Estudio de factibilidad de un sistema de incineración de residuos sólidos urbanos para la generación de energía en el área metropolitana de Bucaramanga

Abstract

El presente trabajo de investigación estudió un sistema de incineración de residuos orgánicos con generación de energía eléctrica y térmica para el Área Metropolitana de Bucaramanga, como alternativa a la problemática de disposición final de desechos que representa actualmente el relleno sanitario El Carrasco. En primer lugar, por medio del historial de residuos sólidos recolectados por la EMAB, el software MATLAB ® y los métodos numéricos mínimos cuadrados y series de Fourier, se encontró el modelo matemático que describe el comportamiento de la cantidad de residuos orgánicos producidos en el Área Metropolitana de Bucaramanga, y se proyectó la cantidad que se prevé será arrojada durante los próximos seis años. Se encontró que la producción de residuos sólidos orgánicos en el AMB se incrementará 22,5 toneladas diarias en promedio cada año. Con el poder calorífico inferior calculado de los residuos (20660) y las cantidades diarias de los mismos proyectadas a arrojar, se encontró la potencia eléctrica y térmica que podría ser entregada por un sistema de incineración con la configuración propuesta de relación trabajo/calor =1,66. Los valores de energía útil generada (descontando la potencia requerida para el auto sostenimiento de la misma) corresponden a 17,5 MW eléctricos y 35 MW térmicos en 2016, y 23 MW eléctricos y 46 MW térmicos en 2022. Se determinaron y analizaron las variables de temperatura y presión de mayor sensibilidad e influencia respecto a la eficiencia global del ciclo y cantidad de residuos sólidos en toneladas que deberían ingresar a la planta por segundo. Se asumieron, parametrizaron y modificaron las propiedades termodinámicas en cada estado del sistema logrando aumentar la eficiencia general del ciclo basada en PCI de 55,6% a 68,3% y disminuir el consumo de residuos orgánicos de 4,79 a 3,9 kg/s para generar la misma potencia. Se definieron los flujos de aire, vapor, humos, cenizas y residuos y sus condiciones de presión y temperatura. Se realizó un balance exergético del sistema de incineración propuesto en el cual se encontró altas irreversibilidades que llevaron a baja eficiencia exergética de 29,3%, situación atribuida a la alta temperatura calculada a la salida de los humos de la caldera (749,3 K).