obtención de energía mediante residuos sólidos urbanos
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Trabajo tecnología industrial ITRANSCRIPT
14 de enero de 2013
Tecnología Industrial I | Energías renovables.
ALMUDEN
A MONCÓ FERRÉ 1ºE
Obtención de energía mediante residuos sólidos urbanos
Índice: ¿Qué son los residuos sólidos urbanos?
Composición de los residuos sólidos urbano
Gestión de los residuos sólidos urbanos
Recogida
Transporte
Tratamiento
Las estaciones de transferencia (no se obtiene energía)
Las plantas de clasificación (no se obtiene energía)
Las Plantas de reciclaje (no se obtiene energía)
Tratamientos según la naturaleza del residuo
Tratamientos para producir energía
1. La combustión de residuos sólidos urbanos para obtener energía. (Incineración, gasificación, pirolisis y plasma)
2. La producción de Biogás (por vertedero o biometanización)
Formación de compost.
Gestión de residuos sólidos urbanos en la Comunidad de Madrid
CONCLUSIONES
¿Qué son los residuos sólidos urbanos?
Los residuos sólidos urbanos son aquellos desperdicios y restos (que no son líquidos ni gaseosos) de naturaleza inerte, generados por la actividad doméstica en los núcleos de población o sus zonas de influencia. De ellos se puede obtener gran cantidad de energía.1
Composición de los residuos sólidos urbanos
Estos residuos producidos por los habitantes comprenden basura, muebles, electrodomésticos, embalajes y por último restos del cuidado de las ciudades como la limpieza de las calles o el mantenimiento de los jardines. El grupo más voluminoso de los residuos es la basura doméstica y ésta a su vez se compone de:
1. Materia orgánica: son los restos procedentes de la limpieza o la preparación de los alimentos y la comida sobrante.
2. Plásticos: los platos, vasos y cubiertos desechables, las bolsas, algunos recipientes…
3. Papel y cartón : son las cajas, los periódicos, el papel, las revistas…4. Vidrio: son las botellas, frascos, tarrinas…5. Otros.
La proporción de estos componentes varía según la zona, por ejemplo en las zonas más desarrolladas la cantidad de papel y cartón es mucho más alta, y constituye alrededor de casi un tercio de la basura. En cambio, en una zona menos desarrollada la cantidad de materia orgánica es mayor (hasta tres cuartas partes en los países en vías de desarrollo) y mucho menor la de papeles, plásticos vidrio y metales.
1 Definición de Residuos sólidos urbanos por el libro “Tecnología industrial I” de Mc Graw Hill.
Para saber la composición más específica de la basura podemos observar la siguiente imagen o la tabla:
Componentes Proporción
Materia orgánica
Son los restos de commida. Casi la mitad de lo que tiramos a la basura. Puede convertirse en abono.
38,56%
PapelUn producto fácilmente reciclable si se deposita en los contenedores especiales.
27,88%
Plásticos
Son productos derivados del petróleo y excepto los biodegradables tardan años en desaparecer
8,76%
Vidrio
Las botellas vacías y los cristales deben depositarse en contenedores para su posterior reciclaje
7,75%
Cenizas y TierraSon consecuencia de la limpieza de las calles y del mantenimiento de los jardines
4,79%
TextilCada vez hay menos. Es mejor donarlas a instituciones benéficas.
3,64%
Metales Los metales escasean y muchas veces pagamos 2,53%
más por ellos que por su contenido.
Muebles y objetos
Consecuencia de mudanzas, obras, electrodomésticos estropeados, etc.
2,48%
Pilas y baterías
Es la parte mas contaminante de nuestra basura. Debemos depositarlas en contenedores específicos.
0,16%
Varios Es el resto de basura. 3,26%
2
2 Esta imagen ha sido tomada de http://reciclaje-ixchel.blogspot.com.es/ un blog especializado en el reciclaje. Es importante la composición de la basura en el proceso de reciclaje para poder dividirla en grupos.
En esta imagen se especifica que porcentaje de compuestos químicos como Carbono, Hidrógeno, Oxígeno y Azufre tiene cada grupo que encontramos en los residuos sólidos urbanos. Esto es muy importante ya que según la proporción de estos compuestos químicos se da el poder calorífico que nos indica si es rentable su incineración para conseguir energía, que es la finalidad en las plantas de valoración energética.
Gestión de los residuos sólidos urbanosLa gestión de los RSU es el conjunto de operaciones que se realizan en ellos desde que se generan hasta que se consigue generar energía. Abarca tres etapas: depósito o recogida, transporte y tratamiento.3
Recogida
Este proceso consiste en la recogida de los RSU para poder efectuar su traslado a las plantas donde se tratarán. Existen dos tipos de recogida que se especifican en la siguiente tabla:3 Esta información ha sido recogida de la siguiente página: http://www.uned.es/biblioteca/rsu/pagina3.htm#Cabecera
UNED | Universidad Nacional de Educación a Distancia
Tipos de recogida de RSU
Recogida no selectiva.
En la primera, los residuos se depositan mezclados en los contenedores, sin ningún tipo de separación.
Ha sido la habitual hasta hace algunos años.
Recogida selectiva
La recogida selectiva se hace separando los residuos según su clase y depositándolos en los contenedores correspondientes. Así, existen normalmente contenedores para el papel, vidrio, envases y la materia orgánica.
Los contenedores pueden estar ubicados en el centro de la ciudad o en áreas diferenciadas.
En España se ha llegado al acuerdo de adoptar un código de colores unificado para los contenedores.
Contenedor amarillo para los envases.
Contenedor azul para el papel y cartón.
Contenedor verde para el vidrio.
Contenedor gris o marrón para los residuos orgánicos.
A parte de los contenedores encontramos puntos limpios, o eco puntos donde se recogen residuos como las pilas, las radiografías. También para recoger los colchones, los muebles y los electrodomésticos se necesitan contenedores especiales.
La recogida selectiva o no selectiva puede ser a su vez por medio de vehículos o neumática.
Tipos de recogida
4 http://www.santandervivaylimpia.com el ayuntamiento de Santander ha decidido realizar ciertas mejoras con el fin de facilitar la gestión de residuos.
Recogida por medio
de vehículos
La más habitual.
Se realiza por medio de vehículos
especialmente preparados, en
concreto dos tipos de camiones
Pueden ser camiones dotados de una tolva en la que se compactan
los residuos
Ya que la compactación es muy adecuada
para los residuos orgánicos o los
envases.
O camiones que simplemente trasporta los residuos sin
compactarlos.
Porque la compactación no se emplea en el caso del vidrio.
Recogida neumática
Sólo es factible en áreas de nueva
urbanización
Exige una cuantiosa
inversión inicial en la construcción de las instalaciones
que han de ir bajo tierra
Sus beneficios son que se ahorra en los costes del
personal y se generan pocas molestias a los
ciudadanos.
A través de conducciones neumáticas subterráneas se conduce la basura hasta las estaciones de transferencia donde se traslada a la planta de tratamiento
5 6
Transporte
Para el transporte se usan distintos tipos de vehículos especializados como hemos visto en la recogida de los residuos sólidos urbanos.
5 En esta imagen se muestra el recogido de tipo neumático6 En esta imagen se muestra el recogido por medio de vehículos
Tras la recogida de residuos se realiza la etapa de transporte de residuos hacia:
Las estaciones de transferencia
Las plantas de clasificación
Las plantas de reciclado
Las plantas de valoración energética
El vertedero
Se está investigando sobre los medios de transporte de basura más económicos y menos contaminantes.
Este camión híbrido (diésel y eléctrico) de la marca Volvo, es un buen ejemplo ya que está equipado con un motor diésel de 320 cv y uno eléctrico de 120kilovatios. Las ventajas de este camión son visibles ya que reduce los costes de combustible un 20% y las emisiones de dióxido de carbono en más de un 30%.
Tratamiento
Es la etapa final del proceso y la de mayor importancia. Después de su recogida y transporte llega el tratamiento que varía según como se han efectuado los pasos
Este es un ejemplo de recogida y transporte de basura tradicional.
anteriores. Si los residuos vienen separados desde el origen como por ejemplo el papel o el vidrio se dirige directamente a la planta de reciclado. Si viene mezclada como es el caso de los envases hay que separarla según la naturaleza de los plásticos, etc. El proceso de selección se realiza mediante diversos sistemas:
Componente de la basura Proceso de selección utilizadoMetales férricos Por medio de campos magnéticosMetales no férricos Trabajo manual.Papel y cartón Se seleccionan mediante trabajo manualPlásticos duros Por medio del trabajo manualPlástico film Mediante sistemas neumáticosVidrio de color Se seleccionan mediante trabajo manualVidrio blanco Se seleccionan mediante trabajo manual
Los residuos sólidos realizan distintos procesos según su naturaleza y después de su transporte puede ir a las estaciones de transferencia, a las plantas de clasificación o a las plantas de reciclado. En estas plantas no se genera energía solo se compacta y se ordena, se clasifica o se recicla la basura. Una vez concluido los procesos que se dan lugar en las plantas anteriores los RSU se dirigen a las plantas de valoración energética o en los vertederos controlados donde si se produce energía utilizando diferentes formas de obtención.
Las estaciones de transferencia (no se obtiene energía)
En las estaciones de transferencia son instalaciones en las que se descarga y se almacenan temporalmente los residuos para poder transportarlos a otro lugar para que sean tratados.
En estas estaciones se compacta y también se almacenan para que sea más cómodo su transporte a la planta de tratamiento
7
En ocasiones el centro de tratamiento está lo suficientemente próximo a los núcleos habitados como para no necesitar una estación de transferencia. En estos casos, son los propios vehículos de recogida los que realizan el transporte a planta.8
Las plantas de clasificación (no se obtiene energía)
7 Esta imagen sobre las estaciones de transferencia pertenece a : http://www.espormadrid.es 8 Si se da este caso, esta etapa de la estación de transferencia se omitiría.
En las plantas de clasificación como su nombre indica, clasifica la basura en plásticos, metales y en materia orgánica. Y también sufren diferentes tratamientos como trituración o prensado.
9
En esta imagen se especifica el proceso y el tratamiento concreto que sufren los compuestos de la basura doméstica.
10
Las Plantas de reciclaje (no se obtiene energía)
9 Esta imagen ha sido tomada de http://www.elremanso.org.ar. Esta página web es de una asociación de fomento del parque El Remanso. 10 Esta imagen pertenece a una noticia publicada por http://www.alsurinforma.com
Hay dos tipos de reciclado el reciclado mecánico que consiste en un proceso físico mediante el cual el plástico ya usado es recuperado pudiendo así volverlo a utilizar. Y el reciclado químico.
Tratamientos según la naturaleza del residuo:
11 http://www.elrincondelombok.com
Tratamiento general de los residuos sólidos urbanos.
En este esquema se aclaran todos los procesos de clasificación y separación a los que se somete los residuos sólidos para que sean tratados de la manera más conveniente. Se observa como el cartón y el plástico va a prensas y los residuos voluminosos a otro proceso específico.
Se usan distintos procesos de selección como el trabajo manual, el separador magnético y el separador de Foucault.
También podemos distinguir cuatro procesos finales a izquierda vemos como la fracción orgánica puede ir destinada a la Biometanización o al compostaje. A la derecha del esquema se especifica que los residuos rechazados se destinan a la valoración energética o tras un área de transferencia se tratan en un vertedero controlado.
Tratamiento específico de residuos voluminosos:
Este esquema corresponde a la fase específica señalada anteriormente a los que se somete los residuos voluminosos. Este tipo de residuos se trituran se separan mediante un separador magnético y se lleva a una tolva con compactador. Una vez terminados todos estos procesos se lleva al vertedero.
Tratamiento específico de plásticos:
Una parte del tratamiento de los plásticos consiste en el granceado. El granceado consiste en compactar el plástico es unas pequeñas esferas para su venta y poder producir de nuevo botellas, objetos, etc. Esta forma de venta (en pequeñas esferas) facilita su fundición.
Una vez que los residuos sólidos urbanos han pasado por los procesos anteriores necesarios según su naturaleza se destinan para la producción de energía.
Tipos de producción 1. La combustión de residuos
De energía 2. La producción de biogás a partir de residuos
Tratamientos para producir energía
1. La combustión de residuos sólidos urbanos para obtener energía. Este proceso se localiza en las plantas de
valoración energética.
d) Plantas de valoración energética
En este tipo de plantas se realiza la combustión de los residuos para obtener energía en forma de calor. Los tratamientos se clasifican según el oxígeno. Se clasifican en: Incineración: la combustión se realiza con exceso de oxígeno.
Gasificación: la combustión se realiza con defecto de oxígeno.
Otras tecnologías: pirolisis y plasma.
Imagen Nombre Capacidad (t/año)
Potencia eléctrica
Inicio operación
P.V.E de “Las Lomas” (Madrid)
280.000 29 1997
P.V.E. de Son Reus (Baleares) (Fase 1)
300.000 22 1997
P.V.E de Cantabria (Meruelo Cantabria)
124.000 10 2006
P.V.E de Marsella (Francia) 300.000 35 2010
P.V.E. de Son Reus (Baleares) (Fase 2)
432.000 40 2010 12
12 http://www.urbaser.es
Incineración: es un proceso que se lleva a cabo en una incineradora. Una incineradora de residuos sólidos urbanos es un sistema de tratamiento que consiste en quemas a altas temperaturas los residuos, con esto se consigue reducir su volumen en un 95% y su peso en un 80% aproximadamente.
Gasificación: es un proceso termoquímico en el que los residuos sólidos urbanos son transformados en un gas combustible de poco poder calorífico. La gasificación se lleva a cabo mediante unas reacciones que ocurren a cierta temperatura con la presencia de un “gasificante” como el aire, el oxígeno o el vapor de agua).
13 Esta imagen ha sido tomada de la siguiente página web: http://www.tecnun.es/asignaturas/Ecologia/Hipertexto/13Residu/111Incin.htm
Pirolisis: es un proceso que consiste en la descomposición de materia orgánica causada por el calentamiento en ausencia de oxígeno (proceso anaerobio) la pirolisis solo deja carbono de residuo.
Plasma14: es un proceso en el que los residuos sólidos urbanos se encuentran en el cuarto estado, el plasma. Se caracteriza por unas condiciones específicas y una temperatura altísima.
2. La producción de Biogás.14http://www.fundaciongasnaturalfenosa.org/SiteCollectionDocuments/Actividades/Seminarios/Murcia %20241108/4.%20Jordi%20Gallego.pdf
El BIOGAS se puede obtener mediante el vertedero controlado o la biometización
El vertedero controlado
Los vertederos controlados son muy distintos a los vertederos tradicionales donde simplemente se acumulaban las basuras.15 Estos vertederos tradicionales no tenían medidas sanitarias, lo que conlleva a posibles incendios, malos olores, humos y la contaminación de acuíferos subterráneos y aguas superficiales.
En un vertedero controlado la basura se coloca en capas que se va recubriendo todos los días y se instalan sofisticados sistemas de drenaje para las aguas que salen al exterior mediante grietas, y para los gases que se producen (como el metano).
15 En España la gran parte de la basura que producimos se sigue llevando a los vertederos tradicionales.
16 Esta imagen ha sido tomada de la página web: http://docentes.educacion.navarra.es/
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No contaminan igual que los vertederos tradicionales porque el agua (que observamos en este esquema como Lixiviados) se trata en plantas depuradoras antes de ser vertida al río o al mar y el metano se recoge para utilizarlo en pequeñas plantas generadoras de energía que sirven para abastecer las necesidades de la planta de tratamiento de basura.
Cuando el vertedero se llena se debe recubrir adecuadamente y dejar el terreno lo más integrado con el paisaje posible.
17 Este esquema es sobre un vertedero tradicional y vemos que este tipo de vertederos contamina de varias maneras distintas.
Planta de biometanización
El proceso de la biometanización consiste en transformar los residuos en dos tipos biogás y digesto. El biogás igual que en los vertederos controlados se destina a funcionar como combustible para generar electricidad. El digesto es materia prima que se destinará para la producción de compost.
El biogás se genera un elemento energético a partir de una fermentación anaeróbica (sin presencia de oxígeno).
Para que el proceso de biometanización sea efectivo se necesita que los residuos pasen por un “pre tratamiento” en el que se realiza la separación balística (se separan los residuos por su densidad y forma mediante cintas inclinadas), la separación de finos (en la que se somete a los residuos a un cribado, es decir, utilizando una malla que divide el residuo según el tamaño) y una segunda separación balística.
Para producir el biogás se necesita un ambiente anaerobio (sin presencia de oxígeno) y una temperatura de 40ºC. La producción se genera en los llamados “digestores”. El tiempo que tiene que permanecer los residuos a esas condiciones en los digestores ronda los 21 días.
Pero antes de introducir los residuos en los digestores se necesita que hayan sido diluidos y calentados (mediante una inyección de vapor).
18 Diagrama de Proceso de pretratamiento. En una planta de biometanización.
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Una vez finalizado este proceso se prensa con la finalidad de deshidratar la materia digerida, para separar los residuos sólidos de los líquidos y someterlos a diversos procesos.
El biogás se recoge de las partes superiores de los digestores y es conducido a un gasómetro en el que se mide y se almacena el gas.
La composición media de este biogás es de un 55% de CH4 (Metano), un 45 % de CO2
(dióxido de carbono). También se produce muy poca cantidad de vapor de agua y H2S.
El biogás a baja presión se comprime hasta 9 bares y es conducido hasta el tanque de biogás de agitación. Después de este proceso el gas se almacena para transportarlo hasta una central de producción de energía o también se puede asociar este biogás al gas natural.
Formación de compost.
19 Imagen de un digestor de los residuos para la obtención de Biogás.
La formación de compost consiste en una fermentación aerobia (con presencia de oxígeno) de los residuos producida por los microorganismos que contienen estos residuos orgánicos.
Este proceso se localiza en túneles cerrados (en los que es más sencillo su control). Para que no se emitan olores se usan biofiltros.
De este proceso se obtiene un compost bruto. Mediante unos procesos de separación se clasifica en materia de rechazo o inservible y el compost final. La materia inservible (que es una agrupación de impurezas del compost bruto) se dirige al vertedero y el compost final sirve para abono o fertilizante. Al ser tan bueno de abono se está intentando concienciar a las personas para que realicen compost en sus propias casas, como se observa en la siguiente imagen:
Gestión de residuos sólidos urbanos en la Comunidad de Madrid
20 Para saber cómo realizar compost visitar: http://articulos.infojardin.com/articulos/Hacer_compost.htm
Hoy en día los residuos se han convertido en un indicador socioeconómico porque está muy relacionado con la sociedad de consumo y la actividad económica. Por eso me parece muy interesante centrarnos en cómo es la gestión de residuos sólidos urbanos en nuestra comunidad.
En este esquema observamos cómo se realiza la recogida en nuestra comunidad.
Tabla de datos de residuos sólidos urbanos en nuestra comunidad.
21 Todas las imágenes, esquemas y datos están tomados de páginas oficiales de la Comunidad de Madrid. http://www.madrid.es
La situación energética de la ciudad de Madrid es la siguiente:
El 50% de la energía la consume el sector residencial y de servicios.
El 41, 5 % de la energía la consume el sector transportes.
El 8% de la energía la consume el sector industrial.
El tipo de energía consumida varía según su tipo. En este esquema vemos cual es el porcentaje del biogás un 0,65% de la energía total consumida.
22 estos datos fueron tomado en el año 2009 y puede que hoy en día hayan variado.
El parque tecnológico de Valdemingomez es muy importante en la comunidad de Madrid para la gestión de residuos sólidos urbanos y son muy claros los beneficios ecológicos aportados por él. Como que ha reducido las emisiones de CO2, el consumo eléctrico y ha producido energía eléctrica.
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23 Para realizar mi trabajo sobre residuos sólidos urbanos he intentado obtener la mayor parte de la información de la comunidad de Madrid y en concreto de las distintas plantas de Valdemingomez. 24 Para más información sobre esta gestión consultar el área de gobierno de medioambiente.
Y por último la unión europea ha establecido una estrategia para todos los países en los que se incita a la obtención de energía mediante los residuos sólidos urbanos ya que el beneficio que obtenemos no es solo energía eléctrica, si no que se reduce la contaminación producida por vertederos tradicionales y se reducen las emisiones de CO2.
CONCLUSIONES
Me parece muy interesante este tipo de producción de energía ya que la mayoría de veces no nos planteamos que nuestros desperdicios puedan servir para producir energía y que lleven tanto trabajo su correcto tratado ya que han mejorado mucho las medidas de control en los vertederos y se están potenciando mucho las energía renovables ya que tenemos que cuidar de nuestro planeta.