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VIABILIDAD TÉCNICO - ECONÓMICA DE LA IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE BIOENERGÍA EN UNA VIVIENDA MULTIFAMILIAR DE BOGOTÁ
JHON SEBASTIÁN CAMACHO ALVARADO
DEIVYD ALEXANDER BOHÓRQUEZ JAMIOY
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
TECNOLOGÍA EN ELECTRICIDAD
BOGOTÁ D.C.
2019
VIABILIDAD TÉCNICO - ECONÓMICA DE LA IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA
DE BIOENERGÍA EN UNA VIVIENDA MULTIFAMILIAR DE BOGOTÁ
JHON SEBASTIÁN CAMACHO ALVARADO
DEIVYD ALEXANDER BOHÓRQUEZ JAMIOY
Monografía como requisito parcial para optar al título de Tecnólogo en Electricidad
Director del proyecto
Ing. PhD. CLARA INÉS BURITICÁ ARBOLEDA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
TECNOLOGÍA EN ELECTRICIDAD
BOGOTÁ D.C.
2019
Nota de aceptación
Aprobado por el Comité de Grado en
cumplimiento de los requisitos exigidos por
la Universidad Distrital Francisco José de
Caldas para optar al título de
Tecnólogo en Electricidad
_________________________________ Ing. Luis Antonio Noguera Vega
Jurado
_________________________________ PhD. Ing. Clara Inés Buriticá Arboleda
Directora
AGRADECIMIENTOS
Inicialmente, el agradecimiento a Dios que permite cumplir cada objetivo y meta que nos
trazamos, agradecemos a todas las personas que nos ofrecieron su paciencia y conocimiento
para desarrollar este trabajo, a la profesora Clara Inés un agradecimiento especial por dirigirnos
y ayudarnos en la consecución del presente trabajo y a nuestras familias por apoyarnos en la
finalización de esta meta.
i
CONTENIDO
LISTA DE TABLAS .................................................................................................................... iii
LISTA DE FIGURAS .................................................................................................................. iv
RESUMEN ................................................................................................................................... v
ABSTRACT ................................................................................................................................ vi
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 1
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................................................ 2
OBJETIVOS ............................................................................................................................... 3
1. PANORAMA NACIONAL E INTERNACIONAL DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS
…………………………………………………………………………………………………………4
1.1 RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS – RSU ........................................................................... 4
1.1.1 Conceptos Residuos Sólidos Urbanos - RSU. ............................................................... 5
1.1.2 Clasificación de Residuos Sólidos Urbanos. ................................................................. 6
1.1.3 Residuos Sólidos Orgánicos - RSO. .............................................................................. 7
1.1.4 Clasificación de los Residuos Sólidos Orgánicos. ......................................................... 7
1.1.5 Generación de Residuos Sólidos Urbanos. ................................................................... 9
1.1.6 Disposición final Residuos Sólidos Urbanos. ............................................................... 14
1.1.7 Regulación. ................................................................................................................. 16
1.2 APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS ......... 16
1.2.1 Potencial energético de los Residuos Sólidos Urbanos. .............................................. 16
1.2.2 Tecnologías de aprovechamiento. .............................................................................. 17
2. RSU EN EL SECTOR URBANO RESIDENCIAL DE BOGOTÁ ........................................ 31
2.1 GENERACIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS ORGÁNICOS EN BOGOTÁ ............................ 34
2.2 DISPOSICIÓN FINAL Y SEPARACIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN BOGOTÁ
………………………………………………………………………………………………………..38
2.3 NORMATIVIDAD VIGENTE............................................................................................... 40
3. CASO DE ESTUDIO: VIVIENDA URBANA EN BOGOTÁ ................................................ 48
3.1 SELECCIÓN DE LA VIVIENDA ......................................................................................... 48
3.1.1 Criterios de selección. ................................................................................................. 48
3.1.2 Caracterización de la vivienda ..................................................................................... 49
ii
3.1.3 Datos de generación mensual de Residuos Sólidos Orgánicos. .................................. 54
3.2 EVALUACIÓN DE LAS CARGAS ELÉCTRICAS EN ZONAS COMUNES ....................... 62
3.3 APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS ORGÁNICOS ..... 64
3.3.1 Tecnologías más adecuadas para el aprovechamiento. ................................................ 64
3.3.2 Evaluación e identificación de la tecnología. ................................................................. 66
3.3.3 Rendimiento de la producción general del biogás y aprovechamiento energético. ........ 67
3.3.4 Selección de equipos esenciales. ................................................................................. 73
3.3.5. Sistema de aprovechamiento de los Residuos Sólidos Urbanos en la vivienda ............ 85
4. ANÁLISIS DE LA VIABILIDAD TÉCNICO-ECONÓMICA DEL APROVECHAMIENTO DE
LOS RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS ................................................................................... 89
4.1 ANÁLISIS COSTO – BENEFICIO ..................................................................................... 89
4.1.1 Proyección de la tarifa del kWh. .................................................................................... 89
4.1.2 Estimación de ingresos y egresos del proyecto. ............................................................ 92
4.1.3 Costos de inversión del proyecto. ................................................................................. 93
4.2 INDICADORES FINANCIEROS ........................................................................................ 94
4.2.1 VAN. ............................................................................................................................. 94
4.2.2 TIR ................................................................................................................................ 95
4.2.3 Análisis de indicadores financieros aplicados al proyecto. ............................................ 97
5. CONCLUSIONES .............................................................................................................. 99
REFERENCIAS ...................................................................................................................... 101
ANEXOS ................................................................................................................................ 107
ANEXO A. Proyectos demostrativos y casos de éxito. ........................................................... 107
ANEXO B. Tendencias de desarrollo de las políticas de aprovechamiento de los RSU .......... 110
iii
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Fuentes de residuos sólidos 10
Tabla 2. Proyección producción mundial 13
Tabla 3. Porcentaje RSU de Colombia 14
Tabla 4. Sistemas y métodos para la disposición final de Residuos Sólidos Urbanos 14
Tabla 5. Generación de RSU en toneladas por localidad 31
Tabla 6. Producción per cápita de residuos en localidades de Bogotá 32
Tabla 7. Producción de residuos por habitante por día por estrato 33
Tabla 8. Producción de residuos por habitante/día por estrato 33
Tabla 9. Generación de Residuos Sólidos Urbanos en las localidades de Bogotá 35
Tabla 10. Proyecciones multianuales de recolección de RSO por localidad (Ton/día) 36
Tabla 11. Porcentaje de generación de Residuos Sólidos Orgánicos en las localidades de
Bogotá 37
Tabla 12. Empresas prestadoras de servicio público de aseo 39
Tabla 13. Normativa aplicable al proyecto 40
Tabla 14. Aplicación de los incentivos tributarios de la Ley 1715 de 2014 45
Tabla 15. Muestra de cantidad de RSO por caneca día 1 55
Tabla 16. Muestra de cantidad de RSO por caneca día 2 55
Tabla 17. Muestra de cantidad de RSO por caneca día 3 56
Tabla 18. Muestra de cantidad de RSO por caneca día 4 56
Tabla 19. Muestra de cantidad de RSO por caneca día 5 57
Tabla 20. Muestra de cantidad de RSO por caneca día 6 57
Tabla 21. Recopilación de datos de generación de RSO por semana 58
Tabla 22. Muestra de datos mensualmente obtenidos de los residuos de poda 61
Tabla 23. Caracterización de cargas eléctricas en el conjunto 62
Tabla 24. Cuadro de cargas en zonas comunes 63
Tabla 25. Factores de generación de biogás para las biomasas residuales estudiadas 68
Tabla 26. Potencial teórico total 70
Tabla 27. Tiempos de retención 74
Tabla 28. Dimensiones de los ductos 79
Tabla 29. Especificaciones grupo motor-generador 82
Tabla 30. Capacidad de generación eléctrica 84
Tabla 31. Energía demanda zonas comunes 84
Tabla 32. Variación de la tarifa kWh estrato 2 (enero 2015-diciembre 2018) 89
Tabla 33. Promedio de tarifa kWh año 2015-2018 91
Tabla 34. Proyección Costo kWh próximos 15 años 92
Tabla 35. Ingresos y ahorros en pagos 93
Tabla 36. Costos de inversión del proyecto 94
Tabla 37. Datos cálculo de indicadores 97
Tabla 38. Políticas de incentivos 110
iv
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Distribución por regiones de la generación mundial de residuos sólidos 11
Figura 2. Caracterización promedio de los RSU Latinoamérica 12
Figura 3. Sistemas de disposición final de residuos en Colombia 15
Figura 4. Esquema para selección de tecnología según humedad relativa 18
Figura 5. Rutas tecnológicas de conversión de biomasa a energía 19
Figura 6. Clasificación de los reactores anaeróbicos 23
Figura 7. Biodigestores semicontinuos de izq. a der. (A) hindú; (B) chino; (C) Taiwán 25
Figura 8. Biodigestor desplazamiento horizontal 26
Figura 9. Sistema de tanque vertical 26
Figura 10. Mapa sector conjunto residencial 49
Figura 11. Conjunto residencial Reserva del Portal 49
Figura 12. Esquema de la distribución de torres en el conjunto 50
Figura 13. Espacio para almacenamiento de basuras 50
Figura 14. Sistema del shut de basuras 51
Figura 15. Disposición de los residuos sólidos 51
Figura 16. Mediciones de peso de las bolsas de los Residuos Sólidos Orgánicos 52
Figura 17. Mediciones de porcentaje de humedad relativa en bolsas 53
Figura 18. Mediciones porcentaje de humedad relativa en el ambiente 53
Figura 19. Relación peso por días de muestra 59
Figura 20. Relación humedad relativa por días de muestra 59
Figura 21. Bolsa de pasto residual 60
Figura 22. Zonas verdes del conjunto 60
Figura 23. Mapa conceptual de rutas tecnológicas de conversión de biomasa en energía 64
Figura 24. Flujo grama de decisión sobre la selección de las tecnologías de digestión anaerobia
72
Figura 25. Sensor Autonics 73
Figura 26. Biodigestor vertical de la marca Citijal 76
Figura 27. Filtro de carbón activado 77
Figura 28. Compresor tc06 78
Figura 29. Medidor de flujo Flowtech 78
Figura 30. Tanque Acuaplast 79
Figura 31. Grupo Motor – Generador 81
Figura 32. Diagrama tecnológico ciclo de generación de energía eléctrica biodigestor – motor de
combustión interna 85
Figura 33. Caracterización de espacios disponibles en la zona de disposición de equipos 86
Figura 34. Diagrama de disposición general de equipos en el sistema de bioenergía 87
Figura 35. Convenciones del diagrama de disposición general 88
Figura 36. Histórico de datos kWh estrato 2 en Bogotá 90
Figura 37. Tendencia en la tarifa del kWh en el estrato 2 Bogotá 90
v
RESUMEN
Uno de los problemas más recurrentes del tratamiento de los desechos urbanos es la
incomodidad que presentan en viviendas urbanas, así como en los centros de acopio, en los
cuales su capacidad alcanza ciertos límites de contención. Además de problemas, en los
sistemas de recolección de basura, que se implementan en la ciudad de Bogotá, sus
desagradables olores y su alto poder de contaminación, tanto del agua, como de suelos y del
aire. Sin embargo, también tienen un alto potencial energético que no es aprovechado, por
múltiples razones, entre ellas principalmente, por una inadecuada disposición final y porque en la
fuente y en los centros de acopio, su separación es nula.
Este proyecto propone realizar el estudio de viabilidad técnica y económica de la implementación
de un sistema de bioenergía. A partir de la recopilación de información de los Residuos Sólidos
Urbanos – orgánicos en Bogotá, se decide seleccionar una vivienda multifamiliar en la localidad
con mayor porcentaje de generación de Residuos Sólidos Orgánicos, para aplicar un sistema de
aprovechamiento energético de la biomasa residual, a los servicios comunes de un conjunto
residencial localizado en dicha localidad.
Los principales resultados obtenidos permiten indicar que el sistema de bioenergía es viable para
abastecer de manera rentable la energía eléctrica requerida en las zonas comunes de la vivienda
multifamiliar trabajada y, que la tecnología más adecuada para implementar en el conjunto
residencial es la de conversión de los Residuos Sólidos Urbanos – orgánicos en biogás, ya que
el porcentaje de humedad relativa es elevado; donde el diseño del sistema se compone
básicamente de un biodigestor y un motor de combustión interna y a un generador eléctrico, que
utilizan el biogás como recurso energético para generar energía eléctrica, dando como resultados
beneficios económicos con la autogeneración mediante un recurso renovable.
Palabras claves: Residuos Sólidos Urbanos, zonas comunes, bioenergía, biogás, biomasa
residual, autogeneración
vi
ABSTRACT
One of the most recurring problems of urban waste treatment is the discomfort that occurs in urban
housing, as well as in the collection centers, in the capacity of containment limits. In addition to
the problems, in the garbage collection systems, which are implemented in the city of Bogotá, its
unpleasant odors and its high pollution power, both water, soil and air. However, they also have a
high potential that is not exploited, for many reasons, among them mainly, for an inadequate final
disposition and because at the source and in the collection centers, their separation is null.
This project proposes to carry out the technical and economic feasibility study of the
implementation of a bioenergy system. From the collection of information on urban solid waste -
organic in Bogotá, select a multi-family home in the town with the highest percentage of organic
waste generation, to apply the system of energy use of residual biomass, to the Common Services
of a residential complex located in said locality.
The main results indicate that the bioenergy system is viable for profitably supplying electrical
energy is required in the common areas of the family and family home, the most appropriate
technology to implement in the residential complex is the conversion of waste urban - organic
solids in biogas, since the percentage of humidity is high; where the system design consists of a
biodigester and an internal combustion engine and an electric generator, which uses biogas as a
resource.
Keywords: urban solid waste, common areas, bioenergy, biogas, residual biomass, self-
generation
1
INTRODUCCIÓN
Este proyecto se concentra en abordar la viabilidad técnica y económica del aprovechamiento de
los Residuos Sólidos Urbanos RSU, los cuales pueden ser utilizados como una fuente de energía
renovable. Para ello se recopila información respecto a la cantidad de residuos sólidos que se
encuentran en la ciudad de Bogotá y sus respectivas localidades; a partir de diferentes
parámetros se selecciona la vivienda multifamiliar para caso de estudio, tales como: espacio
disponible, disposición final de los residuos, localización, compatibilidad con el entorno,
sostenibilidad y acceso. Luego se estudia la normatividad aplicable vigente en Bogotá para el
manejo de Residuos Sólidos Orgánicos y su posible aprovechamiento eléctrico, evaluando las
limitaciones y oportunidades que puede ofrecer a los posibles usuarios del sistema de bioenergía.
También se evalúan las diferentes tecnologías para el aprovechamiento de los Residuos Sólidos
Urbanos - orgánicos, como recurso energético; se caracterizan dos tecnologías para una posible
implementación, posteriormente se diseña un sistema de aprovechamiento energético de
Residuos Sólidos Orgánicos para la vivienda multifamiliar, que incluye el dimensionamiento de
los equipos principales, parámetros de funcionamiento y rendimiento de producción de los
dispositivos como el biodigestor y las máquinas eléctricas a utilizar.
Finalmente se analiza el costo - beneficio de la implementación del sistema diseñado para el
aprovechamiento de los Residuos Sólidos Urbanos orgánicos, mediante cotizaciones en el
mercado colombiano e internacional de las máquinas eléctricas y mecánicas a utilizar, junto con
análisis de indicadores financieros, que permiten indicar la viabilidad técnico-económica del
diseño del sistema bioenergético, para la demanda eléctrica de las zonas comunes de la vivienda
multifamiliar seleccionada.
2
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Los Residuos Sólidos Urbanos (RSU) son aquellos que se generan en los espacios urbanizados,
como consecuencia de las actividades de consumo y gestión de actividades domésticas
(viviendas), servicios (hostelería, hospitales, oficinas, mercados, etc.) y tráfico viario (papeleras y
residuos viarios de pequeño y gran tamaño). De acuerdo con su composición, los RSU se
componen de los siguientes materiales: vidrio, papel y cartón, plásticos, textiles, metales, madera,
escombros y por último los Residuos Sólidos Orgánicos que son la parte aprovechable
energéticamente de todos los mencionados, y del cual será el elemento principal de estudio en
este proyecto de grado. 1 Los Residuos Sólidos Orgánicos son cualquier objeto, material,
sustancia o elemento sólido resultante del consumo o uso de un bien en actividades domésticas,
industriales, comerciales, institucionales o de servicios y que es susceptible de aprovechamiento
o transformación en un nuevo bien, actualmente es un recurso que puede ser utilizado para
beneficio económico pero que no se le da el provecho que podría ofrecer. 2
La problemática principal que se presenta es el qué hacer con los desechos orgánicos que
resultan de las actividades cotidianas en el sector residencial, los cuales son un inconveniente
para las personas por su mal olor, límites de contención e incomodidad en los lugares donde se
acopian los residuos, con el presente trabajo se propone aprovechar dichos desechos, por medio
de un proceso de conversión con la tecnología correspondiente, que permita aprovechar
desechos para producir energía eléctrica. Es aquí donde resulta como medio para la resolución
de esta problemática, la propuesta de aprovechar los Residuos Sólidos Orgánicos urbanos, como
recursos energéticos no convencionales. Además de aprovechar la normatividad que apoya e
incentiva este tipo de proyectos, como la ley 1715 de 2014, por medio de la cual se regula la
integración de las energías renovables no convencionales al sistema energético nacional.3
Con lo mencionado antes, estos hechos permiten la identificación de una necesidad e interés
social, ya que utilizando nuevas fuentes de energía renovables, que se pueden aplicar y
desarrollar en una vivienda multifamiliar, con la premisa de que, aprovechando el potencial
energético de los residuos orgánicos, se pueden obtener beneficios tal como el de futuros ahorros
al invertir en un sistema que produzca un cierto porcentaje de energía eléctrica. De acuerdo con
el Ministerio de Minas y Energía, los incentivos representan ahorros entre un 15 y 30 % de la
inversión para proyectos con energías no convencionales.4
Se propone la idea de generar energía a partir de fuentes renovables, tales como la biomasa
residual, en nuestro caso. El propósito, por tanto, es la de realizar un trabajo en cual se desarrolle
el estudio de viabilidad de un sistema de bioenergía, aplicado a una vivienda urbana en Bogotá.
1Barradas Rebolledo, A. (2009). Gestión integral de residuos sólidos municipales: estado del arte. Veracruz, México :
E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos (UPM) 2 Jaramillo Henao, G., & Zapata Márquez, L. M. (21 de 01 de 2008). Aprovechamiento de los residuos sólidos orgánicos en Colombia. (Tesis de Especialización). Universidad de Antioquia, Medellín, Colombia. 3 Unidad de Planeación Minero Energética (UPME). (s.f.). Guía práctica para la aplicación de los incentivos tributarios de la ley 1715 de 2014. Colombia. 4 Unidad de Planeación Minero Energética (UPME), Óp. cit., p. 10.
3
OBJETIVOS
Objetivo general
Evaluar la viabilidad Técnico - Económica de la implementación de un sistema de bioenergía en
una vivienda multifamiliar de Bogotá
Objetivos Específicos
1. Recopilar información respecto a los Residuos Sólidos Orgánicos en viviendas urbanas de
Bogotá y seleccionar la vivienda multifamiliar objeto de estudio, teniendo en cuenta aspectos
como espacio disponible, organización de los residuos, localización, compatibilidad con el
entorno, sostenibilidad y acceso que se puede proveer a una vivienda de máximo 3 familias.
2. Estudiar la normativa aplicable vigente en Bogotá en el manejo final de Residuos Sólidos
Orgánicos para un posible aprovechamiento energético y evaluar las limitaciones y
oportunidades que ofrece a los posibles usuarios
3. Evaluar diferentes tecnologías para el aprovechamiento de Residuos Sólidos Orgánicos como
recurso energético y caracterizar por lo menos 2 tecnologías más adecuadas para la vivienda
multifamiliar escogida
4. Diseñar el sistema para el aprovechamiento de Residuos Sólidos Orgánicos en una vivienda
multifamiliar de Bogotá que incluya el dimensionamiento de los equipos principales,
parámetros de funcionamiento y rendimientos de producción.
5. Analizar la relación Costo-Beneficio de la implementación de sistema diseñado para el
aprovechamiento de los Residuos Sólidos Orgánicos en la vivienda multifamiliar.
4
1. PANORAMA NACIONAL E INTERNACIONAL DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS
URBANOS
1.1 RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS – RSU
Panorama Internacional: “el aumento de la prosperidad y la creciente urbanización podría llevar
a una duplicación en el volumen de Residuos Sólidos Urbanos creados anualmente para el año
2025”, según una nueva investigación por 5 una organización de investigación independiente
dedicada a temas ambientales globales.
Si bien algunos de los residuos se reciclan, la duplicación de los residuos de las proyecciones
actuales, indican que el volumen de residuos pasará de 1,3 mil millones de toneladas actuales
por año a 2,6 mil millones de toneladas, desafiando la gestión ambiental y la de salud pública en
las ciudades del mundo. EE.UU. es el líder mundial en la producción de residuos con alrededor
de 621.000 toneladas por día, China es el segundo con 521.000 toneladas. Entre los 10 primeros,
sin embargo, existe una amplia gama de producción de residuos, con los EE.UU. generando casi
siete veces más residuos urbanos que Francia, país que se encuentra en la décima posición,
Pero no es sólo el cuánto se produce, si no el cómo se trata la cantidad producida y a dónde ésta
va a parar. El tratamiento y la gestión de los residuos es por tanto el tópico alrededor del cual se
centran la mayoría de las políticas y planes de actuación desarrollados por los principales
organismos en los últimos años.6
Sin embargo, la lista de los 10 principales países productores de residuos incluye cuatro naciones
en desarrollo: Brasil, China, India y México; en parte, debido al tamaño de sus poblaciones
urbanas y en parte porque los habitantes de sus ciudades están prosperando y adoptan estilos
de vida de alto consumo.
EE. UU. es el líder mundial en la producción de residuos con alrededor de 621.000 toneladas por
día, China es el segundo con 521.000 toneladas. Entre los 10 primeros, sin embargo, existe una
amplia gama de producción de residuos, con los EE. UU. generando casi siete veces más
residuos urbanos que Francia, país que se encuentra en la décima posición.7
Panorama en Colombia: según Luis Gilberto Murillo, anterior ministro de ambiente y desarrollo
sostenible, “el país genera doce millones de toneladas anuales de basura y solo recicla el 17%
de esa cantidad”.8
Los residuos sólidos suponen uno de los desafíos más críticos del planeta. Gobiernos,
empresas y ciudadanos de cada país deben tomar medidas para asegurar su correcto
tratamiento, pues de lo contrario seguirán aumentando los niveles de contaminación del
agua, el aire y los suelos.
5 Waste Management World. (30 de 07 de 2012). Finanzascarbono.org. Obtenido de http://finanzascarbono.org/noticias_externas/los-residuos-solidos-urbanos-a-nivel-mundial-se-duplicaran-antes-de-2025/ 6 Moreno Garrido, L. (2016). Simulación de la operación de una Microbial Fuel Cell para aplicación en sistemas aislados de la red. Proyecto Fin de carrera. Escuela Técnica Superior de Ingeniería universidad De Sevilla, Sevilla 7 Ibíd., p. 17 8 Murillo, L. (31 de 08 de 2017). (R. Dinero, Entrevistador)
5
En el contexto colombiano la situación no es menos alarmante, considerando que hay
iniciativas y políticas públicas como el Conpes 3874 que definen planes para una gestión
integral de los residuos sólidos, pero que no se traducen en resultados significativos frente
al impacto que tienen los residuos sobre el medio ambiente. Un estudio de 2015 realizado
por el Banco Mundial y el Departamento Nacional de Planeación DNP sostiene que, de
continuar con la misma dinámica de generación de residuos y no encontrar soluciones para
mejorar su aprovechamiento, "en el año 2030 tendremos emergencias sanitarias en la
mayoría de las ciudades del país y una alta generación de emisiones de gases de efecto
invernadero”.9
El pronóstico del DNP se fundamenta en un escenario donde la generación de residuos en
las zonas urbanas y rurales podría llegar a 18,74 millones de toneladas anuales, de las
cuales 14,2 millones serían dispuestos en rellenos sanitarios que no cuentan con el espacio
suficiente para recibirlos. Ese déficit de capacidad instalada implica una serie de retos para
los gobiernos venideros, enfocados no solo en infraestructura para el aprovechamiento,
tratamiento y disposición final de residuos, sino en mayores incentivos económicos y
normativos para las empresas o en pedagogía para atacar el problema desde la misma
separación en la fuente.10
1.1.1 Conceptos Residuos Sólidos Urbanos - RSU.
Definiciones acordes con el Decreto 2981 de 2013, compilado en el Decreto 1077 de 2015:
Residuo sólido: Es cualquier objeto, material, sustancia o elemento principalmente sólido
resultante del consumo o uso de un bien en actividades domésticas, industriales, comerciales,
institucionales o de servicios, que el generador presenta para su recolección por parte de la
persona prestadora del servicio público de aseo. Igualmente se considera como residuo sólido,
aquel proveniente del barrido y limpieza de áreas y vías públicas, corte de césped y poda de
árboles.11
Residuos Sólidos Urbanos (RSU): Son aquellos que se generan en los espacios urbanizados,
como consecuencia de las actividades de consumo y gestión de actividades domésticas
(viviendas), servicios (hostelería, hospitales, oficinas, mercados, etc.) y tráfico viario (papeleras y
residuos viarios de pequeño y gran tamaño12
Características de los Residuos Sólidos Urbanos: las características generales de los
Residuos Sólidos Urbanos son las siguientes 13
La densidad: Parámetro variable en función de la heterogeneidad de los residuos. Es mayor
en los países menos desarrollados, por lo que varía en sentido inverso al nivel de vida de tal
9 Revista Contreebute. (08 de 06 de 2018). conTREEbute. Obtenido de https://www.contreebute.com.co/single-
post/Como-esta-el-panorama-de-la-gestion-de-residuos-solidos-en-Colombia. 10 Ibíd., p. 1 11 Presidencia de la República de Colombia. (20 de diciembre de 2013). Decreto 2981 de 2013. Decreto. Colombia. 12 Ibíd., p. 1 13 Costa Yagüe, F. (1995). Residuos orgánicos urbanos: manejo y utilización. Murcia, España: Consejo Superior de
Investigaciones Científicas, Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura.
6
forma que en lugares con alto nivel de vida se desechan menos envases sin retorno,
voluminosos y de poco peso, lo que hace que los residuos tengan una densidad baja.14
El contenido en agua de los RSU: Tiene una gran influencia sobre el poder calorífico de las
basuras, así como en la transformación biológica de las materias fermentables. Es menor en
las zonas céntricas de las ciudades, y en las más desarrolladas, con mayor concentración de
comercios.15
La relación C/N (Carbono/Nitrógeno): Depende fundamentalmente del aporte al residuo de
la fracción papel-cartón, que hace que dicha relación aumente; en países desarrollados tiene
valores superiores a 35, mientras que en los demás es inferior a 28. Como valor óptimo para
una transformación biológica adecuada se considera entre 20-35.16
1.1.2 Clasificación de Residuos Sólidos Urbanos.
Los Residuos Sólidos Urbanos (RSU), conocidos comúnmente por “basuras”, que se producen
en los núcleos de población, constituyen un problema para el hombre desde el momento en que
su generación alcanza importantes volúmenes y, como consecuencia, empiezan a invadir su
espacio vital o de esparcimiento. Se incluyen dentro de los Residuos Sólidos Urbanos todos los
que se generan en la actividad doméstica, comercial y de servicios, así como los procedentes de
la limpieza de calles, parques y jardines. 17
La naturaleza de los Residuos Sólidos Urbanos es enormemente variada y debe estudiarse en
cada momento y en cada localidad, ya que, en efecto, y de acuerdo con Flores Dante 18, los RSU
varían según:
Origen, puesto que pueden ser domésticos, procedentes de industrias o de
establecimientos comerciales, de la limpieza de las calles o de los edificios públicos,
etcétera.
Lugar de procedencia, las zonas urbanas producen más papel, plásticos y residuos de
manufactura, enlatados, etc.; las zonas rurales tienen una producción de residuos más
orgánica.
Variación climática, en verano se suelen consumir más verduras y frutas y en invierno
se suelen producir más cenizas. El encrudecimiento de un invierno puede repercutir
considerablemente en la producción de los residuos.
Nivel de vida, la población con mejor economía suele producir más residuos; en zonas
deprimidas se consume menos. El nivel de vida influye también en la cantidad de basura,
siendo más abundante en las zonas residenciales que en los barrios pobres. En estos
últimos, además de consumirse menos, se aprovechan los bienes al máximo, usándose
14 Ibíd., p. 181 15 Ibíd., p. 181 16 Ibíd., p. 181 17 Barradas Rebolledo, A. (2009). Gestión integral de residuos sólidos municipales: estado del arte. Veracruz, México: E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos (UPM). 18 Ibíd., p. 6
7
los envases después de vaciados, reciclando, en una palabra, la mayor parte de los
materiales de desecho, revendiendo el papel y el cartón, etc.19
Clasificación según composición: los Residuos Sólidos Urbanos están compuestos de los
siguientes materiales:20
Vidrio: son los envases de cristal, frascos, botellas, etc.
Papel y cartón: periódicos, revistas, embalajes de cartón, envases de papel, cartón.
Solidos orgánicos: son los restos de comida, de jardinería, etc. En peso son la fracción
mayoritaria en el conjunto de los residuos urbanos.
Plásticos: en forma de envases y elementos de otra naturaleza.
Textiles: ropas y vestidos y elementos decorativos del hogar.
Metales: son latas, restos de herramientas, utensilios de cocina, mobiliario etc.
Madera: en forma de muebles mayoritariamente.
Escombros: procedentes de pequeñas obras o reparaciones domésticas 21
Para el presente trabajo el compuesto de tipo orgánico será el elemento principal de estudio y
aprovechamiento energético en la vivienda multifamiliar.
1.1.3 Residuos Sólidos Orgánicos - RSO.
Para iniciar con la recopilación de información respecto al aprovechamiento de Residuos Sólidos
Orgánicos en Bogotá, es necesario determinar e identificar qué tipos de residuos pueden ser
aprovechables en una vivienda, para ser utilizados en un sistema de bioenergía.
Definición: son aquellos residuos que provienen de restos de productos de origen orgánico,
la mayoría de ellos son biodegradables (se descomponen naturalmente). Se pueden
desintegrar o degradar rápidamente, transformándose en otro tipo de materia orgánica.
Ejemplo: los restos de comida, frutas y verduras, carne, huevos, etcétera, o pueden tener un
tiempo de degradación más lento, como el cartón y el papel. Se exceptúa de estas
propiedades al plástico, porque a pesar de tener su origen en un compuesto orgánico, posee
una estructura molecular más complicada.22
1.1.4 Clasificación de los Residuos Sólidos Orgánicos.
Existen muchas formas de clasificación de los Residuos Sólidos Orgánicos, sin embargo, las
dos más conocidas están relacionadas con su fuente de generación y con su naturaleza y/o
características físicas. En 23 se define y clasifica los Residuos Sólidos Orgánicos de la siguiente
manera.
19 Ibíd., p. 7 20 Fundación UNED: Universidad Nacional de Educación a Distancia. (2018). Gestión y Tratamiento de los Residuos Urbanos. ((. N. Distancia), Editor) Recuperado el 17 de 07 de 2018, de Los residuos urbanos y su problemática: https://www2.uned.es/biblioteca/rsu/pagina1.htm 21 Ibíd., p. 1 22 Jaramillo Henao, G., & Zapata Márquez, L. M, Óp. cit., p. 10. 23 Flores Dante. (03 de 2001) Guía No. 2. Para el aprovechamiento de los residuos sólidos orgánicos. Guía,10. quito, Ecuador.
8
Clasificación - Fuente de Generación:
Residuos Sólidos Orgánicos provenientes del barrido de las calles: consideramos
dentro de esta fuente a los residuos almacenados también en las papeleras públicas; su
contenido es muy variado, pueden encontrarse desde restos de frutas hasta papeles y
plásticos.
Residuos sólidos de mercados: son aquellos residuos provenientes de mercados de
abastos y otros centros de venta de productos alimenticios. Es una buena fuente para el
aprovechamiento de orgánicos y en especial para la elaboración de compost y fertilizante
orgánico.
Residuos Sólidos Orgánicos de origen comercial: son residuos provenientes de los
establecimientos comerciales, entre los que se incluyen tiendas y restaurantes. Estos
últimos son la fuente con mayor generación de residuos orgánicos debido al tipo de
servicio que ofrecen como es la venta de comidas. Requieren de un trato especial por ser
fuente aprovechable para la alimentación de ganado porcino (previo tratamiento).
Residuos Sólidos Orgánicos domiciliarios: son residuos provenientes de hogares,
cuya característica puede ser variada, pero que mayormente contienen restos de
verduras, frutas, residuos de alimentos preparados, podas de jardín y papeles.
Representa un gran potencial para su aprovechamiento en los departamentos del país. 24
Clasificación - característica física:
Residuos de alimentos: son restos de alimentos que provienen de diversas fuentes,
entre ellas: restaurantes, comedores, hogares y otros establecimientos de expendio de
alimentos.
Estiércol: son residuos fecales de animales (ganado) que se aprovechan para su
transformación en bio-abono o para la generación de biogás.
Restos vegetales: son residuos provenientes de podas o deshierbe de jardines, parques
u otras áreas verdes; también se consideran algunos residuos de cocina que no han sido
sometidos a procesos de cocción como legumbres, cáscara de frutas, etc.
Papel y cartón: son residuos con un gran potencial para su reciclaje, pero con un tiempo
de degradación lento.
Cuero: son residuos mayormente derivados de artículos de cuero en desuso.
Plásticos: son considerados como residuos de origen orgánico ya que se fabrican a partir
de compuestos orgánicos como el etanol (componente del gas natural), también son
fabricados utilizando algunos derivados del petróleo.25
Propiedades biológicas de los Residuos Sólidos Orgánicos: excluyendo el plástico, la goma
y el cuero, la fracción orgánica de la mayoría de los residuos se puede clasificar de la forma
siguiente:26
24 Ibíd., p. 2 25 Ibíd., p. 3 26 Ibíd., p. 3
9
Constituyentes solubles en agua, tales como azúcares, féculas, aminoácidos y diversos
ácidos orgánicos.
Hemicelulosa, un producto de condensación de azúcares con cinco y seis carbonos.
Celulosa, un producto de condensación de glucosa de azúcar con seis carbonos.
Grasas, aceites y ceras, que son ésteres de alcoholes y ácidos grasos de cadena larga.
Lignina, un material polímero presente en algunos productos de papel como periódicos.
Lignocelulosa, una combinación de lignina y celulosa.
Proteínas, que están formadas por cadenas de aminoácidos.
1.1.5 Generación de Residuos Sólidos Urbanos.
Las fuentes de residuos sólidos se refieren a un punto específico en el tiempo y el espacio, en
el cual se generan cierta cantidad de residuos dependiendo de la actividad que ahí se realice.
Dependiendo del estudio que se lleve a cabo o de la necesidad del investigador, se pueden
poner límites a estas fuentes; es decir, dentro de una casa, una fuente de generación puede
ser un cuarto, o la cocina, y como se vería, la composición de las dos en cuanto a la proporción
de residuos sería diferente, la fuente de generación de la cocina tendría una más alta
proporción de residuos orgánicos, en comparación con el cuarto, pues éste presentaría una
mayor proporción de papel. Al mismo tiempo una fuente de generación puede ser toda la casa
en general.27 Ésta, estaría bajo la denominación de fuente de generación domiciliaria según
Tchobanoglous.
Simultáneamente la casa está inmersa en una agrupación, un contexto más amplio, dentro de
un municipio o una ciudad. Por tal motivo podría considerarse como fuente de generación de
Residuos Sólidos Urbanos. Dependiendo del estrato socioeconómico y la actividad que se
realiza en un lugar determinado, la composición y las proporciones de tipo de residuos
cambian.
Se sabe, por ejemplo, que, a mayor estrato social, menor componente orgánico, y viceversa,
aspecto que debe tenerse en cuenta en el momento de evaluar la implementación de
programas de gestión de Residuos Sólidos Urbanos. Aunque se pueden clasificar las fuentes
hasta un número indeterminado, se han encontrado útiles las siguientes categorías: residencial,
comercial, municipal, industrial, áreas libres, plantas de tratamiento y agrícola.28
27 Salazar Falla, M. (2010). FORMULACIÓN DEL PLAN DE MANEJO INTEGRAL DE RESIDUOS SÓLIDOS. Monografia De proyecto de grado. Pontificia Universidad Javeriana, Bogotá, Cundinamarca, Colombia. 28 Tchobanoglous, G., Vigil, S., & Theisen, H. (1994). Gestión integral de residuos sólidos. España: McGraw-Hill Interamericana de España.
10
Tabla 1. Fuentes de residuos sólidos
Fuente Instalaciones, actividades, o
localizaciones donde se generan
Tipos de residuos
sólidos
Doméstica
Viviendas aisladas y bloques de baja,
mediana y elevada altura, etc.,
unifamiliares y multifamiliares.
Residuos de comida, papel,
cartón, plástico, textiles, cuero,
aluminio, cenizas, residuos
especiales y peligrosos
Comercial
Tiendas, restaurantes, mercados,
edificios de oficinas, hoteles, moteles,
almacenes de impresos, reparación de
automóviles, instalaciones médicas e
instituciones, etc.
Papel, cartón, plástico, madera,
residuos de comida, vidrio,
metales, residuos especiales,
peligrosos, etc.
Institucional Escuelas, hospitales, cárceles, centros
gubernamentales. (como lo comercial)
Construcción y
Demolición
Lugares nuevos de construcción,
lugares de reparación / renovación de
carreteras, derribos de edificios,
pavimentos rotos.
Madera, acero, hormigón,
suciedad.
Servicio
Municipales
Limpieza de calles, de cuencas, parques
y playas, así como
Residuos especiales basura,
recortes de árboles y plantas,
residuos de cuencas, residuos
generales de parques, playas y
zonas de recreo.
Plantas de
tratamiento;
incineradoras
municipales
Aguas residuales y proceso de
tratamiento industrial etc.
Residuos de planta de
tratamiento, compuestos
principalmente de fangos.
Residuos
sólidos
Urbanos
Todos los citados. Todos los citados.
Industrial
Construcción, fabricación, manufacturas
ligeras y pesadas, refinerías, plantas
químicas, madera, minería, generación
de electricidad, demolición, etc.
Desechos de alimentos,
desperdicios, cenizas, desechos
de demolición y construcción,
desechos especiales, desechos
peligrosos.
Agrícolas
Cultivos, huertos, viñedos, ordeñaderos,
corrales de ganado y animales, granjas,
etc.
Desechos de alimentos
compuestos, desechos de la
agricultura, desperdicios,
desechos peligrosos.
Fuente: (Tchobanoglous, Vigil, & Theisen, 1994)
Icontec29, dice que una fuente de generación es el sitio en el cual se producen los residuos
sólidos. Las fuentes de residuos sólidos están, en general, relacionadas con el uso de la tierra y
la zonificación. Según la Superintendencia de servicios públicos, en Colombia la producción per
29 ICONTEC. (2003). Guía Para La Separación en la fuente y la recoleccion selectiva.Guía De Icontec.Colombia
11
cápita de residuos sólidos es aproximadamente de 0,5 kg /hab./día, variando hasta 0,2
kg/hab./día en las zonas rurales. La producción de residuos es una variable que depende
básicamente del tamaño de la población y de sus características socioeconómicas.30
Fuente: Banco Mundial, (Hoornweg & Bhada-Tata, 2012)
Generación de RSU en el mundo y Latinoamérica: según el Banco Mundial, citado por
Martínez31 América Latina y el Caribe tienen los datos más completos debido a las evaluaciones
periódicas que se realizan; por ello, se estima que la cantidad total de residuos generados por
año en esta región es de 160 millones de toneladas, y, por ende, los valores oscilan entre 0,1 a
14 kg / habitante / día, y un promedio de 1,1 kg per cápita / día. Al igual que las altas tasas de
generación per cápita de residuos en el continente africano, la mayor de estas per cápita de
generación de residuos sólidos, se encuentra en las islas del Caribe (Figura 1)
AFR: África; EAP: Asia Oriental y el Pacífico; ECA: Europa y Asia Central; LAC: Latinoamérica y
El Caribe; MENA: Medio Oriente y África del Norte; OECD: Países de la Organización para la
Cooperación Económica y el Desarrollo; SAR: Asia del Sur
30 Salazar Falla, M. (2010), Óp. cit., p.30. 31Martinez, J. (2012). Propuesta para el desarrollo de un spin-off en residuos sólidos en Bogotá. Ciencia y Tecnología del Ejército, 64-75.
Figura 1. Distribución por regiones de la generación mundial de residuos sólidos
12
La composición de los Residuos Sólidos Urbanos generados en el mundo, varía de región en
región y de país en país, tanto como los mismos índices de generación; en particular para
Latinoamérica, en el último reporte del Banco Mundial, se estiman los valores como las
caracterizaciones intermedias entre los países de bajos ingresos y los países de ingresos
medios, referenciándose principalmente la fracción orgánica con un 54% de los residuos
generados, el papel con un 16% y el plástico con un 12%.32
Fuente: Datos Banco Mundial, (2012), Extraído De (Martínez Sepúlveda, 2015)
En la Tabla 2 se observa la proyección de la producción mundial per cápita y total de residuos
sólidos por regiones para los años 2012 y 2025 realizado mediante los datos del banco mundial
en marzo del 2012. Las proyecciones para la generación de residuos urbanos sólidos en 2025 se
hicieron considerando el crecimiento esperado de la población y el PIB, y, la generación estimada
de desechos per cápita.
32 Martínez Sepúlveda, J. (2015). Residuos en Hispanoamérica: de lo ambiental a lo social. Bogotá, Cundinamarca,
Colombia: Universidad EAN.
Figura 2. Caracterización promedio de los RSU Latinoamérica
13
Tabla 2. Proyección producción mundial
Año 2012 Año 2025
Región Producción promedio
kg/habitante/día
Población Urbana
Millones de habitantes
Producción Total t/día
Producción Promedio
kg/habitante/día
Población urbana
Millones de habitantes
Producción total t/día
AFR 0,65 261 169120 0,85 518 441840
EAP 0,95 777 739959 1,52 1230 1865380
ECA 1,12 227 254389 1,48 240 354811
LAC 1,09 400 437545 1,56 466 728392
MENA 1,07 162 173545 1,43 257 369320
OECD 2,15 729 1566286 2,07 842 1742417
SAR 0,45 426 192411 0,77 734 567545
TOTAL 1,19 2982 3532255 1,42 4287 6069705
AFR: África; EAP: Asia Oriental y el Pacifico; ECA: Europa y Asia Central; LAC: Latinoamérica y el Caribe; MENA: Medio Oriente y África del Norte; OECD: Países de la organización para la cooperación económica y el desarrollo;
SAR: Asia del sur.
Fuente: Extraído de (Avendaño Acosta E. , 2015)
Generación de RSU en Colombia: existe una alta relación entre los ingresos per cápita, y, por
ende, el PIB de una nación y los niveles de generación de residuos sólidos. Colombia es
considerado por el Banco Mundial, junto con muchos países de Latinoamérica, como un país de
ingresos económicos medio-altos, es decir, ingreso nacional bruto per cápita entre USD3.856 a
USD11.905, lo que implica unas condiciones especiales de generación, manejo y disposición de
RSU. A diferencia de Colombia, Ecuador, Guyana, Bolivia y Paraguay, así como también algunas
naciones centroamericanas, son considerados países de ingresos medio bajos.33
Se observa el caso de Bogotá (Colombia), en donde por cada 6.600 toneladas diarias que se
disponen en el relleno sanitario Doña Juana (opción centralizada), hay aproximadamente 1.200
toneladas día (UAESP, 2012) que se desvían a través de opciones no centralizadas de
aprovechamiento como cooperativas de recicladores, opciones privadas de manejo
posproducción, etc., esto es, cerca del 18% del total de residuos diarios, como lo menciona
Betancourt, R., & Martinez, J.34. En todo caso, para Colombia, en el año 2025, según datos del
Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, se espera una población urbana cercana a los 54
millones de habitantes, que con una tasa promedio de generación de residuos de 1,5
kg/persona/día, generará más de 81.000 toneladas/día de RSU, lo que implica una mayor
cantidad y una mayor complejidad en su manejo, amén de otras corrientes de residuos que se
encuentran menos diagnosticadas.35
33 Ibíd., p. 31 34 Betancourt, R., & Martinez, J. (2012). Análisis de aprovechabilidad del lixiviado de un relleno sanitario de una ciudad intermedia en Colombia. La Asociación Colombiana de Ingeniería Sanitaria y Ambiental , 5-13. 35 Martínez Sepúlveda. Óp. cit., p. 10.
14
En la Tabla 3, se observa el porcentaje de composición de Residuos Sólidos Urbanos para
Colombia, de acuerdo con los métodos de eliminación de Residuos Sólidos Urbanos establecidos
por el Banco Mundial.
Tabla 3. Porcentaje RSU de Colombia
País Orgánico % Papel % Plástico % Vidrio % Metal % Otros %
Colombia 54 11 10 5 2 18
Fuente: Elaboración propia con datos del (Banco Mundial, 2012)
1.1.6 Disposición final Residuos Sólidos Urbanos.
La disposición final es el destino último de los residuos, bien sean Residuos Sólidos Urbanos,
residuos sólidos domésticos, o materiales residuales de instalaciones de recuperación y
procesamiento de materiales. Un verdadero sitio de disposición final no es un tiradero a cielo
abierto, ni un entierro sanitario. Son instalaciones adecuadas para evitar la contaminación de los
cuerpos de agua, suelo y aire, sin crear incomodidades o riesgos para la salud pública y
ambiental.36 A continuación, en la tabla 4, se muestras los diferentes sistemas o métodos para la
disposición final de Residuos Sólidos Urbanos.
Tabla 4. Sistemas y métodos para la disposición final de Residuos Sólidos Urbanos
Método o sistema
Descripción
Planta de Manejo Integral
Es la infraestructura adecuada para la aplicación de un proceso integral de clasificación, recolección, transporte, selección, tratamiento y aprovechamiento, destrucción, utilización, comercialización y disposición final de residuos sólidos.
Relleno Sanitario
Es el lugar técnicamente seleccionado, diseñado y operado para la disposición final controlada de residuos sólidos, sin causar peligro, daño o riesgo a la salud pública, minimizando y controlando los impactos ambientales y utilizando principios de ingeniería para la confinación y aislamiento de los residuos sólidos en un área mínima, con compactación de residuos, cobertura diaria de los mismos, control de gases, lixiviados y cobertura final.
Celda de contingencia
Es un espacio más reducido que un relleno sanitario y que debe cumplir con la captación de lixiviados, tubería para gases, impermeabilización de la superficie de contacto, cubrimiento del material dispuesto y plan de clausura.
Celda transitoria
La celda transitoria tiene un área parecida a la de contingencia; sin embargo, no cumplen con las exigencias técnicas para la buena disposición de los RS. En Colombia, estas celdas fueron aprobadas mientras se realiza la transición, en algunos municipios, al relleno sanitario.
Botadero a cielo abierto
Sitio seleccionado inadecuadamente, sin criterios técnicos o ingenieriles, donde no existe control de lixiviados ni de gases. No presenta ningún tipo de manejo en lo referente a la cobertura diaria, intermedia o final de las celdas.
36 Tchobanoglous, G., Vigil, S., & Theisen, H, Óp. cit., p.
15
Método o sistema
Descripción
Compostaje
En este método se procesa la fracción orgánica de los residuos sólidos que es generalmente del 40-60%, mediante la acción del contenido microbiano presente, realizando la fermentación controlada y acelerada. Existen algunos factores que intervienen en el correcto funcionamiento del compostaje como temperatura, humedad relativa, pH, relación C/N y población microbiana, de estos depende la óptima transformación del sustrato. El resultado obtenido (Compost) es un producto estable que puede ser usado como abono orgánico o acondicionador de suelos.
Separación
Permite separar los compuestos aprovechables del total de RSU, se realiza con el fin de obtener el mayor provecho a los residuos y evitar una mala disposición de ellos. Este método tiene una gran influencia en el desempeño de otros métodos de disposición final, ya que permite segregar los residuos más factibles a disponer en cada uno, debido a que no todos los métodos pueden tratar todos los componentes de los RSU.
Enterramiento controlado
A diferencia de los botaderos y quemas a cielo abierto, el enterramiento controlado es una práctica que implica el cubrimiento de la basura. Sin embargo, la disposición final se hace en sitios pocos estratégicos o adecuados, sin ningún tipo de estudio técnico o técnicas aceptables para el manejo de los RSU.
Quema a cielo abierto
Es una práctica antigua que, hoy en día, se sigue utilizando en algunos partes del mundo. La gran capacidad calorífica y combustible de la mayoría de los materiales residuales, permite que la quema sea fácil de realizar y resulte económicamente viable, desde el punto de vista directo de la inversión inmediata, para la comunidad.
Fuente: Adaptado de (Avendaño Acosta E. , 2015)
Fuente: SSPD – Informe nacional de disposición final 2013 (Superintendencia de Servicios
Publicos Domiciliarios, 2013)
En la figura 3 se observa una torta porcentual que identifica los tipos de sistemas de disposición
final de residuos en Colombia específicamente en municipios el cual está plasmado en el
Figura 3. Sistemas de disposición final de residuos en Colombia
16
documento de la superintendencia de servicios públicos domiciliarios (Presente y Futuro de la
Disposición Final de residuos en Colombia).37
1.1.7 Regulación.
La problemática ambiental de los residuos sólidos ha tomado fuerza en los últimos años, y
se ha reglamentado a través del tiempo su recolección, transporte, tratamiento y disposición
final. La política para la gestión de los residuos sólidos tiene su fundamento en la
Constitución Política de Colombia, la Ley 99 de 1993 y la Ley 142 de 1994, siendo
reglamentada en el Decreto 1713 de 2002, Decreto 2820 de 2010 y las Resoluciones del
Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial 1045 de 2003, 838 de 2005, 1390
de septiembre 27 de 2005 (modificada por la resolución 1684 de 2008, y esta a su vez por
la 1529 de 2010 del MAVDT (Ministerio de Ambiente Vivienda y Desarrollo Territorial); en
esta última se establecen pautas para el cierre de los sitios de disposición final (botaderos a
cielo abierto u otros sistemas inadecuados) que no cumplan las obligaciones indicadas en
los términos establecidos en la resolución 1045 de 2003. 38
La política para la gestión de los residuos sólidos ha servido para establecer el marco normativo
correspondiente a la estructuración de una metodología, con la cual se diseñan en el país.
1.2 APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS
1.2.1 Potencial energético de los Residuos Sólidos Urbanos.
La valorización de los residuos o su transformación en energía útil es considerada como una
opción de aprovechamiento de una fuente de energía renovable, aunque más compleja que
otras, por lo que cuenta con detractores y defensores. La combustión de residuos orgánicos
genera componentes químicos que pueden ser perjudiciales para la atmósfera, sin embargo,
muchos coinciden en que es un método limpio y renovable en su totalidad. Además, el hecho
de que los propios ciudadanos adquieran al hábito de separar la basura sirve para
aprovechar aún más dichos residuos para la obtención de energía. No obstante, el primer
paso siempre consistirá en la reducción en la generación de residuos.39
37 Superintendencia de Servicios Publicos Domiciliarios. (2013). Informe de Disposición Final de Residuos Sólidos 2013. Bogotá D.C. 38 Contraloría general de Antioquia. (2005). Gestión para el control fiscal ambiental. Obtenido de www.contraloriagdeant.gov.co/docs/mambiente/2005/cap5_portada.htm. 39 Yuste, P. S. (10 de 07 de 2018). Generación de energía a partir de la basura ¿Energía 100% limpia? Obtenido de
CERTIFICADOS ENERGETICOS.com: https://www.certificadosenergeticos.com/generacion-energia-basura-energia-100-limpia
17
La mayoría de los procesos de transformación de desechos en energía, requieren que los
RSU sean pretratados. Las características de la materia prima de los residuos sólidos son
afectadas por diversos factores, que van desde el método de almacenamiento (la influencia
de la humedad relativa), la madurez (gran variedad de residuos de vertedero excavado), las
políticas de clasificación (difiere de un país a otro), entre otros.
La implementación exitosa de las tecnologías de conversión de residuos en energía depende
de la eficiencia del proceso, que a su vez depende de la calidad del residuo. Tanto la pirólisis
como la gasificación, a diferencia de la incineración, pueden utilizarse para recuperar el valor
químico de los residuos, en lugar de su valor energético.
Los productos químicos derivados, en algunos casos, pueden ser utilizados como materia
prima para otros procesos o como combustible secundario. La utilización de los RSU
directamente de las fuentes, en procesos para la recuperación de energía, puede conducir a
condiciones de funcionamiento variables, e incluso inestables, dando como resultado
fluctuaciones de calidad en el producto final. Esto es consecuencia de la heterogeneidad del
material en cuanto a tamaño, forma y composición. Por esta razón, primero se obtiene un
combustible derivado de los residuos, que es una forma procesada de los RSU, que luego
es utilizado como entrada al sistema de generación de energía.
Con el fin de mejorar las características de manejo y la homogeneidad del material, el
proceso de convertir los RSU en combustibles está constituido por diferentes etapas:
trituración, tamizado, selección, secado y/o paletización, con la conversión de los RSU a
combustibles, se consigue un poder calorífico más alto, composiciones físicas y químicas
más homogéneas, emisiones contaminantes más bajas, menor contenido de cenizas, la
reducción del exceso de aire requerido durante la combustión y por último facilita el
almacenamiento, manejo y transporte. Por lo tanto, es recomendado encontrar un equilibrio
entre el aumento de los costos de producción y la reducción potencial de los costos en el
diseño y operación del sistema.40
1.2.2 Tecnologías de aprovechamiento.
Las tecnologías para el aprovechamiento de los Residuos Sólidos Orgánicos son una amplia zona
de trabajo, puesto que contamos con una gran variedad para poder obtener energía eléctrica por
lo que se debe contar con una referencia que servirá de guía para elegir la mejor opción. Para
cumplir con esta meta se toma en cuenta la humedad relativa presente en los RSO y a partir del
porcentaje de conformación se tomará la decisión de por cuales tecnologías se hará la
caracterización más precisa para así elegir una sola la que será la que representará un eje en el
trabajo presente. A continuación, se muestra en la figura 4, un mapa conceptual respecto a las
diferentes tecnologías de aprovechamiento dependiendo de los diferentes procesos físicos,
40 José María Rincón Martínez, E. E. (2015). La red iberoamecana de energia. Red de Aprovechamiento de Residuos
Orgánicos en la Generación de Energía.
18
bioquímicos y termoquímicos para el tratamiento de los diferentes residuos de tipo orgánico,
basándose en un factor importante el cual es el porcentaje de humedad relativa.
Figura 4. Esquema para selección de tecnología según humedad relativa
Fuente: (Secretaria de Energia Ministerio de Hacienda, 2019)
La figura 4 sirve para hacer el análisis teniendo en cuenta la humedad relativa presente en los
residuos, en donde según su porcentaje será la tecnología idónea para los Residuos Sólidos
Urbanos que teniendo en cuenta los datos recopilados y característicos de las zonas la cual se
habrán de elegir posteriormente. Por lo cual se puede apreciar que la opción más viable será la
tecnología para obtener biogás y a partir de allí generar energía eléctrica, esto de acuerdo con
criterios como la facilidad que presentan los biodigestores tanto en su instalación o uso y de
estimaciones de potenciales energéticos.
19
Fuente: (Contrato interadministrativo #400 de 2015 MADS – UPME – UDFJC, 2015)
Las tecnologías de conversión están organizadas según el tipo de transformación energética que
se lleve a cabo. Las transformaciones energéticas son de dos tipos: transformaciones energéticas
primarias y transformaciones energéticas secundarias; estas conllevan a la producción de
biocombustibles primarios y biocombustibles secundarios, respectivamente. En la cadena electro
energética de la bioenergía existe, además, otro tipo de transformación secundaria que convierte
Figura 5. Rutas tecnológicas de conversión de biomasa a energía
20
a los biocombustibles primarios o secundarios en otros productos secundarios de calor y/o
electricidad.41
Las transformaciones energéticas primarias: son aquellas que, partiendo de la fuente de
reserva natural de los recursos energéticos, convierten a estos recursos en productos
económicos, estadísticamente representativos. Estas transformaciones energéticas primarias
pueden poseer o no, una secuencia de procesos de conversión de energía y/o masa. En la
cadena energética de la bioenergía, la transformación primaria se dispone de las tecnologías de
conversión física de la biomasa que trasforman características físicas de la biomasa como la
humedad relativa, peso, volumen, densidad, etc.42
Las transformaciones energéticas secundarias: parten de los productos energéticos
primarios, en calidad de insumos, para convertirlos en productos energéticos secundarios
mediante uno o varios procesos de conversión de energía y/o masa. Estas transformaciones en
la cadena de bioenergía disponen de tres tipos de tecnologías de conversión: conversión
termoquímica, conversión fisicoquímica y conversión bioquímica o biológica. Basándonos en la
transformación de energía secundaria, los tres procesos de conversión de biomasa son los
siguientes: 43
Procesos bioquímicos o biológicos
Procesos termoquímicos
Procesos físico-químicos
Procesos bioquímicos o biológicos
Estos procesos utilizan las características bioquímicas de la biomasa y la acción metabólica de
organismos microbiales para producir combustibles gaseosos y líquidos. Son más apropiados
para la conversión de biomasa húmeda que los procesos termoquímicos.44 Los más importantes
son:
Digestión aeróbica: la digestión aeróbica consiste en procesos realizados por diversos grupos
de microorganismos, principalmente bacterias y protozoos que, en presencia de oxígeno actúan
sobre la materia orgánica disuelta, transformándola en productos finales inocuos y materia
celular. Al comienzo, el proceso de digestión aeróbica tuvo escasa aceptación, debido a que se
desconocían sus principios fundamentales, además de que encarecían los costos del tratamiento
por la cantidad adicional de energía necesaria para el suministro de aire al proceso. En contraste,
41Contrato interadministrativo #400 de 2015 MADS – UPME – UDFJC. (2015). Guía técnico ambiental para el aprovechamiento de los Residuos Sólidos Urbanos (RSU) como biomasa residual para la generación de energía en Colombia. FORMULACIÓN DE INSTRUMENTOS TÉCNICOS QUE ESTIMULEN EL APROVECHAMIENTO DE LA BIOMASA EN LA GENERACIÓN DE ENERGÍA A PARTIR DE FUENTES NO CONVENCIONALES DE ENERGÍA – FNCE. Colombia. 42 UPME – UDFJC.Óp. cit., p. 21. 43 UPME – UDFJC.Óp. cit., p. 21 44 Biomass Users Network (BUN-CA). (2002). Manuales sobre energía renovable: Biomasa/ Biomass. San José, Costa Rica: BUN-CA.
21
los procesos de digestión anaeróbica permiten utilizar el metano generado como fuente de
energía. La principal ventaja del proceso aeróbico es la simplificación en las operaciones de
disposición de los lodos comparada con la relativa complejidad operativa del proceso de digestión
anaeróbica.45
Digestión anaeróbica: la digestión anaeróbica es un proceso biológico complejo y degradativo
en el cual parte de los materiales orgánicos de un substrato (residuos animales y vegetales) son
convertidos en biogás. Utilizando el proceso de digestión anaeróbica es posible convertir gran
cantidad de residuos, residuos vegetales, estiércoles, efluentes de la industria alimentaria y
fermentativa, de la industria papelera y de algunas industrias químicas, en subproductos útiles.
En la digestión anaerobia más del 90% de la energía disponible por oxidación directa se
transforma en metano, consumiéndose sólo un 10% de la energía en crecimiento bacteriano
frente al 50% consumido en un sistema aeróbico. En la digestión anaeróbica, los
microorganismos metanogénicos desempeñan la función de enzimas respiratorios y, junto con
las bacterias no metanogénicas, constituyen una cadena alimentaria que guarda relación con las
cadenas enzimáticas de células aeróbicas. De esta forma, los residuos orgánicos se transforman
completamente en biogás que abandona el sistema. Los principales productos del proceso de
digestión anaerobia, en sistemas de alta carga orgánica y en mezcla completa, son el biogás y
un bioabono que consiste en un efluente estabilizado.46
Biogás: el biogás es una mezcla gaseosa formada principalmente de metano y dióxido de
carbono, pero también contiene diversas impurezas. La composición del biogás depende del
material digerido y del funcionamiento del proceso. Cuando el biogás tiene un contenido de
metano superior al 45% es inflamable. Según Fuentes de energías renovables 47 cuenta con las
siguientes ventajas:
Es un recurso renovable, debido a que es obtenido como derivado de la biomasa.
Funciona como sustituto de los combustibles fósiles como el gas natural, los cuales
sabemos son recursos no renovables. Esto nos permite lograr que estos recursos duren
por más tiempo.
Puede ser utilizada de diferentes formas: para generar energía eléctrica, cocinar o como
aditivo a combustibles fósiles.
Puede ser una fuente de ingresos para pequeños agricultores, quienes pueden producir
su propio biogás y venderlo
Además, según (Fuentes de Energias Renovables, 2019)48 cuentan con desventajas como:
45 Varnero Moreno, M. (2011). Manual de biogás. Santiago De Chile, Chile: Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO). 46 Varnero Moreno, M.Óp. cit., p. 21 47Fuentes de Energias Renovables. (11 de 07 de 2019). Fuentes de Energias Renovables. Obtenido de Ventajas y Desventajas de la Energía Biomasa: https://www.fuentesdeenergiarenovables.com/energia-biomasa/ventajas-y-desventajas-de-la-energia-biomasa/ 48 Fuentes de Energias Renovables.Óp. cit., p. 1.
22
Para almacenar grandes cantidades de este elemento se requieren sistemas complejos
y costosos. Un almacenamiento eficiente implica condensar el gas, ya que ocupa
grandes volúmenes.
El sistema de producción de biogás es costoso si este se quiere producir y almacenar en
grandes cantidades. Sin embargo, la tecnología sigue avanzando y estos costos
continúan disminuyendo.
La quema de biogás genera emisiones de CO2, aunque tal como se explicó
anteriormente, forma parte de un ciclo natural.
Bioabono: Las características del bioabono, dependen en gran medida del tipo de tecnología y
de las materias primas utilizadas para la digestión. Durante el proceso anaeróbico, parte de la
materia orgánica se transforma en metano, por lo que el contenido en materia orgánica es menor
al de las materias primas. Gran parte de la materia orgánica de este producto se ha mineralizado,
por lo que normalmente aumenta el contenido de nitrógeno amoniacal y disminuye el nitrógeno
orgánico.49
Tecnologías de digestión anaerobia
Estas tecnologías están asociadas con el proceso de conversión biológico o bioquímico.
Biodigestores (digestor anaeróbico)
Los biodigestores conocidos también como plantas (productoras o de producción) de biogás, son
recintos o tanques cerrados donde la materia orgánica y el agua residual permanecen un periodo
de tiempo para lograr su descomposición produciendo biogás y bioabono.50
Partes de un biodigestor: Los principales componentes de un digestor anaeróbico lo constituyen
un reactor o contenedor de las materias primas a digerir; un contenedor de gas, con los accesorios
para salida de biogás, entrada o carga de materias orgánicas primas y salida o descarga de
materias orgánicas estabilizadas.51
Reactor: el reactor corresponde al dispositivo principal donde ocurre el proceso
bioquímico de degradación de la materia orgánica. Los reactores de digestión pueden
tener forma cilíndrica, cúbica, ovoide o rectangular, aunque la mayor parte de los tanques
que se construyen en la actualidad son cilíndricos. El suelo del reactor está inclinado, para
que la arena, el material inorgánico sedimentable y la fracción pesada del afluente puedan
ser extraídos del tanque. Los digestores modernos tienen cubiertas, fijas o flotantes, cuya
misión es impedir que escapen olores, conservar la temperatura, evitar la entrada de
oxígeno y recoger el gas producido.
Entrada del afluente: normalmente, el afluente se introduce por la parte superior del
digestor y el sobrenadante se extrae por el lado contrario.
49 Varnero Moreno, M.Óp. cit., p.16. 50 Olaya Arboleda, Y., & Gonzales Salcedo, L. (07 de 2009). Fundamentos Para El Diseño De Biodigestores. Palmira, Valle Del Cauca, Colombia. 51 Varnero Moreno, M.Óp. cit., p.79.
23
Salida del efluente: en un digestor de cubierta fija puede haber de 3 a 5 tubos de
sobrenadante colocados a distintos niveles, o un único tubo con válvulas a distintos
niveles, para la extracción de este.
Extracción de lodos: las tuberías de extracción de lodos suelen estar colocadas sobre
bloques a lo largo del suelo inclinado del digestor. El lodo se extrae por el centro del
reactor. Estas tuberías tienen, por lo general, 15 cm de diámetro o van equipadas con
válvulas tapón para evitar obstrucciones, y se utilizan para llevar periódicamente el lodo
del digestor a un sistema de evacuación de lodos.
Sistema de gas: el proceso de digestión anaerobia produce de 400 a 700 litros de gas
por cada kilogramo de materia orgánica degradada, según las características del influente.
El gas se compone fundamentalmente de metano y anhídrido carbónico. El contenido en
metano del gas de un digestor que funcione adecuadamente variará del 65% al 70% en
volumen, con una oscilación en el anhídrido carbónico del 30% al 35%.52
Clasificación de digestores anaerobios: con el avance de la tecnología respecto a la
degradación de residuos orgánicos, y con la diversidad de tipos de digestores y parámetros que
afectaban su funcionamiento surgió la clasificación de estos.53 Los digestores se clasifican por
dos aspectos básicos, su método o régimen de carga y según su método de construcción.
Figura 6. Clasificación de los reactores anaeróbicos
Fuente: Autores
52 Varnero Moreno, M.Óp. cit., p.79. 53 BOLÍVAR FÚQUENE, H., & RAMÍREZ HERNÁNDEZ, E. (2012). PROPUESTA PARA EL DISEÑO DE UN BIODIGESTOR PARA EL APROVECHAMIENTO DE LA MATERIA ORGÁNICA GENERADA EN LOS FRIGORÍFICOS DE BOGOTÁ. PROYECTO DE GRADO. UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS, BOGOTÁ D.C, COLOMBIA.
24
Según su régimen de carga
Esta clasificación se refiere a la frecuencia de carga de volumen en el digestor de los cuales se
encuentran:54
Biodigestores de flujo discontinuo: se cargan una sola vez y se retira cuando ya se ha dejado
de producir Biogás, solo entonces se renueva de materia orgánica. Se usa cuando la
disponibilidad de materia orgánica es limitada o intermitente.
Sistema Batch: este tipo de digestor se carga una sola vez en forma total y la descarga se
efectúa una vez que ha dejado de producir gas combustible. Normalmente consiste en
tanques herméticos con una salida de gas conectada a un gasómetro flotante, donde se
almacena el biogás. Este sistema es aplicable cuando la materia a procesar está disponible
en forma intermitente. En este tipo de sistemas se usa una batería de digestores que se
cargan a diferentes tiempos para que la producción de biogás sea constante.55
Biodigestor semicontinuo: se cargan en lapsos cortos como de 12 horas, 1 vez al día, o
cada dos días, se utiliza cuando la disponibilidad de materia orgánica es constante en los
días. Los principales, son el hindú, el chino, y el Taiwanés, cada uno con ventajas y
desventajas, como si se quiere aprovechar más el Biogás, si se quiere usarlo para fines
sanitarios o de producción, diversas ventajas que veremos más adelante.56
Biodigestor hindú de tambor o campana flotante: este se compone de un pozo profundo,
y un tambor flotante (por lo general de acero dulce). Se denomina tambor flotante debido a
que este se eleva por la presión del Biogás que se va acumulando, presión que es constante
generada por el peso del tambor (la presión es equivalente al peso de gasómetro en una
unidad de área). En el depósito de este biodigestor, la entrada es más alta que la salida,
creando una presión hidrostática que ayuda a la suspensión para moverse a través del
sistema.
Biodigestor chino de domo o cúpula fija digestor: inventado en china en los años 30 y 60,
que en su diseño está compuesto de un compartimiento subterráneo fabricado en ladrillo o
cámara de fermentación con una cúpula en la parte superior para el almacenamiento del
Biogás. La cámara de fermentación y el soporte del Biogás se combinan como una unidad. El
movimiento y el peso de la pasta digerida deciden la presión del Biogás, la cual es variable
(columna de agua de 0-90 cm)57
Biodigestor taiwanés o de estructura flexible: también es conocido comúnmente como
biodigestor de chorizo, su diseño es originado en Taiwán – China en los años 60’s, debido a
los comunes bajos ingresos de la comunidad rural. Particularmente este diseño rectifica los
problemas experimentados en digestores con ladrillo y metal, entre otros los altos costos en
54 Rodríguez Perdigón, L. A. (Septiembre de 2014). VIABILIDAD TÉCNICA PARA PRODUCCIÓN DE BIOGÁS A PARTIR DE LA FRACCIÓN ORGÁNICA DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS – FORSU. Proyecto de grado para Especialista en Gestión de Residuos Sólidos. Universidad EAN, Bogotá, Colombia. 55 Rodríguez Perdigón, L. A. Óp. cit., p. 35. 56 Rodríguez Perdigón, L. A. Óp. cit., p. 36. 57 Rodríguez Perdigón, L. A. Óp. cit., p. 37
25
los materiales, fabricación, tiempo de construcción y mantenimiento, gracias a que se empleó
inicialmente como material Nylon recubierto de neopreno, luego PVC recubierto con un
material llamado plástico barro rojo RMP.58
Fuente: www.ssme.gov.py, (MINENERGIA / PNUD / FAO / GEF, Manual de biogás, 2011), Ecocosas.com
Biodigestores de flujo continuo: se cargan continuamente, y principalmente tienen la finalidad
de tratamiento de aguas negras, así como de producción a gran escala por un suministro muy
constante de materia orgánica.
Desplazamiento horizontal tienen una cámara de digestión alargada, con un perfil
cuadrado, rectangular o en V. En este diseño, los residuos se van degradando a medida
que transitan a lo largo del biodigestor. Esta característica lo hace útil en el procesamiento
y aprovechamiento de residuos y materiales que requieran un tratamiento prolongado,
tales como excretas humanas ciertos desperdicios de sacrificio de animales, cierto
material vegetal muy fibroso o difícil de degradar. Se utilizan generalmente para
explotaciones agropecuarias que generan grandes cantidades diarias de residuos
criaderos de porcinos, granjas avícolas.59
58 Rodríguez Perdigón, L. A. Óp. cit., p. 38. 59 Rodríguez Perdigón, L. A. Óp. cit., p. 34.
Figura 7. Biodigestores semicontinuos de izq. a der. (A) hindú; (B) chino; (C) Taiwán
26
Fuente: Rotoplast
Sistema de tanques verticales: es un biodigestor construido en materiales plásticos de
la alta duración como el PVC o Polietileno, se carga diariamente con residuos de tipo
orgánico, su forma de construcción se basa en tres orificios o ductos que permitirán
alimentar el biodigestor, generar el biogás dependiendo de los tiempos de retención, y por
último un ducto que arroje los residuos restantes de la digestión anaerobia, que pueden
ser lodos o bioabono resultante. Este tipo de digestor anaerobio es utilizado para proyecto
de media a baja escala de tipo urbano y rural con una vida útil de 15 años.60
Fuente: Citijal
60 Citijaj.com. (2016). Biodigestores Verticales. Manual instalación. Mexico.
Figura 8. Biodigestor desplazamiento horizontal
Figura 9. Sistema de tanque vertical
27
Procesos termoquímicos
Existen tres tecnologías principales para la conversión térmica de los RSU: caldera de
incineración, reactor de pirólisis/gasificación, reactor de gasificación con arco de plasma y un
proceso asociado a los procesos térmicos que es la combustión directa. La diferencia entre las
tecnologías estriba en el aporte del aire de combustión para su proceso. Mientras que en la
incineración se opera con altos excesos de aire para quemar el RSU, para los otros dos procesos
se opera con un déficit de oxígeno, por lo que los RSU, en lugar de ser quemados son gasificados,
obteniéndose un gas de síntesis. 61
Incineración: los procesos de incineración no cuentan con el mejor apoyo puesto que afecta el
medio ambiente apreciable, pero actualmente se han actualizado y mejorado para que su impacto
se reduzca hasta límites aceptables. Las plantas en Europa son destacables en el aspecto de la
modernización de sus equipos y los métodos de control de los gases residuales. El objetivo de la
incineración de residuos es someterlos a un tratamiento determinado con el fin de reducir su
volumen y peligrosidad, seleccionándolos y concentrándolos, o destruyendo las sustancias
potencialmente nocivas.62
Las principales etapas del proceso de incineración son: secado y volatilización; la pirólisis y
gasificación, y la oxidación. Estas etapas individuales, generalmente se superponen, lo que
significa que la separación espacial y temporal de las mismas durante la incineración de residuos
sólo puede ser posible en una medida limitada. Sin embargo, es posible influir en estos procesos
con el fin de reducir las emisiones contaminantes, por ejemplo, mediante el uso de medidas tales
como el diseño del horno, distribución del aire y la ingeniería de control.63
Gasificación: la gasificación es una oxidación parcial de sustancias orgánicas a temperatura
elevada (500-1800 °C) para producir un gas de síntesis (syngas), el cual se puede utilizar como
materia prima para la industria química (a través de algunos procesos de reformado), o como
combustible para la producción de electricidad y/o calor. El gas de síntesis contiene CO, CO2,
H2, H2O, CH4, trazas de hidrocarburos superiores (etano y propano), gases inertes procedentes
del agente de gasificación y diversos contaminantes. Existes diferentes procesos de gasificación,
que son adecuados para el tratamiento de los RSU, desechos peligrosos y lodos de aguas
residuales. Un buen funcionamiento del reactor de gasificación (eficiencia de conversión alta y
mínima formación de alquitrán) requiere que las características de los residuos que entran se
mantengan dentro de ciertos límites predefinidos.64
Pirólisis: la pirólisis es un proceso termoquímico, ya sea en ausencia completa de un agente
oxidante, o con sólo una cantidad limitada (gasificación parcial), con el fin de proporcionar la
energía térmica necesaria para la pirólisis. Se emplean temperaturas relativamente bajas (400-
900 °C) en comparación con la gasificación (alrededor a 700 °C). Se obtienen tres productos: gas
de pirólisis, el líquido de pirólisis y el coque sólido. Las proporciones relativas de cada uno de
61INSTITUTO DE INVESTIGACIONES ELÉCTRICAS. (2012). Generación de electricidad mediante residuos solidos urbanos. Mexico D.F.: Comisión Federal de Electricidad. 62 INSTITUTO DE INVESTIGACIONES ELÉCTRICAS. Óp. cit., p.26. 63José María Rincón Martínez, E. E. (2015). La red iberoamecana de energia. Red de Aprovechamiento de Residuos
Orgánicos en la Generación de Energía. 64 Ibíd., p.290.
28
ellos dependen en gran medida del método de pirólisis y de los parámetros del proceso en el
reactor. Las plantas de pirólisis para el tratamiento de residuos, por lo general, incluyen las
siguientes etapas básicas del proceso. Rincón Martínez 65 especifica:
1. Preparación y molienda: el molino mejora y homogeniza la calidad de los residuos
obtenidos para el procesamiento identificando así la transferencia de calor.
2. Secado: una etapa de secado separada mejora el poder calorífico neto de los gases de
proceso y aumenta la eficiencia de las reacciones gas-sólido en el reactor.
3. La pirólisis de residuos: además del gas de pirólisis, se acumula un residuo sólido que
contiene carbono, y porciones minerales y metálicas.
4. El tratamiento secundario de gas de pirólisis y el coque de pirólisis: a través de la
condensación de los gases para la extracción de mezclas de aceites energéticamente
utilizables y/o incineración de gas y coque para la destrucción de los componentes
orgánicos y la utilización simultánea de energía.
Pirólisis por plasma: entre los diferentes procesos de tratamiento de residuos con plasma, se
han realizado los más amplios estudios científicos sobre la pirólisis por plasma. Los diferentes
tipos de residuos orgánicos, que van desde neumáticos usados y plástico hasta residuos
agrícolas y desechos hospitalarios, han sido sometidos a pruebas de pirólisis por plasma en
proyectos de laboratorio y a escala piloto. Este procedimiento, al utilizarse en residuos orgánicos,
por lo general da lugar a dos corrientes de producto: un gas combustible y un residuo carbonoso.66
Procesos de combustión directa: esta es la forma más antigua y más común, hasta hoy, para
extraer la energía de la biomasa. Los sistemas de combustión directa son aplicados para generar
calor, el cual puede ser utilizado directamente, como, por ejemplo, para la cocción de alimentos
o para el secado de productos agrícolas. Además, éste se puede aprovechar en la producción de
vapor para procesos industriales y electricidad. Las tecnologías de combustión directa van desde
sistemas simples, como estufas, hornos y calderas, hasta otros más avanzados como combustión
de lecho fluidizado. Los procesos tradicionales de este tipo, generalmente, son muy ineficientes
porque mucha de la energía liberada se desperdicia y pueden causar contaminación cuando no
se realizan bajo condiciones controladas.67
Procesos fisicoquímicos
La ruta de conversión fisicoquímica produce un biocombustible líquido a partir de la biomasa que
contiene un porcentaje de humedad relativa entre el 50 y 70 porciento, mediante procesos físicos
y químicos como el prensado o el extractado químico. Biocombustibles líquidos: bioetanol,
biodiesel y aceite vegetal directo, aceite de pirólisis o metanol. Los biocombustibles son aquellos
combustibles obtenidos directa o indirectamente a partir de la biomasa y que, por tanto, son
considerados una energía renovable.
65 Ibíd., p. 290. 66 José María Rincón Martínez. Óp. cit., p. 293. 67Energiza. (18 de 07 de 2018). Procesos de conversión de Biomasa en energía. Obtenido de energiza.org: http://www.energiza.org/index.php/biomasa-2/56-procesos-de-conversion-de-biomasa-en-energia
29
Biodiesel: es un biocarburante líquido producido a partir de los aceites vegetales y grasas
animales, siendo la colza, el girasol y la soja las materias primas más utilizadas en la actualidad
para este fin. Las propiedades del biodiesel son prácticamente las mismas que las del gasóleo
(gasoil) de automoción en cuanto a densidad y número de cetano. Además, presenta un punto
de inflamación superior. Por todo ello, el biodiesel puede mezclarse con el gasóleo para su uso
en motores e incluso sustituirlo totalmente si se adaptan éstos convenientemente.68
El biodiesel es un combustible ecológico que posee grandes ventajas, sobre todo,
medioambientales:
No contamina y es biodegradable
Se produce a partir de materias primas renovables: aceites vegetales, vírgenes y
reciclados.
Se produce a partir de materias primas renovables: aceites vegetales, vírgenes y
reciclados.
No es tóxico: Al tratarse de un combustible vegetal, y a diferencia de los hidrocarburos, el
biodiesel no contiene sustancias perjudiciales para la salud, como bencenos ni sustancias
aromáticas cancerígenas, disminuyendo así el riesgo de enfermedades respiratorias y
alérgicas.
Alarga la vida de los motores de los vehículos: Su alto poder lubricante protege el motor
de los vehículos reduciendo su desgaste, reduciendo el ruido que generan, así como los
gastos de mantenimiento.69
Pero también posee una serie de desventajas:
Costos más elevados que los del gasóleo: éstos dependerán de la fuente de aceite
utilizada en su elaboración.
Solidificación: a bajas temperaturas el biodiesel puede formar cristales que pueden
obstruir los conductos del combustible.
Problemas de estabilidad: Posee una menor estabilidad a la oxidación que el Diésel
debido a que posee dobles enlaces y oxígeno en su molécula. Esto es importante a la
hora de almacenar durante mucho tiempo el biodiesel. La utilización de recipientes que
contengan cobre, cinc o plomo puede afectar de manera muy negativa a la estabilidad del
biodiesel, ya que forman gran cantidad de sedimentos.70
Bioetanol: es un combustible que se genera mediante la descomposición por vía anaeróbica de
desechos orgánicos. Las bacterias son las responsables de degradar estos residuos y de producir
el elemento en cuestión. Es importante tener en cuenta que el bioetanol posee la misma
68 de Lucas Herguedas, A., Rodríguez García , E., & Prieto Paniagua , p. (2012). BIOMASA,BIOCOMBUSTIBLES Y SOSTENIBILIDAD. Valladolid, España. 69 García Garrido, S. (2009). Centrales Termoeléctricas. Madrid: Renovetec. 70 Ibíd., p.11.
30
composición química que el etanol (también conocido como alcohol etílico), compartiendo por lo
tanto todas sus características. La diferencia es que, mientras el bioetanol se genera a partir del
procesamiento de biomasa, el etanol se obtiene de otro tipo de recursos (como del etileno que se
encuentra en la nafta o en el etano del gas natural). Uno de los términos claves en este contexto
es la fermentación, un proceso de oxidación incompleta que no necesita oxígeno y que da como
resultado un compuesto orgánico. Por ejemplo, es correcto decir que cualquier licor alcohólico
que se obtenga fermentando el azúcar de una planta debe ser clasificado como bioetanol.71
Algunas de las ventajas de usar el bioetanol son:
Fuente de combustible limpia y renovable: ya que emite entre un 40 y un 80% menos de
gases promotores del efecto invernadero que los combustibles fósiles, reduce la lluvia
ácida, mejora la calidad del aire en zonas urbanas, no contamina el agua y reduce la
dependencia del petróleo del extranjero.
Mejora la biodegradabilidad de la gasolina: cuando se utiliza mezclado con esta.
Reduce la toxicidad de la gasolina: su mezcla con la gasolina permite la reducción del
número de compuestos aromáticos, reduciendo por tanto las emisiones de benceno a la
atmósfera. Su uso como aditivo de la gasolina, además, genera menos monóxidos de
carbono.
Es un combustible fácil de producir y de almacenar: es menos inflamable que la gasolina.72
Pero también posee una serie de inconvenientes:
Costes mayores de elaboración: De momento, la elaboración de etanol a partir de
semillas vegetales es aproximadamente 1,5 veces más caras que la obtención de
gasolina.
Necesidad de modificaciones dentro del motor: si se desea utilizar el bioetanol como
combustible puro (E100) se necesita llevar a cabo diversas modificaciones en el motor
para no alterar significativamente el consumo. Entre ellas cabe destacar: aumento la
relación de compresión, variar la mezcla de combustible/aire, introducir bujías resistentes
a mayores temperaturas y presiones, sustituir los conductos por materiales resistentes al
ataque de alcoholes o añadir mecanismos que faciliten el arranque en frío.73
71 Ibíd., p.11. 72 Ibíd., p.11. 73 Ibíd., p.12.
31
2. RSU EN EL SECTOR URBANO RESIDENCIAL DE BOGOTÁ
De acuerdo con el Plan de Gestión Integral de Residuos Sólidos de la UAESP 2016-2027
observamos la Cantidad de residuos por actividad del servicio público de aseo teniendo en cuenta
la generación mensual en área urbana de la ciudad de Bogotá.74
Tabla 5. Generación de RSU en toneladas por localidad
Aspectos Parámetros Resultado
Generación de Residuos Sólidos Urbanos en
Bogotá
Cantidad de residuos por actividad del servicio público de aseo.
Localidad t/mes
Usaquén 13338,79
Chapinero 7362,38
Santa Fe 3668,19
San Cristóbal 7697,33
Usme 5991,74
Tunjuelito 3848,94
Bosa 14549,53
Kennedy 28012,80
Fontibón 10588,38
Engativá 19278,48
Suba 24231,52
Barrios unidos 4900,24
Teusaquillo 5593,11
Los Mártires 4579,39
Antonio Nariño 5216,03
Puente Aranda 6858,61
Candelaria 1868,97
Rafael Uribe Uribe 8317,81
Ciudad Bolívar 8748,97
Totales 184646,21
Fuente: Informe mensual prestadores del servicio (agosto de 2015)
En la siguiente tabla observamos la producción per cápita de residuos en las diferentes
localidades de Bogotá la cual indica la cantidad de generación de residuos sólidos por hogar,
permitiendo indicar los patrones de los procesos de producción y consumo en la población de un
74 UAESP. (2015). Plan de Gestión Integral de Residuos Sólidos de la UAESP 2016-2027. Bogotá D.C: Unidad
Administrativa Especial de Servicios Públicos UAESP.
32
país, como se muestra en la tabla se indica la producción en kilogramos/día de Residuos Sólidos
Urbanos por habitante.
Nota: per cápita, generalmente se utiliza para indicar la media por persona en una estadística social
determinada.
Tabla 6. Producción per cápita de residuos en localidades de Bogotá
Parámetro Localidad Resultado kg/habitante/día
Producción per cápita de residuos en área urbana
Unidades kg/habitante/día
Usaquén 0,77
Chapinero 1,24
Santa Fe 0,56
San Cristóbal 0,55
Usme 0,4
Tunjuelito 0,59
Bosa 0,61
Kennedy 0,67
Fontibón 0,58
Engativá 0,58
Suba 0,62
Barrios Unidos 0,66
Teusaquillo 0,76
Los Mártires 1,01
Antonio Nariño 1,07
Puente Aranda 0,90
Candelaria 0,56
Rafael Uribe Uribe 0,51
Ciudad Bolívar 0,43
Producción per cápita media 0,64
Fuente: Subdirección de RBL – UAESP (UAESP, 2015)
A partir de estudios realizados por la Unidad Administrativa de Especial de Servicios Públicos
(UAESP), se puede mostrar un contraste de la producción de residuos en cada uno de los estratos
presentes en la capital. En la tabla 7 están los datos tomados en el año 2011, se muestra la
producción de residuos por un habitante en un día, estos fueron utilizados por la unidad para
realizar proyecciones en un margen de 10 años y teniendo en cuenta cálculos especificados a
detalle en el documento.75 Podemos encontrar que los estratos donde se generan mayor cantidad
de residuos están entre el estrato 3 al 5.
75 Ibíd., p.
33
Tabla 7. Producción de residuos por habitante por día por estrato
Fuente: Caracterización de los residuos sólidos residenciales generados en la ciudad de Bogotá D.C. 2011 de la UAESP.
En la siguiente tabla se muestran los residuos que son aprovechados en cada uno de los
diferentes estratos del estudio anterior. Porcentualmente se aprecia que los estratos donde
mayormente son aprovechados los residuos son los más altos siendo en el mejor de los casos el
de nivel 5 llegando a un 34%. Con estos datos obtenidos y operándolos con el su respetivo valor
de peso de residuos domiciliarios por estrato se consigue la cantidad de material potencialmente
aprovechable.
Fuente: Caracterización de los residuos sólidos residenciales generados en la ciudad de Bogotá D.C. 2011 de la UAESP.
Estrato Producción por hab/día
(UAESP 2011)
1 0,28
2 0,31
3 0,33
4 0,35
5 0,47
6 0,37
Estrato % Residuos aprovechables (UAESP 2011)
Sin estrato 25
1 21
2 19
3 23
4 26
5 34
6 27
Tabla 8. Producción de residuos por habitante/día por estrato
34
2.1 GENERACIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS ORGÁNICOS EN BOGOTÁ
En el año 2017 la UAESP (Unidad Administrativa Especial De Servicios Públicos), por medio del
consorcio NCU-UAESP, realizó una caracterización de residuos sólidos en el origen en la cual se
presentó la distribución porcentual de la composición macroscópica por localidades de los
residuos sólidos caracterizados, tabla que se presenta a continuación.
Es importante mencionar que la caracterización se realizó utilizando la metodología SWA-Tool
de la Unión Europea, y que es esta la que define cada categoría relacionada.
En la tabla 9 se denota la columna del tipo de residuo orgánico que es el componente principal
de estudio de este proyecto y de la implementación en la vivienda multifamiliar. El nivel
macroscópico describe la posición o estado físico concreto de las partículas que integran un
cuerpo.76
76 UAESP-NCU. (2017). Caracterización de los residuos sólidos en Bogotá. Bogotá.
35
Tabla 9. Generación de Residuos Sólidos Urbanos en las localidades de Bogotá
Fuente: Consorcio NCU-UAESP 2017
Localidad Madera Finos Vidrio Textiles Metales Peligrosos Complejos Inertes Otros Celulosas Plásticos Orgánicos
Usaquén 1,31 % 0,44 % 5,10 % 2,38 % 1,21 % 0,28 % 0,55 % 0,48 % 4,44 % 14,42 % 16,67 % 52,73 %
Chapinero 0,18 % 0,70 % 5,33 % 2,33 % 0,80 % 0,50 % 0,51 % 0,25 % 1,44 % 16,15 % 17,86 % 53,76 %
Santa Fe 0,14 % 1,13 % 3,77 % 9,40 % 0,99 % 0,81 % 1,59 % 0,16 % 0,75 % 14,21 % 14,77 % 52,28 %
San Cristóbal
0,05 % 1,46 % 1,85 % 7,39 % 0,63 % 0,14 % 0,71 % 0,72% 2,11 % 15,60 % 16,05 % 53,29 %
Usme 0,86 % 0,93 % 3,84 % 2,98 % 2,60 % 1,07 % 0,18 % 0,14 % 5,52 % 7,70 % 12,76 % 61,43 %
Tunjuelito 0,62 % 0,46 % 3,98 % 3,61 % 0,61 % 0,95 % 0,15 % 0,37 % 6,36 % 9,67 % 16,81 % 56,42 %
Bosa 1,60 % 2,37 % 2,49 % 5,66 % 0,67 % 0,17 % 1,91 % 2,00 % 7,28 % 8,91 % 18,89 % 48,02 %
Kennedy 0,40 % 1,03 % 3,13 % 4,23 % 1,01 % 0,46 % 0,73 % 2,69 % 3,30 % 12,98 % 17,75 % 52,29 %
Fontibón 0,38 % 1,64 % 2,91 % 4,26 % 1,27 % 0,04 % 0,90 % 1,53 % 2,67 % 12,65 % 18,12 % 53,63 %
Engativá 2,36 % 1,90 % 5,34 % 4,49 % 1,04 % 0,41 % 1,52 % 0,92 % 2,58 % 14,16 % 18,95 % 46,33 %
Suba 1,71 % 2,37 % 3,70 % 3,91 % 1,37 % 1,14 % 0,76 % 0,58 % 4,43 % 14,73 % 14,94 % 50,37 %
Barrios Unidos
4,25 % 1,98 % 1,99 % 6,55 % 2,65 % 1,52 % 2,75 % 0,20 % 2,77 % 13,13 % 17,97 % 44,24 %
Teusaquillo 1,83 % 2,54 % 4,10 % 5,40 % 0,86 % 2,55 % 1,15 % 0,80 % 1,93 % 15,23 % 16,57 % 47,04 %
Los Mártires
7,09 % 0,26 % 3,80 % 3,44 % 2,27 % 0,07 % 0,61 % 0,15 % 3,23 % 15,62 % 22,38 % 41,06 %
Antonio Nariño
1,35 % 1,85 % 3,79 % 6,85 % 2,49 % 0,18 % 0,74 % 0,11 % 1,16 % 15,25 % 17,79 % 48,44 %
Puente Aranda
0,52 % 0,61 % 2,87 % 2,42 % 1,90 % 0,15 % 0,26 % 0,45 % 1,55 % 11,80 % 21,88 % 55,58 %
La Candelaria
0,71 % 1,68 % 13,44 % 4,08 % 0,88 % 0,00 % 0,30 % 0,00 % 1,76 % 19,07 % 15,24 % 42,83 %
Rafael Uribe
5,10 % 1,25 % 2,88 % 7,93 % 0,38 % 0,12 % 0,83 % 0,46 % 3,05 % 15,70 % 14,65 % 47,65 %
Ciudad Bolívar
0,18 % 1,46 % 2,16 % 6,42 % 0,52 % 0,21 % 0,88 % 0,40 % 5,36 % 10,94 % 11,67 % 59,79 %
36
Fuente: (UAESP, 2015)
En la tabla anterior se aprecia a detalle las proyecciones en la producción de Residuos Sólidos Orgánicos en cada una de las
localidades de Bogotá para los años comprendidos desde el 2016 hasta el 2027. Siendo así Kennedy y Suba con los mayores índices
de producción de este tipo de residuos.
Tabla 10. Proyecciones multianuales de recolección de RSO por localidad (Ton/día)
37
A continuación, en la siguiente tabla, observamos de mayor a menor la generación de Residuos
Sólidos Orgánicos en las diferentes localidades de Bogotá.
Tabla 11. Porcentaje de generación de Residuos Sólidos Orgánicos en las localidades de Bogotá
Localidad Residuos Sólidos Orgánicos
Usme 61,4%
Ciudad Bolívar 59,7%
Tunjuelito 56,4%
Puente Aranda 55,6%
Chapinero 53,8%
Fontibón 53,6%
San Cristóbal 53,2%
Usaquén 52,7%
Kennedy 52,3%
Santa Fe 52,3%
Suba 50,4%
Antonio Nariño 48,4%
Bosa 48,0%
Rafael Uribe 47,6%
Teusaquillo 47,0%
Engativá 46,3%
Barrios Unidos 44,2%
La Candelaria 42,8%
Los Mártires 41%
Fuente: Consorcio NCU-UAESP 2017
De acuerdo con la tabla 9, 10,11 se observan varias condiciones para tener en cuenta en la
generación y proyección de residuos los cuales son los siguientes:
La cantidad y composición de residuos que generamos dependen principalmente de dos
factores: el cultural y el económico. Se observa que el tipo de residuo que presenta una
mayor distribución porcentual de la composición macroscópica es el de tipo orgánico
superando más del 40 % en las 19 localidades de Bogotá. Esto se debe a que en las
viviendas urbanas de la ciudad el componente orgánico se encuentra como la principal
fuente de alimentación de las personas, como vegetales, frutas, arroz, cereales,
carbohidratos entre otros, que posteriormente se convertirán en residuos.
Se observa que las 3 localidades en donde hay un mayor porcentaje de generación de
Residuos Sólidos Orgánicos son Usme, Ciudad Bolívar, Tunjuelito indicando que la
cantidad y composición de residuos que generamos pueden depender de la condición
38
social o Estratificación socioeconómica ya que estas localidades son de estratos 1 y 2
mayoritariamente.
Para el caso de Colombia y específicamente en Bogotá podemos encontrar que los
estratos bajos producen una mayor cantidad de residuos de comida que de envases,
empaques, papel o cartón, mientras que los estratos altos generan una mayor cantidad
de envases, envolturas, papel y cartón que residuos de comida. Por otra parte, se
encuentra que en los estratos bajos se generan menos residuos que en los estratos altos,
como se indica en la tabla 7 y 8 del presente documento
Como se indica en la tabla 10 se observa que para el 2027 las localidades que más
generan residuos serán suba, Kennedy, Engativá zonas que actualmente tienen las
mayores concentraciones de población, datos que se contrastan con la tabla 9 que
presenta la distribución porcentual de la composición macroscópica de los residuos
orgánicos en donde Usme, Ciudad Bolívar y Tunjuelito generan la mayor cantidad en
porcentaje de residuos orgánicos
2.2 DISPOSICIÓN FINAL Y SEPARACIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS EN
BOGOTÁ
Con el ánimo de realizar mejoras a la gestión integral de los RSU en el año 2006, mediante el
Decreto 312, se adoptó el Plan de gestión integral de residuos sólidos (PGIRS) de la ciudad de
Bogotá, cuyo esquema de funcionamiento se basa en el tratamiento de los residuos ordinarios
(en Relleno Sanitario, centro de acopio y plantas de reciclaje) y los residuos orgánicos (en planta
de compostaje) con el fin de ofrecer un mejor tratamiento a los diferentes componentes de los
RSU sacando un aprovechamiento de ellos. Sin embargo, la cantidad aproximada de residuos
que se separa en los centros de acopio es de 8.431,11 Ton/mes, siendo muy baja en comparación
con el total de residuos urbanos que son enviados a disposición final 175.243,5 Ton/mes (CGR,
2013), lo que limita la correcta disposición de RSU. En busca de disminuir la cantidad de residuos
sólidos enviados a relleno sanitario, fomentar la separación en la fuente y aprovechamiento de
los mismos, se plantea el programa basura cero en el año 2013 en el plan de desarrollo 2012-
2016.77
La gestión de Residuos Sólidos Urbanos en la ciudad de Bogotá se maneja mediante tres etapas
especificadas a continuación:
Recolección y transporte: según el decreto 2981 del 2013 se debe realizar una separación de
los residuos ordinarios identificando residuos aprovechables 78
Las empresas recolectoras establecen un micro y macro ruteo con un horario y frecuencia de
recolección programada. La recolección en el centro de la ciudad se realiza 7 días/semana y en
77 Murcia Castro, C., & Rodriguez, C. (Diciembre de 2017). EVALUACIÓN DE TECNOLOGÍAS PARA LA DISPOSICIÓN FINAL DE RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS MEDIANTE EL ANÁLISIS DE CICLO DE VIDA.CASO DE ESTUDIO: BOGOTÁ. Proyecto de grado ingeniería Ambiental. universidad Santo Tomas, Bogotá D.C, Colombia. 78 Alcaldia Mayor de Bogotá. (2012). Plan de desarrollo 2012-2016. Bogotá, Colombia.
39
área urbana 3 días/semana, la frecuencia de recolección domiciliaria se da en dos turnos (diario
y nocturno) dependiendo el sector y las empresas de recolección.
Con el nuevo sistema de aseo que se puso en marcha desde el 12 de febrero del 2018 con
la alcaldía de Enrique Peñaloza, cinco firmas serán las encargadas de cubrir la recolección
de basuras en toda la ciudad, incluida su área rural: Área Limpia, Ciudad Limpia,
Promoambiental Distrito, LIME y Bogotá Limpia.79
Tabla 12. Empresas prestadoras de servicio público de aseo
Prestador Lugar De Operación Actividad
Promoambiental Distrito S.A.S.
E.S.P.
(Usaquén, Chapinero, Santa Fe, Candelaria, Usme, Sumapaz, San
Cristóbal)
Recolección de no aprovechables, transporte de no aprovechables, Barrido, limpieza de vías y áreas públicas, Corte de césped, poda de árboles en las vías y áreas públicas, Lavado de áreas públicas
Limpieza Metropolitana,
LIME S.A. E.S.P.
(Ciudad Bolívar, Bosa, Tunjuelito, Teusaquillo,
Puente Aranda, Los Mártires, Antonio Nariño,
Rafael Uribe Uribe)
Ciudad Limpia de Bogotá S.A. E.S.P.
(Fontibón y Kennedy)
Bogotá Limpia S.A.S. E.S.P.
(Barrios Unidos y Engativá)
Área Limpia D.C S.A.S. E.S.P.
(Suba)
Fuente: Tomado De: (Secretaria Distrital De Habitat, 2018)
Disposición final: el Relleno Sanitario Doña Juana fue inaugurado en el año 1988 a manos de
consorcio Colombo-americano IGESAN-URS que en el año 1997 produjo un deslizamiento por
mal manejo de los residuos, por lo que fue transferida la concesión a Proactiva en el año 2000
(Avendaño Acosta E. F., 2015). Actualmente el manejo del relleno está a manos el consorcio
GCR Doña Juana. Es importante resaltar que el RSDJ no cumplió con estudios de viabilidad
técnica, por lo tanto, se tuvo que realizar un cambio del terreno el cual se había provisto en la
localidad de Usme y se modificó para la localidad de ciudad Bolívar. Con el paso de los años el
RSDJ ha alcanzado ciertos desafíos en materia ambiental como en el año 2008 inaugurando la
planta de Biogás, la cual ha permitido mitigar la emisión de Gases efecto invernadero (GEI) y
sacar provecho de los gases de descomposición mediante la recuperación energética por acción
de generadores.80
Separación y reciclaje: la recuperación de materiales en Bogotá se maneja bajo l esquemas
prestablecidos: rutas selectivas empresa privada y población recicladora- recuperadora. Estos
79 AMB. (12 de Febrero de 2018). Alcaldía Mayor de Bogotá-Habitad. Recuperado el 14 de 11 de 2018, de http://www.bogota.gov.co/temas-de-ciudad/habitat/nuevo-esquema-de-aseo-en-bogota-tendra-estos-beneficios 80 Murcia Castro, C., & Rodriguez, C. Óp. cit., p. 30.
40
agentes entregan los residuos potencialmente recuperables como son los residuos ordinarios
(envolturas de alimentos, servilletas, residuos de barrido, residuos sanitarios, entro otros) y
orgánicos (restos de comida) a centros de acopio como la Alquería, Usme, Tunjuelito, Villa
Hermosa, entre otros. En estos centros el material es separado manualmente y comercializado a
empresas cuya materia prima no necesariamente tiene que ser virgen. Debido a que el principio
de funcionamiento de los centros de acopio en Bogotá es manual, la eficiencia no es tan alta
teniendo una capacidad de 1600 t/mes a comparación de un centro automatizado cuya capacidad
es de 3000 Ton/mes.81
2.3 NORMATIVIDAD VIGENTE
En este apartado se tiene en cuenta la normatividad que interviene en el aprovechamiento de los
residuos sólidos, enfocándose en la ciudad de Bogotá para conocer las oportunidades o
limitaciones con las que se puede llegar a contar en el trascurso del desarrollo del proyecto a
estudio.
Teniendo como principal base la ley 1715 de 2014 la cual tiene como objetivo promover el
desarrollo y la utilización de fuentes no convencionales de energía en especial de carácter
renovable, para finalmente integrar a un desarrollo económico y la reducción de emisión de gases
de efecto invernadero.
Tabla 13. Normativa aplicable al proyecto
Adaptado con información del Manual de aprovechamiento de residuos orgánicos a través de
sistemas de compostaje y lombricultura en el Valle de Aburra.82
Norma Descripción Limitaciones Oportunidades
Política para
la Gestión
Integral de
los
Residuos.
1998.
Ministerio
del Medio
Ambiente.
Esta política define los
principios de la Gestión
Integral para todos los tipos
de residuos. Establece el
máximo aprovechamiento y
mínimo de residuos con
destino al Relleno Sanitario.
Define las categorías de
Residuo Aprovechable y No
Aprovechable, para impedir
o minimizar los riesgos para
los seres humanos y el
medio ambiente, que
Dentro de las acciones a
tomar de esta norma nos
encontramos con la de
establecer las normas y
especificaciones técnicas
para los sistemas de
eliminación, tratamiento y
disposición final de los
residuos. Es importante
que estas normas y
especificaciones se
adapten a las condiciones
locales. De esta manera se
Uno de los objetivos
propuestos por esta política
es aumentar el
aprovechamiento los
residuos generados en
especial los de tipo
orgánicos, para ello tiene
como meta la idea de
formalizar programas de
aprovechamiento y
promocionar nuevos
programas piloto en estos
últimos se busca el crear
81 Murcia Castro, C., & Rodriguez, C. Óp. cit., p. 30. 82 Sepúlveda Villada, L. A., & Alvarado Torres, J. A. (Febrero de 2013). Manual de aprovechamiento de residuos orgánicos a traves de sistemas de compostaje y lombricultura en el Valle de Aburrá. Manual de Cospostaje. Medellín,
Colombia: Litografía Nicolás Aristizabal.
41
ocasionan los residuos de
todo orden, y minimizar la
generación y la disposición
final como alternativa
ambiental deseable.
evita la generalización en
el uso de tecnologías que
probablemente no son
apropiadas para todos los
lugares.
conciencia e informar de la
separación de residuos y
recolección selectiva.
Ley Descripción Limitaciones Oportunidades
Ley 142 de 1994 /
Ley 632 de 2000
Algunos elementos
normativos y políticas
existentes a la fecha
establecen y reconocen
las conductas y
procedimientos que se
deben aplicar con
relación a como valorar
servicios y actividades de
aprovechamiento de
residuos. La ley 142/94
en sus Art. 9 y 146
establece taxativamente
que el servicio que se
paga es el que se mide y
fija claramente la función
ecológica de los servicios
públicos.
No presenta
limitaciones dentro de lo
propuesto y en cuanto a
lo que se desarrolla en
este trabajo.
La libre elección del
prestador del servicio y del
proveedor de los bienes
necesarios para su
obtención utilización.
Esquemas de prestación
del servicio público
domiciliario de aseo. Para
la prestación de las
actividades de reciclaje,
tratamiento,
aprovechamiento,
disposición final de los
residuos los municipios y
distritos, responsables de
asegurar su prestación,
podrán aplicar el esquema
de la libre competencia y
concurrencia de
prestadores del servicio,
en los términos y
condiciones que
establezca el Gobierno
Nacional.
Ley 1715 De 2014
Por medio de la
cual se regula la
integración de las
energías
renovables no
convencionales al
Sistema
Energético
Nacional
La finalidad de esta ley es
establecer el
marco legal y los
instrumentos para la
promoción de
aprovechamiento de las
fuentes no
convencionales de
energía, principalmente
aquellas de carácter
renovable, lo mismo que
para el fomento de la
inversión, investigación y
desarrollo'
de tecnologías limpias
para producción de
energía, la eficiencia
Haciendo utilización de
los fondos dispuestos
para la inversión en
tecnologías para
implementar energías
basadas en fuente no
convencionales se tiene
el siguiente
requerimiento: los
proyectos financiados
con este Fondo deberán
cumplir evaluaciones
costo-beneficio que
comparen el costo del
proyecto con los
ahorros económicos o
ingresos producidos.
El gobierno, en
coordinación con las
Corporaciones
Autónomas, dictará las
disposiciones necesarias
para establecer un
mecanismo de fomento
para la realización de
planes de
aprovechamiento, que
incorporen la aplicación
energética de los
subproductos o residuos.
Según el artículo 8:
promoción de
autogeneración por medio
de entrega de excedentes,
42
energética y la respuesta
de la demanda, en el
marco de la política
energética nacional.
Igualmente, tiene por
objeto establecer líneas
de acción para el
cumplimiento de
compromisos asumidos
por Colombia en materia
de energías renovable,
gestión eficiente de la
energía y reducción de
emisiones de gases de
efecto invernadero, tales
como aquellos adquiridos
a través de la aprobación
del estatuto de la Agenda
Internacional de Energías
Renovables (IRENA)
mediante la Ley 1665 de
2013.
Para incentivos
proporcionados para
FNCE que realicen
reducción de su renta se
limita a: El valor a
deducir por este
concepto, en ningún
caso podrá ser superior
al 50% de la renta
líquida del
contribuyente
determinado antes de
restar el valor de la
inversión.
La energía de residuos
será considerada como
FNCER el contenido
energético de los
residuos sólidos que no
sean susceptibles de
reutilización y reciclaje.
Sistemas de medición
bidireccional y
mecanismos simplificados
de conexión y entrega de
excedentes a los auto
generadores a pequeña
escala, programas de
divulgación masiva, venta
de energía por parte de
generadores distribuidos.
Según el artículo 10: fondo
de energías no
convencionales con los
recursos del Fondo se
podrán financiar parcial o
totalmente, entre otros,
programas y proyectos
dirigidos al sector
residencial de estratos 1, 2
y 3.
.
Decreto Descripción Limitaciones Oportunidades
D. 1505 de
2003.
Ministerio de
Ambiente
Vivienda y
Desarrollo
Territorial.
Por el cual se modifican
parcialmente el Decreto 1713 de
2002, en relación con los planes
de gestión integral de residuos
sólidos, especialmente lo
relacionado con la definición de
aprovechamiento, el
acatamiento de parte las
autoridades municipales al
PGIRS, su actualización y la
garantía de participación de los
Recicladores.
No presenta
limitaciones
dentro de lo
propuesto y en
cuanto a lo que
se desarrolla en
este trabajo.
Se podrán trasladar al usuario
del servicio público domiciliario
de aseo, los costos de las
actividades de recolección y
transporte de los residuos
domiciliarios aprovechables
siempre que la remuneración de
estas actividades más los
costos del servicio relacionado
con los residuos no
aprovechables, sea inferior o
igual a la que pagaría el usuario
por la recolección, transporte,
transferencia, tratamiento y
disposición final en el evento en
que no se efectuara la
reincorporación de los residuos
aprovechables al ciclo
económico productivo.
Resolución Descripción Limitaciones Oportunidades
R. 1096 de
2000.
Tiene por objeto señalar
los requisitos técnicos
Parámetros en plantas
de incineración. Los
Según el artículo 30: MANEJO
INTEGRAL DE DESECHOS
43
Resolución Descripción Limitaciones Oportunidades
Ministerio de
Desarrollo
Económico.
que deben cumplir los
diseños, las obras y
procedimientos
correspondientes al
Sector de Agua Potable
y Saneamiento Básico y
sus actividades
complementarias, que
adelanten las entidades
prestadoras de los
servicios públicos
municipales de
acueducto,
alcantarillado y aseo o
quien haga sus veces.
principales parámetros
que deben tenerse en
cuenta en el diseño de
la planta de incineración
son: 1) Sistema de
descarga y
almacenamiento de los
residuos, 2) Sistema de
entrada de los residuos
al incinerador, 3)
Sistema de entrada de
aire al incinerador, 4)
Cámara de combustión,
5) Sistema de
recuperación del calor,
6) Sistema de remoción
de partículas, 7)
Sistema de remoción de
gases, 8) Sistema de
descarga y
almacenamiento de
cenizas residuales
Instalarlos en la
cantidad que sea
necesaria para que los
residuos sólidos
depositados no
desborden su
capacidad y esté
acorde con la
frecuencia de
recolección.
SÓLIDOS. Se deben incluir en
los planes de manejo de
desechos sólidos plan de
optimización de las rutas de
recolección, la posibilidad de
reducir los residuos de la fuente
y la posibilidad de introducir la
clasificación de la basura para
los niveles medio-alto y alto.
R. 351 y 352
del 2005 de la
CRA
Comisión de
regulación de
agua potable
y
saneamiento
básico
Los estudios
econométricos, que
fundamentan las
constantes de las
ecuaciones para el
cálculo tarifario de las
Resoluciones 351 y 352
del 2005 de la CRA,
contienen las
producciones per cápita
por estrato socio
económico, y se
concluye con base en
mediciones
técnicamente bien
hechas, que son mucho
No presenta
limitaciones dentro de lo
propuesto y en cuanto a
lo que se desarrolla en
este trabajo.
La modalidad de prestación de
servicio público domiciliario de
aseo para residuos sólidos de
origen residencial y para otros
residuos que pueden ser
manejados de acuerdo con la
capacidad de la persona
prestadora del servicio de aseo y
que no corresponden a ninguno
de los tipos de servicios
definidos como especiales.
Según el artículo 17:
Aprovechamiento. Como
incentivo a las actividades de
aprovechamiento en la
disposición final de los residuos,
44
Resolución Descripción Limitaciones Oportunidades
menores que las usadas
hasta la vigencia de la
Resolución 151/2001,
con lo cual se dan los
argumentos que es
posible establecer
valores reales de lo que
se recoge, se transporta
y se dispone en relleno
sanitario, por lo cual se
puede demostrar que el
aprovechamiento,
influencia directamente,
no sólo el Valor medio
de referencia de la
disposición final, sino
también los de
recolección y transporte.
En el Artículo 17, se da
valor marginal y de
"indiferencia” del
aprovechamiento para el
Generador, por lo cual
se considera que tanto el
valor como la forma de
establecerlo no genera
valor real de incentivo al
aprovechamiento en la
estructura tarifaria
actual.
estas se considerarán para
efectos de tarifa, como una
actividad de disposición final,
cuyo costo máximo será igual al
valor que genera indiferencia en
el costo de disposición final al
suscriptor, ajustado por las
diferencias generadas por
concepto de tramo excedente
Resolución
1045 del 26
de
septiembre
de 2003
Elaborada por el
Ministerio de Ambiente,
Vivienda y Desarrollo
Territorial. Por la cual se
adopta la metodología
para la elaboración de
los Planes de Gestión
Integral de Residuos
Sólidos, PGIRS, y se
toman otras
determinaciones.
Identificar las
poblaciones y
comunidades afectadas
directa o indirectamente
con la prestación del
servicio, en especial
aquellas localizadas
cerca de los actuales
y/o futuros sitios para la
disposición final y el
aprovechamiento de los
residuos.
Las personas prestadoras del
servicio público de aseo en los
componentes de recolección y
transporte deberán entregar los
residuos sólidos en la estación
de transferencia, en la planta de
aprovechamiento y/o en un
relleno sanitario, de acuerdo con
lo definido en el PGIRS.
Define objetivos como: Aumentar
el aprovechamiento racional de
los residuos generados y
Garantizar una adecuada
disposición final de los residuos
no aprovechados.
Implementación de alternativas
tecnológicas de
aprovechamiento que cuenten
45
Resolución Descripción Limitaciones Oportunidades
con viabilidad de uso y
sostenibilidad económica.
Fuente: (Sepúlveda Villada & Alvarado Torres, 2013)
Marco Normativo y Autoridades Competentes respecto a los Incentivos establecidos en la ley
1715 de 2014.83
Tabla 14. Aplicación de los incentivos tributarios de la Ley 1715 de 2014
Leyes que establecen incentivos
Ley 1715 de mayo 13 de 2014
Incentivo Alcances Limitaciones y pérdidas del incentivo
1. Deducción especial en
la determinación del
impuesto sobre la renta. i)
Artículo 11 de la Ley 1715
de 2014. ii) Artículo
2.2.3.8.2.1. y siguientes del
Decreto 2143 de 2015
(incorporado al Decreto
1073 de 2015).
Inversiones que se
realicen directamente en
investigación y desarrollo
en el ámbito de la
producción y utilización de
energía a partir FNCE o
gestión eficiente de la
energía.
Valor máximo a deducir en
un período no mayor a 5
años: 50% del valor total
de la inversión.
Valor a deducir por cada
año gravable: No superior
al 50% de la renta líquida
del contribuyente.
También se podrá deducir
el valor ordinario por
depreciación o utilizar la
depreciación acelerada de
esta ley.
Terminación irregular del
contrato: el incentivo deberá reintegrarse
en el año gravable en que ocurra dicha
terminación.
Si los activos objeto de la
inversión son enajenados antes de que
finalice su periodo de depreciación o
amortización, el incentivo deberá
reintegrarse en el año gravable en que se
perfeccione la enajenación.
Tampoco procederá el incentivo
respecto de aquellos activos que se
enajenen y posteriormente sean
readquiridos por el mismo contribuyente.
83 Unidad de Planeación Minero Energética (UPME). (2014). Guía práctica para la aplicación de los incentivos tributarios de la ley 1715 de 2014. Colombia.
46
2. Depreciación
acelerada. i) Artículo 14
de la Ley 1715 de 2014. ii)
Artículo 2.2.3.8.5.1. del
Decreto 2143 de 2015
(incorporado al Decreto
1073 de 2015).
Generadores de Energía a
partir de FNCE que
realicen nuevas
inversiones en maquinaria,
equipos y obras civiles
adquiridos y/o construidos
con posterioridad a la
vigencia de la Ley 1715.
Se regirá por la técnica
contable y la tasa anual
global de depreciación no
podrá superar el 20%
El beneficiario definirá una
tasa de depreciación igual
para cada año gravable y
la podrá modificar siempre
y cuando le informe
previamente a la DIAN de
dicho cambio.
Aplica solo a las nuevas inversiones en las
etapas de pre inversión, inversión y
operación de proyectos de generación a
partir de FNCE., en particular a
maquinaria, equipos y obras civiles Si los
activos objeto de la inversión son
enajenados antes de que finalice su
periodo de depreciación o amortización, el
incentivo deberá reintegrarse en el año
gravable en que se perfeccione la
enajenación.
3. Exclusión de bienes y
servicios de IVA. i) Artículo
12 de la Ley 1715 de 2014.
ii) Artículo 2.2.3.8.3.1. del
Decreto 2143 de 2015
(incorporado al Decreto
1073 de 2015).
Compra de equipos,
elementos y maquinaria,
nacionales o importados, o
la adquisición de servicios
dentro o fuera del país.
Destino: Nuevas
inversiones y pre
inversiones para la
producción y utilización de
energía a partir de FNCE,
y para la medición y
evaluación de los
potenciales recursos.
Según el listado incluido
en el Anexo de la
Resolución 045 de 2016 y
las normas que la
modifiquen.
47
4. Exención de
gravámenes arancelarios.
i) Artículo 13 de la Ley
1715. ii) Decreto 2143 de
2015 Arts. 2.2.3.8.4.1.
Maquinaria, equipos,
materiales e insumos
destinados
exclusivamente para
labores de pre inversión y
de inversión de proyectos
FNCE.
No sean producidos por la
industria nacional y su
único medio de
adquisición sea la
importación.
Fuente: (Unidad de Planeación Minero Energética (UPME), 2014)
48
3. CASO DE ESTUDIO: VIVIENDA URBANA EN BOGOTÁ
3.1 SELECCIÓN DE LA VIVIENDA
3.1.1 Criterios de selección.
Uno de los criterios más importantes, que sirvió para determinar un lugar apropiado para el
desarrollo del proyecto fue la localidad, donde se tuvo en cuenta los datos recopilados en el
capítulo 1, la generación de Residuos Sólidos Orgánicos presenta los mayores datos de
generación entre las localidades de Usme en primer lugar seguido de Ciudad Bolívar y en tercer
lugar Tunjuelito. Dentro de estas tres posibilidades se optó por tratar de conseguir un conjunto
ubicado en la localidad donde más se genere RSO. Por consiguiente, se realizó la indagación
dentro de la comunidad universitaria de personas que residieran en zonas donde se presentara
mayor de generación de RSO. Debido a esta búsqueda contactamos con un estudiante quien
permitió el acceso al conjunto y de esta manera poder realizar la gestión con la administración
del conjunto para el permiso de realizar la toma de datos respetivos de la basura generada en
dicho conjunto.
Otro de los criterios planteados en el primer objetivo de este proyecto que sirvieron para la
selección fue el de la organización de los residuos sólidos, puesto que el conjunto cuenta con el
lugar para la separación de los residuos puesto que se dispone de tres compartimientos para
colocarlos dependiendo del tipo ya sea platico/vidrios, papel/cartón u orgánicos. También se tuvo
en cuenta el espacio disponible en donde en este caso se puede realizar la instalación del
biodigestor puesto que el lugar donde se realiza la disposición final de los RSO cuenta con
suficiente espacio para este objetivo y otro aspecto a tener en cuenta es que el lugar donde se
lleva el acabo el tratamiento de los residuos es próximo a la planta generadora de respaldo del
conjunto y a los tableros de distribución.
Por último, para la selección también se evaluó el hecho de que en el conjunto cuenta con la
conciencia del reciclaje y de la separación de los residuos sólidos, lo que facilita la sostenibilidad
del proyecto además de ello el hecho de que el acceso para poder hacer uso del sistema de
generación de electricidad a partir de RSO, puede ser apropiado y cómodo. Partiendo del primer
objetivo para aprovechar los Residuos Sólidos Orgánicos, se establece el lugar que se energizara
de la vivienda multifamiliar, serán las zonas comunes ya que los recursos que se utilizaran para
la generación de energía eléctrica provienen de todos los habitantes de la vivienda multifamiliar.
De acuerdo con esto, el sistema de bioenergía que se diseñara permitirá suplir la demanda de
energía eléctrica de las zonas comunes de la vivienda multifamiliar y que el aprovechamiento sea
de bien común para todo el conjunto y no para un límite selecto de habitantes.
49
3.1.2 Caracterización de la vivienda
Localización: Cra 11 No 67 A 09 Sur
La vivienda multifamiliar en la cual se realizó el
caso de estudio es el conjunto Reserva del Portal
ubicado en la localidad de Usme. El cual se
encuentra próximo al centro comercial AltaVista y
al portal de Usme.
Figura 11. Conjunto residencial Reserva del Portal
Fuente: Autores
Cantidad total de habitantes en el conjunto: 1570
Cantidad total de apartamentos en el conjunto: 336
Cantidad total de torres: 14
Cantidad de apartamentos por torre: 24
En el siguiente esquema se aprecia la distribución de torres en el conjunto adjuntando un total de
catorce torres a lo largo de este, así como la ubicación del centro de acopio de basuras designado
dentro de este conjunto y al lado la planta de generación de energía eléctrica.
Figura 10. Mapa sector conjunto residencial
50
Línea en naranja: lugar de acopio de basura y subestación del conjunto Figura 13. Espacio para almacenamiento de basuras
Fuente: Autores
Figura 12. Esquema de la distribución de torres en el conjunto
51
El conjunto cuenta con un espacio de almacenaje de basura con un área de aproximadamente
24,44 m2, en donde está dispuesto un sistema de shut de basuras, el cual ayuda a la separación
de basuras, cuenta con tres compartimientos divididos en los posibles residuos que se pueden
generar en el conjunto dando lugar al más importante para este proyecto que es de orgánicos.
Figura 14. Sistema del shut de basuras
Fuente: Autores
Los residuos sólidos son alojados en contenedores con un volumen de aproximadamente 22,41
cm3, en donde se pueden colocar un promedio de 7-10 bolsas de basuras. Estos contenedores
una vez alcanzan su límite se procede a separarlos de la entrada del sistema de shut, para
llevarlos a aparte junto con el grupo de contenedores dispuestos para cada tipo de residuo sólido,
por último, se procede a remplazarlo por uno vacío y así se repite el proceso con cada uno hasta
que se hace la recolección de la basura.
Figura 15. Disposición de los residuos sólidos
Fuente: Autores
En un principio se pensó en obtener los datos directamente proporcionados por la administración
del conjunto, puesto que al contar con sistema de separación de basuras este también contaba
con los datos de generación de cada uno de los diferentes tipos de residuos, pero no fue el caso
52
cuyo inconveniente se tomó la decisión de realizar las mediciones y obtención de datos nosotros
mismos. Entonces se planteó realizar una serie de visitas programadas para tres días durante
dos semanas seguidas, estas fueron realizadas los martes, jueves y domingos, un día antes de
la recolección de basura en esta zona.
Para poder realizar el diseño del biodigestor de esta vivienda multifamiliar se tuvieron en cuenta
datos tales como el peso de las bolsas de basura, para lo cual se adquirió una báscula. Las
especificaciones de este instrumento se muestran a continuación:
Peso inicial: 7 kg
Capacidad: 150 kg
Temperatura de funcionamiento: 8 segundos
Graduación: 0,1 kg
Exactitud: 1 ±
Pantalla: 4 dígitos lcd
En algunas mediciones puesto que el peso de las bolsas no era lo suficiente para que fuera
captado por la báscula, se tuvo que agrupar de a dos o en otros de a tres bolsas. En las siguientes
imágenes se muestran una parte de los datos obtenidos en las visitas que se realizaron para
poder realizar los cálculos y poder estimar un promedio de la producción de basura generada en
este conjunto.
Figura 16. Mediciones de peso de las bolsas de los Residuos Sólidos Orgánicos
Fuente: Autores
Otro de los datos que se tuvieron en cuenta para el diseño fue el de la humedad relativa presente
en las bolsas de basura, puesto que, a partir de lo obtenido, se puede hacer la elección de la
53
tecnología que se puede utilizar para producir la energía eléctrica. Para ello se utilizó un
termohigrómetro de humedad relativa cuyas especificaciones son presentadas en seguida:
Medición de la humedad relativa: de 10% de HR a 99% de HR
Humedad relativa precisión: ±5%
Temperatura: -50 a 70°C
Exactitud: 1±
Tensión: 1,5 V LR44
Fuente: Autores
Figura 18. Mediciones porcentaje de humedad relativa en el ambiente
Fuente: Autores
En las siguientes tablas se ven resumidos todos los datos obtenidos de peso en kilogramos, la
humedad relativa en porcentaje y la cantidad de bolsas utilizadas para realizar la medición,
respectivamente en el día que se realizaron.
Figura 17. Mediciones de porcentaje de humedad relativa en bolsas
54
3.1.3 Datos de generación mensual de Residuos Sólidos Orgánicos.
Visitas al conjunto residencial
Semanas: 2
Días: 6
Días de recolección de basura: lunes, miércoles, viernes
Para realizar la estimación de Residuos Sólidos Orgánicos en el conjunto residencial caso de
estudio, se tomaron datos de los siguientes días; martes, jueves y domingos, puesto que eran los
días anteriores a la recolección de basura, con esta forma se podía abarcar una estimación total
de forma semanal.
Cantidad de canecas para captación de Residuos Sólidos Urbanos: 23
Caracterización de la muestra
Para estimar el peso total de todas las bolsas de basuras se realizó de la siguiente
manera: Peso Total: # Canecas * Peso total de la muestra
De igual modo para la estimación del número de bolsas promedio total: Número De Bolsas
Promedio Total: # Canecas * Cantidad total de bolsas de la muestra
Para determinar los datos de humedad relativa promedio se establece que
aproximadamente en una caneca pueden contenerse de 7 a 11 bolsas de tamaño
promedio.
Para los valores que cuentan con * se aclara que son el valor total para una sola caneca
de la cual se tomaron los valores de peso de las bolsas de basura destinadas a RSO.
Para los valores que cuentan con ** se aclara que son valores promedios de humedad
relativa.
Para estimar la generación mensual de Residuos Sólidos Orgánicos, se tendrá en cuenta
el promedio diario a partir de los datos de promedio semanal de residuos, con esto se
asumirá que un mes tiene 30 días, se multiplica por este valor para abarcar un mes
estimado
55
Día 1: 23 de octubre de 2018
Número de canecas destinadas para residuos orgánicos: 18
Tabla 15. Muestra de cantidad de RSO por caneca día 1
Ítem Peso kg Humedad relativa % Cantidad de Bolsas
A 6,4 70 1
B 9,2 72 2
C 7,1 78 1
D 6,4 69 1
E 5,5 70 1
F 6,2 72 1
Total 40,8* 71,83** 7
Peso total: 734,4 kg
Humedad promedio total: 71,83 %
Número de bolsas promedio total: 126
Día 2: 25 de octubre de 2018
Número de canecas destinadas para residuos orgánicos: 18
Tabla 16. Muestra de cantidad de RSO por caneca día 2
Ítem Peso kg Humedad relativa % Cantidad de Bolsas
A 5,3 71 1
B 6,7 72 1
C 6,3 70 1
D 8,3 71 2
E 5,3 70 1
F 6,0 68 1
Total: 37,9* 70,3** 7
Peso total: 682,2 kg
Humedad promedio total: 70,3 %
Número de bolsas promedio total: 126
56
Día 3: 28 de octubre de 2018
Número de canecas destinadas para residuos orgánicos: 18
Tabla 17. Muestra de cantidad de RSO por caneca día 3
Ítem Peso kg Humedad relativa % Cantidad de Bolsas
A 5,5 78 1
B 5,7 71 1
C 5,8 57 1
D 6,1 60 3
E 4,6 65 1
F 5,9 60 2
G 5,6 70 1
Total 39,2 65,85** 10
Peso Total: 744.8
Humedad Promedio Total: 65,85%
Número De Bolsas Promedio Total: 180
Día 4: 30 de octubre de 2018
Número de canecas destinadas para residuos orgánicos: 15
Tabla 18. Muestra de cantidad de RSO por caneca día 4
Ítem Peso kg Humedad relativa % Cantidad de Bolsas
A 7,0 66 2
B 8,2 69 2
C 8,1 72 2
D 7,0 60 1
E 6,5 80 1
F 3,5 71 2
Total 40,3* 70** 10
Peso total: 605 kg
Humedad promedio total: 70%
Número de bolsas promedio total: 150
57
Día 5: 1 de noviembre de 2018
Número de canecas destinadas para residuos orgánicos: 18
Tabla 19. Muestra de cantidad de RSO por caneca día 5
Peso total: 691,2 kg
Humedad promedio total: 61,66
Número de bolsas promedio total: 198
Nota: se denotaron varias bolsas pequeñas, por eso se muestra un aumento en la cantidad
de bolsas
Día 6: 4 de noviembre de 2018
Número de canecas destinadas para residuos orgánicos: 19
Tabla 20. Muestra de cantidad de RSO por caneca día 6
Ítem Peso kg Humedad relativa % Cantidad de Bolsas
A 6,4 68 1
B 7,4 78 1
C 6,4 65 1
D 7,6 70 1
E 6,8 70 1
F 6,8 68 2
Total 41,4* 69,8** 7
Peso total: 786,6 kg
Humedad promedio total: 69,8
Número de bolsas promedio total: 152
Ítem Peso kg Humedad relativa % Cantidad de Bolsas
A 8,4 60 2
B 7,0 67 2
C 5,3 53 1
D 5,3 65 2
E 6,0 57 2
F 6,4 68 2
Total 38,4* 61,66** 11
58
Tabla 21. Recopilación de datos de generación de RSO por semana
Semana 1
23 a 28 de octubre 2018
Semana 2
30 de octubre a 4 de noviembre 2018
Semana1-
Semana2
Día 1
(martes)
Día 2
(jueves)
Día 3
(domingo)
Total
Semana 1
Día 4
(martes)
Día 5
(jueves)
Día 6
(domingo)
Total
Semana 2
Promedio
Semanal
Peso kg 734,4 682,2 744,8 2161,4 kg 605 691,2 786,6 2082,8 kg 2122,1 kg
Humedad
relativa % 71,8 70,3 65,85 69,3 % 70 61,66 69,8 67,1 % 68,2 %
# de bolsas 126 126 180 432 bolsas 150 198 133 481 bolsas 456,5 bolsas
Se puede presentar una disminución del 10% por condiciones de consumo, los valores presentados anteriormente son estimaciones
de la cantidad de Residuos Sólidos Orgánicos que se pueden generar en la vivienda multifamiliar.
Fuente: Elaboración propia
Estimación final de resultados
Promedio diario de RSO 303,2 kg
Promedio semanal de RSO 2122,1 kg
Estimación mensual de RSO 9094,7 kg - 9,09 t
Promedio semanal de humedad relativa en RSO 68,2 %
Promedio semanal de bolsas 456,4
Promedio mensual de bolsas 1825,6 bolsas
59
En las siguientes figuras se realiza la comparación entre los resultados totales de los factores
peso y humedad relativa, valores que se tomaron entre la semana 1 y semana 2.
Figura 19. Relación peso por días de muestra
Fuente: Autores
Figura 20. Relación humedad relativa por días de muestra
Fuente: Autores
734,4682,2
744,8
605
691,2
786,6
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Martes Jueves Domingo
Pes
o [
kg]
Dias de Muestras
Semana 1
Semana 2
71,83 70,365,85
70
61,66
69,8
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Martes Jueves Domingo
Hu
med
ad (
%)
Dias de Muestras
Semana 1
Semana 2
60
Producción mensual de residuos orgánicos: para llegar a este valor se asume que el mes posee
4 semanas en promedio con lo cual se estima el siguiente valor en tonelada por Residuos Sólidos
Orgánicos:
Peso estimado de RSO: 9,09 t
Humedad relativa promedio: 68,2 %
Número de bolsas: 1825,6 Bolsas Negras
También se tuvieron en cuenta las bolsas con contenido del pasto que es cortado mensualmente,
en donde el promedio de bolsas resultantes después de la poda da un total de 20 bolsas. Así
como las de Residuos Sólidos Orgánicos se realizaron las mediciones de peso y humedad relativa
para este tipo de residuo.
Figura 21. Bolsa de pasto residual
Fuente: Autores
Fuente: Autores
Figura 22. Zonas verdes del conjunto
61
Tabla 22. Muestra de datos mensualmente obtenidos de los residuos de poda Fuente: Autores
Si en promedio se generan 14 bolsas de residuos de poda mensualmente, mediante la muestra
obtenida se estimará un peso promedio y una humedad relativa promedio para la estimación de
generación mensual de residuos de poda. Teniendo en cuenta las semanas en cuando se
realizaron las muestras de poda se estima los resultados obtenidos son valores máximos puesto
que en esta época hay mayor humedad relativa debido a la mayor cantidad de precipitaciones de
lluvia. El valor del preso promedio por bolsa de residuo de poda puede disminuir un 20% debido
a que las precipitaciones de lluvia son menores que en otras épocas del año, con lo cual se
tendría un rango de entre 10,56 a 13,2 kg.
Peso promedio por bolsa de residuo de poda: 13,2 kg
Humedad relativa promedio: 68,2 %
Estimación total de residuos de poda mensualmente: 147,8 a 184,8 kg
Estimación total de residuos de poda diario: 4,928 a 6,16 kg
Día Ítem Peso kg Humedad relativa % Cantidad de bolsas
1° de noviembre
A 12,3 60 1
B 18,3 70 1
C 11,4 72 1
D 10,8 71 1
62
3.2 EVALUACIÓN DE LAS CARGAS ELÉCTRICAS EN ZONAS COMUNES
Para el diseño del sistema de bioenergía para la vivienda multifamiliar, se decidió aprovechar el
potencial energético que generen estos Residuos Sólidos Orgánicos para energizar las zonas
comunes del conjunto reserva del portal localizado en Usme, a partir de esto se realizó un
levantamiento de las cargas en zonas comunes presentes en conjunto. Las cuales realizan cierto
consumo energético mensualmente, el cual se piensa suplir con la implementación del sistema
de bioenergía.
Tabla 23. Caracterización de cargas eléctricas en el conjunto
Fuente: Autores
Tipo de carga Unidades Potencia Unitaria
Luminaria Tipo Exterior 52 50 W
Luminaria Tipo Interior 24 110 W
Luminarias Shut 3 30 W
Tomacorrientes 20 180 W
Cerca Eléctrica 1 180 W
63
Tabla 24. Cuadro de cargas en zonas comunes
Fuente: Autores
Carga Ubicación Cantidad Potencia
W
Potencia
total W
# de cargas
utilizadas/día
Tiempo
de uso
horas/día
Factor
de
carga
Factor de
utilización
Potencia
efectiva/día
kW
Energía
kWh/día
Luminarias
Exterior 52 50 2600 52 12 1 0,5 1,3 31,2
Interior
Torre 14 110 1540 14 12 1 0,5 0,77 18,48
Salón
comunal 10 110 1100 9 2 0,9 0,08 0,08 2,2
Shut de
basuras 3 30 90 3 2 1 0,08 0,01 0,18
Tomacorrientes Exterior 20 180 3600 5 3 0,25 0,12 0,11 10,8
Cerca eléctrica Todo el conjunto 1 180 180 1 24 1 1 0,18 4,32
Total 100 9110 2,4525 67,18
Datos calculados mensualmente para potencia efectiva
Potencia efectiva mensual (W/mes) 73,575
Datos calculados de energía mensual
Energía demandada mensual (kWh) 2015,04
Energía demandada anual (kWh) 24184,8
64
3.3 APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS
ORGÁNICOS
Para la estimación del aprovechamiento energético de los residuos orgánicos, se consideró
únicamente el valor promedio máximo de la estimación mensual de residuos de tipo orgánico
generados por el conjunto residencial Reservas del portal.
3.3.1 Tecnologías más adecuadas para el aprovechamiento.
Desde este punto una vez se ha recopilado la información de las posibles tecnologías de
transformación de biomasa a energía eléctrica, se utiliza dicha información para plantear la
selección de dos posibles tecnologías y posteriormente estas dos tecnologías seleccionadas se
sometan a un segundo análisis y determinar una única tecnología que se ejecutara en este
proyecto para realizar diseños, dimensionamientos y análisis de costos. Para realizar la primera
etapa de selección se considera factores relevantes como son la temperatura, el tipo o la cantidad
de biomasa o la humedad relativa.
Fuente: Autores
Humedad relativa
Para la selección de la tecnología más adecuada para el diseño del sistema de bioenergía, se
tuvo en cuenta las tres rutas tecnológicas mencionadas en el capítulo 1, la cual a modo de
resumen se pueden observar en el mapa conceptual de la figura anterior. Partiendo de un factor
importante el cual es el contenido de humedad relativa del recurso de biomasa residual, en este
caso los Residuos Sólidos Orgánicos encontrados en el conjunto residencial, ya que el promedio
Figura 23. Mapa conceptual de rutas tecnológicas de conversión de biomasa en energía
65
de humedad relativa de las muestras de los residuos es aproximadamente de un 68 % se terminan
dos posibles rutas tecnológicas.
Los dos procesos o rutas tecnológicas que se pueden evaluar y que cumplen con el factor de
humedad relativa mayor al 60 % son las siguientes:
Procesos físico-químicos: tipos de tecnología de conversión a evaluar: Bioetanol,
Biodiesel
Procesos bioquímicos o biológicos: tipos de tecnologías de Conversión a evaluar:
Biogás mediante digestión anaerobia.
Temperatura
Los procesos de conversión de biomasa a energía eléctrica en la ruta de procesos termoquímicos
implican alcanzar temperaturas elevadas por ejemplo para la tecnología de pirolisis se necesitan
alrededor de 700ºC o por parte de la gasificación en donde se manejan temperaturas en el rango
de 500 a 1800ºC, lo que significa en inversión en infraestructura compleja. En un grado menor
pero aun significativo los procesos fisicoquímicos requieren temperaturas de hasta 260ºC en
fases de refino. En contraste a las tecnologías ya mencionadas nos encontramos la digestión
anaerobia la cual implica temperaturas de tipo psicrófilo (10 - 30) ºC o el más alto el termófilo (45
- 75) ºC. Debido a estos requerimientos una de las opciones más adecuadas y en donde no se
incurra en costos elevados, la mejor opción es optar por la producción de biogás.
Tipo de biomasa
El proceso de transformación que se elige depende de la materia prima con la que se cuenta en
la vivienda multifamiliar en este caso es biomasa residual específicamente Residuos Sólidos
Urbanos, cada tecnología requiere cierto tipo de materia prima.
El biodiesel es un carburante compuesto por esteres metílicos de ácidos grasos de cadena larga
obtenidos, como ya se ha dicho, de aceites vegetales o grasas animales, y que se caracteriza
por su elevada densidad energética (37 MJ/kg). El bioetanol es un biocarburantes que se obtiene
mediante la fermentación de especies ricas en azúcares o almidón, por ejemplo, los cereales
(maíz, trigo, cebada, etc.), la remolacha azucarera, la caña de azúcar, el sorgo, la patata u otros
cultivos energéticos, así como de los excedentes de alcoholes vínicos.84
Los procesos de gasificación utilizan biomasa de origen leñoso. Entre las fuentes de energía a
partir de la biomasa, los residuos de los aserraderos son potencialmente atractivos
económicamente, ellos están concentrados en un determinado depósito y su costo de
transportación es relativamente bajo.85
El proceso de digestión anaerobia puede utilizar materias primas provenientes de diversos
orígenes, siempre y cuando éstas sean líquidas, posean materiales fermentables, y una
84 de Lucas Herguedas, A., Rodríguez García , E., & Prieto Paniagua , p. Óp. cit., p.47. 85Lesme-Jaén, R., Garcia-Faure, L., Oliva-Ruiz, L., Pajarín-Rodríguez, J., & Revilla-Suarez, D. (2016). Gasificación de biomasa para la generación de electricidad con motores de combustión interna. Eficiencia del proceso. scielo, 133-134.
Recuperado el 10 de 07 de 2019, de http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2224-61852016000200002.
66
composición y concentraciones relativamente estables. En condiciones óptimas, una tonelada de
desechos biodegradables puede producir entre 200 y 400 m3 de gas de vertedero.86
Este factor es importante puesto que las tecnologías seleccionadas en esta etapa deben ser
capaces de trabajar con la materia prima generada por el conjunto por tal motivo teniendo en
cuenta este factor, las que se ajustan más seria digestión anaerobia o bioetanol.
Impacto ambiental
Los procesos termoquímicos afectan el medio ambiente apreciablemente, por sus altos niveles
de contaminación no lo hacen una opción viable. La producción de biogás representa un
aprovechamiento de Residuos Sólidos Orgánicos cuyo aporte al medio ambiente es favorable.
El impacto ambiental del uso de bioetanol es favorable con respecto a los combustibles fósiles
en prácticamente todas las etapas de producción, excepto en las etapas iniciales donde sí se
liberan grandes cantidades de materiales agresivos para el ambiente debido al proceso que
prepara a la biomasa para ser fermentada.87
A pesar de que en sus primeras etapas puede generar contaminantes son en menor medida que
la de procesos termoquímicos.
Teniendo en cuenta los factores descritos previamente en esta etapa se seleccionan las dos
posibles tecnologías de conversión de bioetanol y biogás.
3.3.2 Evaluación e identificación de la tecnología.
En este punto se analizan pros y contras para poder establecer una sola tecnología, con la cual
se continuará a desarrollar diseños y costos de instalación y de dispositivos.
La tecnología que es utilizada para producir biogás es muy barata, siendo fácil de configurar,
donde no se necesita mucha inversión para implementar una planta pequeña. Donde pequeñas
granjas pueden generar biogás con sus propios desechos producidos por su ganado. Donde los
productos de desecho de vaca pueden brindar energía suficiente como para encender una
bombilla de luz todo un día. Aunque si bien el biogás tiene refinamiento y una compresión, sigue
habiendo impurezas. Por lo tanto, si el biocombustible se utiliza para alimentar vehículos, estas
partículas pueden dañar las partes metálicas de un motor. Y por ende ese daño conducirá a
mayores costos de mantenimiento. La mezcla de biogás es perfecta para las cocinas, calderas
de agua y lámparas.88
El balance energético de los biocombustibles es positivo, es decir, la energía liberada al
consumirse etanol es mayor a la energía que se requiere para producirlo. Sin embargo, se
necesitan mejorar aún más estos parámetros. La producción de bioetanol tiene sus ventajas y
desventajas. Por un lado, la factibilidad de utilizar materia prima de desecho para la producción
86 de Lucas Herguedas, A., Rodríguez García , E., & Prieto Paniagua , p. Óp. cit., p.70. 87Hernandez, L. R. (09 de 12 de 2018). Blogudlap. Obtenido de Bioetanol: http://blog.udlap.mx/blog/2013/06/bioetanol/ 88 Energia Solar Hoy. (09 de 12 de 2018). Energia Solar Hoy. Obtenido de Biogás: Ventajas y Desventajas (Pros y Contras): https://energiasolarhoy.com/biogas-ventajas-y-desventajas/
67
hace atractivo su uso como reemplazo de los combustibles fósiles; sin embargo, por otro lado, se
deben realizar más estudios para lograr procesos de producción más amigables con el medio
ambiente, puesto que muchos de los beneficios que se obtienen por el uso de bioetanol se
pierden por los procesos que muchas veces no son ecológicamente compatibles. Dada la
apremiante situación energética que vive la humanidad, y que se agudizará con el correr de los
años, es urgente realizar estudios tendientes a mejorar las tecnologías y procedimientos de
producción de bioetanol y biocombustibles en general.89
Compatibilidad humedad relativa
Teniendo en cuenta los datos obtenidos de las mediciones de los residuos sólidos producidos en
el conjunto y la recopilación de información que se realizó en el primer capítulo de este trabajo,
se toma la decisión de optar por la tecnología basada en biogás como una de las mejores
opciones puesto que al considerarse una medición de humedad relativa promedio mayor a un
50% y cercana al 70%. Por lo cual este es la primera en ser caracterizada, una vez se tiene
conocimiento del tipo y propiedades de los residuos a utilizar se puede identificar los pasos a
seguir para la conversión de estos residuos a energía eléctrica.
Factor económico
Teniendo en cuenta las características presentes en cada una de las tecnologías, mayor facilidad
en cuanto a los equipos que se requieren para su generación, además de la disponibilidad de
estos en el país o en el exterior y por cuestión de inversión económica la mejor opción de
implementación para la vivienda de estudio es la tecnología de biogás comparado con las demás
tecnologías es las más viable. Debido a los datos obtenidos en el estudio de humedad relativa,
producción de residuos y la recopilación de datos realizada ya en este trabajo, el biogás será la
opción la cual se desarrollarán diseño de planos para el lugar de implementación, así como de
los equipos a utilizar. Posteriormente una selección de equipos más adecuados a los
dimensionamientos en el lugar de instalación, la respectiva cotización, esquema ciclo de
generación de tecnología. Por último, los valores de inversión, costos generales y rentabilidad del
proyecto.
3.3.3 Rendimiento de la producción general del biogás y aprovechamiento energético.
Estimación del potencial energético de los Residuos Sólidos Orgánicos
Para la estimación del potencial energético, únicamente se consideró el valor promedio de
muestras de residuos recolectados en el conjunto residencial reserva del portal ubicado en Usme,
el cual genero un estimado promedio de 9,09 toneladas mensuales de desechos de tipo orgánico
con una humedad relativa promedio de 68,2 %
Potencial energético mediante el aprovechamiento del biogás
Para estimar el potencial energético del biogás de los RSO, se realizaron las siguientes
consideraciones que partirán del informe final de febrero del 2018 del contrato 001 de 2017,
entre la Unidad de Planeación Minero Energético (UPME) y la Facultad de Ingeniería de la
89 Hernandez, L. R. Óp. cit., p.1.
68
Universidad Nacional de Colombia sede Bogotá (UNAL); el cual desarrollaron el proyecto titulado
“ESTIMACIÓN DEL POTENCIAL DE CONVERSIÓN A BIOGÁS DE LA BIOMASA EN
COLOMBIA Y SU APROVECHAMIENTO”90, cuyo objetivo general es identificar los distintos tipos
de biomasa residual disponibles para la generación de biogás y, estimar el potencial de
producción de biogás de fuentes promisorias.
De acuerdo con este informe del 2018 establecen unos factores de generación de diferentes
biomasas en Colombia mostrados a continuación:
Fuente: (GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN PROCESOS QUÍMICOS Y BIOQUÍMICOS DE LA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA-CENTRO DE DESARROLLO INDUSTRIAL
TECSOL, 2018)
90 GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN PROCESOS QUÍMICOS Y BIOQUÍMICOS DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA-CENTRO DE DESARROLLO INDUSTRIAL TECSOL. (2018). ESTIMACIÓN DEL POTENCIAL DE CONVERSIÓN A BIOGÁS DE LA BIOMASA EN COLOMBIA Y SU APROVECHAMIENTO. Bogotá D.C.
Tabla 25. Factores de generación de biogás para las biomasas residuales estudiadas
69
En nuestro caso estudio se tomará el factor de generación del sector de RSU (Residuos Sólidos
Urbanos) en su fracción orgánica, el cual indica que 66 m3 de biogás equivale a 1 t de Rsuo .
Se trabaja con el factor de generación de FENOSA de 66 𝑚3 de biogás por toneladas de RSU,
el cual se acepta como factor de seguridad teniendo en cuenta que los RSU en Colombia tienen
mayor contenido de materia orgánica que los europeos.
Estimación del potencial teórico del biogás y de electricidad de los RSO
Características del biogás en generación eléctrica.
Contenido energético 6,0 − 6,5 𝑘𝑊ℎ − 𝑚3.
La cantidad de 1 𝑚3 biogás que se aprovecha en un generador de energía eléctrica es
suficiente para generar un estimado de 1,7 𝑎 2,2 𝑘𝑊ℎ de electricidad, esto a partir de la
eficiencia de estos equipos.
Estos valores dependen considerablemente de la eficiencia de los equipos que se utilizan
para el aprovechamiento del biogás, que son del 15 al 30%.
De acuerdo con las características del biogás se estima la producción mensual estimada de
energía eléctrica a partir de los valores de generación mensual de Residuos Sólidos Orgánicos
presentados en la tabla 21.
Residuos orgánicos (t/mes): 9,09 t
Se toma el valor máximo de residuos que se podían generar
Biogás generado mensualmente será: 9,09 (t/mes) * 66 (𝑚3/t):
Biogás ((𝑚3/mes): 599,94 𝑚3/mes
Biogás ((𝑚3/semana):150 𝑚3/semana
Biogás ((𝑚3/día): 21,429 𝑚3/día
Con los datos del biogás generado, se estimará el potencial teórico, mediante el valor de
contenido energético del biogás que es de 6,5 kWh, después para calcular el potencial técnico,
se tendrá en cuenta la eficiencia de los equipos de generación, que rondan del 15 al 30%.
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔é𝑡𝑖𝑐𝑜 = 𝐵𝑖𝑜𝑔á𝑠 𝑚𝑒𝑛𝑠𝑢𝑎𝑙 ∗ 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔é𝑡𝑖𝑐𝑜
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔é𝑡𝑖𝑐𝑜 𝑅𝑆𝑂 = 599,94 𝑚3 ∗ 6,5 𝑘𝑊ℎ = 3899,6 𝑘𝑊ℎ/𝑚𝑒𝑠
70
Estimación del potencial teórico del biogás y electricidad de la poda y desmaleza
Para esta estimación se consideró únicamente el valor promedio mensual del corte poda o de
pasto en el conjunto residencial reserva del portal, el cual genero un peso promedio mensual
máximo de 184,8 kg con una humedad relativa promedio de 68,25 %
Para estimar el potencial energético de la poda se tendrá en cuenta las siguientes
consideraciones, de acuerdo al documento “potencial del biogás del Proyecto Energías
Renovables No Convencionales en Chile (CNE/GTZ) en la tabla 45 Resumen de los valores
mínimos y máximos disponibles de biogás y energía eléctrica y térmica para las distintas
biomasas”91encontramos unos factores de conversión a biogás de la desmaleza y la poda en
donde se establece que una tonelada de Residuos de poda o desmaleza corresponde a 270 𝒎𝟑/t
de Biogás, con este factor de generación se estima el potencial teórico.
Biogás ((𝑚3/mes) :50 𝑚3/𝑚𝑒𝑠
Biogás ((𝑚3/semana) :12,5 𝑚3/𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎
Biogás ((𝑚3/día) :1,78 𝑚3/ 𝑑í𝑎
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔é𝑡𝑖𝑐𝑜 = 𝐵𝑖𝑜𝑔á𝑠 𝑚𝑒𝑛𝑠𝑢𝑎𝑙 ∗ 6,5 𝑘𝑊ℎ
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔é𝑡𝑖𝑐𝑜 𝑃𝑜𝑑𝑎 = 50𝑚3 ∗ 6,5 𝑘𝑊ℎ = 325 𝑘𝑊ℎ/𝑚𝑒𝑠
Tabla 26. Potencial teórico total
Fuente: Autores
91 Chamy, R., & Vivanco, E. (2007). POTENCIAL DEL BIOGÁS-IDENTIFICACIÓN Y CLASIFICACIÓN DE LOS DISTINTOS TIPOS DE BIOMASA. Santiago De Chile, Chile.
71
Proceso de generación de energía eléctrica
Desde la captación de los residuos hasta el aprovechamiento eléctrico
Ciclo de generación de energía eléctrica Biodigestor – Motor de Combustión Interna
Los equipos para utilizar en el diseño del sistema de bioenergía obedecen a un ciclo de
generación eléctrico tipo Otto mediante un motor de combustión interna, El sistema de
aprovechamiento iniciará de la siguiente forma:
Proceso de trasporte de Residuos
Desde el separador de residuos de tipo orgánicos ubicado en el shut de basura, se trasladaran
los residuos de tipo orgánico directamente al biodigestor, no antes sin pasar por un sensor de
proximidad de tipo capacitivo que indicara si en las bolsas de los residuos se encuentra algún
tipo de residuos que no sea orgánico como plásticos o metales, si el sensor detecta alguno, este
será separado en un contenedor aparte, los residuos que si sean de tipo orgánicos seguirán el
traslado hacia el biodigestor.
Proceso de generación del biogás
Al llegar los residuos orgánicos al biodigestor se desarrolla un proceso biológico en el que la
materia biológica del residuo, en ausencia de oxígeno, se degrada o descompone por la actividad
de unos microorganismos específicos transformándose en un gas de un elevado contenido
energético o “biogás” este proceso se conoce como digestión anaerobia.
El otro aspecto que se tuvo en cuenta fue la temperatura a la cual va a operar el biodigestor, para
esto se utilizó como guía el flujo grama presentado en la figura 24, donde se siguen las etapas
más adecuadas teniendo en cuenta las características de la vivienda, los datos obtenidos de los
residuos orgánicos y el flujo de materia prima que en este caso es abundante. Por lo tanto, una
vez descrito el sistema de carga continuo y debido a las características de la digestión mesofílica
tales como una temperatura de uso de aproximadamente 20 a 40 ºC y tiempos de retención de
40 días a 45 días, no necesita una fuente adicional para alcanzar dicha temperatura. Además,
debido a que se proyecta generar una producción de biogás importante se opta por tomar esta
ruta para la generación de este biocombustible.
72
Figura 24. Flujo grama de decisión sobre la selección de las tecnologías de digestión
anaerobia
Fuente adaptado de (Biocap, 2012)
Proceso de filtración y acondicionamiento del biogás
El gas producido por el biodigestor es los respectivos tiempos de retención se le conoce como
Biogás, que es un combustible basado en un subconjunto de gases que componen en su totalidad
el “Biogás” de los cuales encontramos (60 % de CH4 Metano), (38% de Dióxido De Carbono
CO2), (2% Ácido Sulfhídrico H2S,) junto con otra traza de gases, Una vez realizado el proceso
de digestión anaerobia por medio de los métodos que se eligieron y se ha logrado obtener el
73
biogás, este debe ser tratado para eliminar gases no deseados por lo cual se conduce a filtros
para poder ser aprovechado. Antes de ser empleado el biogás en un motor de combustión interna
(MCI), se requiere de un pretratamiento para la remoción de componentes que no benefician la
combustión (CO2, H2O, etc.) y que además podrían causar corrosión al sistema (H2S y H2O).
Este proceso de pretratamiento por lo general se lo realiza en diferentes etapas de filtración,
teniendo como resultado un gas llamado ‘biometano’. En adición a esto es necesario someter el
biometano a un proceso de compresión para facilitar el transporte, almacenamiento y
manipulación.92 o en su defecto que pueda ir directamente al motor de combustión interna.
Proceso de generación eléctrica del biogás
Cuando el biogás ha recibido el apropiado tratamiento este está listo para ser llevado al motor de
combustión interna mediante un compresor donde posteriormente accionara el generador para
que este finalmente genere energía eléctrica.
3.3.4 Selección de equipos esenciales.
Sensor de proximidad de tipo capacitivo: el sensor capacitivo es un interruptor electrónico que
trabajan sin contacto. Estos sensores aprovechan el efecto que tienen los materiales como el
papel, vidrio, plástico, aceite, agua, así como de los metales, de aumentar la capacidad del sensor
cuando se encuentran dentro del campo eléctrico generado. Para corroborar que los residuos
que se trasladen al biodigestor sean de tipo orgánico los habitantes del conjunto residencial serán
los encargados verificar el contenido dentro de las bolsas de basura.
Referencia CR3015AC
Alcance: 15 mm +/- 10 %
Alimentación: 100 – 240 VAC
Salida: NC / 200 mA
Respuesta en frecuencia: 20 Hz
Protección: IP65
Diámetro: 30 mm
Fuente: Fabricante Autonics
Justificación
Se definió el sensor capacitivo con mayor alcance en el mercado para identificar los materiales
de plástico, vidrio y papel, permitiendo corroborar que la separación de residuos orgánicos se
realizó de manera correcta.
92 Estevez, O. (09 de 10 de 2017). Uso de biogás en motores de combustión interna. Guayaquil, Ecuador.
Figura 25. Sensor Autonics
74
Biodigestor continuo de tipo vertical: para realizar la elección del tipo de biodigestor se
tuvieron en cuenta aspectos como la frecuencia de alimentación de este mismo, la temperatura
para la producción de biogás y los tiempos de retención de los residuos sólidos en el biodigestor.
En primer lugar, según la frecuencia se decidió elegir el tipo de biodigestor continuo. En el proceso
continuo, la biomasa residual ingresa continuamente en el biodigestor y se retira una cantidad
igual de material digerido continuamente.
El biodigestor continuo tiene tres orificios; uno central que es cerrado después de hacer la carga
inicial y es abierto después para limpiar el biodigestor (descarga total); un segundo orifico se usa
para cargarlo diariamente en cantidades pequeñas con biomasa nueva; y un tercer orificio el cual
permite sacar el bioabono periódicamente.
Tabla 27. Tiempos de retención
Temperatura ºC Tiempo de retención (días)
10 ºC 90
15 ºC 60
20 ºC 40-45
25 ºC 37
30 ºC 32
35 ºC 28
Fuente: (MINENERGIA / PNUD / FAO / GEF, Manual de biogás, 2011)
Ventajas del biodigestor continúo
Se puede controlar la digestión que es requerida por medio de la cantidad de biomasa
depositada diariamente.
La carga y descarga del biodigestor no requiere de operaciones especializadas.
Desventajas del biodigestor continúo
Una baja concentración de sólidos que se pueden depositar adentro.
No posee un buen diseño para tratar materiales que son más pesados que el agua (que
no flotan), ya que no cuenta con un agitador.
Puede tener problemas de limpieza y espuma.
Un alto consumo de agua.
Selección biodigestor
Tendrá una fermentación mesofíla, para un rango de temperatura entre 20 y 45ºC y
aproximadamente 20 a 45 días de retención. En nuestro caso el tiempo de retención será de 40
días ya que el lugar donde se realizó la viabilidad maneja una temperatura promedio de 20 ºC
75
Biodigestor anaerobio: para seleccionar el biodigestor, se debe de estimar el volumen del
biodigestor, el cual esta determinado por la siguiente formula:
𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒃𝒊𝒐𝒅𝒊𝒈𝒆𝒔𝒕𝒐𝒓 = 𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂 𝒅𝒊𝒂𝒓𝒊𝒂 𝒎𝟑 ∗ 𝒕𝒊𝒆𝒎𝒑𝒐 𝒅𝒆 𝒓𝒆𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒐𝒏 (𝒅í𝒂𝒔)
𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂 𝒅𝒊𝒂𝒓𝒊𝒂 𝒎𝟑 =𝑪𝒂𝒓𝒈𝒂 𝒆𝒏
𝒌𝒈𝒅𝒊𝒂
𝒅𝒆𝒏𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒌𝒈𝒎𝟑
Peso estimado al día de RSO: 303,16 kg -0,3 t
Peso estimado residuos de poda: 0,0049 a 0.0061 t
Días de retención: 40 días (rango mesófilo 25-40ºC) (Días en que desarrolla el proceso
de la digestión anaerobia)
Para determinar la densidad de estos residuos, se tendrá en cuenta la siguiente información
Según Lastra Bravo93:
Densidad por tonelada de la fracción orgánica RSO: 0,6 𝑎 0,8𝑡
𝑚3
Densidad por tonelada de la poda y desmaleza: 0,3 𝑎 0,4𝑡
𝑚3
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑚3𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑜𝑟𝑔𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑅𝑆𝑂 =0.303𝑡
0,8𝑡
𝑚3
= 0,37875 𝑚3
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑚3𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑜𝑑𝑎 𝑦 𝑑𝑒𝑠𝑚𝑎𝑙𝑒𝑧𝑎 =0.0061
0,4𝑡
𝑚3
= 0,0152 𝑚3
Para el cálculo de la cantidad de agua, se establece que, por cada kg de materia orgánica, se le
agrega 1 litro de agua
𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒃𝒊𝒐𝒅𝒊𝒈𝒆𝒔𝒕𝒐𝒓 𝑹𝑺𝑶 = 𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒃𝒊𝒐𝒅𝒊𝒈𝒆𝒔𝒕𝒐𝒓 𝑹𝑺𝑶 𝑚3 +
𝒄𝒂𝒏𝒕𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆 𝒂𝒈𝒖𝒂 𝑚3
𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒃𝒊𝒐𝒅𝒊𝒈𝒆𝒔𝒕𝒐𝒓 𝒑𝒐𝒅𝒂 = 𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒃𝒊𝒐𝒅𝒊𝒈𝒆𝒔𝒕𝒐𝒓 𝒑𝒐𝒅𝒂 𝑚3 +
𝒄𝒂𝒏𝒕𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆 𝒂𝒈𝒖𝒂 𝑚3
𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒃𝒊𝒐𝒅𝒊𝒈𝒆𝒔𝒕𝒐𝒓 = 𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒃𝒊𝒐𝒅𝒊𝒈𝒆𝒔𝒕𝒐𝒓 𝑹𝑺𝑶 + 𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒃𝒊𝒐𝒅𝒊𝒈𝒆𝒔𝒕𝒐𝒓 𝒑𝒐𝒅𝒂
93 Lastra Bravo, T. (Marzo de 2013). Caracterización experimental de la fracción orgánica triturada de los RSU para valorar su incorporación al agua residual y tratamiento de un edar. Tesis de máster. Universitat Politècnica de València,
València.
76
𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒃𝒊𝒐𝒅𝒊𝒈𝒆𝒔𝒕𝒐𝒓 𝑹𝑺𝑶 = 0,378 𝑚3 ∗ 40 = 15,15 𝑚3 + 0,3 𝑚3 = 15,45 𝑚3
𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒃𝒊𝒐𝒅𝒊𝒈𝒆𝒔𝒕𝒐𝒓 𝒑𝒐𝒅𝒂 = 0,00152 𝑚3 ∗ 40 = 0,61 𝑚3 + 0.0061 𝑚3 = 0,61 𝑚3
𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒃𝒊𝒐𝒅𝒊𝒈𝒆𝒔𝒕𝒐𝒓 = 15,45 𝑚3 + 0,61𝑚3 = 16,06𝑚3 = 16000 𝐿
Por búsqueda en el mercado y redondeando por debajo el resultado del volumen, serán
dos biodigestores: uno de 10000 litros y otro de 5000 litros con una vida útil de 15 años
Fuente: citijal.com
Acondicionamiento del biogás para generación
El biogás procedente del proceso de digestión anaeróbica corresponde a una mezcla de
compuestos, los cuales afectan tanto en su capacidad calorífica para la generación, como en la
salud de las personas y el medio ambiente. Como se ha abordado en secciones anteriores, los
únicos compuestos combustibles del biogás corresponden al metano (CH4) y al hidrógeno (H2),
los cuales se encuentran en proporciones de 45-80% y 0-2% dependiendo del origen del biogás.
Todo otro componente presente en el biogás es perjudicial, ya sea para la salud, medio ambiente
y/o capacidad calorífica, detallado a continuación:94
Sulfuro de hidrógeno (H2S): Genera corrosión y es tóxico para el ser humano. Además,
posibilita la formación de óxidos de azufre (SO2) que, a su vez genera ácido sulfuroso
(H2SO3), compuesto altamente corrosivo.
Siloxanos: Posibilita la deposición de sílice en las partes internas de los equipos de
generación, generando desgaste y pérdida de estabilidad de las piezas y partes rotativas.
94 Quiroz Marchant, H., & de la Cerda, C. (2017). Curso de Formación Especializada en Biogás para Profesionales. Chile.
Figura 26. Biodigestor vertical de la marca Citijal
77
Hidrocarburos halogenados: Favorecen a la corrosión de las partes internas de los
equipos, especialmente los que contienen cloro (Cl) y Flúor (F).
Algunos de los componentes del biogás pueden dañar al motor, acarreando costosas
reparaciones del mismo y una pérdida importante de su disponibilidad. Dentro de los
contaminantes más peligrosos por sus efectos nocivos se encuentran el ácido sulfhídrico (H2S),
los compuestos halogenados (F, Cl, Br) y los compuestos volátiles de silicio, lo cuales atacan a
los componentes metálicos del motor, reduciendo su vida útil y prestaciones, ocasionando a su
vez una disminución de la vida del lubricante. Además, en particular el H2S produce emisiones
de óxidos de azufre, perjudiciales para el medio ambiente.95
Para nuestro Sistema de bioenergía al separar correctamente los residuos orgánicos los
componentes como Siloxanos e Hidrocarburos halogenados se dejarán de un lado, el tratamiento
de filtración del biogás solo será para componentes como el ácido sulfhídrico (H2S)
Filtración y tratamiento del biogás - Eliminación de H2S
Proceso seco de oxidación: Se utiliza para remover el sulfuro de hidrógeno (H2S) de
una corriente de gas que puede convertirse en azufre u óxido de azufre. Este proceso se
usa cuando el contenido de azufre del gas es relativamente bajo y se requiere una alta
pureza. Algunos de estos métodos son:96
Introducción de aire/hidrógeno dentro del sistema de biogás: Este es un proceso
simple y de bajo costo. No se necesitan químicos ni equipamientos especiales.
Dependiendo de la temperatura, el tiempo de reacción y el lugar donde se agrega el aire,
la concentración de H2S se puede reducir en hasta un 95%.
Absorción con carbón activado
Filtro de celulosa y carbón activo grande Excelente para filtrar sedimentos de hasta 5 micras
y con gusto desagradable, olores y cloro. Fabricado de celulosa con carbón impregnado. Vida útil
de 10.000/5.000lts. o una temporada.
Las características técnicas del filtro de celulosa y carbón activo
grande.
Longitud: 9 3/4 pulgadas = 24,8 cm
Caudal máximo: 19 L/min
Caudal disponible 0,9 𝑚3/ℎ = 14 L/min
Fuente: Fabricante
95 Ibíd., p.14. 96 Ibíd., p.17.
Figura 27. Filtro de carbón activado
78
Compresor para el biogás: se selecciona este compresor ya que cumple con la capacidad de
caudal que se estima que puede ofrecer el biogás generado en el conjunto residencial el cual es
de 0,9027 𝑚3/h de Biogás.
Caudal máximo: 4,08 𝑚3/h
Potencia: 0,25 hp
Presión PSI: 344,7 kPa
Fuente: Fabricante
Medidor flujo de biogás: se selecciona este compresor ya que cumple con la capacidad de
caudal que se estima que puede ofrecer el biogás generado en el conjunto residencial el cual se
estima que es de 0,82 𝑚3/h de Biogás.
Medidor de flujo ultrasónico Flowtech
Modelo: KF500-FA
Tipo de Protección: IP65
Material: acero inoxidable
Temperatura media: 20 – 120 ºC
Diámetro: 15 mm
Rango: 0,6 – 4 m3/h
Fuente: Fabricante
Figura 28. Compresor tc06
Figura 29. Medidor de flujo Flowtech
79
Tanque de Agua: se opta por seleccionar este tanque de agua ya que la cantidad de litros de
agua que se ingresara al biodigestor es de 500 L por día.
Tanque unicapa negro
Capacidad: 500 L
Marca: Acuaplast
Fuente: Rotoplast
Dimensionamiento los ductos: teniendo en cuenta el caudal de biogás estimado inferior a 1,0
m3/h y la longitud de los ductos a utilizar es menor a 20 m, se decide utilizar diámetros de los
ductos de media pulgada tanto para ductos de gas como de agua. A continuación, se precisan
las medidas de los ductos y accesorios que se requieren en el proyecto:
Tabla 28. Dimensiones de los ductos
Tubo cobre de gas de ½” Tubo PVC de ½”
Biodigestor – Filtro: 8 m
Filtro – Compresor: 4 m
Compresor – Medidor de flujo: 1 m
Medidor de flujo – Motor: 2 m
Tanque de agua – Biodigestores: 6 m
Total: 15 m Total: 6 m
Fuentes: Homecenter Colombia
Figura 30. Tanque Acuaplast
80
Figura 31. Los ductos y accesorios
Fuente: Fabricante Homecenter
Tubo Cobre de gas de 1/2" Codo Cobre de 1/2"
Llave de bola Cromada 1/2" Tee Tubo cobre 1/2"
Tubo PVC 1/2" Codo 90 PVC 1/2"
Válvula 1/2 Regulación plástica Tee Tubo PVC 1/2"
81
Selección del motor y generador
El valor de Potencial teórico energético total se calculó con un valor de eficiencia de un 31% para
motor de combustión interna y la eficiencia para el generador será un valor de 90%.
De acuerdo con el potencial teórico total de la tabla 26, se estimará el potencial técnico mediante
valores de eficiencia
𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔é𝑡𝑖𝑐𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 4224,6 𝑘𝑊ℎ/𝑚𝑒𝑠
Para determinar la energía para un día se divide en 30 días el valor de potencial energético total
dado para un mes y se multiplica por la eficiencia característica del motor de combustión interna.
4224,6 𝑘𝑊ℎ
𝑀𝑒𝑠
30 𝐷𝑖𝑎𝑠∗ 0,30 = 42,246 𝑘𝑊ℎ/𝐷𝑖𝑎
Para seleccionar la potencia del motor se divide la energía en kWh por 24 horas para obtener un
valor de potencia en kW
Potencia nominal para Motor: 42,63
𝑘𝑊ℎ
𝐷𝑖𝑎
24 𝐻𝑜𝑟𝑎𝑠 = 1,77 kW
Por oferta del mercado, se selecciona un grupo motor-generador de 4,2 kW de potencia nominal
Fuente: (Machinery, 2019)
Figura 31. Grupo Motor – Generador
82
Tabla 29. Especificaciones grupo motor-generador
Equipo Motor- Generador
Número de Modelo DF 6500EG
Marca Guangzhou Dingfeng Machinery Co
Tipo de salida: Corriente alterna trifásica
Factor de energía: Cos=1,0
Frecuencia: 50/60 Hz
Potencia nominal: 4,2 kW
Tensión nominal: 110, 220 220/110, 220/380 V
Área aplicada: Granja/residuos municipales/aguas residuales
Dimensiones: L × W × H: 700x525x560
Peso Neto: 75 kg
Motor de gas
Potencia nominal: 4 kW
Sistema de Ignición: T.C.I.
Nivel de Ruido: 72 dB
Consumo de gas 𝒎𝟑/Kw-h 0,3
Desplazamiento cc: 88x64
Alternador-Generador DF 6500EG
Potencia Max 5,5 kW
Regulador de Tensión: AVR
Tensión nominal: 110, 220 220/110, 220/380 V
Frecuencia: 50/60 Hz
Fuente: (Machinery, 2019)
El motor de gas de este equipo consume 0,3 m3 de biogás por kWh, también se tiene en cuenta
que el potencial teórico de biogás por hora es de 0,9027 𝑚3 , a partir de esto se determinara si el
biogás disponible es suficiente para generar los 4,2 kW de capacidad nominal de potencia al día.
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑏𝑖𝑜𝑔á𝑠 𝑚3
𝑘𝑊ℎ= 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 [𝑘𝑊] ∗ 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑏𝑖𝑜𝑔á𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜 [
𝑚3
ℎ]
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑏𝑖𝑜𝑔á𝑠 𝑚3
𝑘𝑊ℎ= 4,2 𝑘𝑊 ∗ 0,3
𝑚3
𝑘𝑊ℎ= 1,26
𝑚3
ℎ
De acuerdo con la ecuación anterior el caudal necesario para generar 4,2 kW es de 1,26 𝑚3, con
lo cual el caudal disponible no es suficiente, se procede a determinar cuanta potencia puede
ofrecer con este caudal.
83
Consumo de biogás
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 generación eléctrica 𝑚3 𝑎𝑙 𝑑𝑖𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑜
1𝑘𝑊 0,3 𝑚3
𝑚3 𝑝𝑜𝑟 ℎ𝑜𝑟𝑎 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒𝑠 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 generación eléctrica
0,9027 𝑚3 𝑋 𝑘𝑊
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 generación eléctrica =1𝑘𝑊 ∗ 0,9027𝑚3
0,3 𝑚3 = 3,009 𝑘𝑊
Este equipo puede entregar 3 kW de los 4,2 kW de capacidad, ya que necesita consumir 0,9 𝑚3
ℎ,
con lo cual los 0,9027 𝑚3
ℎ generados por los Residuos Sólidos Orgánicos en la vivienda
multifamiliar permiten entregar estos 3 kW. A continuación, se calcula la capacidad de generación
eléctrica del motor seleccionado para determinados periodos de tiempo.
Capacidad de generación eléctrica del grupo motor-generador seleccionado
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 generación eléctrica = 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑁𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑀𝑜𝑡𝑜𝑟 ∗ 24𝐻𝑜𝑟𝑎𝑠
𝐷𝑖𝑎∗ 𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑀𝑜𝑡𝑜𝑟
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 generación eléctrica = 3𝑘𝑊 ∗ 24ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
𝑑𝑖𝑎∗ 0,90 = 65
𝑘𝑊ℎ
𝑑𝑖𝑎
84
Tabla 30. Capacidad de generación eléctrica
Capacidad de generación eléctrica
Capacidad de generación eléctrica al día 65 kWh/día
Capacidad de generación eléctrica al mes 1944 kWh/mes
Capacidad de generación eléctrica al año 23228 kWh/año
Fuente: Autores
Tabla 31. Energía demanda zonas comunes
Demanda eléctrica zonas comunes
Demanda eléctrica total día 67,18 kWh/día
Demanda eléctrica total mes 2015 kWh/mes
Demanda eléctrica total mes 24185 kWh/año
Fuente: Autores
La capacidad de generación de energía eléctrica entregado por el grupo motor – generador puede
entregar el 66% de su capacidad nominal y puede cubrir el 96,65% de la demanda eléctrica que
requieren las zonas comunes de la vivienda multifamiliar. De acuerdo a esto la eficiencia total del
grupo motor-generador es del 66%.
85
3.3.5. Sistema de aprovechamiento de los Residuos Sólidos Urbanos en la vivienda
Fuente: Elaboración propia
Figura 32. Diagrama tecnológico ciclo de generación de energía eléctrica biodigestor – motor de combustión interna
86
Figura 33. Caracterización de espacios disponibles en la zona de disposición de equipos
87
Figura 34. Diagrama de disposición general de equipos en el sistema de bioenergía
88
Figura 35. Convenciones del diagrama de disposición general
Fuente: Autores
89
4. ANÁLISIS DE LA VIABILIDAD TÉCNICO-ECONÓMICA DEL
APROVECHAMIENTO DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS
4.1 ANÁLISIS COSTO – BENEFICIO
4.1.1 Proyección de la tarifa del kWh.
Para determinar el costo beneficio de esta implementación, inicialmente se analizará la
proyección del costo del kWh para la ciudad de Bogotá en los estratos 2, se analizará de esta
forma ya que el conjunto residencial reserva del portal se encuentra en este estrato.
Tabla 32. Variación de la tarifa kWh estrato 2 (enero 2015-diciembre 2018)
Tarifa kWh
Mes 2015 2016 2017 2018
Enero 348,5 402,1 405,0 411,4
febrero 348,5 412,4 412,3 440,5
Marzo 356,2 431,9 418,5 462,5
Abril 368,3 412,9 409,7 458,1
Mayo 355,5 402,6 415,3 443,5
Junio 362,4 395,2 397,6 458,0
Julio 355,3 404,1 402,8 467,1
Agosto 361,9 410,6 413,9 472,0
Septiembre 370,0 410,0 418,7 476,8
Octubre 376,6 398,7 424,5 473,6
Noviembre 393,3 407,6 419,9 480,8
Diciembre 393,4 419,5 416,6 483,5
Promedio 365,8 409,0 412,9 460,6
Fuente: Adaptación propia con datos Enel-Codensa
90
Figura 36. Histórico de datos kWh estrato 2 en Bogotá
Fuente: Autores
En la tabla 32 y Figura 36 se puede apreciar el histórico de datos referentes a la tarifa del kWh
en Bogotá para el estrato 2 desde enero de 2015 hasta diciembre de 2018, datos adaptados del
operador de red para Bogotá Enel-Codensa.
Fuente: Autores
En la figura 37 se observa la tendencia en la que varía la tarifa del kWh para los estratos 2 en la
ciudad de Bogotá, se aprecia una tendencia de tipo lineal con un aumento promedio de 94,81 $
por kWh desde el año 2015 hasta finales del 2018, la información promedio por año nos permitirá
0
100
200
300
400
500
600
0 2 4 6 8 10 12 14
kWh
Meses
Histórico de datos kWh Estrato 2 en Bogotá
2015
2016
2017
2018
365,9409,0 413,0
460,7
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
2014,5 2015 2015,5 2016 2016,5 2017 2017,5 2018 2018,5
$.k
Wh
Años
Tendencia en la tarifa del kWh
Figura 37. Tendencia en la tarifa del kWh en el estrato 2 Bogotá
Figura 38. Tendencia en la tarifa del kWh en el estrato 2 Bogotá
91
conocer más adelante la tarifa del kWh proyectado a 15 años. Se proyecta a 15 años por la
duración del sistema de bioenergía, ya que la vida útil de sus equipos es de esta duración.
Tabla 33. Promedio de tarifa kWh año 2015-2018
Promedio $kWh
2015 365,8
2016 409,0
2017 412,9
2018 460,6
Fuente: Autores
Con la siguiente ecuación se pretende determinar la tasa de incremento en que variará la tarifa
del kWh para los estratos 2, datos que serán importantes para calcular más adelante los flujos de
ingresos y egresos de la implementación de esta viabilidad.
𝑉𝑓 = 𝑉𝑝(1 + 𝑖 ∗ 𝑛)
Donde:
Vf: Es el valor futuro, para este caso el valor en kWh del mes de diciembre de 2018
Vp: Es el valor presente, el cual para mayor cobertura se tomará el valor en kWh de enero
de 2015
i: Es la tasa con la que aumentara el kWh, es la que se pretende hallar.
n: los años para llegar al valor futuro, para este caso son 4 años
Despejando i que la incógnita, variable que no conocemos aun
𝑖 =
𝑉𝑓𝑉𝑝 − 1
𝑛∗ 100
483,54348,58
− 1
4∗ 100 = 9,6792
𝑖 = 9,6792%
Con el valor calculado de la tasa de incremento del kWh y con los datos promedio de la tabla 33
se estimará un valor futuro a partir del año 2019 hasta el año 2034, el cual es mostrado a
continuación:
92
Tabla 34. Proyección Costo kWh próximos 15 años
Periodo Año Tarifa $/kWh
0 2019 460,6
1 2020 505,2
2 2021 549,8
3 2022 594,4
4 2023 639,0
5 2024 683,6
6 2025 728,2
7 2026 772,8
8 2027 817,4
9 2028 861,9
10 2029 906,5
11 2030 951,1
12 2031 995,7
13 2032 1040,3
14 2033 1084,9
15 2034 1129,5
Fuente: Autores
4.1.2 Estimación de ingresos y egresos del proyecto.
A partir de los datos de proyección de la tarifa del kWh, se determinará cuanto sería el ahorro en
los pagos de energía al operador de red Enel-Codensa, ya que el potencial técnico de la
generación de energía solo puede cubrir el 96 % de la energía que demandan las zonas comunes
Capacidad de generación eléctrica kWh/año
Demandada eléctrica kWh/año
23228 24185
En la tabla 35 se aprecia el Gasto Resultante el cual es el valor que se estima deberá pagar el
conjunto Reserva del Portal por el servicio de energía eléctrica a lo largo de los 15 años de
proyección. De igual forma en esta tabla se evidencia el ahorro en dinero el cual es un valor
cercano al total del precio que se pagaría normalmente en estos años.
93
Tabla 35. Ingresos y ahorros en pagos
Fuente: Autores
4.1.3 Costos de inversión del proyecto.
En la tabla 36 se resumen los costos de los equipos necesarios para establecer el sistema de
bioenergía en la vivienda multifamiliar. El IVA calculado se realiza con un valor del 19% el cual
es el valor de este impuesto el cual rige para el año en el que se realiza los análisis financieros.
Además, en esta tabla se reflejan los costos de mano de obra en donde se consideran la
instalación de todos los equipos y de los ductos, con ello se suman los costos de trabajo de
mantenimiento y operación de los equipos del sistema de bioenergía.
Periodo Año Tarifa $/kWh Pago por energía
demandada Ahorro por energía
generada Gasto
resultante
0 2019 $ 461 $ 11.141.606 $ 10.700.733 $ 440.873
1 2020 $ 505 $ 12.220.032 $ 11.736.486 $ 483.546
2 2021 $ 550 $ 13.298.459 $ 12.772.239 $ 526.220
3 2022 $ 594 $ 14.376.885 $ 13.807.992 $ 568.893
4 2023 $ 639 $ 15.455.311 $ 14.843.745 $ 611.566
5 2024 $ 684 $ 16.533.737 $ 15.879.497 $ 654.240
6 2025 $ 728 $ 17.612.163 $ 16.915.250 $ 696.913
7 2026 $ 773 $ 18.690.589 $ 17.951.003 $ 739.586
8 2027 $ 817 $ 19.769.016 $ 18.986.756 $ 782.260
9 2028 $ 862 $ 20.847.442 $ 20.022.509 $ 824.933
10 2029 $ 907 $ 21.925.868 $ 21.058.262 $ 867.606
11 2030 $ 951 $ 23.004.294 $ 22.094.015 $ 910.279
12 2031 $ 996 $ 24.082.720 $ 23.129.768 $ 952.953
13 2032 $ 1.040 $ 25.161.147 $ 24.165.520 $ 995.626
14 2033 $ 1.085 $ 26.239.573 $ 25.201.273 $ 1.038.299
15 2034 $ 1.130 $ 27.317.999 $ 26.237.026 $ 1.080.973
94
Tabla 36. Costos de inversión del proyecto
Fuente: Autores
4.2 INDICADORES FINANCIEROS
Mediante estos parámetros financieros se analizará la viabilidad económica de la implementación
de este sistema de bioenergía. Los parámetros VAN y TIR determinaran la rentabilidad y
viabilidad de este proyecto.
4.2.1 VAN.
El valor actual neto (VAN) es un criterio de inversión que consiste en actualizar los cobros y pagos
de un proyecto o inversión para conocer cuánto se va a ganar o perder con esa inversión.
También se conoce como Valor neto actual (VNA), valor actualizado neto o valor presente neto
(VPN). Para ello trae todos los flujos de caja al momento presente descontándolos a un tipo de
Equipos Precio COP Cantidad Unidad País Origen
Sensor De proximidad de tipo Capacitivo $225.090 1 u Colombia
Biodigestor Vertical $8.800.000 2 u México
Filtro de Celulosa y Carbón Activo Grande $110.000 1 u España
Compresor Para el biogás $343.900 1 u Colombia
Medidor Flujo de Biogás $516.509 1 u China
Grupo Motor Generador $2.175.659 1 u China
Tubo Cobre de Gas de 1/2" $215.700 15 m Colombia
Llave de Bola Cromada 1/2" $44.700 3 u Colombia
Codo Cobre de 1/2" $900 5 u Colombia
Tee Tubo Cobre 1/2" $1.900 1 u Colombia
Tanque de Agua $129.990 1 u Colombia
Tubo PVC 1/2" $8.900 6 m Colombia
Codo 90 PVC 1/2" $1.800 2 u Colombia
Válvula 1/2 Regulación Plástica $9.300 1 u Colombia
Tee Tubo PVC 1/2" $5.400 1 u Colombia
Mano De obra Precio COP
Instalación y Operación $4.000.000
Subtotal $16.589.748
IVA $3.152.052
TOTAL $19.741.800
95
interés determinado. El VAN va a expresar una medida de rentabilidad del proyecto en términos
absolutos netos, es decir, en unidades monetarias (euros, dólares, pesos, etc.).97
Formula del valor actual neto
Fuente: economipedia.com
Donde
𝐹𝑡 : son los flujos de dinero en cada periodo t
𝐼𝑂 : es la inversión realiza en el momento inicial (t = 0)
n: es el número de periodos de tiempo
k: Es la tasa de descuento o tipo de interés exigido a la inversión
El VAN sirve para generar dos tipos de decisiones: en primer lugar, ver si las inversiones son
realizables y, en segundo lugar, ver qué inversión es mejor que otra en términos absolutos. Los
criterios de decisión van a ser los siguientes:
VAN > 0: El valor actualizado de los cobro y pagos futuros de la inversión, a la tasa de descuento
elegida generará beneficios.
VAN = 0: El proyecto de inversión no generará ni beneficios ni pérdidas, siendo su realización,
en principio, indiferente.
VAN < 0: El proyecto de inversión generará pérdidas, por lo que deberá ser rechazado
4.2.2 TIR
La TIR o Tasa Interna de Retorno, es la tasa de interés o rentabilidad que genera un proyecto. Y
se encarga de medir la rentabilidad de una inversión. Esto quiere decir, el porcentaje de beneficio
o pérdida que tendrá esta, para los montos que no hayan sido retirados del proyecto.
97 Velayos Morales, V. (s.f.). economipedia.com. Recuperado el 28 de 05 de 2019, de
https://economipedia.com/definiciones
96
El cálculo de la TIR sería igualar la tasa de descuento al momento inicial, la corriente futura de
cobros con la de pagos, lo que haría que el VAN sea igual a 0. Con la aplicación de la siguiente
fórmula:98
Donde
𝐹𝑡 : son los flujos de dinero en cada periodo t
𝐼𝑂 : es la inversión realiza en el momento inicial (t = 0)
n: es el número de periodos de tiempo
TIR: Criterios de selección de proyectos
Siendo “k” la tasa de descuento de flujos para el cálculo del VAN, los criterios de selección serán
los siguientes:
Si la TIR>k, se acepta el proyecto de inversión. Porque la tasa de rendimiento interno que
obtendremos será superior a la tasa mínima de rentabilidad que exige la inversión.
Si la TIR = k, se presentaría una situación similar a la que se produce cuando el VAN es igual a
cero. Aquí se podría llevar a cabo la inversión en caso de que se mejore la posición competitiva
de la empresa y que no existan alternativas más favorables.
Si la TIR < k, se debe rechazar el proyecto, ya que no se está alcanzando la rentabilidad mínima
que le pedimos a la inversión.
Tasa de descuento: para determinar la tasa de descuento con una tasa de interés se aplica la
siguiente ecuación:
𝑖𝐷 =𝑖
1 + 𝑖
Como la tasa de interés calculada para el aumento del kWh es de 9,67% entonces se obtiene una
tasa de descuento de:
𝑖𝐷 =0,09679
1 + 0,09679∗ 100 = 8,82%
La tasa de descuento se requiere para los pagos a futuro regresarlos al valor cero en el tiempo,
para el cálculo del indicador VAN, 𝑖𝐷 = 𝑘
98 Ibíd., p.1.
97
4.2.3 Análisis de indicadores financieros aplicados al proyecto.
A continuación, se calculan los indicadores de VAN y TIR para determinar la viabilidad y
rentabilidad del proyecto a partir del flujo de caja. Para el desarrollo del cálculo de costos de
mantenimiento se tuvo en cuenta un proyecto similar de un sistema de bioenergía en donde se
toma el mismo valor de porcentaje de costo de mantenimiento el cual se opera con los egresos
del proyecto.99
Tabla 37. Datos cálculo de indicadores
Fuente: Autores
Dentro de los costos de operación se tiene en cuenta consumo de energía en kWh/Año del
compresor el cual se estima que trabajara en una jornada de 12 horas por día y cuyo valor de
costo se determina en conjunto con el precio del kWh correspondiente a cada año. Para costos
de mantenimiento se tuvo en cuenta en este caso mantenimiento del motor-generador y
renovación de los ductos con estado deteriorado. Los resultados obtenidos por parte del VAN
permiten determinar teniendo en cuenta los criterios presentados anteriormente que la inversión
99 Baculima Pintado, M. V., & Rocano Tenezaca, G. C. (25 de 05 de 2019). Estudio para la determinacion de la produccion de energia electrica apartir del aprovechamiento del biogas de un granja porcina ubicada en la ciudad de Azogues. Cuenca, Ecuador.
Periodo Año Tarifa $/kWh
Ahorro Por Energía
Generada
Costos de Operación y
Mantenimiento
Flujo De Caja Neto
0 2019 $ 461 $ 10.700.733 $ 144.101 $ 10.556.632
1 2020 $ 505 $ 11.736.486 $ 158.049 $ 11.578.437
2 2021 $ 550 $ 12.772.239 $ 171.997 $ 12.600.241
3 2022 $ 594 $ 13.807.992 $ 185.945 $ 13.622.046
4 2023 $ 639 $ 14.843.745 $ 199.893 $ 14.643.851
5 2024 $ 684 $ 15.879.497 $ 213.841 $ 15.665.656
6 2025 $ 728 $ 16.915.250 $ 227.789 $ 16.687.461
7 2026 $ 773 $ 17.951.003 $ 241.737 $ 17.709.266
8 2027 $ 817 $ 18.986.756 $ 255.685 $ 18.731.071
9 2028 $ 862 $ 20.022.509 $ 269.633 $ 19.752.876
10 2029 $ 907 $ 21.058.262 $ 283.581 $ 20.774.681
11 2030 $ 951 $ 22.094.015 $ 297.529 $ 21.796.485
12 2031 $ 996 $ 23.129.768 $ 311.477 $ 22.818.290
13 2032 $ 1.040 $ 24.165.520 $ 325.425 $ 23.840.095
14 2033 $ 1.085 $ 25.201.273 $ 339.373 $ 24.861.900
15 2034 $ 1.130 $ 26.237.026 $ 353.321 $ 25.883.705
Inversión Inicial
$ 19.741.800
Tasa de Descuento
0,08825068 9%
Años 15
Costos de Mantenimiento
0,01 1%
Operación Compresor
80,52 kWh
VAN $ 118.385.194
TIR 62%
Tiempo de Recuperación
9 años
98
en el proyecto de la implementación del sistema de bioenergía es viable puesto que su valor fue
mayor a 0, en consecuencia, se generaran beneficios económicos en la perspectiva futura. Del
lado del TIR de acuerdo con los criterios para la selección de proyectos con un valor de tasa
interna de retorno mayor a la tasa de descuento previamente calculada, se puede tomar la
decisión de aprobar el proyecto de la implementación y asegurar que es viable económicamente.
Además, analizando el flujo neto de caja se observa que la inversión inicial del proyecto se
recupera en el noveno año
De acuerdo con el capítulo 2 en donde se abordan los incentivos tributarios establecidos por la
ley 1715 100 para proyectos de autogeneración en Colombia este proyecto puede aprovechar los
artículos presentes en dicha ley los cuales se mencionan a continuación:
Artículo 12. IVA Excluido. Los equipos, maquinaria y servicios nacionales o importados que se
destinen a la inversión o reinversión en la producción o utilización de energía a partir de fuentes
no convencionales estarán excluidos de IVA. Estos equipos deben estar certificados por el
Ministerio Nacional del Medio Ambiente basados en la lista expedida y autorizada por la UPME
(Unidad de Planeación Minero Energética).
Artículo 13. Incentivo arancelario. Las personas jurídicas o naturales que realicen o sean
titulares en inversiones en proyectos nuevos que involucren energías no convencionales contaran
con la exención de pago de derechos arancelarios de importación en equipos, maquinaria,
materiales e insumos para uso exclusivo en labores de pre inversión o inversión en dichas FNCE,
Los equipos sujetos a este beneficio serán aquellos que no sean de producción nacional y cuyo
único medio de adquisición sea a través de la importación.
Artículo 14. Depreciación acelerada de Activos. Para la maquinaria, equipos y obras civiles
necesarias y constituidas exclusivamente en la pre inversión, inversión y operación en generación
de fuentes no convencionales de energía se podrá aplicar una depreciación acelerada con una
tasa anual no mayor al (20%), esta tasa podrá ser variada por el titular del proyecto de forma
anual previa comunicación a la Dian teniendo en cuenta no exceder el límite señalado en este
artículo. (Estatuto tributario, Ley 1819 de 2016).
A continuación, se presentan los requisitos exigidos para acceder a estos incentivos, los cuales
no fueron incluidos en los cálculos del indicador financiero puesto que se debe presentar la
documentación necesaria para aplicar a ellos.
Para acceder a los beneficios otorgados a proyectos en fuentes no convencionales de
energía se requiere en todos los casos de una certificación otorgada por el Ministerio del
Medio Ambiente expedida por la Autoridad de licencias Ambientales (ANLA) tanto del
beneficio ambiental como de los equipos y materiales utilizados en el desarrollo de la
preinversión y la inversión, en el caso de la exclusión de IVA se deberá verificar que el
equipo a utilizar este contemplado dentro de la lista autorizada y expedida por la Unidad
de planeación Minero Energética (UPME).
100 CONGRESO DE COLOMBIA. (13 de Mayo de 2014). LEY 1715 DE 2014. Ley. Colombia.
99
5. CONCLUSIONES
Optar por un sistema de bioenergía es una oportunidad viable; al generar electricidad con
Residuos Sólidos Orgánicos. Esta oportunidad actuaria adicionalmente como un punto de
partida para reducir, en cierto grado, la dependencia del servicio de electricidad que las
empresas de distribución prestan.
Mediante diferente bibliografía encontrada en la red y en libros, se logró recopilar la
información necesaria sobre Residuos Sólidos Orgánicos – urbanos, la cual permitió
seleccionar la vivienda multifamiliar reserva del portal localizado en Usme, la cual cumplía
con los requisitos de selección establecidos en el objetivo 1 como localización, organización
y separación de residuos.
Según las características de los Residuos Sólidos Orgánicos generados en la vivienda
multifamiliar seleccionada los productos como el biogás y el bioetanol son las mejores
opciones por su alto porcentaje de humedad relativa, y en donde se escogió finalmente el
biogás por su bajo costo de implementación comparado con el del bioetanol.
En la elaboración del presente proyecto se percibió la falta de estudios actuales de sistemas
de bioenergía enfocados en viviendas dentro de la ciudad de Bogotá. Lo cual lleva a pensar
lo necesario de un estudio llevado a cabo dentro del sector urbano, en consecuencia, sirve
para valorar y validar el aporte realizado en este trabajo de monografía.
Se puedo evidenciar la conciencia y responsabilidad de los habitantes de la vivienda
multifamiliar seleccionada, por la correcta separación de residuos; ello permitió el adecuado
desarrollo de este proyecto. El compromiso con la disposición adecuada de los residuos
orgánicos urbanos, abre la puerta a nuevas alternativas, las cuales contribuyen a conservar
el entorno y el medio ambiente dentro de un perfil libre de desechos.
Una vez analizada la normativa aplicable al aprovechamiento de RSO en Colombia, cabe
resaltar el aporte realizado por la ley 1715. Enfatizando en la exclusión del IVA en la
adquisición de bienes y servicios en donde al contar con la documentación expedida por
organismos como la UPME, eventualmente se libra de los impuestos de equipos adquiridos
nacional o internacionalmente.
De acuerdo con los datos de generación de Residuos Sólidos Orgánicos - urbanos en la
ciudad de Bogotá, se llega a la conclusión que factores socio-económicos como el nivel de
estrato influencia en el porcentaje de RSO, puesto que los estratos 1 y 2 son mayoritarios en
las localidades que presentan los más altos valores de generación de este tipo de residuos.
A partir de los biodigestores se producirá bio-abono que saldrá de todos los residuos de tipo
orgánico como residuos de comida, cáscaras de frutas y verduras, cáscaras de huevo,
residuos de café, restos de césped cortado, hojas secas y ramas, Estos pueden ser
aprovechados como fertilizante para plantas y zonas verdes que se encuentren en el conjunto
multifamiliar.
A partir del estudio de la viabilidad económica mediante indicadores como el VAN y el TIR, se
concluye que la implementación de este sistema de bioenergía en una vivienda multifamiliar
100
de Bogotá es viable porque el TIR fue del 62 % y el VAN es de $118.385.194; resultados
positivos que demuestran que la inversión inicial genera beneficios a futuro y arroja valores
de rentabilidad altos.
101
REFERENCIAS
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Zapata, C. M., Zuluaga, M. M., & Dyner, I. (2005). Fuentes alternativas de generación de energía, incentivos y mandatos regulatorios: Una aproximación. Energética, 63.
107
ANEXOS
ANEXO A. Proyectos demostrativos y casos de éxito.
Proyecto de generación de energía por aprovechamiento energético de los Residuos
Sólidos Urbanos y residuos sólidos especiales por el sistema de termólisis
El aprovechamiento de los residuos sólidos de las ciudades de Colombia y en América Latina,
hasta el momento se han limitado a los materiales que se denominan reciclables, y no se ha
realizado un trabajo extensivo hacia los demás materiales diferente al de la combustión
controlada de estos ya sea por pirólisis, combustión dual o por sistemas de gasificación, o la
obtención de abonos orgánicos mediante la fermentación con obtención del bio-compost. Estos
procesos se han demostrado con el tiempo que presentan grandes ineficiencias y no son
completamente autos sostenibles financieramente, y que en el sentido ambiental no cumplen a
su totalidad con el objetivo, ya que generan gases de invernadero, ya sea CO, CO2, CH4 y otros.
El proceso de Termólisis, que en América Latina no ha tenido una correcta difusión, y se ha
confundido con el de pirólisis. No realiza combustión de los materiales orgánicos, sino que
Craquea o Rompe las moléculas en ausencia total de oxígeno, La materia orgánica, (sentido
químico) presente por encima del 75% de los residuos sólidos, puede ser de manera segura y
contenida, convertida en gases energéticamente aprovechables (en su mayoría CH4), y mediante
procesos adicionales ya desarrollados, convertidos en energía por procesos combinados de
cogeneración. Estas tecnologías están debidamente patentadas y registradas.
Los gases obtenidos finalmente de la conversión energética, (básicamente CO2 y vapor H2O)
son gases limpios ya que no son producto de combustión, y son aprovechados su calor sensible
en el mismo proceso, para finalmente ser almacenados de manera segura, para su
aprovechamiento en otras industrias y aplicaciones.
La Corporación Ambiental Planeta Azul ONG, una corporación nacional, en asocio con
Thermolysis Group (Europa), viene gestionando el proyecto para varias ciudades de Colombia,
con la proyección hacia los países del Área Andina y América Latina y el Caribe, con la visión de
una generación de energía limpia con aprovechamiento de los Residuos Sólidos Orgánicos, de
manera ecológica, social y financiera viable y sostenible, ayudando a los procesos de clausura y
post-clausura de los rellenos sanitarios y locaciones de contención especial. 101
Tipo de proyecto: Comercial
Estado actual: En planeación
101 UPME. (19 de 07 de 2018). Proyecto de Generación de Energía por Aprovechamiento energético de los Residuos Sólidos Urbanos y Residuos Sólidos Especiales por el sistema de Termólisis. Obtenido de sistema de gestion de informacion y conocimiento en fuentes no conevncionales de energia renovable en colombia: http://www.upme.gov.co:81/sgic/?q=content/proyecto-de-generación-de-energía-por-aprovechamiento-energético-de-los-residuos-sólidos
108
Iniciativa: Privada
Ejecutor: Corporación Ambiental Planeta Azul ONG. - Thermolysis Group
Financiador: Thermolysis Group - Banca
Departamento: Bogotá D C
Municipio: Bogotá D.C.
Fuentes: Biomasa
Propósito: Generación eléctrica
Con la basura se proyecta generar energía en Urabá
Con el fin de generar energía a partir de las 400 toneladas diarias de residuos sólidos que generan
ocho municipios del Urabá antioqueño, la empresa Futuraseo firmó un convenio para construir
una central eléctrica en el relleno sanitario de El Tejar, en Turbo. El gerente de la empresa
Futuraseo, Dorancé Rodríguez, dijo que ya firmaron un memorando de entendimiento con la
Empresa de Generación y Promoción de Energía de Antioquia (Genmas) y la española Vertical
Energy SAS, para producir electricidad con los desechos que reciben allí. Indicó que se hará en
varias fases y la primera ya arrancó: el desarrollo del proyecto que lo hará en los próximos ocho
meses la empresa Vertical. Esperan generar el primer megavatio a comienzos de 2020.Comentó
que esta energía podrá tener demanda en los puertos que se van a construir en golfo de Urabá
y los desarrollos empresariales que pueden surgir a partir de esas obras de infraestructura. El
proyecto fue estimado inicialmente entre 60 y 70 millones de dólares. Relató que el material
reciclado no va desaparecer, porque en Urabá se hace una selección en la fuente y a los hornos
solo llegarán las basuras y los materiales contaminados. El gerente de Desarrollo de Nuevos
Negocios de Vertical Energy, Rafi Farah, anotó que ya están trabajando para poder viabilizar la
construcción de una planta de valorización energética, con un sistema de hornos parrilla, la cual,
se calcula, tendrá una producción de 10 megavatios hora. Farah dijo que estas plantas se
enmarcan en las disposiciones de la Ley 1715, porque producen energía renovable y cumplen
las normas europeas de generación de emisiones, que están por debajo de cualquier industria.
Precisó que Vertical Energy, socia de la Corporación Mondragón de España, tiene varias de estas
plantas en el País Vasco y acredita una experiencia superior a 20 años. Resaltó que en el mundo
hay más de 1.000 plantas de valorización energética instaladas y en Europa hay 450. El ingeniero
eléctrico Gabriel Jaime López, investigador de la Universidad Pontificia Bolivariana, opinó que
estos generadores de energía, además de los beneficios que le traen al medio ambiente, serán
una alternativa para ampliar la matriz energética del país, en especial, en épocas del fenómeno
del Niño.102
102 Arango, R. M. (19 de 07 de 2018). Con la basura se proyecta generar energía en Urabá. Obtenido de elcolombiano: http://www.elcolombiano.com/antioquia/proyecto-de-generacion-de-energia-a-partir-de-basura-en-uraba-CN6935307
109
Recolección selectiva y valorización de Residuos Sólidos en comunidades de Pérez
Zeledón
En el año 2011 el Ministerio de Salud ordenó el cierre del sitio de disposición final de residuos
sólidos del cual hacía uso la Municipalidad de Pérez Zeledón. Dada esta situación, la
Municipalidad tuvo que disponer en otros sitios alejados del cantón, lo cual implica un gasto
adicional en el transporte y disposición de estos residuos, ya que actualmente se transportan por
más de 200 km para su disposición final. Ante esta situación, la Municipalidad decidió que
necesitaba disminuir los residuos que llevaba al relleno sanitario con el fin de reducir los recursos
asignados para este fin. Así fue como la Municipalidad de Pérez Zeledón decidió en el año 2012
poner en marcha un proyecto de recolección
Selectiva de residuos sólidos con mayor intensidad, que para agosto de este año (2015),
logró abarcar la totalidad de rutas municipales en dos de sus distritos, incluyendo 115 barrios
del área urbana del cantón pertenecientes a los distritos de San Isidro y Daniel Flores. Con
este servicio, son aproximadamente 60 mil los usuarios que contribuyen separando sus
residuos y entregándolos al servicio municipal. El servicio consiste en que los vecinos deben
sacar sus residuos de manera separada, siguiendo un horario que se divide de la siguiente
manera:
días por semana se recogen los residuos orgánicos (estos residuos son sacados por los
vecinos en recipientes reutilizables que les son devueltos, se solicita que no lo realice en
bolsas)
1 día por semana se recogen los residuos reciclables
1 día por semana se recogen los residuos “contaminados” que se refiere a aquellos que no
tienen un valor de recuperación y que serán llevados al relleno sanitario.
En el caso de los comercios de estos dos distritos, la recolección de las tres fracciones se
realiza todos los días, e incluso se realiza una recolección especial de residuos cárnicos en
carnicerías, los cuales son llevados a una fábrica para la producción de alimento para
animales. La fracción orgánica es tratada en una planta de producción de compost
gestionada por la municipalidad. El compost producido es utilizado en las áreas verdes
municipales; también se realizan donaciones a los centros educativos públicos o
asociaciones de desarrollo y se hace venta directa a particulares. Los residuos valorizables
o reciclables son vendidos y transportados a un centro de acopio local (Centro de Acopio El
General) donde se encargan de la separación y comercialización de los materiales
reciclables La sensibilización a la comunidad se realiza casa por casa y en cada comercio.
Para esto se cuenta con funcionarios municipales y la ayuda de estudiantes universitarios
que hacen su trabajo comunal realizando creación de conciencia y capacidades en los
ciudadanos del cantón involucrados en el servicio.103
103 Venegas, E. (19 de 07 de 2018). recoleccion_selectiva_muni_perez_zeledon. Obtenido de cegedesti: http://municipal.cegesti.org/casosexito/recoleccion_selectiva_muni_perez_zeledon.pdf
110
ANEXO B. Tendencias de desarrollo de las políticas de aprovechamiento de los RSU
La participación de los Gobiernos ha sido un elemento clave en el fomento de la generación y el
uso de energías renovables y por ello los países líderes en este tipo de energías han manejado
una serie de mecanismos de fomento, definidos con una política clara de impulso y con
orientaciones hacia procesos mucho más ambientalista. 104
Tabla 38. Políticas de incentivos
MEDIDAS
LEGISLATIVAS
Demanda y
Control: Forzar
inversiones
Dentro de estas medidas
se encuentran:
Renewables Portfolio
Standard, Tax Credits,
Low Cost Capital
Program, Direct Cash
Incentives
Demanda y Oferta:
Intervención en los
precios, cantidades
ofertadas
MEDIDAS NO
LEGISLATIVAS
Iniciativas
voluntarias
Políticas de Recursos
Distribuidos,
Oportunidades de
selección del consumidor,
Net Metering y Retail
Wheeling, Otros
Mecanismos
Informativas y
administrativas
Fuente: (Zapata C. M., 2005)
A continuación, se abordarán los incentivos y los mecanismos regulatorios referenciados en la
tabla anterior, que han sido aplicados más extensivamente en países desarrollados. Uno de
los mecanismos regulatorios más usados es el denominado PORTAFOLIO ESTÁNDAR DE
RENOVABLES, que es una regulación que ordena que la energía renovable provea un cierto
porcentaje de la generación o el consumo total de energía. Es un mecanismo para garantizar
que el generador convencional entregará una parte de su oferta de energía en renovables.105
104 Zapata, C. M. (2005). Fuentes alternativas de generación de energía, incentivos y mandatos regulatorios: una aproximación teórica al caso colombiano. Energetica, 55 - 63. 105 MAYES, F., PRETEL, L., & GIELECKI, M. (9 de 09 de 2002). Departamento de Energia De los Estados Unidos. Obtenido de www.eia.doe.gov/cneaf/solar.renewable/rea_issues/incent.html
111
Portafolio estándar de renovables: el portafolio estándar de renovables: es una política
flexible y dirigida al mercado para que se pueda asegurar que los beneficios públicos de la
energía eólica, solar, geotérmica o de biomasa tengan reconocimiento mientras los
mercados de la electricidad se vuelvan más competitivos. Con ello, busca la inclusión de un
mínimo de energía renovable en el mercado de la electricidad de un estado o un país,
buscando sostenibilidad, eficiencia e innovación con el mínimo costo posible. El portafolio
funciona con una serie de créditos que todos los generadores de energía deben demostrar
al final de un determinado periodo y cuya carencia ocasiona multas muy elevadas.106
Créditos tributarios: los Tax Credits 107 son créditos tributarios para financiación de
diferentes actividades relativas a energías renovables, especialmente para la compra de
equipos. Tradicionalmente, el Gobierno ha empleado créditos tributarios para apoyar
objetivos de políticas sociales o económicas y para apoyar la inversión en ciertas áreas como
las energías renovables; sin embargo, los créditos tributarios son beneficios para la equidad
de los inversionistas y no ayudan a sostener deudas de los proyectos. 108
Programas de capital a bajo costo: son préstamos subsidiados por el Gobierno. En los
proyectos de pequeña envergadura, los costos de la deuda tienen un gran impacto sobre el
costo total de la energía generada (mucho mayor que en los grandes proyectos, por ejemplo);
en estos casos, el Gobierno mediante una agencia especial o con instituciones privadas
puede ofrecer préstamos blandos u otro tipo de mecanismos como bonos de desarrollo
económico, préstamos gubernamentales, programas de desarrollo de la comunidad y bonos
verdes. 109
Un segundo mecanismo está representado por la agregación de proyectos, que consiste en
la conformación de "paquetes" de proyectos para aprovechar las garantías de las economías
de escala, reducir los costos transaccionales asociados con la financiación de pequeños
proyectos y la reducción de los costos financieros por la diversificación de los riesgos de los
proyectos 110
Incentivos directos: este tipo es el incentivo a la producción directa, en el cual el gobierno
define unos pagos que son entregados durante un periodo de tiempo acordado a los
productores de energías renovables111. Es similar en su naturaleza a los créditos tributarios
de inversión y producción, pero sin que medie para ello una base tributaria. Por ser un pago
directo sobre la producción que se genera, este tipo de incentivos fomentan los proyectos
productivos, con ventajas sobre su homólogo (créditos tributarios de producción), tales
como el hecho de que no presenta dificultades para que el inversionista absorba la totalidad
106 American Wind Energy Association. (2002). Global Wind Energy Market report. Washington D.C. 107 MAYES, F., PRETEL, L., & GIELECKI, M. Óp. cit., p. 10. 108 Rader, N., & Wiser, R. (1999). Strategies for supporting wind energy. Denver. 109 Ibid. p.58. 110 Ibid., p.58. 111 MAYES, F., PRETEL, L., & GIELECKI, M. Óp. cit., p. 59.
.
112
del incentivo (puesto que no se trata de una deducción de impuestos sino de un aporte en
efectivo del gobierno) contribuyen a solucionar los problemas crediticios de los proyectos y
son válidos incluso para organizaciones exentas de impuestos. Su principal desventaja
desde el punto de vista estatal la constituyen los desembolsos que deben hacerse y desde
el punto de vista de los inversionistas la incertidumbre generada por el origen de los fondos
y la garantía en la continuación de su pago112
Políticas de recursos distribuidos: lo conforman los contratos estándar para sistemas
eólicos distribuidos y pequeños, que pueden simplificar las negociaciones y reducir los
costos transaccionales por el intercambio comercial entre las partes, la velocidad del
proceso de contratación, la mejora en los prospectos de financiación de proyectos y el
aseguramiento de que todos los vendedores se tratan con equidad113
Las políticas de extensión de líneas constituyen un segundo mecanismo; las extensiones
de línea han sido históricamente subsidiadas por el enganche de nuevos consumidores.
Esos subsidios se han racionalizado como medios para la captura de economías de escala
asociadas con la interconexión de grandes cantidades de consumidores, o como medios
para incrementar el crecimiento y construcción de nuevas líneas en áreas rurales y urbanas 114
Oportunidades de selección del consumidor:
estos mecanismos toman ventaja de la disponibilidad del consumidor de electricidad de
pagar para proveer beneficios de tipo ambiental, sanitario o público. Esas oportunidades se
pueden capitalizar mediante el ofrecimiento de suministro de energía renovable a un precio
superior mediante los programas de servicios públicos, el ofrecimiento de programas de
contribuciones o donaciones a través de facturas del consumidor, entregando el acceso de
los clientes a generadores de fuentes renovables, ofreciendo a comunidades o grupos
agregados de consumidores el suministro de energía más limpia y creando fondos de
inversión que ofrezcan una baja tasa de retorno para suministrar capital a las tecnologías
de energías renovables115
Contexto en Colombia
Colombia es un país con altos niveles de dependencia de combustibles fósiles. El petróleo
representa el 41% del consumo doméstico de energía, un porcentaje significativamente
más alto que el promedio mundial calculado en 35% aproximadamente116. Aunque el país
es productor de petróleo, la insuficiencia de refinerías hace necesaria la importación de
petróleo, sumado a la expectativa frente a mercados emergentes de energías renovables
112 Rader, N., & Wiser, R. Óp. cit., p. 59. 113 Rader, N., & Wiser, R. Óp. cit., p. 59. 114 Rader, N., & Wiser, R. Óp. cit., p. 59 115 Rader, N., & Wiser, R. Óp. cit., p. 59. 116 Banco Interamericano de Desarrollo. (2007). Consumo Domestico De Energia.
113
explican en buena parte el interés creciente alrededor de los biocombustibles.16 Sin
embargo el tema en nuestro país no es tan nuevo como se cree. En 1942 se presentó el
primer proyecto de ley en la Cámara de Representantes que obligaba la mezcla de gasolina
con alcohol de caña y de yuca. No fue aprobado. En 1979 otro proyecto de ley es
presentado en el Senado de la República.117
En 1999 un grupo se empezó a promover de nuevo dicho proyecto, iniciativa que dio paso a
la expedición de la ley 693 de 2001, conocida como la ley del etanol, que dio vía libre al
desarrollo de los biocombustibles , con tres grandes objetivos: reducir la dependencia del
petróleo, mejorar el medio ambiente y generar empleo rural a través del desarrollo regional,
para lo cual determinó que la mezcla de etanol con gasolina fuera obligatoria y fijó al
Gobierno un plazo perentorio de cinco años para implementar el mandato legal. En diciembre
de 2004 y por iniciativa gubernamental, fue expedida la ley 939 o ley del biodiesel, con los
mismos fines de la ley del etanol.118
La matriz de generación está compuesta principalmente por energía hidroeléctrica (64%) y
termoeléctrica a partir de gas natural, combustibles líquidos y carbón (31%). Los periodos de
sequía, la incertidumbre sobre la disponibilidad y costo del gas natural y combustibles
líquidos, impactan la confiabilidad y competitividad del mercado de energía. La Ley 1715 de
2014 otorga incentivos para el uso de fuentes no convencionales de energía e integra nuevos
agentes a la cadena productiva, como los auto generadores. Como resultado de esto, se
espera que las fuentes de biomasa, geotermia, energía solar, eólica, la proveniente de los
mares y los excedentes de autogeneración integren la matriz de generación actual. Aunque
la generación con grandes centrales hidroeléctricas que cuentan con embalse representa
aproximadamente el 69% de la electricidad de Colombia, estas no son consideradas fuentes
no convencionales. Las pequeñas centrales, que si tienen esa categoría representan menos
del 5%. Algunos proyectos de generación eólica existentes representan menos del 1% de la
base de generación. Los incentivos que otorga la Ley 1715 de 2014 pretenden incrementar
la cantidad de energía obtenida a partir de fuentes no convencionales. Existen fondos
establecidos por ley (PROURE, FENOGE) para financiar estudios, algunos de estos
enfocados en proyectos de energía. La Ley 1715 de 2014 otorga incentivos para proyectos
de energía no convencional, como la exención de impuestos (Renta, IVA, Arancel Aduana)
y métodos especiales de contabilidad (depreciación acelerada). Esta Ley también ordena
que el gobierno establezca y financie proyectos de energía eficiente para edificios públicos
y permite un subsidio para generación de energía con gas licuado del petróleo como
sustituto.119
117 pinilla Torres, L. (22 de 07 de 2013). ANÁLISIS DE TENDENCIAS EN BIOCOMBUSTIBLES PARA LA DEFINICIÓN DE LINEAS ESTRATÉGICAS DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO EN COLOMBIA. Trabajo de Grado para optar por el Título de M.Sc en Gestión Ambiental. PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA, BOGOTA D.C. Obtenido de Repositorio Universidad Javeriana. 118 Pinilla Torres, L. Óp. cit., p.13. 119 Angulo, J. J. (22 de 07 de 2018). Incentivos y señales para el desarrollo eléctrico en Colombia. Obtenido de asuntos legales: https://www.asuntoslegales.com.co/consultorio/incentivos-y-senales-para-el-desarrollo-electrico-en-colombia-2289346