumulado_Residuos_Incinerador_kg(t) = Acumulado_Residuos_Incinerador_kg(t - dt) + (d_ARI) * dt INIT Acumulado_Residuos_Incinerador_kg = 0 INFLOWS: d_ARI = Kg_Residuos_Año_INGRESAN_INCINERADOR Acumulado_Residuos__Fermentables_kg(t) = Acumulado_Residuos__Fermentables_kg(t - dt) + (d_ARC) * dt INIT Acumulado_Residuos__Fermentables_kg = 0 INFLOWS: d_ARC = Residuos__Fermentables_kg_año Acumulado_Textil_kg(t) = Acumulado_Textil_kg(t - dt) + (d_AT) * dt INIT Acumulado_Textil_kg = 0 INFLOWS: d_AT = Textil_kg_año Acumulado__Papel_Carton_kg(t) = Acumulado__Papel_Carton_kg(t - dt) + (d_APC) * dt INIT Acumulado__Papel_Carton_kg = 0 INFLOWS: d_APC = Papel_Carton__kg_año Factor_Toneladas = 1000 Kg_Residuos_Año_INGRESAN_INCINERADOR = (Residuos__Fermentables_kg_año+Papel_Carton__kg_año+Textil_kg_año+Madera_kg_año+Plastico_kg_año) Madera_kg_año = Kg_RESIDUOS_AÑO*R_Madera Otros_kg_año = Kg_RESIDUOS_AÑO*0.03120898 Papel_Carton__kg_año = Kg_RESIDUOS_AÑO*R_Papel_Carton Plastico_kg_año = Kg_RESIDUOS_AÑO*R_PLastico Residuos__Fermentables_kg_año = Kg_RESIDUOS_AÑO*R_Fermentables Textil_kg_año = Kg_RESIDUOS_AÑO*R_Textil TON_RSU_AñO = Kg_RESIDUOS_AÑO/Factor_Toneladas